Arbre à cames : rôle, emplacement et fonctionnement

Dans un moteur essence ou diesel « quatre temps », l’arbre à cames pilote l’ouverture et la fermeture des soupapes. C’est lui qui fixe le « calendrier » de la respiration du moteur, donc son rendement, sa souplesse et une partie de ses émissions.

L’arbre à cames est un axe métallique muni de lobes (les cames). À chaque tour, chaque lobe appuie sur un élément de commande (poussoir, culbuteur ou linguet selon l’architecture) et ouvre une soupape. Une fois le lobe passé, un ressort referme la soupape.

Sur un moteur 4 temps, l’arbre à cames tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin, car un cycle complet (admission, compression, combustion et échappement) demande deux tours de vilebrequin pour un seul tour d’arbre à cames côté soupapes.

Ce qui change d’un moteur à l’autre, c’est la façon de transmettre l’effort (culbuteurs, poussoirs hydrauliques…) et le profil des cames (durée d’ouverture, levée et recouvrement).

L’emplacement dépend surtout de la conception.

• Moteur à arbre à cames en tête (OHC/DOHC) : l’arbre (ou les deux arbres) se situe dans la culasse, au-dessus des soupapes.
• Moteur à arbre dans le bloc (type OHV) : l’arbre à cames reste dans le bloc moteur, puis l’ouverture des soupapes passe par des tiges et culbuteurs. 

La distribution (courroie, chaîne ou train de pignons) relie vilebrequin et arbre(s) à cames. Un décalage de calage suffit à perturber le cycle.

Le vilebrequin transforme le mouvement des pistons en rotation. L’arbre à cames, lui, « donne le tempo » des soupapes. Les deux doivent rester synchronisés, d’où l’importance de la distribution. 

Sur beaucoup de moteurs modernes, un système de calage variable modifie le moment d’ouverture des soupapes selon le régime. Ce n’est pas un autre arbre à cames, mais une gestion de sa position relative.

Les signes se ressemblent parfois, car trois causes se superposent souvent : usure mécanique, défaut de distribution (calage) et capteur d’arbre à cames (CMP) en panne.

Indices fréquents côté conduite et tableau de bord :

• Voyant moteur, démarrages difficiles, ralenti instable, pertes de puissance,
• Ratés et fonctionnement irrégulier,
• Bruits anormaux côté distribution (claquements et cliquetis).

Si un code défaut du type P0340 remonte, il vise souvent le circuit du capteur d’arbre à cames (capteur, faisceau ou connectique) mais un souci de synchronisation peut aussi entrer en jeu. 

Pourquoi un arbre à cames s’use

La cause n°1 reste la lubrification : huile dégradée, niveau trop bas, impuretés et entretien trop espacé. Une distribution fatiguée (chaîne/courroie et tendeur) peut aussi forcer le système et dérégler le timing. 

Exemple récent côté chaîne de distribution d’arbre à cames sur certains 1.5 BlueHDi : le sujet a donné lieu à des campagnes de rappel en Europe, preuve que la partie « distribution » pèse autant que la pièce elle-même.

Le remplacement d’un arbre à cames demande un démontage important (accès culasse, distribution, joints et parfois poussoirs). Les temps d’intervention varient selon le moteur et l’accessibilité, entre 2 et 7 heures généralement, voire 4 à 8 heures sur les configurations plus complexes. 

En réemploi, l’arbre à cames se trouve parfois, mais il est fréquemment vendu avec la culasse ou le moteur selon les filières et les contrôles possibles.