LE RÔLE DE L'ARBRE À CAMES :
Il sert à deux choses
· ouvrir et fermer les soupapes d'admission et d'échappement au bon moment.
· entraîner la pompe à huile et synchroniser le système d'allumage sur nos moteurs.

Cycle à 4 temps

La forme des cames détermine la quantité de gaz et la durée du remplissage de ceux-ci.
La position des cames détermine le moment d'admission et de reflux des gaz

CARACTERISTIQUES DES AC :
Les arbres à cames sont caractérisés par 3 paramètres :
1-La levée de soupape .

Il s'agit de l'ouverture maximum (levée maximum) que peuvent emprunter les gaz.
La levée de soupape est donnée par la différence des côtes h-e si les culbuteurs sont symétriques ou si l'arbre à came agit en tête de soupape. Dans le cas de culbuteurs dissymétriques (cas du moteur des Simca 1000), il convient de multiplier (h-e) par le rapport formé par la longueur des deux bras de levier du culbuteur de chaque coté des son axe de rotation..
Plus la levée de soupape est importante, mieux les gaz circulent (et meilleur est le rendement). Attention, la levée n'est pas illimitée car le mouvement est cyclique et les accélérations sont considérables ainsi que les vitesses de coulissage dans le guide de soupape. On préfère largement modérer la levée de soupape et augmenter le diamètre de la soupape.

2-Le temps d'ouverture.
Il s'agit du temps pendant lequel la soupape reste ouverte. Ce temps est fixé par le profil de la came. Plus la came est pointue, plus le temps d'ouverture est court, et plus la came est "plate", plus le temps d'ouverture est long.

Il faut remarquer que le qualificatif d'arbre à cames "pointu" ne qualifie pas un arbre à cames qui possède des cames pointues. Plus un moteur est "pointu" moins son arbre à cames l'est ! Ce qualificatif désigne un arbre à cames dont les paramètres sont optimisés pour une utilisation précise du moteur dans une plage de régime de rotation et de puissance. En effet, pour améliorer le remplissage à haut régime, les cames d'un moteur poussé ont un profil nettement plus carré que celles d'un moteur standard. Ceci est visible à l'œil nu quand les deux arbres à cames (le normal et le spécial) sont placés côte à côte.
L'usage veut cependant que l'on parle d'arbre à cames "pointu" dans le cas d'un moteur poussé!!

calcul de la compression d'un ressort de soupape en fonction de la charge exercée sur lui

3- Les angles d'ouverture ou le diagramme de la distribution

Il s'agit du moment (exprimé en angle de rotation du moteur) où la soupape commence à s'ouvrir, et où elle commence à se fermer.
Désignons par PMH (Point Mort Haut) et PMB (Point Mort Bas) les positions respectives où le piston est en haut et en bas.
Dans un moteur à 4 temps, une course complète du piston est nécessaire, tant pour aspirer les gaz frais que pour laisser échapper les gaz brûlés. On peut donc admettre que dans la coure d'admission (mouvement du piston vers le PMB), la soupape d'admission est ouverte au moment du PMH et qu'elle se ferme lorsque le piston arrive au PMB en n'aspirant plus aucun gaz. Le même raisonnement vaut pour la phase d'échappement.
La réalité est très différente :
Comme les soupapes ne peuvent s'ouvrir à une vitesse illimitée (à cause des forces d'accélération), il faut placer un point d'ouverture ou de fermeture respectivement avant le PMH et le PMB. De plus, l'écoulement des gaz représente à ces vitesses et pressions une masse non négligeable, et il faut un certain temps pour qu'ils se mettent en mouvement. Tous ces paramètres sont optimisés par ce que l'on appelle le CROISEMENT de l'arbre à came (Les 4 valeurs angulaires AOE-RFE-AOA-RFA)
Ces angles d'ouverture et de fermeture sont définis comme suit :
AOE : Avance à l'Ouverture de l'Echappement
C'est le nombre de degrés de rotation du vilebrequin entre le début d'ouverture de la soupape d'échappement, et le point mort bas en fin de combustion (PMBcomb).
RFE : Retard à la Fermeture de l'Echappement
Retard de fermeture de la soupape d'échappement après le point mort haut en fin d'échappement (PMH ech).
AOA : Avance à l'Ouverture de l'Admission
Avance de l'ouverture de la soupape d'admission avant ce même PMHech.
Le croisement de l'arbre à came est égal à AOA + RFE, nombre de degrés pendant lequel les deux soupapes sont ouvertes en même temps. (bascule des soupapes)
RFA : Retard à la Fermeture de l'Admission
Retard de fermeture de la soupape d'admission après le point mort bas en fin d'admission (PMB adm).

