Les 4 temps à 4 soupapes par cylindre

Depuis les origines de la moto, les constructeurs se sont confrontés en compétition pour démontrer la supériorité de leurs solutions techniques. Ils réaliseront rapidement que, pour améliorer les performances, il fallait améliorer le remplissage des cylindres, et que la meilleure façon d'y arriver était d'augmenter le nombre de soupapes.
On verra donc, jusqu'au début des années 1940, une floraison de multi-soupapes, surtout pour les moteurs de compétition.
En raison de l'éloignement, on a souvent tendance à considérer que les constructeurs américains ont toujours eu une longueur de retard par rapport à l'Europe dans le domaine mécanique.
C'est pourtant Indian qui créera le premier moteur disposant de 4 soupapes par cylindre.
L'Europe peut se consoler en considérant que les moteurs Alcyon et Peugeot, apparus peu de temps après, étaient incomparablement plus évolués.

1911

Indian fabrique une moto d'exception. Son moteur, bien qu'il conserve une disposition classique pour l'époque de bicylindre en "V" et des soupapes culbutées n'en possède pas moins 4 soupapes par cylindre.

Il est vrai que ce moteur est développé en vue de la compétition et que le rival de Indian, Harley-Davidson fera, pendant un temps, tout aussi bien avec des moteurs à soupapes latérales.

Ce moteur apporte, en tous cas un démenti formel à ceux qui pensent, encore, que les Américains n'ont jamais été en mesure d'apporter quelque amélioration que ce soit en matière de mécanique et de trouver des chevaux uniquement en augmentant la cylindrée de leurs moteurs.

1912

Jusqu'à ce jour, la Peugeot de 1913 était pour moi - et probablement également pour vous - le premier 4 soupapes Français ayant équipé une moto.

La nouvelle tombe, brutale, à partir de la Norvège, le 17/02/2002, par l'intermédiaire de Marc Boniface : Il n'en est rien ! Pour l'anecdote, ce moteur appartenait au VMCB depuis 20 ans sans que l'on sache exactement de quoi il s'agissait. Yves Campion et Jean Michel Spies, qui m'a aimablement fourni la photo de ce moteur, conseillent à Henry Bovy, Président du VMCB de contacter un spécialiste Suisse des motos de compétitions (et par ailleurs membre du Club du Motocyclettiste) qui l'identifie formellement comme un Alcyon monocylindre à 4 soupapes radiales. Ce spécialiste est tellement intéressé par ce moteur (on le serait à moins) qu'il en fera l'acquisition en échange d'un 4 cylindres de F.N. neuf, en caisse... C'est ainsi que le moteur Alcyon est retourné en France, résidence de notre ami Suisse et le F.N. en Belgique.

Ce moteur est unique - tout au moins, c'est le dernier exemplaire existant. Il a équipé une Alcyon ayant pris part au Grand-Prix du Mans en 1912. Il n'est donc pas impossible qu'il ait été conçu avant l'Indian précédemment cité.

Malheureusement sa partie cycle a disparu. Si, par hasard, elle traînait dans votre grenier ou votre grange, vous pouvez me contacter ou contacter J.M.Spies : jmspies@skynet.be . Si vous voulez faire restaurer impeccablement une ancienne, vous pouvez faire de même.
Dans tous les cas, ne vous inquiétez pas pour son devenir : sa partie cycle sera reconstruite. Et que l'on ne me parle pas d' "original" : Un tel moteur mérite amplement de rouler à nouveau, même dans un cadre re-fabriqué pièces pour pièces.

1913

Le Peugeot, conçu par l'ingénieur suisse Henry, n'est donc pas le premier "4 soupapes" Français. Ce qui n'a rien de très étonnant, puisqu'il fut mis en oeuvre précisément pour contrer l'Alcyon de 1912. Il lui reste tout le premier bicylindre parallèle à 4 soupapes par cylindre doté de deux arbres à cames en tête commandés par cascade de pignons.

