Moteur quatre cylindres en ligne

Un moteur à quatre cylindres en ligne (également appelé quatre cylindres en ligne ) est un moteur à pistons à quatre cylindres où les cylindres sont disposés en ligne le long d’un vilebrequin commun.

Schéma d’un moteur quatre cylindres en ligne DACT Moteur Ford I4 DOHC 1989-2006 avec la culasse retirée Moteur diesel Nissan M9R 2006-2009

La grande majorité des moteurs à quatre cylindres automobiles utilisent une configuration à quatre cylindres en ligne ^{[1] : pp. 13–16} (à l’exception des moteurs à quatre cylindres à plat produits par Subaru et Porsche) ^[2] et la configuration est également très courante dans les motos et autres machines. Par conséquent, le terme “moteur à quatre cylindres” est généralement synonyme de moteurs à quatre cylindres en ligne. La plupart des exemples utilisent un liquide de refroidissement pour gérer l’accumulation de chaleur, tandis que des exemples refroidis par air sont également fabriqués.

Entre 2005 et 2008, la proportion de véhicules neufs vendus aux États-Unis avec des moteurs à quatre cylindres est passée de 30 % à 47 %. ^{[3] [4]} À l’année modèle 2020, la part des véhicules légers était passée à 59 %. ^[5]

Concevoir

Un moteur à quatre temps à quatre cylindres en ligne a toujours un cylindre sur sa course motrice, contrairement aux moteurs avec moins de cylindres où il n’y a pas de course motrice à certains moments. Comparé à un moteur V4 ou à un moteur à quatre cylindres à plat , un moteur à quatre cylindres en ligne n’a qu’une seule culasse, ce qui réduit la complexité et les coûts de production.

Lorsqu’un moteur à quatre cylindres en ligne est installé à un angle incliné (au lieu d’avoir les cylindres orientés verticalement), il est parfois appelé un quatre incliné .

Déplacement

Les moteurs à quatre cylindres en ligne à essence utilisés dans les voitures de production modernes ont généralement une cylindrée de 1,3 à 2,5 L (79 à 153 pouces cubes), mais des moteurs plus gros ont été utilisés dans le passé, par exemple la Bentley 41⁄2 litres 1927-1931 .

Des moteurs diesel ont été produits dans des cylindrées plus importantes, comme un moteur Mitsubishi turbocompressé de 3,2 L (utilisé sur le SUV Pajero / Shogun / Montero) et un moteur Toyota de 3,0 L. Les camions européens et asiatiques dont le poids nominal brut est compris entre 7,5 et 18 tonnes utilisent généralement des moteurs diesel à quatre cylindres en ligne d’une cylindrée d’environ 5 litres. ^{[6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]} De plus grands déplacements sont trouvés dans les moteurs de locomotive, marins et stationnaires.

Le déplacement peut également être très faible, comme on le trouve dans les voitures kei vendues au Japon. Plusieurs de ces moteurs avaient quatre cylindres à une époque où la réglementation imposait une cylindrée maximale de 550 cm3; la taille maximale est actuellement de 660 cc.

Solde primaire et secondaire

Les moteurs à quatre cylindres en ligne avec la configuration de vilebrequin préférée ont un équilibre primaire parfait . ^{[1] : p. 12} En effet, les pistons se déplacent par paires et une paire de pistons monte toujours en même temps que l’autre paire descend.

Cependant, les moteurs à quatre cylindres en ligne ont un déséquilibre secondaire . Cela est dû au fait que l’accélération/décélération des pistons pendant la moitié supérieure de la rotation du vilebrequin est supérieure à celle des pistons dans la moitié inférieure de la rotation du vilebrequin (car les bielles ne sont pas infiniment longues). En conséquence, deux pistons accélèrent toujours plus vite dans un sens, tandis que les deux autres accélèrent plus lentement dans l’autre sens, ce qui entraîne un déséquilibre dynamique secondaire qui provoque une vibration de haut en bas à deux fois la vitesse du vilebrequin. Ce déséquilibre est commun à tous les moteurs à pistons, mais l’effet est particulièrement fort sur les quatre cylindres en ligne car les deux pistons se déplacent toujours ensemble.

