Les décaleurs d'arbre à cames

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Description détaillée

Présentation du système :

Le décaleur est implanté en bout d'arbre à cames coté distribution. Il s'agit d'une poulie de distribution spécifique qui permet d'obtenir un calage variable (en dynamique) de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin. Les décaleurs sont utilisés sur les moteurs ou les bancs de cylindre équipés de 2 arbres à cames. Il existe des décaleurs de type :
 

• "tout ou rien" ou V.T.C (Variable Timing Camshaft) : le système n'a que 2 positions (avance maxi, retard maxi).
• "progressifs" ou V.V.T (Variable Valve Timing) : le système peut se positionner à la position angulaire souhaitée (de l'avance maxi au retard maxi).

Le système "tout ou rien" est aujourd'hui délaissé, les constructeurs utilisent des systèmes progressifs implantés sur les arbres à cames d'admission et d'échappement. On parle de "double décaleur" d'arbre à cames.
 

Le décaleur positionné sur l'arbre à cames d'admission va permettre d'améliorer le remplissage en air du moteur et donc les performances :
 

• Retard Fermeture Admission mini (RFA mini) lors des accélérations à faible régime et forte charge.
• Retard Fermeture maxi (RFA maxi) à puissance élevée et à haut régime.

Le décaleur positionné sur l'arbre à cames d'échappement va permettre de favoriser l'I.G.R. (recirculation interne des gaz d'échappement) :
 

• Retard Fermeture Echappement maxi (RFE maxi).
• Avance Ouverture Admission maxi (AOA maxi).

Ce positionnement des décaleurs permet de faire un fort croisement des soupapes. Une quantité de gaz d'échappement est directement aspirée par le moteur. Cette recirculation des gaz d'échappement permet :
 

• De réduire les émissions de gaz polluants et notamment les oxydes d'azote (NOx).
• De réduire les consommations et les émissions de CO2 (atténuation du phénomène de pompage, fonctionnement en cycle Atkinson).

Les décaleurs utilisés aujourd'hui sont majoritairement hydrauliques cependant des équipementiers proposent des systèmes entièrement électriques.
 

Les systèmes hydrauliques :

Ces systèmes fonctionnent avec l'huile du moteur. Le circuit de lubrification du moteur est donc adapté et dimensionné pour alimenter en huile les décaleurs. Se système est un gros consommateur d'énergie.
 

Les décaleurs actionnées par une électrovanne :

Une électrovanne pilotée électriquement (commande de type R.C.O) par le calculateur de gestion moteur est positionnée sur le circuit d'huile.
Elle peut mettre les chambres du décaleur en communication avec :
 

• De l'huile sous pression (en provenance de la pompe à huile).
• Le retour d'huile vers le carter.

 

 

Ci-dessus une électrovanne et un décaleur hydraulique équipant un moteur P.S.A.
 

Le calculateur ajuste avec précision la position de l'arbre à cames concerné en modulant la quantité d'huile présente dans les chambres.
L'électrovanne est implantée sur la culasse, elle est maintenue en position repos par un ressort. l'alimentation en huile du décaleur est assurée par des canaux usinés dans l'arbre à cames. Il y a une électrovanne dédiée à chaque décaleur. Se système présente un temps de réaction assez long du à l'éloignement de l'électrovanne par rapport au décaleur. Le décaleur d'arbre à cames d'admission du moteur P.S.A. 1,4 16V ET3 (KFU) autorise un décalage angulaire maxi de 40° vilebrequin. 
 

Les décaleurs avec distributeur intégré :

 

• Les moteurs Ford Ecoboost 1.0 3 cylindres M1DA et M2DA ainsi que les moteurs EB2DT Stellantis sont dotés de 2 décaleurs à distributeur intégré (admission et échappement).
• Les moteurs Volkswagen 1,5 TSI Evo (DADA et DACA) sont dotés d'un décaleur à distributeur intégré à l'admission.

Un actionneur positionné sur le carter de distribution est pilotée électriquement (commande de type R.C.O) par le calculateur de gestion moteur. Cet actionneur vient déplacer, au moyen d'un pion, un distributeur hydraulique intégré à la vis de fixation du décaleur. Le distributeur est maintenu en position repos par un ressort. Le calculateur ajuste avec précision la position de l'arbre à cames concerné en modulant l'effort appliqué sur le pion.
 

Ci-dessous l'actionneur du décaleur des moteurs Stellantis EB2DT de génération 3 : 

Ci-dessous le distributeur hydraulique intégré à la vis de fixation du décaleur des moteurs Stellantis EB2DT de génération 3 :

L'intégration du distributeur hydraulique au sein même du décaleur permet d'optimiser sa rapidité de fonctionnement. Les décaleurs du moteur Ford Ecoboost autorisent des décalages angulaires maxi de 49° vilebrequin.
 

