Identification des architectures moteur les plus courantes
Le nombre et la disposition des cylindres est un compromis entre régularité cyclique, équilibrage, esthétique, couple et puissance, caractère et sonorité, masse, encombrement et accessibilité, consommation, fiabilité, coût de fabrication et d'entretien, originalité technique, etc...
Le son du moteur dépend du nombre et de la disposition des cylindres (ce qui peut être identifié visuellement ou sur la fiche technique du véhicule) mais aussi du calage de vilebrequin (positionnement angulaire des manivelles), et également du calage de la distribution sur un 4 temps, ces derniers paramètres n'étant pas visibles et pas toujours indiqués sur la fiche technique. Pour les moteurs avec plusieurs collecteurs et échappements séparés, le son dépend aussi des intervalles d'allumage des cylindres reliés au même échappement.
Dans la première partie du 20ème siècle, la priorité était d'avoir des intervalles d'allumage égaux avec si possible un équilibrage naturel du moteur, sans se préoccuper de l'encombrement, ce qui privilégiaient les moteurs en ligne à 4, 6, et 8 cylindres, simples à fabriquer, avec des dérivés V12 à 60° et V16 à 45° ou 135° pour les véhicules les plus prestigieux.
Les bicylindres avaient également des intervalles d'allumage égaux avec des explosions à 360°, à l'exception des V twins de motos, dont les bielles étaient assemblées sur le même maneton.
Dans la 2ème partie du 20ème siècle, de nouvelles architectures moteur ont été produites en série notamment les moteurs à plat, les V4, V8, 3 et 5 cylindres en ligne et leurs dérivés V6 et V10 pour gagner en compacité, ou en moto les bicylindres en ligne 4 temps calés à 180°, plus performants car plus équilibrés à haut régime que les 360°.
L'utilisation d'un moteur à nombre de cylindres impair ou en V à angle réduit ou avec décalage des manetons nécessite généralement l'ajout d'un système d'équilibrage, le plus souvent un ou plusieurs arbres entraîné(s) par le vilebrequin.
Sur les moteurs en ligne à 4 temps de motos à 2, 3, ou 4 cylindres, il existe aujourd'hui des calages particuliers pour améliorer la motricité en espaçant les intervalles d'allumage, ou simplement pour modifier le caractère et le son du moteur, tout en limitant les vibrations grâce au système d'équilibrage, celui-ci entraînant toutefois une masse et une complexité supplémentaire mais avec une perte de rendement minime par rapport à un calage conventionnel permettant un équilibrage naturel :
>> Motos de série 4 temps multicylindres en ligne avec différents calages
>> Motos GP 4 cylindres en ligne avec différents calages
En fonction du calage de vilebrequin, il est possible d'avoir les mêmes intervalles d'allumage avec une disposition différente des cylindres (moteur en ligne ou en V), ce qui ne permet pas d'associer une sonorité spécifique à une architecture donnée (par ex allumage à 120° sur tous les 6 cylindres en ligne, à plat, en V à 120°, ou en V à manetons décalés, seul le V6 à 90° avec 2 bielles par maneton à des intervalles d'allumage inégaux).
A l'inverse, il est possible d'avoir pour une même disposition des cylindres des cycles d'explosions très différents qui dépendent du calage de vilebrequin (et de la distribution sur un 4 temps), par exemple sur les bicylindres en ligne calés à 360°,180°, 270°, 285°, 315° (les 3 derniers calages ne pouvant se passer d'un arbre d'équilibrage).
Il est donc nécessaire de bien connaître les différentes architectures existantes pour identifier avec certitude ou pas le nombre et la disposition des cylindres suivant la sonorité, ou à l'inverse pour identifier les intervalles d'allumage et imaginer la sonorité suivant le nombre et la disposition des cylindres.
