vignette|Vue en coupe d'une culasse 2ACT. Un moteur à arbre à cames en tête (ACT) est un moteur à piston dans lequel l'arbre à cames est situé dans la culasse au-dessus de la chambre de combustion... Cette conception diffère des moteurs culbutés où l'arbre à cames (latéral ou central) est situé sous la culasse dans le bloc-moteur..
Les moteurs à arbre à cames en tête simple (single overhead camshaft ou SOHC en anglais) ont un arbre à cames par rangée de cylindres. Les moteurs à double arbre à cames en tête (2ACT, également appelés « twin-cam », double overhead camshaft ou DOHC en anglais) ont deux arbres à cames par rangée de cylindres.
La première voiture de série à utiliser un moteur 2ACT a été construite en 1910. L'utilisation de ce type de moteurs a lentement augmenté à partir des , ce qui a conduit la plupart des constructeurs automobiles au début des à utiliser ce type de distribution.
Conception vignette|Honda D15A3 à culasse 1ACT de 1987. Dans un moteur à arbre à cames en tête, l'arbre à cames est situé en haut du moteur, au-dessus de la chambre de combustion. Cela contraste avec les anciennes configurations des moteurs à soupapes en tête (Overhead Valve Engine ou OHV) et des moteurs à soupapes latérales où l'arbre à cames est situé dans le bas du bloc-moteur. Même si les soupapes des moteurs ACT et OHV sont situées au-dessus de la chambre de combustion, un moteur OHV nécessite des tiges de poussée et des culbuteurs pour transférer le mouvement de l'arbre à cames jusqu'aux soupapes alors que dans un moteur ACT les soupapes sont directement actionnées par l'arbre à cames.
Par rapport aux moteurs OHV avec le même nombre de soupapes, il y a moins de composants en mouvement dans un moteur ACT. Il y a également moins d'inertie du train de soupapes dans un moteur ACT, ce qui réduit le phénomène d'affolement des soupapes à des régimes moteur plus élevés. Un inconvénient est que le système d'entraînement de l'arbre à cames (généralement une chaîne de distribution dans les moteurs modernes) est plus complexe dans un moteur à ACT.
Un avantage des moteurs à ACT est qu'il existe une plus grande flexibilité pour optimiser la taille, l'emplacement et la forme des orifices d'admission et d'échappement, car il n'y a pas de poussoirs à éviter. Cela améliore le flux de gaz à travers le moteur, augmentant la puissance et le rendement énergétique.
Lors des réparations de moteur qui nécessitent le retrait de la culasse, un inconvénient des moteurs à ACT est que le calage de l'arbre à cames doit être de nouveau réglé si la culasse est retirée. Dans les voitures Morris et Wolseley de 1920 à 1940 à moteur à ACT, les fuites d'huile dans les systèmes de lubrification étaient également un problème. .
vignette|Triumph Dolomite Sprint 1973 à 1ACT (disposition inhabituelle avec quatre soupapes par cylindre).
Simple arbre à cames en tête La configuration la plus ancienne du moteur à arbre à cames en tête (ACT) est la conception à simple ACT (1ACT).. Un moteur 1ACT reçoit un ACT par banc de cylindres. Un moteur 1ACT en ligne a un seul ACT ; un moteur en V ou à plat avec deux ACT au total (un par banc de cylindres) reste un moteur à simple ACT et non pas à double ACT.
Indépendamment du nombre, l'arbre à cames actionne généralement les soupapes indirectement via un culbuteur.
La plupart des moteurs 1ACT ont deux soupapes par cylindre. Cependant, quelques moteurs, tels que celui équipant la Triumph Dolomite Sprint de 1973 et le moteur V6 Honda J Series, avaient une configuration 1ACT avec quatre soupapes par cylindre. Ces moteurs recevaient l'arbre à cames au centre de la culasse, avec des culbuteurs de longueur égale actionnant les soupapes d'admission et d'échappement.. Cette disposition a été utilisée pour permettre l'utilisation de quatre soupapes par cylindre tout en minimisant la masse du groupe de soupapes et la taille globale du moteur....
