Plusieurs cylindres, une conduite souple

Un moteur à un cylindre produit une poussée toutes les 720°, puis plus rien pendant deux tours complets. Il est simple, mais il secoue : le couple sur le vilebrequin passe d'un grand pic à zéro, voire à une valeur négative, et l'inertie du mouvement de va-et-vient du piston fait trembler tout le moteur. De grands volants d'inertie aident, mais il existe une meilleure solution : plus de cylindres, qui s'allument à tour de rôle.

Avec n cylindres s'allumant régulièrement, un temps moteur commence toutes les 720° / n :

• 1 cylindre : toutes les 720°
• 2 cylindres : toutes les 360°
• 4 cylindres : toutes les 180°
• 6 cylindres : toutes les 120°
• 8 cylindres : toutes les 90°

Dans un 4 cylindres en ligne, un temps moteur se termine juste au moment où le suivant commence : le vilebrequin reçoit donc toujours une poussée. Le couple varie beaucoup moins que dans un moteur à un seul cylindre.

Dans un 4 cylindres en ligne, les manetons du vilebrequin sont disposés par paires : les pistons 1 et 4 bougent ensemble, tandis que les pistons 2 et 3 bougent ensemble, décalés d'un demi-tour. Quand la paire est en haut, l'un des deux termine sa compression (et est sur le point de s'allumer), tandis que son partenaire termine son échappement (et est sur le point d'aspirer de l'air frais) : ils sont donc toujours séparés d'un demi-cycle. Deux ordres d'allumage sont courants : 1-3-4-2 (le plus courant) et 1-2-4-3. Dans les deux cas, un cylindre s'allume toutes les 180°, et un cylindre ne s'allume jamais juste après son voisin immédiat, ce qui réduit les contraintes sur le vilebrequin et régularise l'écoulement des gaz dans le conduit d'admission.

Un allumage régulier ne suffit pas à tout régler. Un 4 cylindres en ligne classique produit encore une petite secousse résiduelle à deux fois la vitesse du moteur, car les pistons ne se déplacent pas symétriquement vers le haut et vers le bas ; les 4 cylindres en ligne de plus grande taille ajoutent souvent des arbres d'équilibrage pour l'annuler. Un 6 cylindres en ligne s'allumant toutes les 120° est naturellement très régulier, ce qui explique pourquoi il a longtemps été apprécié, tandis qu'un V8 s'allume toutes les 90° avec des manetons agencés pour assurer l'équilibre.

Plus de cylindres signifie-t-il plus de puissance ? Pas à lui seul. La puissance dépend de la quantité d'air et de carburant que le moteur brûle chaque seconde, ce qui dépend de sa cylindrée, de sa vitesse et de l'efficacité de chaque cycle. Pour un moteur à quatre temps, P = p × V_d × N / 2, où p est la pression moyenne effective (la pression stationnaire qui fournirait le même travail que la pression réelle), V_d la cylindrée totale et N le nombre de rotations par seconde. Pour un moteur de 2,0 litres avec p ≈ 1,0 MPa à 100 tr/s (6 000 tr/min) : P = 1,0×10⁶ × 0,002 × 100 / 2 = 100 kW. Répartissez les mêmes 2,0 litres sur six ou huit cylindres et la puissance reste à peu près la même ; vous obtenez plus de douceur et un son différent, pas plus de puissance.

Un turbocompresseur force davantage d'air à entrer, ce qui augmente p et donc la puissance obtenue avec la même cylindrée. C'est pourquoi les petits moteurs modernes peuvent être puissants.