Sa mécanique et sa boite de vitesses, en comparaison, semblent bien archaïques. Normal : Si on le compare à un 450 Honda, ce moteur n'a jamais "que" 50 ans d'avance !

Cette moto ne remportera qu'une seule course : son développement a malheureusement été stoppé par la guerre.

1916

Harley-Davidson ne peut supporter longtemps de voir son concurrent direct, Indian, le battre sur les pistes et encore moins disposer d'une technologie plus évoluée que la sienne.
Aussi crée-t-il son propre V-twin à 4 soupapes par cylindres.

Il semble plus évolué que celui de l'Indian, dans la mesure où ses tiges et ses culbuteurs, même s'ils commandent toujours chacun un groupe de deux soupapes, sont disposés de manière plus "logique" et que, si le moteur n'est doté que d'un carburateur, chaque cylindre dispose de deux sorties d'échappement. (Bien que : certains vous diront que le double échappement n'apporte rien au rendement. Au contraire, il aurait plutôt tendance à faire surchauffer la culasse).

1920

Que ce soit dans le domaine de l'aviation, qui a beaucoup fait pour sa renommée, ou dans celui de la moto, Alessandro Anzani a produit tous types de moteurs. Certains géniaux, d'autres spectaculaires, des robustes comme des efficaces.

Dans cette production prolifique, il était imparable que certains restent des énigmes quant au bien fondé de leur architecture. Le quatre soupapes par cylindre ci-joint en fait indéniablement partie : Il s'agit en effet d'un monocylindre à quatre soupapes ... latérales.
Sachant que l'architecture à soupapes latérales tend à améliorer la souplesse et les quatre soupapes par cylindre, le remplissage, donc la vitesse de rotation, donc la performance absolue aux dépens de la souplesse, on se perd en conjectures au sujet de l'intérêt d'une telle combinaison.

Peut-être aura-t-il voulu combiner les avantages des deux ?
Celui qui a la réponse est le bienvenu.

1921

C'est en 1921 que Triumph, en vue d'un engagement "musclé" au "Tourist-Trophy" fait réaliser par l'ingénieur Ricardo (anglais, comme son nom ne l'indique pas) des culasses à 4 soupapes hémisphériques, puisque disposées à 90° qui équiperont 6 mono-cylindres de 500cc.
Malgré l'avance technologique que représentait ces moteurs, le succès ne sera pas au rendez-vous.

Ces motos auront tout de même l'occasion de battre quelques records de vitesse, dont le "mile" à 83,91 mph (soit environ 134 km/h).

1922

A ses débuts, le constructeur automobile Opel, contrairement à son image actuelle, avait pour ambition de faire connaître sa marque au travers de machines de compétition ou de record.

Si ses voitures en forme d'obus et propulsées par des fusées (à poudre, à cette époque) sont restées célèbres, ses motos de compétition sont plus confidentielles.

Pourtant, en 1922, Opel créa une moto dotée d'un moteur qui, bien que d'une cylindrée de seulement 204 cm³, possédait 4 soupapes culbutées.

Par ailleurs, il combinait des solutions archaïques (chaque groupe de 2 soupapes était commandé par un même culbuteur) avec d'autres très modernes (refroidissement par eau et double allumage).

J'ignore par contre tout du palmarès de cette machine.

1931

A partir de 1931, Rudge conçoit une série de motos, déclinées en 250, 350 et 500 cm3, équipées de moteurs mono cylindres à 4 soupapes, destinées tout aussi bien à un usage tourisme que compétition.

Les modèles les plus remarquables étaient équipés de soupapes radiales, dont la commande s'effectue par l'intermédiaire de culbuteurs (un culbuteur pour chaque groupe de soupapes admission / échappement), plus un système complexe de renvois.

