L’architecture des moteurs : en ligne et en V
Lorsqu’on aime les voitures, on en vient souvent à s'intéresser à la mécanique. L’objet mécanique par excellence, le moteur, vient sous toutes sortes de formes. Par moment, on parle de moteur « en V », « en ligne », « à plat », « VR », etc.
Au cours des prochaines semaines, on vous offre un survol du merveilleux monde des moteurs. On en démystifiera ensemble les différents principes de fonctionnement, leurs avantages et leurs inconvénients.
- À lire aussi: Architecture des moteurs - 2e partie : à plat, rotatif et VR
- À lire aussi: Architecture des moteurs – 3e partie : le W, l'opposé et l'axial
2 temps vs 4 temps
Avant toute chose, parlons de tempo, voulez-vous? On entend dire d’un moteur qu’il est à deux temps ou à quatre temps. Qu’est-ce que ça veut bien dire? Eh bien, rien de plus simple!
Comme on dit souvent d’un moteur qu’il fait une belle musique, imaginez une mesure musicale. Lorsque vous écoutez une chanson, il se peut que vous tapiez du pied. Chaque fois que vous tapez du pied, un temps passe. Dites-vous que certaines mesures sont composées de deux temps, d’autres, de quatre temps. Dans le cas des moteurs, chaque fois qu’une mesure se complète, il y a une explosion qui produit de la puissance.
On comprend que comme la mesure d’un moteur deux-temps est plus courte, ce dernier créera plus d’explosions pour le même nombre de temps donnés qu’un moteur à quatre temps. Son cycle est deux fois plus rapide.
C’est pourquoi nous retrouvons les moteurs à deux temps dans les petits engins. Pour une plus petite taille, ils sont plus puissants, mais comme ils sont plus sollicités, ils sont moins fiables, ce qui explique pourquoi l’on ne voit pas ce type de moulin dans les voitures, à quelques exceptions près. Votre tondeuse ou votre moto risque plus d’êtres équipées de moteurs deux temps.
Mais qu’est-ce qu’un temps? En gros, un temps, c’est le passage d’un piston dans un cylindre, soit vers le haut, soit vers le bas. Dans un moteur à 4 temps, le piston change de position quatre fois avant d’entraîner une explosion.
1, 2, 3, 4 et on recommence
Pour simplifier, imaginons un piston remonté dans son cylindre. Au premier temps, il s’abaisse, laissant entrer de l’air et de l’essence dans sa chambre de combustion.
Au deuxième temps, le piston remonte, et vient ainsi compresser l’air et l’essence dans un petit espace (la chambre de combustion). Quand on parle de taux de compression dans un moteur, c’est à cet endroit qu’on la mesure.
Le troisième temps, c’est l’explosion! La bougie d’allumage vient mettre le feu à l’air et à l’essence comprimés, ce qui entraîne une explosion qui repousse le piston vers le bas du cylindre. Cette force de poussée actionne le mouvement des autres pistons; la puissance est produite!
Au quatrième temps, le piston remonte, poussant les résidus gazeux de l’explosion vers le système d’échappement. Et ça recommence des milliers de fois à la minute!
Ainsi, on comprend aisément que dans un quatre cylindres, il n’y a qu’un cylindre à la fois qui produit de la puissance. Dans un moteur à 8 cylindres, c’est donc deux à la fois. C’est pourquoi l’ajout de cylindres augmente la puissance, puisqu’à chaque temps, il y a plus d’explosions.
1 et 2 et 1 et 2 et...
Un moteur deux-temps diffère car les pistons ne font que deux déplacements pour générer de la puissance. Chaque fois que le piston d’un deux-temps remonte, il compresse de l’air et de l’essence. Lorsque l’explosion se produit, le piston est poussé vers le bas, produisant de la puissance.
