No. 2671
Combien de cylindres ?

par John H. Lienhard

Aujourd’hui, combien de cylindres ? Le College of Engineering de l’Université de Houstonprésente cette série sur les machines qui font fonctionner notre civilisation, et les personnes dont l’ingéniosité les a créées.

Alors, combien de cylindres doit avoir un moteur de voiture ? La plupart de nos voitures ont soit quatre cylindres en ligne, soit des cylindres disposés en V — deux ou trois de chaque côté. Alors, pourquoi toute cette fantaisie ? Pourquoi pas un seul gros cylindre ?

Eh bien, pensez à un piston, allant d’avant en arrière dans un cylindre, faisant tourner un vilebrequin. Il entraîne brièvement un arbre une fois tous les deux tours. Les moteurs de nos voitures fonctionnent en cycles à quatre temps. L’allumage se produit et le piston pousse vers le bas. Puis il évacue les gaz d’échappement en remontant. Ensuite, il aspire un nouveau mélange d’air et d’essence en descendant. Enfin, il remonte, comprimant ce mélange. Puis un autre allumage, et le cycle se répète.

Un moteur monocylindre accélère lors du premier temps ; puis il ralentit pendant le reste des deux tours d’un cycle à quatre temps. Cela provoquerait le tremblement et la vibration d’un tel moteur.

Il faut donc un gros volant d’inertie pour le maintenir en mouvement entre les allumages. Avec plus de cylindres et de pistons, nous pouvons épingler la bielle de chaque piston à un emplacement angulaire différent sur le vilebrequin — puis nous chronométrons les explosions pour que chacune donne un coup de pied à la rotation pendant les deux révolutions. Et le volant d’inertie peut être beaucoup plus petit.

Karl Benz a utilisé un moteur monocylindre dans sa première voiture de 1885. Le premier moteur du modèle T de Ford avait quatre cylindres en ligne. Certaines voitures de luxe des années 1920 avaient des moteurs en ligne avec jusqu’à huit cylindres. Des moteurs comportant jusqu’à 12 cylindres ou plus en ligne ont été utilisés, mais principalement dans de gros moteurs marins et stationnaires.

Bien sûr, le fonctionnement régulier n’est qu’un objectif. Plus de cylindres donnent moins de poids au volant d’inertie, mais ils signifient aussi des coûts de fabrication et d’entretien plus élevés. Ensuite, il y a la compacité. Le Duesenberg straight-8 était le favori des riches stars de cinéma dans les années 20. Mais il avait un empattement de 12 pieds. Imaginez garer cette bête en parallèle.

La réponse était le moteur V-8 – deux rangées de quatre formant un V. Même Karl Benz a expérimenté un moteur V-2 après avoir construit son moteur monocylindre. Un arrangement en V peut même permettre à deux cylindres d’entraîner un maneton commun, en le poussant à des positions angulaires différentes. Et là, la complication augmente : Les ingénieurs ont créé toutes sortes de conceptions intelligentes de vilebrequin à utiliser avec des cylindres dans toutes sortes de positions — V-4, V-6, flat-4, flat-6.

Les avions ont imposé des contraintes de conception différentes. Un moteur en ligne offre peu de traînée frontale. Les frères Wright utilisaient un moteur droit à 4 cylindres, mais avec un volant d’inertie assez lourd. Puis les premiers constructeurs sont passés à des moteurs à neuf cylindres, rayonnant à partir d’un moyeu central. Les pistons tournaient autour de l’arbre et ne nécessitaient ni volant ni système de refroidissement.

Beaucoup de nouvelles technologies se fixent sur une seule forme optimale. Mais certaines trouvent plus d’une bonne option, puis continuent à se bousculer entre concurrents. Il suffit de penser aux PC contre les Mac, à la musique classique contre la musique country – il suffit de penser aux cylindres dans leurs arrangements apparemment sans fin.

Je suis John Lienhard à l’Université de Houston, où nous nous intéressons à la façon dont les esprits inventifs travaillent.

(Thème musical)
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Toutes les photos sont de J. Lienhard. Les moteurs Toyota sont une courtoisie de Mike Calvert Toyota,Houston, TX.

Le plus vieux moteur Wright encore existant (New England Air Museum). Il s’agit d’un quatre cylindres en ligne. Remarquez que les bielles du piston extérieur sont fixées au vilebrequin avec un déphasage de 180 degrés par rapport aux deux bielles intérieures. Notez également le lourd volant d’inertie sur la droite de la photo.

Moteur Toyota Camry à quatre cylindres droits monté latéralement.

Les moteurs de notre ingéniosité est Copyright © 1988-2010 par John H. Lienhard.