L'avantage de soupapes disposées radialement, est de pouvoir obtenir une culasse quasiment sphérique, alors que les soupapes parallèles permettront tout au plus d'obtenir une culasse "en toit".

Pour en savoir plus sur Rudge : cliquez ici

1933

Cette date est approximative, mais elle correspond à la plus ancienne date où il est fait mention d'une technologie assez extraordinaire, et restée quasiment secrète : les culasses Apfelbeck, du nom de son concepteur, pour laquelle je développe ci – dessous un chapitre particulier :

1936

Autre moteur précurseur : celui de l'Excelsior "Manxman"

Cette moto était dotée d'un seul arbre à cames en tête, entraîné par arbre vertical, mais de 4 soupapes.

Ceci n'a en soit rien d'extraordinaire, mais ses soupapes sont radiales et les cames qui les actionnent sont coniques, ce qui est certainement plus "mécanique" que le système adopté par Rudge, précédemment cité.

Bizarrement, cette moto a plus marqué les esprits que la technologie Apfelbeck.

La plus grande victoire qu'elle remporta est le Grand-Prix d'Europe 1936 sur le Sachsenring allemand, devant les D.K.W. d'usine !

1951

A partir de cette époque, on ne verra presque plus de multisoupapes en compétition.
C'est que, aux alentours de 1940, on va utiliser le compresseur qui améliorera le remplissage avec des solutions techniques plus simples que les multi soupapes.

Pourtant, c'est à BSA que revint l'honneur de tirer une dernière salve. Ce qui, pour un ancien armurier, était bien la moindre des choses : L'idée du moteur dont il est question revient à Herbert Hopwood qui déposa un premier brevet en 1947 alors qu'il était encore chez Norton. Lorsqu'il part chez BSA, accompagné de "Doug" Hele, ancien responsable de la compétition chez Norton, qui tentera sans vergogne de s'attribuer la paternité de ce brevet. C'est pourtant bien Herbert Hopwood qui signe un accord avec BSA pour l'exploitation de ce brevet. Il en déposera ensuite un nouveau, évolution du précédant, le 8 mars 1951. Le moteur, correspondant à la vue en coupe ci-joint, équipera la BSA 250 MC1.

Bien que sa distribution soit complexe, le principe en est ingénieux : Herbert Hopwood, pour améliorer le remplissage de son moteur, était désireux de le doter de 4 soupapes, disposées radialement. Jusqu'alors la plupart des solutions faisaient appel à des culbuteurs. Voire même à des culbuteurs actionnant d'autres culbuteurs, comme ce fut le cas, parfois, chez Rudge. La difficulté, en effet, réside dans le fait que les soupapes sont disposées en "V" et non parallèlement, alors que l'arbre à cames, s'il est disposé "en tête," doit être perpendiculaire aux queues de soupapes. D'où la solution adoptée : un arbre vertical entraîne un premier "demi arbre" incliné par rapport à l'horizontal qui entraîne lui-même un deuxième "demi arbre" par l'intermédiaire d'un engrenage. Solution peut-être complexe mais pour le moins ingénieuse.

Bien qu'il ait été fait appel au grand Geoff Duke qui avait accepté de piloter cette moto, par ailleurs très évoluée en ce qui concerne la partie-cycle, cette moto ne vit jamais la piste : BSA, craignant les retombées négatives en cas d'échec, renonça au dernier moment à l'aligner en compétition.
(Documents et informations par Didier Mahistre, que je remercie encore ici).

Lorsque le compresseur est est prohibé en compétition, ni Gilera, ni M.V. ou Norton, A.J.S. et consorts ne songeront à faire appel à la multiplication des soupapes pour améliorer les performances de leurs moteurs.