QUELQUES PROFILS D'ARBRES A CAMES DES MOTEURS DE SIMCA 1000:

 

MODELES	Simca 1000 4, 5 , 6 Cv	7Cv	Rallye 2	Rallye 3
MOTEUR	1G1	1G1	1G4	1G4C
PUISSANCE	35, 40 ou 44 cv	55cv	86 cv	103 cv
AOA	13°	13°	20°	55°
RFA	55°20'	55°20'	65°12'	77°
AOE	45°	45°	63°	85°
RFE	13°20'	13°20'	22°12'	47°
LEVÉE ECH	5,41mm	8.5 mm	9,315 mm	10,95mm
LEVÉE ADM	5.72 mm	8.1 mm	9,315 mm	10,95mm

Vous pouvez voir sur ce comparatif des différences de levée et d'angle d'ouverture et de fermeture. Les croisements et les levées sont plus importants sur les moteurs ayant plus de puissance

En 30 ans il y a eu des pénuries de pièces détachées, les pignons de distribution n'ont pas toujours été remplacés par 'couple repéré' que l'on vend actuellement sur les voitures modernes. Elles sont maintenant presque toutes équipées de pignons avec courroies crantées, qu'il faut changer tous les 3 ou 4 ans ou tous les 70000 Km Dans le cas des Simca 1000 Rallye nous nous trouvons avec un mode de transmission de mouvement pignon chaîne sans tendeur. On a souvent appelé ces moteurs les moteurs Espagnol à cause du bruit de distribution qui claque comme des castagnettes.
Lorsque l'on doit " caler " une distribution sans repères, les procédures couramment utilisées préconisent l'utilisation de jeu de cales d'épaisseur, ce qui ne permet pas d'obtenir des résultats fiables à 100%, ou tout simplement la méthode empirique " en bascule " ..!
La méthode proposée permet de vérifier le calage du ou des arbres à cames, et ne tient absolument pas compte du jeu aux soupapes, elle est dite " aux sommets de cames " et est très simple à appliquer.
C'est la seule vraiment précise puisque le jeu aux soupapes n'intervient pas et donc aucune erreur due à un mauvais réglage n'est possible.
Sur un moteur à un seul arbre à cames le contrôle n'est à effectuer que sur l'une des soupapes, les autres étant forcément calées.
Outillage indispensable :
1 comparateur au 1/100° (aujourd'hui on en trouve pour moins de 20 €)
1 support de comparateur (peut être confectionné sois même en fonction du moteur à caler)

1 disque gradué en degrés, monté sur le vilebrequin (vous trouverez un exemplaire joint)

Télécharger l'image un disque gradué à coller sur un support rigide.