La force de ce déséquilibre est déterminée par la masse alternative, le rapport de la longueur de la bielle à la course et la vitesse maximale du piston. Par conséquent, les moteurs de petite cylindrée avec des pistons légers ont peu d’effet et les moteurs de course utilisent de longues bielles. Cependant, l’effet croît de façon exponentielle avec le régime moteur (tr/min).

Pulsations dans la livraison de puissance

Animation d’un moteur quatre cylindres en ligne

Les moteurs à quatre temps avec cinq cylindres ou plus peuvent avoir au moins un cylindre exécutant sa course motrice à un moment donné. Cependant, les moteurs à quatre cylindres ont des lacunes dans la puissance délivrée, car chaque cylindre termine sa course motrice avant que le piston suivant ne commence une nouvelle course motrice. Cette livraison pulsée de puissance entraîne plus de vibrations que les moteurs de plus de quatre cylindres.

Utilisation des arbres d’équilibrage

Un système d’arbre d’équilibrage est parfois utilisé pour réduire les vibrations créées par un moteur à quatre cylindres en ligne, le plus souvent dans des moteurs de plus grande cylindrée. Le système d’arbre d’équilibrage a été inventé en 1911 et se compose de deux arbres portant des poids excentriques identiques qui tournent dans des directions opposées à deux fois la vitesse du vilebrequin. ^{[1] : pp. 42–44} Ce système a été breveté par Mitsubishi Motors dans les années 1970 et a depuis été utilisé sous licence par plusieurs autres sociétés. ^{[13] [14]}

Cependant, tous les moteurs à quatre cylindres en ligne de grande cylindrée n’ont pas utilisé d’arbres d’équilibrage. Des exemples de moteurs relativement gros sans arbres d’équilibrage comprennent le moteur Citroën DS de 2,4 litres, le moteur Austin-Healey 100 de 2,6 litres , le moteur Ford modèle A de 3,3 L (1927) et le Moteur GM Iron Duke de 2,5 L. Les moteurs soviétiques / russes GAZ Volga et UAZ avec des cylindrées allant jusqu’à 2,9 litres ont été produits sans arbres d’équilibrage des années 1950 aux années 1990, mais il s’agissait de moteurs à régime relativement bas, ce qui réduit le besoin d’un système d’arbre d’équilibrage. ^{[1] : p. 40–44}

Utilisation dans les voitures de production

Moteur Ford modèle T de 1908 à 1941 Moteur Alfa Romeo Twin Cam de 1970

La plupart des moteurs quatre cylindres en ligne modernes utilisés dans les voitures ont une cylindrée de 1,5 à 2,5 L (92 à 153 pouces cubes). Le plus petit moteur quatre cylindres en ligne automobile a été utilisé dans le camion Honda T360 kei 1963-1967 et a une cylindrée de 356 cm3 (21,7 pouces cubes), tandis que le plus gros moteur quatre cylindres en ligne produit en série est le diesel Mitsubishi 4M41 1999-2019. moteur qui a été utilisé dans le Mitsubishi Pajero et a une cylindrée de 3,2 L (195 cu in). ^{[15] [16]}

Les principaux moteurs de voiture à quatre cylindres en ligne comprennent:

• 1954–1994 Moteur Alfa Romeo Twin Cam : l’un des premiers moteurs à double came produits en série. ^[17] En 1990, il est devenu le premier moteur de série à calage variable des soupapes . ^[18]
• 1908–1941 Moteur Ford Model T : l’un des moteurs les plus produits au monde.
• 1951–2000 Moteur BMC A-Series : le premier moteur à être utilisé dans une voiture à traction avant à moteur transversal de série.
• 1966–2000 Moteur Fiat Twin Cam : l’un des premiers moteurs à double came produits en série, produit à partir de 1959.
• 1968–1981 Moteur Triumph Slant-4 : un des premiers moteurs à soupapes multiples qui a formé la base des premiers moteurs turbocompressés de Saab.
• Moteur Honda F20C 2000–2009 : a produit la puissance spécifique la plus élevée pour un moteur à aspiration naturelle de son temps.

