Arbre à cames - Définition
Un arbre à cames est un dispositif mécanique permettant de transformer un mouvement rotatif en mouvement longitudinal et réciproquement.
L’arbre à cames est une découverte du moyen âge pendant lequel il a été principalement utilisé dans les moulins à eau spécialisés dans le battage du fer ou le tannage du cuir (transformation du mouvement rotatif, issu de l’entraînement de la roue à aubes par l’eau, en mouvement longitudinal).
Aujourd’hui, l’arbre à cames est une pièce essentielle du moteur automobile : il transforme le mouvement longitudinal issu du moteur en mouvement rotatif actionnant les roues.
L'arbre à cames dans le moteur automobile
L'arbre à cames est une pièce mécanique utilisée dans des moteurs thermiques à combustion interne à 4 temps pour la commande synchronisée des soupapes. Il se compose d'une tige cylindrique disposant d'autant de cames que de soupapes à commander indépendamment ou par groupe, glissant sur la queue de soupape, ou sur un renvoi mécanique (ex. : le patin d'un culbuteur).
Il est placé au niveau du vilebrequin (moteur culbuté) ou au-dessus de la culasse (arbre à cames en tête).
Moteur culbuté
D'abord monté sur les motos d'usine de compétition, on assiste à la généralisation des moteurs avec soupapes " en dessus ", qui autorise un meilleur remplissage du moteur. L'arbre à cames étant encore situé en bas du moteur, parce que lié, pour sa synchronisation, par un engrenage au vilebrequin ou une chaîne, la commande des soupapes nécessite alors de longues tiges de rappel pour atteindre les culbuteurs.
Arbre à cames en tête
En disposant l'arbre à cames en tête, c'est-à-dire en haut du moteur, ces tiges ne sont plus nécessaires, mais la synchronisation de l'arbre se fait par transmission, autorisant un décalage de l'axe de rotation. L'arbre à cames, peut être entraîné par chaîne, courroie crantée, arbre ou cascade de pignons et même par mouvement bielle-manivelle (marque moto NSU), pour attaquer directement les soupapes, ou par l'intermédiaire de culbuteurs.
D'abord adoptée en compétition, cette solution s'est généralisée petit à petit à tous les moteurs de véhicules de tourisme.
Double arbre à cames en tête
Au début des années 70, afin de permettre un bon centrage de la bougie dans la culasse, ainsi qu'un réglage aisé des lois de distribution, on a placé un arbre à cames pour les soupapes d'admission, et un autre pour l'échappement. L'espace entre les arbres permet de placer la bougie au centre de la chambre de combustion.
Avenir
Divers systèmes ont été créés afin de pouvoir changer les lois de distribution en fonction du régime moteur et de l'action sur l'accélérateur. Ainsi, on a vu des systèmes de décalage d'arbre à cames (Toyota VVTI) ou de passage de 2 à 4 soupapes par cylindre (Honda 800 vfr). L'avenir est à la distribution variable, les soupapes étant commandées non par un arbre à cames, mais par des systèmes électromagnétiques (i.e. technologie camless). Cette technologie permet via un calculateur de commander indépendamment les soupapes en fonction du régime moteur et de la demande d'accélération.