Une fois le piston en bas du cylindre, les résidus de l’explosion sont évacués. Quand le piston recommence à monter dans le cylindre, de l’air et de l’essence entrent dans le cylindre pour être compressés. Le cycle est simplifié à l’extrême.
Les moteurs en ligne
Les moteurs en ligne sont simples à imaginer. Il s’agit d’un moteur dont les cylindres sont montés l’un à la suite de l’autre, perpendiculairement au vilebrequin. Cette configuration est l’une des plus populaires, et on la retrouve dans la plupart des voitures sur nos routes (quatre cylindres en ligne).
Le principal inconvénient de ce type de moteur est l’espace qu’il prend. En effet, en longueur, un moteur de quatre cylindres équivaut à un V8 (dont on verra le fonctionnement un peu plus loin), qui pour le même espace embarque deux fois plus de cylindres! Cependant, les moteurs en ligne sont plus « minces », si vous me passez l’expression. Il est difficile de s’imaginer un véhicule avec un moteur en ligne de dix cylindres, ou même de huit cylindres!
Toutefois, les moteurs en ligne sont faciles à construire. Ils ne requièrent pas autant de pièces que les moteurs en V, ils sont des plus économiques à fabriquer et à entretenir, ce qui en fait des engins de choix pour les voitures économiques.
On trouve généralement des moteurs en ligne de trois, quatre ou cinq pistons. Exceptionnellement, on peut voir un moteur en ligne à six cylindres. Son mouvement est plus facilement balancé, mais comment? Sans rentrer dans une explication trop complexe, les moteurs que l’on appelle I6 (pour inline) sont balancés naturellement les pistons sont jumelés en deux paires de trois. Autrement dit, la force exercée au travers du bloc-moteur par les pistons est constante sur son ensemble, ce qui l’empêche de sautiller sur lui-même d’un côté ou de l’autre.
Ceci fait du moteur I6 un candidat de choix pour les véhicules sportifs, puisque cette stabilité ne requiert pas de balancement particulier, diminue la complexité de fabrication et d’entretien et, à la fin, offre des performances plus linéaires. Fait inusité, un six cylindres en ligne est monté de manière transversale pour économiser en longueur.
Les moteurs en V
Alors, qu’entendons-nous par « moteur en V »? En fait, c’est assez simple. Lorsque les pistons sont poussés vers le bas des cylindres par l’explosion, la puissance n’est pas acheminée aux roues par magie. Avant même de se rendre à la transmission, la force est d’abord transmise au vilebrequin auquel sont liés les pistons. Dans un moteur en « V », les cylindres sont positionnés en « V » par-dessus le vilebrequin. Comme un « V » implique forcément une paire, les moteurs en « V » ne peuvent comporter qu’un nombre « pair » de cylindres.
Le principal avantage du moteur en V est qu’il est compact. Comme les cylindres sont placés par paire, le moteur en V est plus court qu’un moteur en ligne, et permet, par le fait même d’embarquer plus de cylindres sans avoir à allonger le nez de la voiture.
Toutefois, ce type de moulin est difficile à balancer. Les moteurs en « V » ont la fâcheuse tendance à vibrer, puisque la force des pistons poussés vers le bas ne rencontre pas une force inverse qui lui permette de s’annuler. Le meilleur exemple à ce sujet se rapporte au monde de la moto. Le fameux feeling si particulier aux Harley-Davidson s’expliquerait par la vibration occasionnée par les « V-Twins », ou encore « V2 ». Comme les cylindres de droite et de gauche descendent successivement, le moteur s’élance véritablement d’un côté et de l’autre.
Dans la plupart des voitures équipées de moteur en « V », le vilebrequin est balancé pour éliminer ces vibrations. Toutefois, les moteurs V12 ont la caractéristique d’être naturellement balancés parce qu’ils sont en réalité composés de deux moteurs de six cylindres en ligne, ce qui encore aujourd’hui fait leur charme.
Dans le prochain article on vous parle du moteur à plat, du rotatif et de l'énigmatique VR.