Utilisation dans les voitures de course

Moteur de Formule 1 BMW M12/13 des années 1980

De nombreuses premières voitures de course utilisaient des moteurs à quatre cylindres en ligne, mais le moteur Peugeot qui a remporté les 500 Indianapolis de 1913 était un moteur très influent. Conçu par Ernest Henry , ce moteur avait un double arbre à cames en tête (DACT) avec quatre soupapes par cylindre, une disposition qui deviendrait la norme jusqu’à aujourd’hui pour les moteurs de course à quatre cylindres en ligne. ^{[19] : p. 14–17}

Parmi les moteurs inspirés du design Peugeot figurait le moteur Miller , qui fut un moteur de course à succès dans les années 1920 et au début des années 1930. Le moteur Miller a évolué pour devenir le moteur Offenhauser qui a connu un grand succès de 1933 à 1981, dont cinq victoires consécutives à l’Indianapolis 500 de 1971 à 1976. ^{[19] : pp. 182–185}

De nombreuses voitures produites pour la catégorie de course automobile Grand Prix voiturette d’avant la Seconde Guerre mondiale utilisaient des conceptions de moteurs à quatre cylindres en ligne. Les moteurs suralimentés de 1,5 L ont trouvé leur place dans des voitures telles que la Maserati 4CL et divers modèles English Racing Automobiles (ERA). Celles-ci ont été ressuscitées après la guerre et ont formé la base de ce qui allait devenir la Formule 1 , bien que les Alfettas à huit cylindres en ligne aient dominé les premières années de la F1.

Un autre moteur qui a joué un rôle important dans l’histoire de la course est le moteur Ferrari à quatre cylindres en ligne conçu par Aurelio Lampredi . Ce moteur a été conçu à l’origine comme un moteur de Formule 2 de 2 L pour la Ferrari 500, mais a évolué vers 2,5 L pour concourir en Formule 1 dans la Ferrari 625. ^{[19] : pp. 78–81, 86–89} Pour les courses de voitures de sport, la capacité a été augmentée jusqu’à 3,4 L pour la Ferrari 860 Monza.

Le moteur quatre cylindres en ligne Coventry Climax était également un moteur de course très réussi, qui a commencé sa vie en tant que moteur de Formule 2 de 1,5 litre. Agrandi à 2,0 litres pour la Formule 1 en 1958, il a évolué pour devenir le gros FPF de 2 495 cm3 qui a remporté le championnat de Formule 1 dans le châssis de Cooper en 1959 et 1960. ^{[19] : pp. 130–133}

En Formule 1, les années 1980 ont été dominées par les voitures turbocompressées de 1 500 cm3. Le moteur BMW M12/13 était remarquable à l’époque pour ses pressions de suralimentation élevées et ses performances. Le bloc en fonte était basé sur un bloc de voiture de route standard et propulsait les voitures F1 de Brabham, Arrows et Benetton et a remporté le championnat du monde en 1983. La version 1986 du moteur produisait environ 1 300 ch (969 kW) en qualifications. garniture. ^[20]

Utilisation dans les motos

Moteur Honda CB750 de 1970

Le fabricant d’armes belge FN Herstal , qui fabriquait des motos depuis 1901, a commencé à produire les premières motos à quatre cylindres en ligne en 1905. ^[21] Le FN Four avait son moteur monté debout avec le vilebrequin longitudinal . Parmi les autres fabricants qui ont utilisé cette disposition, citons Pierce , Henderson , Ace , Cleveland et Indian aux États-Unis, Nimbus au Danemark, Windhoff en Allemagne et Wilkinson au Royaume-Uni. ^[22]

La première moto 4 cylindres à cadre transversal était la Gilera 500 Rondine de 1939 , elle avait également des arbres à cames doubles en tête, un compresseur à induction forcée et était refroidie par liquide . ^[23] Les moteurs de moto modernes à quatre cylindres en ligne sont devenus populaires pour la première fois avec le SOHC CB750 de Honda introduit en 1969, et d’autres ont suivi dans les années 1970. Depuis lors, le quatre cylindres en ligne est devenu l’une des configurations de moteur les plus courantes dans les vélos de rue. En dehors de la catégorie cruiser , le quatre cylindres en ligne est la configuration la plus courante en raison de son rapport performances / coût relativement élevé. ^{[ citation nécessaire ]} Tous les grands constructeurs de motos japonais proposent des motos à quatre moteurs en ligne, tout comme MV Agusta et BMW . Les premières motos à quatre cylindres en ligne de BMW étaient montées horizontalement le long du châssis, mais toutes les Motos BMW à quatre cylindres actuelles ont des moteurs transversaux . La société moderne Triumph a proposé des motos à quatre moteurs en ligne, bien qu’elles aient été abandonnées au profit de triples .

