4 Temps : Evolution des culasses

1862: Les débuts :

Les premiers moteurs à quatre temps auront pour but de démontrer que le principe est viable, sans plus. L'admission est, dans ce cas, simpliste, voire aléatoire, l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission étant déterminées par la pression et la dépression dans le cylindre ou des chambres de combustion, situées à côté du cylindre proprement dit.
Lles choses évolueront rapidement puisque de 1876 à 1913, soit en moins de 40 ans, on passera des soupapes semi-automatiques de Daimler à la culasse à double arbre à cames en tête et 4 soupapes par cylindre des Peugeot de Grand-Prix.

On avait donc, déjà, tout inventé, penserez-vous !

Ce n'est pas si simple : Entre les problèmes de mise au point, les raisons commerciales et financières, le manque de fiabilité, les contraintes liées aux matériaux, sans tenir compte des a priori, on débattait toujours, en 1945, des avantages comparés des soupapes latérales par rapport aux soupapes en tête.

1862
  Beau de Rochas publie une étude décrivant le fonctionnement du moteur à quatre temps sans pour autant pouvoir mettre ses théories en pratique
     
1876
  Gottlieb Daimler, commandité par Nicolas Otto, réalise le premier moteur fonctionnant sur le principe du moteur à quatre temps.

Celui-ci fonctionne au gaz.

Notons que l'histoire n'a pas retenu le nom du réalisateur, mais celui du commanditaire.

Par ailleurs, selon le pays où l'on se trouve, le principe du cycle du moteur à 4 temps s'appelle "Cycle Beau de Rochas" (en France) ou "Cycle Otto" (presque partout ailleurs).

Le schéma du moteur ci-joint est relativement moderne, puisque son carter est clos et la soupape d'échappement est commandée par une encoche usinée dans le vilebrequin

     
1884
  Edouard Delamare-Debouteville réalise la première voiture à moteur fonctionnant au pétrole, sur le principe du cycle à quatre temps. Les brevets déposés en attestent et des écrits de témoins de l'époque confirment que le véhicule a bien roulé.

D'ailleurs, c'est au cours d'essais, lorsqu'un tuyau d'alimentation s'est sectionné, qu'il fut décidé d'abandonner le gaz initialement prévu comme carburant au profit du pétrole, moins volatile.

Bien que les études de Delamare-Debouteville aient été considérables dans l'histoire du développement des véhicules en général, il ne faut pas perdre de vue que ce dernier, patron d'une filature en Seine-Maritime n'aurait probablement pas fait grand chose sans Léon Malandrin, oublié de l'histoire, qui mit en oeuvre la totalité des idées de son patron... Mais l'histoire est emplie d'oubliés de ce genre ! (information aimablement transmise par Christophe Estupina)

     
1884
  La première moto officiellement commercialisée, la Hildebrand et Wolfmüller de 1894, utilise un système de distribution qui ne favorise pas le taux de compression puisque ses soupapes sont situées sur le côté du cylindre (schéma ci-joint). Il est vrai que le moteur tourne à la vitesse vertigineuse de 240 tours par minute.

Dans ce cas, le vilebrequin n'existe pas, c'est la roue arrière qui en fait office. Ce qui n'a rien de surprenant : Il s'agit d'une architecture héritée des moteurs à vapeurs, qui ont inspiré les moteurs à gaz, puis à essence.

Inconvénient découlant de cette disposition : la faible inertie ne permet pas au piston de compresser les gaz dans sa phase remontante : Il est aidé dans cette tache par des ? élastiques.

     
1899
  Le moteur De Dion et Bouton est généralement considéré comme le premier moteur moderne, grâce surtout à son allumage électrique fiable.

Sa culasse n'est pourtant pas un modèle de dessin : Non seulement les soupapes sont latérales (ce qui est courant à l'époque), mais elles sont perpendiculaires au cylindre, ce qui ne favorise pas le taux de compression.

Seule la soupape d'échappement est commandée par une came, celle d'admission restant automatique.

On remarque qu'un bouchon est placé en face de chacune des soupapes : celles-ci possèdent une encoche destinée à recevoir un tournevis afin d'effectuer un rodage des soupapes : Il était fréquent, alors, que cette opération doive être effectuée en cours de route.

     
1900
  La plupart des moteurs adoptent une architecture similaire à celui représenté ci-contre. Il s'agit d'une configuration dite "semi-automatique" : La soupape d'admission est automatique (son ouverture est commandée par la dépression dans la tubulure d'admission) tandis que celle d'échappement est commandée par une came. Elles sont opposées l'une à l'autre.

