Architecture des moteurs – 3e partie : le W, l'opposé et l'axial

Nous voilà rendus à la conclusion de notre brève étude des types de moteurs que l’on retrouve sous le capot de nos véhicules.

Aujourd’hui, on se concentre sur des moteurs que l’on peut définir de « prototypes », puisqu’ils n’ont jamais connu de véritables percées, en dépit de conceptions prometteuses, à l’exception du moteur en W, popularisé par Volkswagen.

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Moteur en W

Vous l’aurez compris, lorsque l’on utilise une lettre pour décrire la forme d’un moteur, c’est que l’agencement de ses cylindres ressemble à celle-ci. Dans le cas d’un W, doit-on concevoir instinctivement que l’on parle d’un moteur qui regroupe deux moteurs en V? Pas exactement.

Il existe deux types de moteurs en W, l’un dit à trois bancs, l’autre à quatre bancs. Le moteur à trois bancs est essentiellement composé de trois moteurs en ligne, comme si l’on prenait un moteur en V, qu’on augmentait l’angle entre les cylindres, et qu’on venait ajouter dans l’espace ainsi créé entre les deux bancs de cylindres un troisième, bien au milieu. Ainsi, de face, on a l’impression de regarder un W.

Cette conception à trois bancs n’a jamais vraiment connu de succès. Si elle permet d’empiler pas mal de cylindres en peu d’espace, donc plus de puissance en moins d’espace, ces moteurs étaient des cauchemars à entretenir, à fabriquer, et surtout, à balancer.

L’autre conception, à 4 bancs, est utilisée dans plusieurs produits Volkswagen, dont la Bentley Continental GT Speed avec son W12, et la Bugatti Veyron W16. De face, ce genre de moteur en W ne ressemble pas vraiment à un W. On a plutôt l’impression d’avoir affaire à un moteur en V, épaissi.

En réalité, ces moteurs en W à 4 bancs ne sont que deux moteurs VR positionnés en V l’un par rapport à l’autre. Par exemple, un W8 est composé de deux VR4, un W12 est formé de deux VR6, et un W16 de deux VR8. On parle ainsi de deux groupes de deux bancs de cylindres.

Les moteurs en W à quatre bancs sont moins capricieux que ceux à trois bancs, et leur conception est plus compacte. C’est pourquoi Bugatti s’est tournée vers cette conception lorsque fut venu le temps d’alimenter sa Veyron de 1000 chevaux. Cependant, par rapport aux moteurs en V et même en ligne, les moteurs en W demeurent excessivement complexes à entretenir dans la vie de tous les jours. Nous ne sommes pas prêts de revoir une Passat W8 sur nos routes de sitôt.

Moteur à pistons opposés

Les moteurs à pistons opposés sont complexes dans la mesure où il en existe plusieurs types, et comme ils n’ont jamais vraiment connu d’essor dans le monde de l’automobile, ils n’ont jamais été standardisés.

Aujourd’hui, ce genre de moteur est utilisé principalement par de petits compresseurs et dans quelques modèles de génératrices.

Quoi qu’il en soit, qu’entend-on par moteur à pistons opposés? D’un point de vue du « design », il ressemble au moteur à plat, dans la mesure où les pistons voyagent de droite à gauche, couchés à l’horizontale. De ce fait, les moteurs à piston opposés sont naturellement balancés, ce qui leur confère un avantage.

De plus, ils n’ont pas de têtes de moteur, c’est-à-dire qu’ils n’ont pas de valves qui contrôlent l’apport en essence et en air, ni de chambres de combustion isolées. La conception typique de ce genre de moteur implique deux pistons qui sont dans la même chambre de combustion. Quand l’un va vers la gauche de la chambre, l’autre le suit.

Ce mouvement rétrécit l’espace, compressant ainsi de l’air et de l’essence préalablement injectés dans la chambre. Une explosion s’en suit, ce qui propulse le piston de l’autre côté, entraînant par un mouvement mécanique le piston opposé à le suivre, répétant ainsi le cycle de combustion.

La puissance de l’explosion peut être transmise aux roues par un système de poulies, ou tout simplement par une roue centrale qui récupère le mouvement.

Techniquement, ce type de moteur est considéré à « deux temps », puisque les pistons sont poussés par une explosion chaque fois qu’ils sont en position.

Il existe également une autre configuration, où un piston à deux têtes circule horizontalement dans un cylindre. Chaque fois que l’une des têtes atteint l’extrémité du cylindre, une explosion survient, propulsant le piston dans l’autre direction. Ce type de configuration, baptisé « Stelzer » n’a jamais connu beaucoup de succès, puisque l’architecture du moteur fait qu’il est compliqué de transmettre efficacement la puissance de l’explosion aux roues.

Cependant, cette configuration se retrouve dans plusieurs petits engins, comme des compresseurs et des génératrices. Les gaz d’échappement y sont récupérés pour faire tourner une turbine à plusieurs étages.

Moteur à pistons axiaux

Sans doute l’un des designs les plus intéressants. Les moteurs à piston axiaux sont encore aujourd’hui étudiés par certaines compagnies en raison des avantages qu’ils représentent.

Tout d’abord, comment fonctionnent-ils? Typiquement, un moteur à pistons axiaux possède 5 pistons, positionnés comme si chacun formait l’extrémité d’une pointe d’un pentagone à plat.

Ce moteur fonctionne sur un cycle de quatre temps. Imaginez maintenant trois bougies d’allumage positionnées en triangle, et entre chacune de ces bougies, on retrouve un port d’échappement, et un port pour laisser entrer de l’air.

La base sur laquelle reposent les 5 pistons est amovible. Au fil des explosions, les pistons se promènent dans une trajectoire circulaire, passant d’une station à l’autre. Premièrement, le piston passe dans une chambre où l’air entre. Ensuite, le piston remonte pour compresser l’air, puis survient une détonation, qui pousse le piston vers une chambre où les gaz pourront s’échapper, et par le fait même pousser le reste de l’ensemble dans le mouvement circulaire.

Comme il y a trois bougies d’allumage sur le circuit circulaire, ce type de moteur produit beaucoup d’explosions par tours accomplis. La puissance est acheminée à une transmission grâce à un joint universel qui récupère le mouvement circulaire du manège des pistons.

De ce fait, les moteurs à pistons axiaux ont la faculté d’être compacts, légers, et naturellement balancés. En fait, ils ne produisent pratiquement aucune vibration.

En outre, ils génèrent davantage de puissance par kilogramme que les moteurs en V et en ligne.

Toutefois, comme toutes les architectures expérimentales, cette configuration s’avère plus difficile à entretenir, car peu de mécaniciens la connaissent. Après plus de 100 ans de domination des architectures classiques, il est un peu tard pour réinventer la roue...