Arbre à cames

L'arbre à cames est l'un des composants emblématiques du moteur à quatre temps, un arbre rotatif doté de bossages soigneusement profilés qui poussent les soupapes à l'ouverture exactement au bon instant de chaque cycle de combustion. Son rôle est de coordonner la respiration du moteur, en admettant de l'air frais ou un mélange air-carburant dans les cylindres et en évacuant ensuite les gaz brûlés, le tout en parfaite synchronie avec la montée et la descente des pistons. Sans cette orchestration temporelle, soupapes et pistons n'auraient aucune relation fixe, et le moteur ne pourrait tout simplement pas tourner.

Mécaniquement, l'arbre à cames est entraîné par le vilebrequin et tourne exactement à la moitié du régime moteur, car chaque soupape ne doit s'ouvrir qu'une fois toutes les deux rotations du vilebrequin dans un cycle à quatre temps. À mesure que l'arbre tourne, chaque bossage en forme d'œuf appuie sur un poussoir, une pastille ou un culbuteur, qui à son tour enfonce la soupape contre un fort ressort de rappel ; une fois le bossage passé, le ressort referme la soupape d'un coup sec. L'entraînement lui-même provient d'une courroie de distribution, d'une chaîne ou d'un train de pignons qui maintient l'arbre à cames et le vilebrequin verrouillés en synchronisation, et tout glissement de cette liaison déphase l'ensemble du moteur.

Le profil exact de chaque bossage a un effet profond sur le comportement du moteur. Un bossage doux, qui ouvre la soupape modérément et brièvement, favorise un couple généreux à bas régime et un fonctionnement souple et économe, tandis qu'un profil agressif, qui ouvre la soupape plus largement et la maintient ouverte plus longtemps, laisse le moteur respirer profondément à haut régime, troquant la souplesse à bas régime contre la puissance en haut. C'est là l'essence même de la conception de l'arbre à cames, et les préparateurs ont de longue date remplacé les arbres à cames pour reconfigurer le caractère d'un moteur, en vue de la compétition ou de l'usage routier.

Les moteurs sont configurés avec un ou deux arbres à cames par rangée de cylindres. Une architecture à simple arbre à cames en tête, abrégée SACT (SOHC), utilise un seul arbre pour actionner à la fois les soupapes d'admission et d'échappement, tandis qu'un double arbre à cames en tête, ou DACT (DOHC), dédie un arbre à chacune, autorisant davantage de soupapes par cylindre et une respiration plus libre à haut régime. Beaucoup de moteurs modernes y ajoutent une distribution variable, capable d'avancer ou de retarder la phase de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin, élargissant la plage de régimes utile pour qu'un même moteur soit à la fois docile à bas régime et énergique lorsqu'on le sollicite.

En pratique, l'arbre à cames est une pièce robuste et de grande longévité, mais les composants qui l'entraînent et le suivent méritent attention. Une courroie de distribution usée qui rompt peut laisser les soupapes percuter les pistons sur un moteur à interférence, provoquant de graves dommages, raison pour laquelle le remplacement programmé de la courroie est primordial. Poussoirs, poussoirs hydrauliques et déphaseurs de distribution variable peuvent aussi s'user ou s'encrasser avec une huile dégradée, si bien qu'une huile propre et du bon grade est la meilleure protection de l'arbre à cames contre l'usure prématurée et la perte de précision de la distribution.