L'arbre à cames est un élément en forme de tige dans le moteur à combustion interne, sur lequel se trouve au moins une protubérance arrondie et excentrée, appelée came. L'arbre tourne autour de son propre axe et génère simultanément un bref mouvement longitudinal grâce à la came. La plupart du temps, les contours sont parallèles à l'arbre à cames, mais il existe parfois des cames biseautées.
La vitesse de rotation de l'arbre à cames est égale à la moitié de la vitesse de rotation du vilebrequin dans presque tous les moteurs à quatre temps (à l'exception des moteurs en étoile). Celui-ci entraîne l'arbre à cames soit par une courroie, soit par une chaîne de distribution, rarement aussi par un arbre ou un jeu d'engrenages.
Les arbres à cames sont fabriqués en fonte grise, en fonte à graphite sphéroïdal, en acier trempé ou en acier nitruré. Pour réduire leur poids, ils sont parfois percés ou moulés en creux. D'autres réductions de poids peuvent résulter de l'assemblage de pièces détachées, dans lequel les cames et les roulements restent en place grâce à une pression d'eau très élevée dans le tube. Ces arbres à cames tubulaires en acier avec des matériaux frittés, jusqu'à 40 pour cent plus légers, sont connus sous le nom d' « arbres à cames assemblés ». Tant les paliers que les pistes de came sont généralement trempés.
Un arbre à cames n'est pas seulement présent dans les camions, mais dans chaque moteur à combustion. Il fait partie de la distribution moteur, dont la tâche est d'ouvrir et de fermer les soupapes d'admission et d'échappement au bon moment. En principe, une seule came peut même commander plusieurs soupapes en même temps. Les moteurs en ligne comportent au maximum deux cames, les moteurs boxer et les moteurs en W jusqu'à quatre arbres à cames.
La came pousse la soupape dans une position ouverte, dans la suite du mouvement, le ressort de soupape assure la fermeture de la soupape. Comme la came ne touche pas directement la soupape au centre, mais légèrement sur le côté, celle-ci tourne un minimum à chaque mouvement, de sorte qu'il n'y a pas de points de pression.
Sur les anciennes pompes d'injection, les arbres à cames actionnent également le ou les éléments de pompage pour le transport du carburant vers les différents tuyaux d'aspiration ou les cylindres.
Selon sa position dans le moteur, on peut distinguer les arbres à cames situés en bas et ceux situés en haut.
- Pour les moteurs à bas régime, une distribution OHV (Over Head Values) s'impose, dans laquelle l'arbre à cames se trouve dans le bloc moteur et agit sur les soupapes par l'intermédiaire de tiges de poussoir et de leviers traînants. Cela nécessite le déplacement de nombreuses pièces mécaniques lors de la fermeture du ressort de soupape. Les soupapes fonctionnent dans la culasse et sont donc appelées soupapes suspendues.
- Pour les moteurs à haut régime, les arbres à cames dans la culasse sont très répandus. On les appelle OHC (Over Head Camshaft) ou, en présence de deux arbres à cames, DOHC (Double Over Head Camshaft). L'entraînement des soupapes s'effectue ici par des culbuteurs, des culbuteurs-traîneaux ou directement par des poussoirs à coupelle.
L'arbre à cames d'un camion ne fait pas partie des pièces d'usure, mais dure généralement aussi longtemps que le véhicule lui-même. Néanmoins, le risque de dommages n'est pas exclu, surtout en cas de kilométrage très élevé.
- Les signes d'usure sont par exemple fréquents au niveau des coquilles de coussinet dans lesquelles se trouve l'arbre à cames. En l'absence d'une lubrification suffisante, des rainures se forment sur les coquilles. Toutefois, il existe aussi des arbres à cames qui fonctionnent sans coussinets.
- Il est également possible qu'il y ait une usure du matériau des cames elles-mêmes, qui sont soumises en permanence à de fortes contraintes. Cette érosion – « arbre à cames rodé » - a pour conséquence que les soupapes ne s'ouvrent et ne se ferment plus au bon moment. Avec le temps, cela peut se traduire par un fonctionnement irrégulier du moteur, des difficultés de démarrage et une puissance réduite.
- De petites érosions sur les cames entraînent une surface trouée des cames. Cela réduit la lubrification optimale de l'huile, les petites particules peuvent en outre provoquer des obstructions dans le circuit d'huile.
- L'étanchéité de l'arbre à cames par le cache culbuteur est assurée par un joint en caoutchouc qui peut se fissurer ou devenir poreux au fil des ans. Conséquence : de l'huile s'échappe et endommage éventuellement la courroie de distribution.
- Le capteur de l'arbre à cames, qui régule l'injection de carburant avec le capteur du vilebrequin, est également sujet à des défauts récurrents, qui se manifestent par un ralenti fluctuant ou une erreur dans la mémoire des défauts.
Un contrôle visuel de l'arbre à cames permet d'identifier rapidement les éventuels défauts. Pour cela, il suffit de retirer le couvercle de soupape. L'arbre à cames doit être nu et exempt de traces de frottement. Il ne doit pas non plus y avoir de bruits de broiement.
Il existe par ailleurs des dommages au niveau des paliers ou des surfaces de glissement qui ne sont visibles qu'après le démontage des coquilles d'arbre à cames.
Par le passé, les garages avaient souvent recours, en cas d'arbre à cames défectueux, à la rectification de l'arbre à cames en premier lieu, afin de réparer les arbres à cames rodés. Aujourd'hui, cette pratique n'est plus guère répandue, car un nouvel arbre à cames est généralement moins cher que la réparation de l'ancien.
D'une manière ou d'une autre, la réparation d'un arbre à cames est coûteuse, car il faut démonter de nombreuses pièces pour atteindre l'arbre à cames dans le moteur. Ainsi, même le remplacement de la bague d'étanchéité peut entraîner des frais d'atelier de plusieurs centaines d'euros. Il vaut donc la peine de remplacer directement aussi la courroie de distribution ou la chaîne de distribution, qui impliquent des opérations similaires.
Lors du remplacement d'un arbre à cames défectueux dans un poids lourd, il est important d'acheter une pièce de rechange adaptée. Il existe par exemple des arbres à cames spéciaux pour les camions Volvo, Scania ou Mercedes qui ne sont pas compatibles entre eux. Dans notre boutique en ligne primée de Motointegrator, vous trouverez non seulement des pièces de rechange adaptées à toutes les marques de camions courantes, mais aussi des arbres à cames pour voitures. Laissez-vous convaincre par des produits de marque de qualité supérieure à des prix imbattables.
