Comme nous le savons tous, les motos modernes sont majoritairement propulsées par des moteurs quatre-temps. Les doyens de l’activité savent que cela n’a pas toujours été le cas, les moulins deux-temps ayant été populaires à une époque, certains fabricants (notamment Suzuki et Norton) ayant même tenté leur chance avec la motorisation rotative. Certains sont fiers de nous annoncer que le futur sera électrique, mais pour l’instant, le moteur à explosion a encore la cote.
Le moteur de type Otto, soit la variété qu’on retrouve dans une proportion élevée des motos actuellement, tire ses origines au milieu du 19e siècle. Il est donc peu surprenant d’apprendre que celui-ci a beaucoup évolué dans les plus de 100 ans qui suivirent et que les ingénieurs ont amassé une panoplie de connaissances à son sujet. Un des éléments les plus importants déterminant le rendement et les caractéristiques du moteur, et un qui est récipiendaire de plus en plus d’attention de la part des ingénieurs, est la question du calage des soupapes. Pour comprendre le rôle clé joué par cet aspect du design du moteur, commençons tout d’abord par un retour sur l’essentiel du moteur quatre-temps.
Et les cycles furent…
Tous les moteurs à explosion (conventionnels) font appel à quatre cycles dans leur fonctionnement, soit l’admission, la compression, la combustion et l’échappement. À la différence du moteur deux-temps, qui lui combine certaines de celles-ci ensemble, les quatre cycles sont distincts dans le moteur quatre-temps. Comme on pourrait s’y attendre, le tout débute avec l’admission, le piston étant à son point haut mort (PHM) et débutant sa course vers le bas. À ce point, le volume dans le cylindre est à son minimum, soit celui de la chambre de combustion. Le mouvement du piston vers le bas augmente le volume, ce qui a pour effet de créer un vide partiel. Au même moment, la soupape d’admission ouvre; par ce fait permettant à la pression atmosphérique située à l’extérieur du cylindre d’exercer une pression et forcer l’air à pénétrer le cylindre, surmontant le vide. Tout se poursuit ainsi jusqu’à ce que le piston arrive au point bas mort (PBM). À ce moment, le volume du cylindre est à son maximum et le piston commence à remonter. Le mouvement du piston entraîne une diminution du volume et donc une hausse de pression. C’est à ce moment que l’on ferme la soupape d’admission, scellant le cylindre et empêchant l’expulsion du mélange.
Suit ensuite le cycle de compression. Les soupapes sont fermées, permettant de comprimer le mélange et hausser sa pression. En effet, le mélange est comprimé à un rapport égal au taux de compression (ou rapport volumétrique), ceci dans le but de le préparer pour la combustion, la hausse de pression améliorant le rendement de l’explosion qui suivra.
Le piston rendu à son PHM, la pression dans le cylindre est à son maximum et les gaz reposent dans un endroit restreint (la chambre de combustion) configuré précisément pour optimiser la combustion du mélange. Au moment même où le piston commence sa course vers le PBM, la bougie fait feu, allumant le mélange. La flamme se répand rapidement, menant à une hausse dramatique dans la pression (les gaz chauds étant en pleine expansion), poussant le piston vers le bas avec force. La combustion n’est pas instantanée et se poursuit tout au long du déplacement du piston vers le bas.
Aussitôt le piston rendu au PBM, la soupape d’échappement ouvre, donnant un point de sortie pour les gaz brûlés. Le piston, maintenant en direction vers le PHM à nouveau, exerce une pression et aide à chasser les gaz du cylindre. Le piston arrivant au PHM, tout est à recommencer. Alors que nous parlons de quatre cycles, il est important de noter que ceci occasionne deux tours complets du vilebrequin.
