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L’arbre à cames dans le moteur automobile

13/12/2019

L’arbre à cames dans le moteur automobile

L’arbre à cames, appelé aussi AAC ou arbre de distribution, est un élément mécanique qui, relié à une courroie de distribution, favorise la synchronisation de certains déplacements. En effet, il permet de :

  • Transformer le mouvement de rotation continu en un mouvement de translation alterné comme dans le cas des soupapes ;
  • Transformer le mouvement de rotation continu de l’arbre en un mouvement de rotation alterné comme dans le cas de culbuteurs.
    Arbre à cames

1. Le rôle de l’arbre à cames dans le moteur automobile

L’arbre à cames est utilisé surtout dans les moteurs à pistons à 4 temps (moteurs thermiques à combustion interne). Il permet de gérer, de synchroniser les soupapes et d’impulser le cycle de combustion grâce aux informations qu’il fournit avec le capteur PMH au calculateur. D’autre part, il est nécessaire pour le démarrage du moteur puisqu’il permet au calculateur de savoir dans quel stade sont les pistons en point mort haut afin de définir le bon ordre d’allumage.

2. Les types des arbres à cames

On distingue 3 types d’arbres :

  • L’arbre à cames latérales : il est situé au niveau du vilebrequin et permet d’activer directement les soupapes. Cependant, il sollicite de grandes tiges en acier (culbuteurs). De nos jours, ce modèle est très peu utilisé ;
  • L’arbre à cames en tête : il est situé au niveau de la culasse et permet d’impulser le rythme du régime moteur ;
  • Le double arbre à cames en tête : il permet d’améliorer l’intégration des hauts régimes et de faciliter le développement du moteur. Il est surtout efficace pour les voitures sportives.

3. Descriptif de l’arbre à cames

Il comprend une tige cylindrique munie de cames et de soupapes à gérer par groupe ou indépendamment.

Les pignons de la chaîne ou de la courroie crantée permettent la synchronisation de l’arbre à cames avec l’arbre moteur. La disposition angulaire de l’arbre dépend de la physionomie et la conception du moteur, de son architecture et de ses performances.

Par exemple, dans le cas des moteurs 4 temps à combustion interne, le cycle de combustion sollicite 2 tours de vilebrequin. L’arbre à cames doit tourner 2 fois moins vite que le vilebrequin moteur.

Le nom du composant qui suit les cames et qui assure le contact diffère selon le type de mouvement :

  • Dans le cas d’un mouvement de translation rectiligne, on l'appelle poussoir. Il peut être excentré ou centré.
  • Si c’est un mouvement de rotation oscillant autour d’un axe, on le nomme culbuteur.
  • Le mouvement peut également être assuré par les soupapes elles-mêmes.

4. Le fonctionnement de l’arbre à cames

L’arbre commande l’ouverture des soupapes. Un ressort permet le maintien de la queue fermée quand la came n’attaque pas. En effet, les fermetures et les ouvertures de soupapes d’admissions et d’échappements dépendent du régime moteur.

Le degré et le temps d’ouverture dépendent de la forme de cames. En effet, plus elles sont arrondies, plus le temps d’ouverture est long. Ce dernier sera encore plus long si les cames sont pointues et longues.

5. Pourquoi changer l’arbre à cames par un arbre de compétition ?

L’arbre à cames de compétition permet de modifier les degrés d’ouverture afin d’optimiser le comportement moteur. En fait, plus l’arbre est bien usiné, mieux est le remplissage en mélange air/carburant et plus la puissance et le couple du moteur sont augmentés.

6. La distribution variable et le système VVT

La distribution variable ou le système VVT (Variable Valve Timing) permet de modifier directement le profil des cames. Elle permet, ainsi, d’impulser directement le degré et la durée d’ouverture de soupapes et même du moment de déclenchement.

Le fonctionnement du système VVT s’appuie sur un circuit hydraulique.

7. Les symptômes d’une panne au niveau de l’arbre à cames

Généralement, l’arbre à cames dure jusqu’à la fin de vie de votre voiture à l’exception des dégâts pouvant résulter à un accident.

Toutefois, si le capteur de l’arbre à cames ou le système VVT est défectueux, la mise en route peut être en mode dégradé.

Voici les symptômes qui indiquent qu’il y a un problème au niveau de ces éléments :

  • L’allumage du voyant moteur ;
  • Le moteur cale facilement en mode ralenti ;
  • Un démarrage difficile, voire même impossible, s’il s’agit d’un capteur HS ;
  • Le moteur fait un bruit anormal.
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