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La distribution



par François Dovat

Figure 1: Arbre à cames latéral et poussoirs "champignons" sur un diesel Scania à culasses individuelles.

L'arbre à cames est entraîné depuis le vilebrequin par l'intermédiaire d'une courroie crantée, d'une chaîne ou d'une cacade de pignons. Les arbres à cames en tête, c'est-à-dire dans la culasse, ont maintenant remplacé les arbres à cames latéraux sur tous les moteurs d'automobile alors que la plupart des moteurs diesel de poids-lourds ont encore un arbre à cames latéral (moteurs en ligne) ou au centre du V. Cette dernière disposition permet de prévoir des culasses individuelles et la dépose de ces culasses est facilitée. Un poussoir transmet alors le mouvement de la came à la tige qui commande le culbuteur, ce dernier ouvrant la soupape. Sur certains diesels, l'arbre à cames commande également des pompes d'injection individuelles ou des injecteurs-pompes.

Figure 2: Double arbre à cames en tête entraînés par chaîne (Alfa-Roméo).

La disposition en tête des arbres à cames (ACT) est connue depuis l'aube de la motorisation et elle a toujours été la norme pour les moteurs de course et d'avions. Elle s'est imposée dans les années 60 et 70 sur les moteurs d'automobiles de grande série car la commande directe des soupapes par l'élimination des tiges et culbuteurs à de nombreux avantages :

- Réduction de l'inertie de la distribution, ce qui autorise des régimes plus élevés.

- La commande est plus précise de par l'élimination de la flexion des pièces intermédiaires.

- Diminution des pertes par friction en raison de la possibilité d'adopter des ressorts de soupapes moins forts.

- La face du moteur est dégagée des tiges de culbuteurs qui constituent une gène au libre dessin des canaux d'admission et /ou d'échappement.

Dans les moteurs à quatre temps, le cycle complet nécessite deux tours de vilebrequin pour un tour d'arbre à cames. En conséquence, ce dernier est entraîné à un régime qui est la moitié de celui du moteur. On peut monter un arbre a cames par rang de cylindres, mais la tendance actuelle est d'en prévoir deux, soit un commandant les soupapes d'admission et l'autre celles d'échappement. Le calage angulaire du ou des arbres à cames par rapport au vilebrequin est une opération qui demande une grande attention car les soupapes doivent se fermer au voisinage du point mort haut (PMH) sinon les pistons peuvent les toucher, ce qui provoque un casse immédiate et de gros dégâts. A cet égard, les courroies crantées d'entraînement doivent être régulièrement changées selon les prescriptions des constructeurs car leur bris cause les mêmes effets. Elles ont été adoptées pour les raisons suivantes :

- Leur moindre coût par rapport à un entraînement par chaîne – ou a fortiori par cascade de pignons.

- Elles sont silencieuses.

- Elles absorbent les vibrations de torsion.

Une autre façon de limiter les vibrations de torsion transmises à la distribution consiste à placer l'entraînement du ou des arbres à cames à l'arrière du moteur et de bénéficier ainsi de la régularité de rotation que pourvoit la proximité du volant moteur.

L'élément suiveur de came peut être un poussoir, un culbuteur ou un levier. Un certain jeux de dilatation est nécessaire pour que la tête de soupape, en portant bien sur son siège, ferme complètement le passage et puisse se refroidir. Ces jeux doivent être vérifiés de temps à autre, bien qu'ils soient remarquablement stables sur la plupart des moteurs actuels. Des poussoirs à compensation hydraulique du jeu ont été montés sur les voitures américaines dès la fin des années 50. Ils assurent un fonctionnement silencieux de la distribution et dispensent en principe de tout entretien. Leurs inconvénients sont un poids et un coût un peu plus élevé ainsi qu'une fiabilité moindre. Si l'élément suiveur de came est un levier, le poussoir hydraulique devient un socle immobile et l'inconvénient de son inertie est supprimé. Les constructeurs européens et japonais montent aujourd'hui couramment des poussoirs ou des socles hydrauliques, ce qui est heureux car le réglage du jeux des 32 soupapes d'un V8 serait une tâche considérable.

Figure 3 : Socles hydrauliques et leviers à rouleaux (Mitsubishi)

La friction des cames sur les poussoirs, culbuteurs ou leviers cause des pertes qui ne sont pas négligeables. Bien qu'elles soient relativement faibles par rapport à la puissance nominale du moteur, il ne faut pas oublier qu'en usage courant seule une faible proportion de cette puissance est utilisée. Des éléments suiveurs à rouleaux réduisent fortement les pertes, la came appuyant sans friction sur une pièce qu'elle met en rotation.

Figure 4: Dans le but d'offrir un construction compacte et un seul arbre à cames par rangée de cylindres, l'Alfa Roméo V6 combine des poussoirs-cuvettes à l'admission et des tiges et culbuteurs à l'échappement

(© François Dovat)
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