4 Cylindres : La Diversification

Quelles que soient les théories de Darwin, un expert dans la science des animaux vous dirait que "la fonction crée l'organe" : selon la destination d'un animal et du milieu dans lequel il évolue, sa forme ou ses fonctions vont être similaires, indépendamment de ses origines. Ce n'est pas une théorie, mais une constatation.

Par exemple :

• L'Ichtyosaure, contemporain des dinosaures, est un reptile marin.
• Le dauphin, est un mammifère.
• Le requin est un poisson.
• Le pingouin est un oiseau.

Tous vivent dans la mer et se nourrissent de poissons, et s'ils sont de différentes espèces, ils ont globalement la même forme fuselée.

La fonction (chasseur de poisson) crée l'organe (la forme) : il s'agit dans ce cas d'une analogie morphologique (c'est à dire qu'ils ont la même forme).

Dans le domaine qui nous concerne, on a connu quelque chose de similaire dans les années 90 : Les constructeurs concevaient leurs voitures au moyen d'ordinateurs, tenant compte de données issues de passages en soufflerie et de théories aérodynamiques : Les ordinateurs arrivaient tous aux mêmes conclusions. En l'absence de l'imagination et d'une part de poésie apportée par certains ingénieurs, les voitures avaient les mêmes formes. On ne distinguait plus une Toyota d'une Subaru ou d'une Honda.

Il n'en est pas de même pour l'architecture des moteurs qui a varié au gré des modes, des besoins, de l'esprit inventif et parfois fantasque des concepteurs.

Prenons pour exemple les quatre cylindres de motos, qui offrent évidemment une variété plus grande que les mono cylindres. Au cours de recherches documentaires, j'en ai trouvé une telle diversité qu'il m'a semblé intéressant de les répertorier :

Faut-il en déduire qu'il n'existe pas d'architecture idéale pour un moteur à quatre cylindres, ou que la recherche de cet idéal correspond à celle du Graal ? Ou bien encore que tous les ingénieurs seraient successivement devenus fous ? Ce serait une déduction pour le moins abusive :

• Notons, tout d'abord, que les systèmes de distribution ont suivi l'évolution générale de tous les autres moteurs, à 1, 2 ou 4 cylindres.
• Si l'on fait abstraction de la Holden 1896, dont l'architecture est tellement particulière qu'elle en est quasiment indescriptible, de quelques moteurs en "X", dérivés de moteurs d'avions (la recherche de la performance rendait, en ce temps là, les solutions très hardies), de la D.K.W. de 1912 qui est en fait un "faux" quatre cylindres et de quelques autres élucubrations, on notera que la totalité des 4 cylindres entrés en production jusqu'en 1926 sont longitudinaux :
   

Malgré le nombre important de cylindres, l'efficacité de ces moteurs était bien faible et nécessitait souvent, pour vaincre une côte, l'apport de la force humaine qui ne pouvait intervenir qu'au moyen de pédales, comme sur un vulgaire "Solex". Une puissance suffisante ne les dispensait pas de pédales, comme on peut le constater sur la "Durkopp"  (premier constructeur allemand ayant conçu une 4 cylindres) de 1905, ci-contre. En l'absence de boite de vitesses ou du moindre débrayage, les pédales étaient utilisées pour le démarrage du moteur, ce qui rendait difficilement envisageable une disposition transversale du moteur. D'autant que la position du pilote se concevait pieds en avant.
Les cylindres arrière avaient bien tendance à chauffer exagérément, mais cela était de moindre importance dans la mesure où l'essence n'autorisait pas des taux de compression élevés, donc pas de régimes importants : la recherche de la performance n'était pas la priorité.

• Par la suite, en dehors de l'Ariel "Square Four" de 1931, on vit surtout des quatre cylindres transversaux en compétition (Gilera, M.V.). Pour les motos de tourisme, on arrivait quasiment aux mêmes performances avec des mono cylindres : Il fallait respecter certaines normes de fiabilité qui ne permettaient pas d'exploiter correctement les avantages d'un quatre cylindres.
  De même, le mode d'entraînement de l'arbre à cames (par cascade de pignons) était justifié par le manque de fiabilité d'autres solutions : les arbres verticaux avec renvoi d'angles étaient suffisants pour un mono cylindre, mais trop fragiles par rapport à l'inertie d'un quatre cylindres. Quant à la chaîne, elle était quasiment inconnue pour ce type d'application.
• On ne vit réapparaître des quatre cylindres en grande production qu'avec la Honda 4, à moteur transversal :
  La position de conduite avait notoirement changé et Honda avait besoin de marquer un grand coup médiatique dans le monde motocycliste : Ce qui fut parfaitement réussi. On en reparlera par la suite.