Principe :
Il s'agit de déterminer en fonction du diagramme fourni par le constructeur du moteur, à quel moment par rapport au P.M.H.( de bascule), les soupapes d'admission et d'échappement vont être ouvertes au maximum (sommets de cames).
Détermination théorique des sommets de cames
Ouverture maxi de la soupape d'admission après PMH bascule = (AOA + RFA + 180°)/2 - AOA
Ouverture maxi de la soupape d'échappement avant PMH ( bascule) = (AOE + RFE + 180°)/2 - RFE
Exemple : pour le moteur SIMCA 1000 Rallye 2 type 1G4 le diagramme fourni est le suivant :
AOA = 20° avant P.M.H.
RFA = 65° 12' après P.M.B.
A0E = 63° avant P.M.B.
RFE = 22° 12' après P.M.H.
En appliquant la méthode expliquée précédemment on trouve
Ouverture maxi admission = (20°+ 65° 12' + 180°)/2 - 20° = 112° 6' après PMH (bascule).
Ouverture maxi échappement = (63° + 22° 12' + 180°)/2 - 22° 12' = 110°30' avant PMH (bascule).
Repérage précis du PMH
Contrôler avec précision le repère PMH sur le volant moteur, à l'aide du comparateur dont le palpeur sera en contact avec le piston.
Rechercher le point de course maximum du piston. Utiliser la méthode du point de rebroussement du comparateur. C'est le moment ou l'aiguille du comparateur change de sens.
Vous pouvez vous rendre compte que les repères angulaires sur le volant sont approximatifs (plusieurs degrés)
Recherche et contrôle avec précision du PMH sur le volant moteur
1° Rechercher le PMH sur le piston (sans se préoccuper du repère d'origine sur le volant)
2° Régler le comparateur à 0 (avec une course de 5 à 6 mm)
3° tourner le volant dans un sens quelconque pour obtenir une descente de piston de 4mm
4° Remonter jusqu'à 3mm, faire un repère précis, en concordance, sur le volant et le bloc moteur
(ceci, pour compenser le jeu éventuel de l'embiellage)
5° Tourner le volant dans l'autre sens en passant par le '0' et continuer jusqu'à une nouvelle descente de 4mm
6° Remonter jusqu'à 3mm, faire un nouveau repère précis sur le volant.
7° Utiliser un réglet et mesurer la distance entre les 2 repères sur la jante du volant
8° Tracer un repère exactement à mi-distance des points précédents,
ce repère placé face à celui fait sur le bloc (en 4°), indique le PMH précis

UTILISATION
Le disque gradué est monté sur le vilebrequin, et calé à 0 (face à un repère)au PMH précédemment repéré
Sélectionner la soupape qui va servir à faire le calage Adm ou Echap.(Echap dans la demo)
Le toucheau du comparateur est en contact avec, soit le poussoir ou la tète de soupape (pour un latéral), soit le culbuteur (coté tige), dont le jeu aura été ramené à 0 (la soupape ne fermant plus)
Faire attention que la course (levée de came) ne soit pas supérieure à celle du comparateur (en général 10mm).
1° Tourner le vilebrequin en AR sens de rotation, de 112° 6' Simca Rallye 2 et le bloquer dans cette position.
2° Chercher le maximum de levée au comparateur en tournant l'arbre à cames dans un sens, puis dans l'autre. La position est instable car on est en sommet de came et cette position peut être difficile à maintenir, donc bloquer l'arbre à came pour qu'il ne bouge plus
3° Quand le maxi est trouvé, il n'y a plus qu'à emboîter les poulies d'arbre à came avec leur chaîne de distribution
4° (Pour les puristes) Quelques tours de vilebrequin permettrons de relever avec précision le diagramme de distribution, soupape par soupape et de le comparer au données constructeur.
Ce relevé permettra également de déceler usure, dissymétrie de came etc.
Cette procédure peut, bien entendu, être appliquée aux véhicules " modernes " avec distribution entraînée par courroie (non repérée !).

Le rédacteur de cet article dégage toutes responsabilités quant à la mauvaise application de cette procédure de réglage qui pourrait provoquer quelque casse que ce soit.

CALAGE DE DISTRIBUTION
METHODE SANS REPERES ET AVEC JEU THEORIQUE AUX SOUPAPES
Nous allons prendre l'exemple du moteur de la Rallye 3
L'arbre à came est repéré du chiffre 3 en bout de pignon d'entraînement de l'allumeur. Le calage de la distribution avec les jeux théorique de 0.53mm sous la queue de soupape.
AOA : 55° avant le PMH
RFA : 77° après le PMB
AOE : 85° avant le PMB
RFE : 47° après le PMH
jeu aux soupapes
Admission Echappement
à chaud 0.30mm 0.40mm
à froid 0.25mm 0.35mm