Ces moteurs sont souvent dotés de lumières d'échappement "à fond de course" (lumières disposées en bas du cylindre permettant aux gaz d'échappement de s'évacuer totalement lorsque le piston est en bas de sa course).

     
1910
  Les choses évoluent rapidement : Suite logique de l'architecture précédente, les moteurs deviennent "semi culbutés", tels que le représente la figure ci-contre.

Les soupapes sont toujours opposées, mais celle d'admission devient commandée par une came et les lumières à fond de course disparaissent.

Généralement ; la soupape d'admission est culbutée et celle d'échappement latérale (d'où l'appellation : "semi culbuté"), mais on connaîtra des dispositions inversées, notamment chez Indian, aux U.S.A.

     
1920
-
1940
  Bien que les deux moteurs précédents soient des cas d'exception, on peut considérer que l'on connaît des techniques très évoluées.

Mais on est au sorti de la guerre. Il faut reconstruire une économie, offrir des moyens de locomotion accessibles financièrement et surtout fiables.

Par ailleurs, de nombreuses usines qui ont précédemment construit des armes ou des véhicules militaires doivent se reconvertir pour survivre : B.S.A., F.N., Gnome et Rhône, etc.

On va donc quasiment trouver un mode de distribution par type de moto.

Les motos de tourisme ou équipées d'un side-car sont dotées de moteurs à soupapes latérales, appréciés pour leur souplesse.

     
    1920, ce sont "les années folles", celles où l'on veut oublier la guerre. Cette période connaît une clientèle fortunée et sportive, désireuse de se surpasser ou plus simplement de se faire remarquer.

Cette clientèle exige des motos de sports, proposant de "hautes performances". Elles sont généralement équipées de soupapes en tête, culbutées.

     
    La compétition reprenant peu à peu ses droits, on y trouve également des moteurs à arbre à cames en tête, généralement simples et commandés par arbre et renvoi conique. (Guzzi, Peugeot, Velocette, Norton)
     
1927
  On ne peut pas ne pas mentionner un moteur de voiture exceptionnel : Celui de la Delage de Grand-Prix, 8 cylindres en ligne, 2 A.C.T. 1.500 cm3 à compresseur, au régime colossal pour l'époque de 8000 tr/mn.

Sa puissance spécifique est donc de 113 ch/litre. C'est le premier moteur au monde a avoir dépassé la puissance spécifique de 100 chevaux au litre.

Précisons que la plupart des pièces en mouvement étaient montées sur roulements à billes ou à aiguilles.

     
1945
-
1955
  On reconstruit, partout en Europe. Certaines marques se reconvertissent à la moto, de même qu'au lendemain de la première guerre mondiale, mais la plupart du temps, on roule "utilitaire" (n'oublions pas qu'en France, par exemple, l'essence est rationnée), avec des moteurs culbutés essentiellement, voire même des moteurs à soupapes latérales, reprenant trait pour trait les fabrications d'avant-guerre.

Très souvent, on utilise les "surplus" militaires, reconvertis en civil? Ce qui sera à l'origine du "mythe" de la Harley Davidson. Normal d'ailleurs, si on retrouvait des brachiosaures de nos jours, tout le monde en voudrait !

Quoi qu'il en soit, rien de bien nouveau dans le domaine qui nous intéresse.

Des exceptions tout de même, en compétition, avec l'utilisation de plus en plus fréquente d'arbres à cames en tête. En Allemagne, chez N.S.U., on utilise un système dérivé du simple A.C.T. avec un arbre vertical entraînant un des deux A.C.T. et un 2ème arbre pour le second.

     
1938
-
1955
  Petit retour en arrière : c'est à partir de 1938 que Gilera commencera à développer une série de moteurs à 4 cylindres et 2 arbres à cames en tête, qui aura une longue descendance et ouvrira la voie à toute une "école italienne" avec Benelli et M.V. Agusta.

La machine, née Rondine, a été, dans ses premières versions, dotée d'un entraînement des A.C.T. par arbre vertical situé entre les cylindres 2 et 3. Mais l'on en vint rapidement à un entraînement par cascade de pignons, l'arbre vertical, satisfaisant sur un monocylindre, étant probablement peu fiable en raison de l'inertie des 2 arbres, soupapes et ressorts d'un 4 cylindres.

