ARCHITECTURES ET SONS DE MOTEURS

Cycle d'explosion et son du moteur

Le son d'échappement est fonction :

    - du cycle d'explosion (degrés de rotation du vilebrequin entre les explosions successives

      des différents cylindres ou rotors pour un cycle de fonctionnement complet du moteur de

      2 tours pour les 4 temps et de 1 tour pour les 2 temps et Wankel)

    - du régime moteur, mesuré en tr/min

    - du type d'échappement adapté au cycle de fonctionnement du moteur (4 temps, 2 temps, Wankel)

    - du couplage des échappements sur les multicylindres, en particulier sur les 4 temps à plusieurs bancs 

      de cylindres lorsque chaque banc a un cycle d'explosion irrégulier 

      (V8 à vilebrequin en croix, 4 cylindres à plat, etc...)

 

Le cycle d'explosion (ou séquence d'allumage) dépend : 

    - du cycle de fonctionnement (4 temps, 2 temps, Wankel)

    - du nombre de cylindres (ou de rotors pour le Wankel)

    - de l'angle entre les cylindres (moteur en ligne, à plat, en V, W, ....)

    - du calage du vilebrequin (décalage angulaire des manetons de bielles)

 

Ci après 2 méthodes pour déterminer le cycle ou rythme des explosions en fonction de l'architecture moteur :

 

    - feuille de calcul Excel applicable aux moteurs 2 temps ou 4 Temps de 1 à 8 cylindres,

      quelque soit l'architecture mécanique :

      CALCUL-CALAGE-MOTEUR.xls

 

    - méthode graphique manuelle :

      DETERMINATION-CALAGE-MOTEUR.jpg

             

Chaque cycle de fonctionnement a des caractéristiques particulières :

    - sur les 4 temps (1 explosion par cylindre que tous les 2 tours), régularité cyclique limitée

      pour les monocylindres et dans une moindre mesure pour les 2 à 4 cylindres à cycle

      d'explosion irrégulier, nécessitant un gros volant moteur avec une inertie de fonctionnement

      importante pour éviter les cognements à très bas régime, frein moteur important à la coupure de gaz, 

      avec retour rapide au régime de ralenti si moteur tournant à vide

    - sur les 2 temps, irrégularités de fonctionnement à faible charge,

      en particulier si alimentation par carburateur

    - sur les moteurs Wankel, absence de vibrations dues aux forces alternatives

 

La sonorité du moteur reste très proche pour un même cycle de fonctionnement (4 temps, 2 Temps, Wankel) si les intervalles d'explosion sont identiques, malgré les différences de conception (matériau et forme du système d'échappement, conduits d'admission et boîte à air, cylindrée unitaire, diagramme de distribution et régime de couple et de puissance, moteur atmosphérique ou suralimentation par turbo ou compresseur volumétrique, carburateurs ou système d'injection directe ou indirecte, bruits mécaniques divers dont refroidissement par air, clapets ou distributeurs rotatifs sur les 2 temps, système de distribution sur les 4 temps, transmission primaire, embrayage à sec, etc...). 

 

Le son d'échappement du moteur comprend une fréquence fondamentale correspondant au cycle d'explosion, et d'autres fréquences plus élevées nommées harmoniques qui caractérisent le "timbre" de ce moteur.

Pour un moteur à intervalles d'allumage identiques, la fréquence fondamentale correspond à

(nbre de cylindres / nbre de tour pour une explosion dans chaque cylindre) x (régime moteur en tr/min / 60)

ex : 4 cylindres en ligne 4 temps à 3300 tr/min = (4 / 2) x (3300 / 60) --> 110 Hz soit pour les mélomanes la fréquence de la note de musique LA (1ère octave sur un clavier). Chaque doublement du régime moteur, et donc de la fréquence, correspond au passage à l'octave supérieure (pour un régime de 3300 x 4, soit 13200 tr/min, on obtient 440 Hz, soit le LA du diapason (3ème octave). 