Le tableau ci-dessus fait apparaître que le développement et l'utilisation des 4 cylindres n'est ni aussi récente, ni aussi rare que ce qu'on le croit généralement.
De nombreux constructeurs se sont lancés dans des études de tels moteurs. Certains, comme Harley-Davidson ou Ducati, ne les ont jamais menées à terme, parfois pour de simples raisons d' "image de marque". D'autres, comme Guzzi, semblent l'avoir adopté par hasard : L'usine de Mandello a testé tellement de dispositions : Monocylindre, bicylindre en "V" (d'abord transversal, puis longitudinal), trois cylindres, 8 cylindres. Alors, pourquoi pas un "4" ?

D'autres, par contre, ont semblé poursuivre une idée, un but précis :

Nimbus "Tuyau de poêle" version de 1921

Pour les records : Il ne s'agit pas, ici, d'un record de vitesse, mais de... longévité.

C'est en 1918 que Peder Andersen Fisker élabore le premier prototype de son 4 cylindres "en ligne", alors équipé de soupapes latérales. C'est en 1919 qu'elle entre réellement en production. Son cadre, construit autour d'une "épine dorsale" sous forme d'un tube de fort diamètre faisant office de réservoir, elle était déjà équipée d'une suspension à l'avant et à l'arrière, ainsi que d'une transmission finale par arbre. Les volumes de ventes étant très faibles, Fisker engagea sa moto dans des compétitions qui lui apportèrent une certaine renommée. En 1926, Nimbus enregistrait une production de 1300 unités.

En 1932, avec l'aide de son fils, Anders, Fisker élabore une nouvelle version, conservant la même architecture, mais équipée cette fois-ci d'un moteur culbuté et d'un cadre constitué de longerons en fer plat, la "type C". Grace à ses qualités de grande souplesse, de propreté et de fiabilité, la "type C" remporta de nombreux marchés avec les administrations : Armée, Police, Postes... La concurrence de l'automobile devint ensuite de plus en plus importante, avec des prix de vente de plus en plus faibles. Nimbus cessera sa production en 1960. Soit 41 ans de production avec pratiquement un seul modèle, sacré record ! Sans compter que les Postes Danoises utiliseront ce modèle jusqu'en 1972.
Pour plus de détails : http://www.nimbus.dk/ ... vous ne comprendrez peut-être pas plus que moi, mais vous y verrez de nombreux documents, avec des plans qui vous permettraient presque d'en construire une de toutes pièces... avec un peu d'outillage, tout de même.

Moteur "Gilera-4" 1936

La performance (déjà) : Né "Opra" en 1927, ce moteur 4 cylindres à ACT,  refroidi par air dans sa première version conçue par Gianini, Remor et Bonmartini, enregistrait déjà une puissance de 28 ch qui lui permettait d'atteindre 170km/h.

En 1934, Gianini, alors directeur technique de CNA en reprend l'idée sous une forme améliorée, refroidie par eau et incliné de 30° pour diminuer le centre de gravité. Alimenté par un compresseur, elle atteint la phénoménale puissance, pour l'époque, de 80ch. Elle répondait alors au nom de "Rondine".
Après un passage en soufflerie, dont elle ressortit équipée d'un carénage enveloppant, elle atteint la vitesse de 244,316km/h aux mains de Taruffi, battant le précédent record (Ernst Henne sur BMW) de 16,8 kmh.