La Yamaha R1 2009 est équipée d’un moteur à quatre cylindres en ligne qui ne se déclenche pas à intervalles réguliers de 180 °. Au lieu de cela, il utilise un vilebrequin transversal qui empêche les pistons d’atteindre simultanément le point mort haut. Cela se traduit par un meilleur équilibre secondaire , ce qui est particulièrement bénéfique dans la plage de régime plus élevée, et la théorie de “l’ ordre de tir big bang ” dit que la transmission irrégulière du couple au pneu arrière facilite le contrôle du glissement dans les virages à des vitesses de course.

Les moteurs à quatre cylindres en ligne sont également utilisés en MotoGP par les équipes Suzuki (depuis 2015 ) et Yamaha (depuis 2002 ). En 2010 , lorsque la classe Moto2 à quatre temps a été introduite, les moteurs de la classe étaient un moteur quatre cylindres en ligne de 600 cm3 (36,6 pouces cubes) fabriqué par Honda basé sur la CBR600RR avec une puissance maximale de 110 kW (150 ch) . À partir de 2019 , les moteurs ont été remplacés par un triple moteur Triumph de 765 cm3 (46,7 pouces cubes) .

Voir également

• Moteur quatre cylindres à plat
• Moteur V4

Références

1. ^ ^{un bcd Nunney , MJ} (2006). Technologie des véhicules légers et lourds (4e éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-8037-7.
2. ^ “Performances : Le nouveau 718 Boxster” . Porsche. 2016 . Récupéré le 01/11/2016 .
3. ^ Schembari, James (2010-10-15). “Une berline familiale tirant sur moins de cylindres – 2010 Buick LaCrosse CX – Examen” . Le New York Times .
4. ^ Ulrich, Lawrence (2010-08-13). “Les moteurs à quatre cylindres sont plus petits, plus silencieux et gagnent un nouveau respect” . Le New York Times .
5. ^ “Explorez les données des tendances automobiles” . novembre 2021 . Récupéré le 25/11/2021 .
6. ^ “4-Zylinder Reihenmotor für Nutzfahrzeuge” (PDF) . Archivé de l’original (PDF) le 14/07/2011 . Récupéré le 01/08/2011 .
7. ^ “MAN Truck & Bus – TGL” . Archivé de l’original le 2011-05-23 . Récupéré le 09/05/2011 .
8. ^ “VARIOmobil – Bienvenue dans un tour d’autocars de luxe – véhicules de loisirs – camping-cars” . Archivé de l’original le 2011-08-27 . Récupéré le 09/05/2011 .
9. ^ “Véhicules utilitaires Isuzu – Camions avancés à cabine basse – Véhicules utilitaires – Moteur diesel 4HK1-TC 5.2L” . Archivé de l’original le 2010-12-24 . Récupéré le 14/12/2010 .
10. ^ “Euro 4 ‘En avant’ F11O.21O” (PDF) . Archivé de l’original (PDF) le 2010-11-26 . Récupéré le 14/12/2010 .
11. ^ “Moteurs diesel | Produits” . Hino Global . Récupéré le 23/05/2017 .
12. ^ “Série Hino 500” (PDF) . Archivé de l’original (PDF) le 2010-12-14 . Récupéré le 14/12/2010 .
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18. ^ “Distribution variable des soupapes (VVT)” . www.autobytel.com .
19. ^ ^{un bcd Ludvigsen} , Karl ⁽ 2001). Moteurs de course classiques . Éditions Haynes. ISBN 1-85960-649-0.
20. ^ “Moteur BMW Turbo F1” . Gurneyflap.com . Récupéré le 13/09/2010 .
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22. ^ Edwards, David (août 1997). Edwards, David (éd.). “Quatre Courants” . Monde du Cycle . Newport Beach, Californie, États-Unis : Hachette Filipacchi Magazines. 36 (8): 42–43. ISSN 0011-4286 . Récupéré le 21/09/2013 .
23. ^ Hamish, Cooper (janvier-février 2018). « Radical Rondine : 1939 Gilera 500 Rondine » . Classiques de la moto . Récupéré le 13/04/2018 .

Liens externes

• Médias liés aux moteurs Straight-4 sur Wikimedia Commons