Un autre système, nettement atypique (voire exotique) a longtemps été le cheval de bataille de la firme motocycliste et automobile allemande NSU (Basée à Neckarsulm et ensuite absorbée par le groupe VAG Volkswagen - Audi) Il s'agit d'un entraînement par bielles de l'ACT , deux bielles légères montées en décalage d'un quart de tour entre le vilebrequin et l'Arbre à cames assurent la rotation et une troisième le rattrapage de jeu dû aux dilatations . Ce système, indéréglable, permettait au moteur d'atteindre des régimes impressionnants (9000 tours/minute en version course) pour l'époque (années 50 ) sans aucun problème. La moto 250 Cm3 baptisée sport max avait une excellente réputation et glanait les lauriers dans les compétitions locales tandis que la version compétition - client (Renn Max) permettait aux pilotes privés de bien figurer en Grand Prix...Seul inconvénient, le coût de fabrication en série qui pesait sur le prix de vente de la moto
Double arbre à cames en tête vignette|Moteur de moto Suzuki GS550 à 2ACT de 1977 (vue de dessus). Un moteur à double arbre à cames en tête (2ACT ou twin-cam) a deux ACT par banc de culasse, un pour les soupapes d'admission et l'autre pour les soupapes d'échappement. Un moteur 2ACT en ligne a deux ACT ; un moteur en V ou à plat avec quatre ACT au total (deux par banc de cylindres) est un moteur à double ACT. Parfois, un moteur 2ACT en V est commercialisé comme un moteur à quatre arbres à cames, mais les deux arbres à cames « supplémentaires » sont le résultat de la configuration du moteur. Brouillant davantage la terminologie, certains moteurs bicylindres à plat et bicylindres en V (tels que Harley-Davidson, Riley Motors, Triumph et Indian) ont été commercialisés par leurs fabricants sous le terme trompeur de « moteur double arbres » (twin-cam engine), mais ce sont des arbres à cames latéraux, pas des ACT.
La plupart des moteurs 2ACT ont quatre soupapes par cylindre. Cependant il existe des moteurs 2ACT avec seulement deux soupapes par cylindre comme le moteur Alfa Romeo Twin-Cam, le moteur Jaguar XK6, le premier moteur Ford I4 DOHC et le moteur Lotus-Ford Twin Cam.
L'arbre à cames actionne généralement les soupapes via un poussoir. Une conception à 2ACT permet un angle plus large entre les soupapes d'admission et d'échappement que dans les moteurs 1ACT, ce qui améliore le flux de gaz à travers le moteur. Un autre avantage est que la bougie d'allumage peut être placée à l'emplacement optimal, améliorant à son tour l'efficacité de la combustion.
Composants Courroie de distribution / chaîne de distribution vignette|Courroie de distribution en caoutchouc.
La rotation du ou des arbres à cames est entraînée par le vilebrequin. De nombreux moteurs du 21e siècle utilisent une courroie de distribution dentée en caoutchouc et en kevlar pour entraîner l'arbre à cames.. Les courroies de distribution sont peu coûteuses, produisent un bruit minimal et n'ont pas besoin de lubrification. . Un inconvénient des courroies de distribution est la nécessité de les remplacer régulièrement . La durée de vie recommandée d'une courroie varie généralement entre et . .
La première utilisation connue en automobile des courroies de distribution pour entraîner les arbres à cames en tête était sur les Devin-Panhard spéciales de compétition de 1953 construites pour la série de courses SCCA H-modified aux États-Unis. . Ces moteurs étaient basés sur des moteurs bicylindre à plat Panhard OHV convertis en moteurs 1ACT en utilisant des composants de moteurs de motos Norton . La première voiture de série à utiliser une courroie de distribution fut le coupé compact de 1962..
Une autre méthode d'entraînement par arbre à cames couramment utilisée sur les moteurs modernes est une chaîne de distribution, construite à partir d'une ou deux rangées de chaînes à rouleaux métalliques. Au début des , la plupart des conceptions d'arbres à cames en tête des automobiles de production utilisaient des chaînes pour entraîner le ou les arbres à cames . À partir de 1971 sur la , Honda puis d'autres constructeurs ont construit des motos équipées d'un ACT entrainé par une chaine Morse dite « silencieuse » ou « Hy-Vo », c'est-à-dire à denture inversée. Contrairement aux courroies, les chaînes de distribution ne nécessitent généralement pas de remplacement à intervalles réguliers (source de revenus non négligeable pour les garagistes), l'inconvénient est qu'elles sont plus bruyantes que les courroies de distribution .