En moto, la régularité cyclique du moteur à bas régime n'est pas une priorité comme en automobile, surtout sur les petites cylindrées utilisées principalement à haut régime, donc on aura beaucoup plus de calages différents qu'en auto malgré le nombre de cylindres limité, par exemple une quarantaine pour les bicylindres 4 temps :
>> Motos 4 temps bicylindres avec différentes architectures
En fonction du son moteur et donc des intervalles d'allumage, on peut en déduire de façon certaine l'architecture correspondante dans les cas suivants :
- bicylindre en ligne 4 temps calé à 180° (calage non utilisé sur twin en V ou à plat car seul le bicylindre parallèle permet un bon compromis au niveau équilibrage et encombrement avec ce calage qui est associé à une faible régularité cyclique)
- V twin 4 temps à manetons décalés de 180° - 2 x angle du V avec équilibrage des forces alternatives primaires (calages non utilisés sur bicylindre parallèle, et angle d'ouverture > 90° non utilisé sur V twin à maneton unique car compacité, équilibrage, et régularité cyclique inférieures à celle d'un V à 90°)
- V twin 4 temps à maneton unique avec angle d'ouverture différent de 45°, 75°, 90°, ou d'un autre angle correspondant à un calage utilisé sur un bicylindre parallèle ou sur un V twin à manetons décalés
- 3 cylindres 2 temps et 4 temps (quel que soit la calage)
- 4 cylindres en ligne 4 temps à vilebrequin plat
- 4 cylindres à plat 4 temps avec collecteur d'échappement par rangée de cylindre (pulsation d'échappement légèrement irrégulière)
- 4 cylindres en V 4 temps (à intervalle d'allumage inégaux), sauf V4 à 90° calé à 180° (car 4 cylindres en ligne crossplane avec séquence d'allumage équivalente)
- V6 à 90° avec 2 bielles sur le même maneton
- VR6 (pulsations particulières avec tubulures d'admission et d'échappement de longueurs différentes)
En fonction du nombre et de la disposition des cylindres (connu ou visible sans carénage intégral) on peut en déduire de façon certaine les intervalles d'allumage et la sonorité correspondante du moteur dans les cas suivants :
- V twin à 90° (exclusivement à maneton unique) et jusquà environ 55° (pour un angle inférieur les manetons sont parfois décalés, généralement pour réduire les vibrations mais celà diminue également la régularité cyclique et modifie le caractère type Harley)
- flat twin (exclusivement boxer avec manetons à 180° pour équilibrage)
- flat four avec collecteur d'échappement par rangée de cylindre
- flat 6 et 6 en ligne (calage invariable favorisant l'équilibrage et l'onctuosité avec allumage à 120°)
- tous les 2 temps de série, toujours calés avec manetons alignés si V2 et V3 à 90°, à 120° pour les 3 cylindres en ligne, ou à 180° par paire pour les 4 cylindres
En automobile, la plupart des moteurs sont des multicylindres 4 temps à intervalles d'allumage égaux pour une régularité cyclique optimale à bas régime, sans vibration et cognement, et avec un son d'échappement le plus harmonieux possible.
On peut donc facilement reconnaître le nombre de cylindres sous le capot en fonction de la fréquence des explosions sur un cycle complet du moteur (720°/ nbre de cylindres) :
- 360° --> 2 cylindres
- 240° --> 3 cylindres
- 180° --> 4 cylindres
- 144° --> 5 cylindres
- 120° --> 6 cylindres
- 90° --> 8 cylindres
- 72° --> 10 cylindres
- 60° --> 12 cylindres
- 45° --> 16 cylindres
>> Multicylindres à pulsations d'échappement égales
Sur les moteurs en V d'au moins 6 cylindres avec un angle d'ouverture correspondant aux valeurs citées plus haut (720°/nombre de cylindres) ou additionnées du décalage entre manetons successifs si chaque rangée de cylindres est naturellement équilibrée comme par ex V12 à 180° (60° + 120°) ou V16 à 135° (45° + 90°), on aura des intervalles d'allumage égaux avec 2 bielles sur le même maneton. Si l'angle d'ouverture est différent en conservant les 2 bielles sur le même maneton, on aura des intervalles d'allumage inégaux (V6 à 90° au lieu de 120°, V8 à 72° et 75° au lieu de 90°, V10 à 68° et 90° au lieu de 72°, V12 à 65° au lieu de 60°, etc...)
Si le son correspond à un nombre de cylindres impair, il s'agit dans tous les cas d'un moteur en ligne
Si le son correspond à un nombre de cylindres pair, le moteur peut être en ligne, ou avec 2 rangées de cylindres (à plat, ou en V si au moins 4 cylindres), avec son d'échappement irrégulier si 2 rangées de 2 ou 4 cylindres avec collecteur séparé : flat 4, V4 à manetons décalés, V8 sauf vilebrequin plat
En fonction du son moteur et donc des intervalles d'allumage, on peut en déduire de façon certaine l'architecture correspondante dans les cas suivants :
- 3, 4, et 5 cylindres en ligne
- V6 à 90° type PRV avec 2 bielles sur le même maneton
- V8 à vilebrequin plat avec un angle d'ouverture inférieur à 90°
- V10 à 90° avec 2 bielles sur le même maneton
- V10 à 68° avec 2 bielles sur le même maneton
- V12 à 65° avec 2 bielles sur le même maneton
- moteurs VR et en W (pulsations particulières avec tubulures d'admission et d'échappement de longueurs différentes)
En fonction du nombre et de la disposition des cylindres (connu ou visible sous le capot) on peut en déduire de façon certaine la sonorité correspondante du moteur dans les cas suivants :
- 2, 3, 4, 5 cylindres
- 6 cylindres en ligne, à plat, et en V sauf à 90°
- 8 cylindres en ligne
- V10 à 72°
- 12 cylindres en V à 60° ou à 180° (à plat)
- 16 cylindres en V à 45° ou à 135°
- moteurs VR et en W (pulsations particulières avec tubulures d'admission et d'échappement de longueurs différentes)