Le moteur à 4 temps

La Valse à 4 temps

Comment çà marche ?

A l’exception de quelques rares deux-temps, le quatre temps est aujourd’hui quasiment le seul type de moteur présent sur nos deux roues. Voyons comment il fonctionne et quels sont ses composants.

Le moteur à soupapes est né dans les années soixante.... au 19ème siècle (1862 si l'on en croit les dépôts de brevets). Deux inventeurs auraient eu la même idée, quasi simultanément, mais sur un plan international, L'allemand Otto l'emporte, face au Français Beau de Rochas. Peut-être grâce à son nom un peu prédestiné. Rendons-leur un juste hommage car aujourd'hui encore, notre sport favori leur doit une fière chandelle !

Comme le 2 temps, le cycle à 4 temps peut-être réalisé avec un moteur à allumage commandé, plus communément appelé « essence », ou avec un allumage par compression, plus connu, lui, sous le nom de diesel (eh oui il y a des diesels 2 temps!). Fin de parenthèse.

Un univers plus complexe...

Le principe de base, reste toujours le même, aspirer de l'air (le comburant) que l'on mélange à de l'essence (le carburant) pour les faire brûler et ainsi profiter de l'énergie dégagée pour propulser un véhicule. Cependant, ici, contrairement au deux-temps. On prend le temps de faire les choses bien. C'est en fait l'invention de l'arbre à cames (AAC) qui est très futée. C'est lui qui commande l'ouverture et la fermeture des soupapes, sortes de « robinets de remplissage et de vidange du moteur ». L'astuce consiste à faire tourner l’AAC 2 fois moins vite que le vilebrequin. De fait, il faut deux tours de vilebrequin pour que l’AAC réalise un cycle complet d'ouverture et de fermetures des soupapes. Cependant, l’AAC, les soupapes et leur mécanisme de commande, ça fait du bazar, donc du poids et ça coûte aussi plus cher à fabriquer. Et puisque l'on ne profite de la combustion qu'une fois tous les deux tours, à régime égal, on dégage moins d'énergie et donc moins de puissance qu'un deux-temps...

photo vignette cycle à 4 temps

L'admission

C'est la descente du piston qui provoque une dépression et donc l'aspiration du mélange air/essence dans le moteur. Pendant que le piston descend et même un tout petit peu avant, on ouvre la soupape d'admission pour faire rentrer le mélange dans le cylindre. Quand le piston arrive en bas, on referme la soupape pour éviter que le mélange ne soit repoussé dehors, par la remontée du piston. Nous verrons plus tard, en étudiant la distribution, que là aussi, on attend un peu avant de refermer la soupape...

La compression

Maintenant que le cylindre est plein, on ferme tout donc et le piston remonte, comprimant ainsi le mélange. Il le repousse vers la bougie, fort judicieusement située dans la chambre de combustion. La diminution conjointe du volume et l'augmentation de la pression qui en découle font monter la température, ce qui va favoriser la combustion. Un peu avant que le piston n'atteigne le sommet (point mort haut, ou PMH), on allume la bougie en avance pour que la combustion démarre. En effet, c'est un peu comme un feu, ça ne part pas instantanément, il faut que ça se propage.

Combustion/détente

Là ça chauffe ! La pression qui augmente jusqu'à environ 90 bars (ou 90 kg par cm2) repousse avec force le piston vers le point mort bas (PMB) entraînant la rotation du vilebrequin. On garde toujours toutes les soupapes fermées pour profiter pleinement de la pression, car c'est le seul moment où l'on récupère de l'énergie.

L'échappement

Quand le piston a terminé sa course descendante, l'énergie emmagasinée par le vilebrequin va le faire remonter à nouveau vers le PMH. C'est ici que l'on ouvre la, ou les soupapes, d'échappement pour chasser les gaz brûlés. Ainsi vidé, le moteur est prêt à aspirer à nouveau du mélange frais pour recommencer un nouveau cycle. 2 tours moteurs se sont écoulés, pour couvrir un cycle 4 temps complet avec à chaque fois environ ½ tour par fraction de cycle.

Encadré repères

Plus complexe, plus lourd, plus cher et moins puissant que le 2 temps, le 4 temps profite d'un rendement supérieur. Une sobriété que le 4 temps doit à la meilleure décomposition des différentes phases du cycle. Ainsi, à cylindrée et régime équivalents, le 4 temps n'est heureusement pas deux fois moins puissant qu'un 2 temps. De fait l’équivalence de cylindrée initialement définie en moto GP, 500 deux-temps/ 990 cm3 quatre temps, lui était favorable. Ensuite, lors de l’épisode 800 cm3…. On a interdit les deux-temps pour empêcher qu’ils ne reviennent… dans le coup cette fois ! Cependant, pour faire jeux égal, le quatre temps doit tourner beaucoup plus vite que les cylindres à trous. Voilà qui n'est pas sans poser quelques problèmes de bruit par exemple. D'où l'apparition des doubles silencieux sur les moteurs à soupapes en TT.