On dit que le son est riche lorsqu’il contient de nombreuses harmoniques. Dans le cas contraire, il paraîtra terne à notre oreille. Le son sera d'autant plus agréable voire musical si les harmoniques sont des multiples proches de la fréquence fondamentale, ou des quintes (rapport de 3/2). Les moteurs à cycle d'explosion régulier dont le nombre de cylindres sont des multiples ont une sonorité proche car on retrouve des harmoniques identiques (par ex 3 et 6 cylindres en ligne, 5 cylindres en ligne et V10, etc...). 

 

Personnellement, j'aime bien le son

- à tous les régimes :

   . des bicylindres en V 4 temps (Ducati, Moto Guzzi, KTM, Harley Davidson, Indian, Voxan, etc....)

   . des bicylindres parallèles 4 temps calés entre 270° et 315° 

     (Yamaha MT 07, Honda 1000 Africa Twin, KTM 790 Duke, BMW 850 GS, Husqvarna Nuda 900, etc...)

   . des V4 4 temps avec vilebrequin calé à 180° (Honda VFR 750 et 800, Yamaha V Max, Aprilia RSV4)

   . des moteurs 4 temps avec 1 ou 2 rangée(s) de 4 cylindres en ligne crossplane

     (Yamaha 1000 R1, V8 Chevrolet, etc...)

   . des moteurs 4 temps avec 1 ou 2 rangée(s) de 5 cylindres en ligne (Audi  RS3 5 cylindres ou R8 V10)

   . des moteurs 4 temps à 12 cylindres (Aston Martin ou Lamborghini à 60°, Ferrari à 65° ou à plat, etc...)

- à plus de 7000 tr/min :

   . des bicylindres  en ligne 4 temps calés à 180° (ex Kawasaki Z 400 ou 650)

   . des 4 cylindres en ligne 4 temps calés à 180° (ex Kawasaki Z 900, MV Agusta F4, Suzuki GSXR, etc...)

     et autres moteurs 4 temps de 3 à 8 cylindres avec un cycle d'explosion régulier

     (ex Yamaha MT 09 3 cylindres, 6 cylindres BMW, Flat 6 Porsche, V8 Ferrari ou Mac Laren,etc...)  

   . des moteurs 2 temps avec 1 ou 2 rangée(s) d'au moins 2 cylindres en ligne

     (ex Yamaha 350 et 500 RDLC, Suzuki 500 RG et 750 GT, Kawasaki 500 H1 et H2)

   . des moteurs rotatifs Wankel avec au moins 2 rotors (ex Mazda RX8)

- à bas régime des monocylindres 4 temps longue course (BSA 500, Matchless G80, etc...) 

 

Je n'aime pas le son

- à tous les régimes :

   . des bicylindres 4 temps avec explosions à 360°

     (Citroën  2CV, Flat Twin BMW, Yamaha 650 XS et 750 Super Ténéré, Benelli 500, etc...)

   . des  V4 4 temps calés à 360° (Honda 750 VFF et RC 30, 1300 Pan European, RC 213V)

   . des moteurs rotatifs Wankel à simple rotor (ex Suzuki RE5)

   . des V6 4 temps à cycle d'explosion irrégulier (ex V6 PRV à 90° avec manetons non décalés)

   . des V3 2 temps (Honda NS 400 R)

- à moins de 7000 tr/min :

   . des 2 temps monocylindres ou bicylindres avec explosions à 360°

    (Yamaha 125 DT, bicylindres Kawasaki KR 250 et 350 de course, IFA MZ BK 350 de 1952)

    

Avec la disparition progressive des voitures de sport à moteurs atmosphériques avec une belle allonge et une sonorité rageuse, on constate une mode actuelle pour les bruits de crépitement ou de pétarades à l'échappement à la coupure des gaz (crackle map ou pop and bang en anglais) dont l'origine est lié à la nécessité de limiter le temps de réponse du turbo sur les voitures de rallye (système anti-lag appelé également bang bang). Le principe est de retarder l'allumage à faible charge tout en maintenant l'alimentation du moteur, ce qui engendre des détonations dans l'échappement que je trouve plus agressives que réellement agréables à l'oreille et qui peuvent parfois être destructrices pour les soupapes et le système d'échappement lorsque les effets ne sont pas limités à ceux parfois associés aux modes sport ou racing de la cartographie moteur d'origine.



28/09/2019