Les systèmes électriques :

 

Ce système est entièrement indépendant du circuit de lubrification moteur. Il permet donc un calage rapide et précis des le démarrage du moteur. Il particulièrement adapté aux véhicules "Stop-Start" et hybrides. Il est composé d'un moteur électrique alimenté par le calculateur de gestion moteur et d'un décaleur à engrenage constitué d'un train épicycloïdal. Le décaleur placé entre l'arbre à cames et la poulie de distribution est entrainé en permanence par le moteur électrique .
 

 

• Pour décaler l'arbre à cames dans le sens retard, le calculateur réduit la vitesse du moteur électrique (le moteur tourne moins vite que la poulie de distribution).
• Pour décaler l'arbre à cames dans le sens avance, le calculateur augmente la vitesse du moteur électrique (le moteur tourne plus vite que la poulie de distribution).
• Pour maintenir le calage de l'arbre à cames dans une position fixe, le calculateur ne modifie pas la vitesse du moteur électrique (le moteur tourne à la même vitesse que la poulie de distribution).

 

 

1. Moteur électrique.
2. Décaleur à train à épicycloïdal.
3. Arbre à cames.
4. Roulements.
5. Pignon de distribution.

Ci-dessous le système d'engrenage du décaleur électrique équipant le moteur Mazda 2.0  Skyactiv.
 

Le moteur électrique est de type "sans balais", il est doté d'un capteur de vitesse interne. Le décaleur d'arbre à cames d'admission du moteur Mazda 2.0  Skyactiv autorise des décalages angulaires maxi de 74° vilebrequin.



 

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Méthodes et pratiques

Le remplacement d'un décaleur, d'un distributeur hydraulique, d'une électrovanne ou d'un capteur d'arbre à cames se fera suite à une recherche de panne.
 

La recherche de panne :

Le décaleur, l'électrovanne de déphaseur, et le capteur d'arbre à cames n'ont pas de périodicité de remplacement. Avant de les remplacer, il faudra procéder à un diagnostic complet du système de gestion moteur. Voici la liste des contrôles qui pourront être mis en œuvre pour rechercher l'origine de la panne :
 

• Lecture des défauts et mesure des paramètres dans le calculateur de gestion moteur à l'aide d'une valise de diagnostic.
• Contrôle de la pression d'huile moteur (dans le cas des décaleurs hydrauliques).
• Contrôle du calage de la distribution.
• Contrôle électrique de l'électrovanne, du capteur d'arbre à cames, de l'actionneur de décaleur ou du décaleur électrique (commande et/ou signal à l'oscilloscope, contrôle des alimentations et des faisceaux à l'aide d'un multimètre).

 

Le remplacement des éléments :

L'opération consiste à déposer la pièce hors service et à reposer un élément neuf.
Lors du remplacement d'un décaleur, il peut être préconisé :
 

• D'effectuer la vidange du moteur (décaleurs hydrauliques).
• De remplacer le filtre à huile (décaleurs hydrauliques).
• De respecter les couples de serrage.
• De remplacer le kit de distribution (dans le cas d'une distribution par courroie).
• De remplacer la chaîne de distribution (dans le cas d'une distribution par chaîne).

Dans tous les cas, lors du remplacement d'un décaleur : il faudra procéder :
 

• au calage de la distribution.
• à la dépose de la chaîne ou de la courroie de distribution.
• à la repose de la chaîne ou de la courroie de distribution.
• au calage final de la distribution.

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Impact sur les compétences en atelier

• Connaitre le fonctionnement des systèmes de gestion moteur essence.
• Connaitre le fonctionnement des systèmes de distribution.
• Connaitre le fonctionnement du circuit de lubrification d'un moteur essence.
• Savoir appliquer une méthode de diagnostic.
• Savoir utiliser un outil de diagnostic dans ses fonctions : lecture des paramètres, lecture et effacement des défauts, test des actionneurs...
• Savoir utiliser un multimètre.
• Savoir utiliser un manomètre.
• Savoir contrôler la pression d'huile.
• Savoir contrôler le calage de la distribution.
• Savoir effectuer le calage de la distribution.
• Savoir effectuer la tension de la courroie ou de la chaine de distribution.

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Exemple d’outillage approprié

• Outil de diagnostic,
• Manomètre de pression d'huile,
• Coffret de calage de distribution,
• Outil spécifique de contrôle du calage de la distribution.
• Outil de contrôle de la tension de courroie.

Ci-dessous l'outil Volkswagen VAS 611007 qui permet un contrôle électronique du calage de la distribution sur les moteurs essence 1,5 TSI Evo.