CNA est alors racheté par Caproni, qui se désintéresse de ce projet et le propose à Gnome-Rhône, Guzzi et Norton. C'est finalement Gilera qui en fit l'acquisition en 1935 et la dota, enfin, d'une partie cycle digne de sa puissance, avec rien moins qu'un cadre périmétrique. Elle avait alors quasiment 50 ans d'avance et remporta de nombreuses victoires sur les circuits, dominant le championnat d'Europe en 1939 aux mains de Doriano Serafini. Dans sa version carénée, elle était capable d'une vitesse de 274km/h. Elle fut ensuite l'inspiratrice des Gilera et MV-Agusta, dans des versions dont on peut dire qu'elles étaient moins évoluées que leur modèle. Ce qui ne les empêcha pas de connaître les succès que l'on sait.
(Pour plus de détails, lire dans "Moto Légende" n°206 l'article de l'excellent FM.Dumas).

Brough-Superior "Dream" - 1938

Le prestige : Ce fut incontestablement le cas des constructeurs américains du début su XX^ème siècle comme Excelsior, Pierce ou Indian.
Mais le summum du genre a été atteint par l'anglais Brough-Superior, dont les bicylindres avaient atteint une réputation de luxe qui leur valut le surnom de "Rolls-Royce" de la moto. La légende veut même que cette appellation ait été approuvée par le prestigieux constructeur automobile. Conscient du fait qu'il ne pourrait guère aller plus loin en matière de perfection avec des bicylindres (qui, de surcroît, provenaient de chez "Jap"), George Brough a commencé à étudier vers 1935 plusieurs solutions de motorisations à 4 cylindres.

Vue éclatée du moteur de la "Dream"

La première aboutira à un moteur en "V" longitudinal, refroidi par air à l'aspect disgracieux. A tel point que Brough s'orienta vers une solution extérieure et néanmoins originale, optant pour un moteur d'automobile "Austin Seven" dont l'intégration était assez réussie, malgré la présence d'un radiateur. La solution ne sembla pas, encore une fois, lui convenir. Dès l'année suivante il présenta une troisième moto équipée d'un quatre cylindres : la "Dream", dont le moteur, culbuté, est constitué de deux bicylindres disposés l'un au-dessus de l'autre tournant en sens opposé. Ce qui a pour avantage de supprimer les effets du fameux "couple de renversement" bien connu des utilisateurs de B.M.W.

Il n'est pas certain que les études de ces motos aient entraîné la perte de l'usine Brough-Superior qui, à l'orée de la seconde guerre mondiale, s'est consacrée à la fabrication de pièces pour l'aviation et, à la fin des hostilités, à l'outillage de précision. 

Ariel "Square-Four" 4F-500

Pour la souplesse d'utilisation : En 1928, Edward Turner est un tout jeune ingénieur qui n'a encore conçu que quelques prototypes, monocylindre à ACT. Il se déplace alors d'usine en usine, en quête de références, à défaut de célébrité, son carton à dessins sous le bras, pour proposer son nouveau projet. Après de nombreux refus, c'est finalement Ariel qui accepta de se pencher sur le sujet. Que contenait ce carton à dessins ? Un quatre cylindres "en carré", conception révolutionnaire, qui restera unique en son genre jusqu'à ce que les japonais en reprenne l'idée, en priorité pour la compétition et uniquement sur des moteurs 2 temps, à des fins de compacité.
Apparu en version 500cm3, avec une distribution commandée par ACT, le moteur de Turner était également compact puisqu'il réalise l'extraordinaire performance de pouvoir se loger dans le cadre d'un monocylindre, sans modifications. Il sera rapidement réalésé à 597cm3 pour pouvoir répondre à la demande des motocyclistes désireux d'y accoler un side-car.
De nombreuses idées reçues ont été émises au sujet de ce moteur, notamment le fait qu'il avait une forte propension à chauffer et qu'il avait une fiabilité douteuse. S'il est vrai que la première version avait tendance à chauffer, c'était surtout du à l'arbre à cames en tête qui impliquait une température élevée de la culasse (et non des cylindres arrière). Ce qui ne l'empêcha pas de remporter le "Maudes Trophy"n, parcourant 700 miles (1100km) à 96,5km/h de moyenne. En 1937, la "Square-Four" fut redessinée, avec une distribution culbutée, passant par la même occasion à 1000cm3. De 1931 à 1958, la "Sqaure-Four" sera produite à 15641 exemplaires. Il est douteux que, si sa fiabilité avait été mise en doute, la production ait pu atteindre de tels chiffres.
Quant à Edward Turner, si tant est qu'il ne l'ait fait avec l'Ariel "Square-Four", il connaitra la célébrité avec la Triumph "Speed Twin".