Train d'engrenages Un système de train d'engrenages entre le vilebrequin et l'arbre à cames est couramment utilisé dans les moteurs diesel à arbre à cames en tête utilisés dans les poids-lourds. Les trains d'engrenages sont moins couramment utilisés dans les moteurs OHC des camions légers ou des automobiles.
Autres systèmes d'entraînement par arbre à cames vignette|Moteur de moto Norton avec arbre à cames entraîné par arbre conique. Jusque dans les années 1950, plusieurs moteurs OHC utilisaient un arbre à couple conique pour entraîner l'arbre à cames. Les exemples incluent la Maudslay 25/30 (1908-1911).., la ., la MG Midget (1929-1932), la série Velocette K (1925-1948)., la Norton International (1931-1957) et la Norton Manx (1947-1962).. Plus récemment, les moteurs de motos Ducati monocylindres (1950-1974)., Ducati L-twin (1973-1980), (1999-2007) et (2011-2016) utilisaient des arbres coniques... De 1946 à 1952, le 4-cylindres Crosley fut le dernier moteur automobile à utiliser cette conception pour entraîner l'arbre à cames. Les droits sur la technologie du moteur Crosley furent achetés par des sociétés successives (General Tire en 1952, suivi de Fageol en 1955, Crofton en 1959, Homelite en 1961 et Fisher Pierce en 1966) après que Crosley ait fermé les portes de l'usine automobile. Elles ont continué à produire le même moteur pendant plusieurs années.
Un entraînement d'arbre à cames utilisant trois jeux de cames et de poussoirs en parallèle a été utilisé dans la voiture de luxe Leyland Eight (1920-1923) construite au Royaume-Uni... Un système similaire a été utilisé dans la Bentley Speed Six (1926-1930) et la (1930-1932).. Un système de bielles montées sur excentriques a été utilisé par de nombreux modèles de la NSU Prinz (1958-1973) .
Historique 1900 - 1914 Parmi les premiers moteurs à arbre à cames en tête figuraient le moteur Maudslay 1ACT (1902) construit au Royaume-Uni et le moteur Marr Auto Car 1ACT (1903) construit aux États-Unis... Le premier moteur à 2ACT était un moteur de course Peugeot 4-cylindres en ligne qui propulsait la voiture ayant remporté le Grand Prix de France 1912. Une autre Peugeot équipée d'un moteur à 2ACT a remporté le Grand Prix de France 1913, suivi par la Mercedes-Benz 18/100 GP à moteur 1ACT remportant le Grand Prix de France 1914.
L'Isotta Fraschini Tipo KM, construite en Italie de 1910 à 1914, a été l'une des premières voitures de série à utiliser un moteur 1ACT..
Première Guerre mondiale vignette|Culasse à 2ACT d'un moteur d'avion Napier Lion 1917-1930. Pendant la Première Guerre mondiale, les forces aériennes alliées et allemandes cherchèrent à appliquer rapidement la technologie des arbres à cames en tête des moteurs de course automobile aux moteurs d'avions militaires. Ainsi le moteur 1ACT de la Mercedes 18/100 GP (vainqueur du Grand Prix de France 1914) devint le point de départ de développement des moteurs d'avion Mercedes et Rolls-Royce. Mercedes créa une série de moteurs 6-cylindres aboutissant au moteur . Rolls-Royce inversa la conception de la culasse Mercedes basée sur une voiture de course laissée en Angleterre au début de la guerre, menant au Rolls-Royce Eagle. D'autres conceptions 1ACT virent le jour comme le V8 espagnol Hispano-Suiza 8 (avec une transmission entièrement fermée), le V12 américain et le 6-cylindres en ligne allemand . Le moteur W12 2ACT Napier Lion fut construit en Grande-Bretagne à partir de 1918.