     
1955
  N.S.U., sur le modèle Sportmax, emploie un entraînement d'A.C.T. original (et qui ne fera pas école) : L'arbre à cames est entraîné par deux bielles, travaillant simultanément, montées sur excentrique.

La solution paraît effectivement séduisante, mais il apparaît également qu'une telle architecture entraîne des frottements, absorbant bon nombre de chevaux qui, sur un monocylindre, ne sont traditionnellement pas en surnombre.

 

1956 ? 1965 : La pénurie :

 

Les automobiles deviennent de moins en moins chères, les congés payés apparaissent : La voiture prend peu à peu le pas sur la moto en temps que moyen de locomotion pour les ménages.

C'est la pénurie pour l'industrie motocycliste :

1965 : Le renouveau :

On peut tout reprocher à l'industrie japonaise, à leurs produits manquant d'originalité et qui auront tout "pompé" chez les étrangers, notamment en Allemagne.

Mais on ne peut ignorer que c'est le Japon qui va relancer la totalité de l'industrie motocycliste.

Certes, beaucoup ont été choqués du fait qu'une certaine frange de motards, communément appelés "frimeurs", puissent rouler sur des motos propres, sans souiller le bas de leurs pantalons "pattes d'éph".

Par réaction, j'ai moi-même poussé le vice jusqu'à rouler récemment avec un monocylindre, sans démarreur électrique, parcequ' une vraie moto, ça démarre au kick ou à la poussette : Mais c'est, aussi, une autre forme de snobisme !

Quoi qu'il en soit, les susnommés frimeurs, en cassant beaucoup de matériel, ont relancé l'industrie dans un premier temps, avec des machines japonaises, ce qui a permis à d'autres continents de (re)développer leur industrie.

Sans l'apparition des motos japonaises, les Ducati, Guzzi, B.M.W., Aprilia, Cagiva, Triumph et Voxan (hum !!!) contemporaines, qui offrent effectivement quelque chose de différent, n'existeraient probablement pas, ou plus.

 

1965
  Bien qu'ayant fait une apparition timide à partir de 1960, Honda va rénover le marché des motos 4 temps.

L'un des premiers grands pas dans ce sens sera la 450 Honda qui, avec une cylindrée inférieure d'un tiers, "taxe" tout ce qui roule en Allemagne, en Italie, et surtout en Angleterre, avec une fiabilité incomparable.

On ne peut pour autant parler de révolution, puisque les solutions utilisées au niveau du moteur ont toutes été utilisées précédemment (y compris les cames rappelées par barre de torsion).

Ce moteur va pourtant vulgariser l'utilisation de la chaîne comme entraînement des arbres à cames en tête, le double A.C.T., etc.

     
1974
  Bien que cette technique ait déjà utilisée par Morini sur ses 350 et 500 V-Twin longitudinaux, c'est encore Honda qui va vulgariser pour la moto une solution fiable d'entraînement des A.C.T., en adoptant une technique "automobile" sur sa Gold-Wing : La courroie en caoutchouc, qui apporte l'avantage de pouvoir fonctionner sans lubrification et avec un silence incomparable.

Lors de son apparition, cette moto, et particulièrement cette solution, ont été massivement rejetées par toute une frange de motards? Qui ont changé d'avis depuis que Ducati utilise le même entraînement des A.C.T., y compris sur ses plus puissantes motos de compétition.

     
2000
  Ces techniques sont bien évidemment appelées à évoluer et les solutions, pour une fois, viendront probablement de la Formule 1.
Les ingénieurs de Renault ont, il y a quelque temps déjà, "inventé" la distribution variable.
Les guillemets se justifient par le fait que celle-ci existait préalablement sur un moteur "Fernand Forest" quatre cylindres à A.C.T. Jamais entendu parlé ? Normal : Il existe depuis ... 1888 !
Mais les ingénieurs de Renault - toujours eux - ne se sont pas endormis sur leurs lauriers : Ils ont récemment révélé un prototype de moteur dont chacune des soupapes n'est plus commandée par un arbre à cames et rappelé par des ressorts, mais par des électro-aimants : En fonction de l'adhérence (ou de son absence), des nécessités de consommation ... on pourra commander indépendamment l'admission et l'échappement de chaque cylindre.
Ces prototypes ont ensuite été transposés à la F1. Raison pour laquelle, lors de son retour, les moteurs Renault manquaient notoirement de puissance, voire de fiabilité. De telles solutions ne se mettent pas au point instantanément. Rien que le fonctionnement des moteurs électriques à de telles températures doit poser des problèmes énormes.

 


Sommaire
 
Me joindre