1962

Les premières Honda compétitives en Grand-Prix :

RC 110, 50 cm³, 1 cylindre
RC 145, 125 cm³, 2 cylindres
250 et 350, 4 cylindres

... sont déjà toutes dotées de culasses à 4 soupapes

Les victoires commencent à arriver, mais on ne parle pas encore de domination

1965

Pour faire face à la montée en puissance du "péril jaune", les anglais développent, dans les années '60, des solutions pour trouver des chevaux à leurs moteurs culbutés. Notamment, Harry Weslake (entre autres auteur du moteur de la splendide "Eagle" de F1 et des moteurs des Vincent-HRD) qui dessinera une culasse à 8 soupapes pour les Triuuph Bonneville.

Ces culasses seront vendues au compte goutte par Weslake. Triumph ne passera jamais à la phase d'industrialisation, car, après essais, il s'avéra que les bas moteurs de "Bonnie" ne tenaient pas le coup par rapport à l'accroissement de puissance.

Cette culasse fut par contre utilisée avec un certain succès, notamment en side-car cross, avec un bas moteur Weslake.

1965
-
1969

A cette époque, Honda a fort à faire en compétition contre ses concurrents japonais, qui ont multiplié le nombre de cylindres (jusqu'à 3 pour un 50 cm³ chez Suzuki !) sur leurs moteurs 2 temps, ainsi qu'aux Italiens de chez M.V. en 500 cm³.

C'est la période des moteurs les plus extraordinaires qu'on ait jamais vu en compétition :

50 cm³ = 2 cylindres
125 cm³ = 5 cylindres
250 et 350 cm³ = 6 cylindres

Pour imaginer ce que cela peut représenter, les dimensions des cylindres du 50 cm³ (et du 125) correspondent à une maquette au 1/10^éme de Linto italienne contemporaine. Si ce n'est que la Linto n'a que 2 soupapes par cylindres !

Pour l'anecdote, le moteur du 50 cm³ tourne à 20.000 trs/mn, est doté d'une boite à 10 vitesses et d'un frein avant à … patins

1979

Honda "vulgarise" sa technique Grand-Prix en commercialisant une de celles qui restera parmi les plus belles machines de route : la 1000 CBX : 6 cylindres et 4 soupapes par cylindres.
Malheureusement, le cadre est resté le même que sur les 250 de G.P. dont le poids était deux fois moindre et la tenue de route déjà "limite"

1979

La même année, pour rester fidèle à sa technique 4 temps en Grand-Prix et pouvoir contrer les 2 temps concurrents, comme le nombre de cylindres étant limité à quatre, Honda imagine un "faux huit cylindres" : Les pistons seront ovales, représentant à peu prés 2 pistons accouplés, chacun relié au vilebrequin par 2 bielles, et chaque culasse dotée de … 8 soupapes

C'est la 500 NR … et le plus grand fiasco de Honda, à tel point que les anglais la surnommeront "Never Ready" (jamais prête, en français)

1983

Pour se distinguer de son concurrent Yamaha, qui l'a devancé sur son propre terrain du 4 temps avec le "XT", Honda équipe son mono 500 XLS de 4 soupapes … radiales.

Les journalistes ont la mémoire courte : Ils annoncèrent la chose comme révolutionnaire.

Vous constaterez, par la complexité de la distribution, qu'on avait fait mieux auparavant.

1985

Avec sa FZ 750, 4 cylindres, Yamaha fait plus fort que tous les autres, puisque chaque cylindre est doté de 5 soupapes : 2 à l'échappement et 3 à l'admission.

Concernant l'admission, malgré cette troisième soupape centrale, nettement décalée vers l'arrière par rapport aux deux autres, toutes trois sont commandées par le même arbre à cames, et sans l'intermédiaire de culbuteurs; Ainsi, la came commandant cette soupape centrale est plus longue et décalée sur le cycle de 380° par rapport aux deux autres.

Cette technique sera par la suite utilisée jusqu'en Formule 1 automobile sans avoir toutefois prouvé sa supériorité. Du moins à ce jour.

(Cliquez pour agrandir)		(Cliquez pour agrandir)
(Photos Musée Technique de Vienne)