C'est exactement la même méthode pour repérer le PMH sur le piston et sur le volant moteur.
Ensuite on monte l'arbre à came sur le moteur, on fixe les poulies avec la méthode préconisée par le constructeur. On fait un calage normal.
On fixe le disque gradué sur le volant moteur. Repère 0 en face du repère que l'on a trouvé avec la méthode décrite plus haut.
On fait un jeu de 0.53 mm sous la queue de soupape (cale de 0.53)
On fixe le comparateur sur la soupape d'Adm ou d'Ech que l'on a choisi.
On fait tourner le moteur dans son sens de rotation, attention le moteur de Rallye 2 ou 3 tourne en sens inverse (moteur en porte à faux arrière)
On contrôle le moment de l'AOA , moment ou le comparateur commence à bouger, on relève la valeur sur le disque gradué, et on la compare avec la valeur constructeur.
Si on a une grande différence de plusieurs degrés, c'est que l'on s'est trompé d'une dent voir de deux dents. On décale dans le sens de l'erreur. Et on refait le contrôle.
Pour info, une dent de décalage représente un décalage de distribution de 24°.
Si l'on est dans les valeurs constructeur, a quelques degrés près, on peut faire des trous oblong sur la poulie d'arbre à came de telle façon que l'on rattrape l'erreur.

Admettons par exemple que l'arbre à came est décalé avec un retard de 6°
6° représente 1/4 de dent de décalage, aussi vous pouvez essayer simplement dans un premier temps de retourner le pignon sur l'arbre à came et remesurer car les trous de fixation ne sont pas centrés exactement sur un sommet ou une base de dent.
Les pignons ont plusieurs trous, donc on peut essayer toutes les dispositions.
Dans certains cas, cela peut ne pas suffire.
Dans ce cas, il n'y a pas d'autres solutions que de modifier les trous de fixation et à en faire une fente. Certaines personnes sont contre ce système mais la solidité de l'assemblage repose avant tout sur le contact métal-métal, pas sur les vis uniquement. Si vous pouvez par exemple serrer au même couple deux vis de 4mm, les pignons ne devraient pas glisser. Vous pouvez polir les pignons ils ne devraient pas glisser normalement.
La meilleure des limes pour faire ce travail est une lime de type chaîne de tronçonneuse, elle a des dents très fines et parallèles. Ajustez les pignons et les repères de telle manière que le minimum de rectification à la lime soit réalisé, parce que la place disponible sur les pignons de 180° est limitée.
Testez une fois encore et serrez les vis une fois que le bon calage du moment de levée maxi soit obtenu.

Ce travail peut être pénible et énervant, il peut prendre un certain temps. Si vous êtes impatient ou nerveux, SVP ne le faites pas!!
En revanche, si cela vous plaît de le réaliser, alors limer vos pignons, utilisez les vis et écrous.
On refait ensuite un dernier contrôle, et on relève son diagramme complet.
Si l'arbre à came est parfait et que le calage est bien fait avec une bonne épure de distribution, vous avez un moteur qui va avoir un rendement maximum, et là vous pourrez prendre des hauts régimes.

Modification de calage d'arbre à came pour modifier le rendement moteur
En parlant de façon générale, modifiez le calage de la distribution peut avoir les effets suivants:
Avancer l'admission et retarder l'échappement déplace la courbe de puissance vers le haut au détriment de la puissance à bas régime.
Retarder l'admission et avancer l'échappement donne une plage de puissance plus grande, mais affecte la puissance à haut régime.
Cela est valable pour les moteurs à double arbre à came. Dans le cas des moteurs de Simca 1000 Rallye, vous ne pouvez qu'avancer ou retarder le diagramme de l'arbre à came, car toutes les soupapes sont sur le même arbre à came.

Pour obtenir un bon rendement à mi-régime sans perdre à haut régime, on peut avancer de 4 à 7° l'échappement. Cela peut résoudre certains problèmes de perte de rendement à mi-régime (surtout avec un échappement 4 en 1).
Note du webmaster: Attention! Décaler les arbres à cames peut créer de gros problèmes de jeux entre soupapes et pistons! Le moment le plus critique est, à l'admission, juste après le PMH. N'envisagez ce type de travail que si vous pensez avoir les compétences requises. Si c'est le cas, ajustez toujours par petites doses et vérifiez les jeux à chaque fois. Ne forcez jamais en cas de résistance.

Pour ceux que cela intéresserait , vous pouvez télécharger une thèse de 3 ème cycle de doctorat en mécanique sur la distribution des moteurs 4 temps

Bonne lecture

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