D.K.W. "Flat-Four" opposés

La performance (encore) : Dans un but bien différent, D.K.W., trop rarement citée bien qu'elle fasse partie des usines ayant le plus apporté au développement des moteurs deux temps. Dans ce domaine, on peut dire que ses ingénieurs ont fait feu de tous bois. Les modèles les plus connus de la marque sont les les URe et ULd bicylindre à compresseur par piston pompe d'avant-guerre (qui, d'après ce que certains en ont rapporté, étaient si bruyantes qu'elles faisaient vibrer la structure des tribunes devant lesquelles elles passaient) et, plus tard, la trois cylindres en "V" qui se fit remarquer de 1954 à 1956 par sa puissance et sa légèreté, lui procurant des performances remarquables ... lorsqu'elle ne cassait pas.

D.K.W. "V4" à compresseur

Ces moteurs ne sont pas les seuls à avoir été développés par D.K.W., loin s'en faut. Le document de gauche nous montre un assez extraordinaire (sinon : extravagant) quatre cylindres à plat opposés deux par deux et bougie d'allumage commune, dans le but d'améliorer la combustion. Notons que l'admission, par compresseur volumétrique, s'effectue directement dans les carters moteur. Solution qui ne sera reprise que bien plus tard. L'inconvénient d'un tel moteur, quelles que soient ses performances, est son encombrement. Ce qui amena les ingénieurs de D.K.W. à disposer les cylindres parallèlement, toujours avec une chambre commune, et à inventer le "balayage équi-courant".
Autre solution méconnue, celle du quatre cylindres en "V" de la photo de droite dont l'aspect, ne fut la présence d'un compresseur (en avant du moteur) semble fort moderne de par sa disposition et son refroidissement liquide. Aspect de modernisme accentué par la présence d'une fourche télescopique. Il est pourtant certain que cette réalisation est antérieure à la 3 cylindres de 1954 évoquée ci-dessus.

Honda RC160 - 1959

Un cas particulier : Honda, comme bien d'autres constructeurs japonais, s'est largement inspiré des techniques occidentales pour développer ses premiers modèles performants. Ainsi, lorsqu'en 1968 débarque en Europe ce qui deviendra la fameuse "4 pattes", on ne peut s'empêcher de se remémorer ses ancètres américaines du début du siècle ou bien les plus récentes productions transalpines. Mais la mise en production d'une telle moto ne s'est pas faite au hasard ni du jour au lendemain, puisque les premières expériences dans le domaine ont eu lieu, chez Honda, dès 1959 avec la RC160 de 250 cm³, machine de compétition utilisée sur des courses de côte ... sur terre battue.

Moteur de la Honda NSR

Par la suite, Honda développera, rien que dans le domaine des quatre cylindres, tant pour la compétition que pour le tourisme, un nombre impressionnant de solutions aussi diverses que variées : en ligne bien sur, en "V" transversal (VFR et RVF) ou longitudinal (ST1100), "à plat" (Gold-Wing) pour les quatre temps. Pour les deux temps Honda sera le seul , avec sa NSR (ci-contre, à droite), à mettre au point un vrai "V4" disposant d'un seul embiellage. Pour l'histoire, MuZ (né Swissauto) développera une solution similaire qui ne fit jamais ses preuves sur deux roues. Il est vrai que les moyens mis en oeuvre n'étaient pas les mêmes. Tous les autres 4 cylindres 2 temps disposeront de deux embiellages et sont, en fait, le résultat de l'accouplement de deux bicylindres.
Ainsi, Honda est passé en quelques années du rôle de "copieur" à celui de novateur ... quitte à se fourvoyer lourdement avec sa NR à pistons ovales que les anglais surnommeront "Never Ready". Il est vrai que les anglais aiment bien se moquer de tout ce qui ne provient pas de leur Royaume. Et qu'il est facile de se gausser lorsque l'on ne produit plus de moteurs depuis bien longtemps.

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