Maîtriser la distribution automobile : fonctions, architecture et composants

La distribution (ou train de distribution) est une partie du moteur à combustion interne qui commande l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement. La soupape d'admission laisse entrer le mélange air-carburant dans la chambre de combustion. La soupape d'échappement évacue les gaz brûlés une fois le cycle terminé.

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Aujourd'hui, nous examinons la définition, l'architecture, les fonctions, le fonctionnement et les composants de la distribution dans un moteur à combustion interne.

Définition de la distribution

La distribution est un ensemble conçu pour ouvrir et fermer les soupapes d'admission et d'échappement afin que le mélange air/carburant entre et que les gaz sortent de la chambre de combustion.

De nos jours, les moteurs utilisent des arbres à cames en tête (ACT), situés près du sommet du moteur. Contrairement aux architectures à arbre à cames dans le bloc (ACT dans le bloc) qui utilisent des poussoirs et des tiges de culbuteurs. Cette architecture s'appelle « arbre à cames dans le bloc » (cam-in-block).

Certaines distributions modernes n'utilisent pas d'arbre à cames : des électro-vannes (solénoïdes) pilotent chaque soupape individuellement. C'est la distribution « sans arbre à cames » (camless).

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Fonctions et principe de fonctionnement de la distribution

Les fonctions premières : commander l'ouverture/fermeture des soupapes et contrôler le flux d'air/carburant entrant et de gaz d'échappement sortant.

Dans le fonctionnement, l'arbre à cames joue un rôle central : sa rotation actionne l'ouverture/fermeture des soupapes via ses cames. De nombreuses autres pièces y contribuent.

Sur les gros moteurs diesel, on utilise souvent 4 soupapes par cylindre : 2 admission, 2 échappement. Les soupapes d'admission ont un diamètre plus grand pour favoriser le remplissage. Les soupapes d'échappement résistent à des températures plus élevées que celles d'admission (l'air frais refroidit ces dernières).

Pour éviter la surchauffe, les soupapes transmettent leur chaleur à la culasse, sans quoi elles brûleraient.

Un injecteur au centre de la culasse est actionné pour injecter le carburant. Le calage d'ouverture/fermeture des soupapes est d'une précision extrême, garantissant l'efficacité.

Sur les moteurs récents, des signaux électriques pilotent l'injecteur, remplaçant la commande mécanique de la distribution. Cette méthode est encore plus précise.

La vidéo ci-dessous explique le fonctionnement de la distribution :

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Composants de la distribution

Arbre à cames :

Son rôle : contrôler le calage et la levée des soupapes via ses cames sur l'arbre rotatif. Entraîné par le vilebrequin, il tourne à la moitié de sa vitesse sur un moteur 4 temps. La liaison vilebrequin/arbre à cames se fait par chaîne de distribution métallique, courroie crantée en caoutchouc, ou parfois par un jeu d'engrenages.

Tige de culbuteur (pushrod) :

Tige métallique longue et fine utilisée sur les moteurs à soupapes en tête (OHV). Transmet le mouvement de l'arbre à cames (dans le bloc) vers les soupapes (dans la culasse). Son extrémité inférieure porte un poussoir en contact avec l'arbre à cames. La came soulève le poussoir, qui pousse la tige. L'extrémité supérieure pousse le culbuteur, ouvrant la soupape.

Culbuteur / poussoir à godet (rocker arm / bucket tappet) :

L'architecture détermine le mode d'actionnement : culbuteur, doigt ou godet. Sur les moteurs à ACT, on utilise godets ou doigts, directement actionnés par les cames. Sur les moteurs OHV, les culbuteurs sont actionnés par les tiges de culbuteurs et pivotent sur un arbre ou sur des rotules individuelles pour actionner les soupapes.

Soupapes :

La soupape moderne standard est la soupape mushroom (poppet valve). D'autres types (soupape manchon, soupape glissante, soupape rotative) existent mais sont rares. Généralement, les soupapes mushroom sont ouvertes par la came ou le culbuteur, et fermées par un ressort hélicoïdal (ressort de soupape).

Schéma de distribution ci-dessous :

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