Gros 4 cylindres : pourquoi certains moteurs dépassent-ils 3 litres ?
Aujourd’hui, un quatre-cylindres automobile de 2 litres paraît déjà généreusement dimensionné. Pourtant, certains gros 4 cylindres ont largement dépassé cette valeur. La Porsche 968 atteignait presque 3 litres avec un moteur essence atmosphérique, tandis que le Mitsubishi Pajero utilisait un Diesel de 3,2 litres. En remontant dans l’histoire américaine, on trouve même des blocs essence encore plus gros, et sortir de l’automobile permet de dépasser 4 litres. Ces exemples montrent surtout qu’il n’existe pas de cylindrée maximale absolue pour quatre cylindres : la véritable limite dépend du régime, de l’usage et des qualités attendues du moteur.
Crédit photo: Illustration moteur Porsche 968
Gros 4 cylindres : pourquoi dépasser 3 litres devient compliqué
Augmenter fortement la cylindrée d’un quatre-cylindres impose des pistons et des pièces mobiles plus importants, ce qui accroît les efforts mécaniques et rend les vibrations plus difficiles à maîtriser. C’est pourquoi les grosses cylindrées automobiles ont longtemps privilégié six ou huit cylindres plutôt que quatre.
Un quatre-cylindres en ligne possède notamment des forces d’inertie de second ordre qui ne s’équilibrent pas naturellement. Elles deviennent plus sensibles lorsque la masse des éléments en mouvement augmente. Les arbres d’équilibrage permettent d’en compenser une partie, mais ajoutent eux-mêmes complexité, frottements et coût.
La cylindrée unitaire donne déjà une bonne idée du problème. Un 2 litres possède environ 500 cm³ par cylindre. Avec le moteur 3 litres de la Porsche 968, on approche 750 cm³ par cylindre. Or une voiture de sport réclame également de la souplesse, une bonne capacité à prendre des tours et un niveau de vibrations acceptable. Un moteur d’engin de chantier ne répondra pas exactement au même cahier des charges.
Crédit photo: MacMotors Pontiac Trophy 4 Un V8 coupé en deux
Les Américains fabriquaient d’énormes quatre-cylindres à partir de leurs V8
Au début des années 1960, Pontiac commercialise un quatre-cylindres essence d’environ 3,2 litres étroitement dérivé de son V8 389. Le Trophy 4 montre qu’une énorme cylindrée unitaire pouvait être acceptable lorsqu’elle permettait surtout de réutiliser une architecture industrielle existante.
Destiné notamment à la Pontiac Tempest, le Trophy 4 de 194,5 cubic inches, soit environ 3,2 litres, reprenait en grande partie l’architecture et de nombreux composants du V8. L’image du « V8 coupé en deux » est donc parlante, même si elle simplifie évidemment la réalité de sa conception.
International Harvester suivait une logique comparable avec son quatre-cylindres 196 ci, également proche de 3,2 litres et apparenté à la famille de V8 de la marque. Pour des constructeurs américains disposant déjà de gros V8, cette approche permettait de capitaliser sur des composants et des moyens de production existants. Ces moteurs étaient donc très différents dans leur philosophie du quatre-cylindres sophistiqué que Porsche développera trois décennies plus tard.
Porsche 968 : jusqu’où peut-on pousser un gros quatre-cylindres essence ?
Avec la Porsche 968, le gros quatre-cylindres devient une mécanique de sportive particulièrement élaborée. Son moteur atmosphérique atteint 2 990 cm³, 240 ch et 305 Nm, soit près de 748 cm³ pour chacun de ses cylindres.
Porsche utilise notamment des arbres d’équilibrage afin de contenir les vibrations inhérentes à cette architecture. Le système VarioCam, qui agit sur le calage de la distribution, contribue également à concilier performances et disponibilité du moteur.
Quelques exemples permettent de mesurer à quel point les usages modifient les limites raisonnables d’un quatre-cylindres :
- Pontiac Trophy 4 : environ 3,2 litres, essence
- International Harvester 196 : environ 3,2 litres, essence
- Porsche 968 : 3,0 litres, essence atmosphérique
- Mitsubishi Pajero 3.2 DI-D : 3,2 litres, Diesel
- Diesels industriels Caterpillar et Cummins : 4,4 à 4,5 litres
La 968 n’est donc pas remarquable parce que 3 litres constitueraient une limite mécanique, mais parce que Porsche réussit à exploiter cette cylindrée dans une sportive essence atmosphérique devant rester agréable sur route tout en offrant des performances élevées.
Crédit photo: Illustration moteur Porsche 968 VS Honda S2000
Porsche 968 contre Honda S2000 : deux philosophies exactement opposées
La comparaison avec la Honda S2000 montre qu’une grosse cylindrée n’est qu’une solution parmi d’autres. Le moteur de la Porsche développe 240 ch avec presque 3 litres. Quelques années plus tard, le quatre-cylindres atmosphérique 2 litres de la S2000 atteint environ 240 ch sur plusieurs marchés et jusqu’à 250 ch dans sa version japonaise.
Honda obtient cette puissance en suivant une direction presque inverse. Son moteur privilégie une cylindrée unitaire plus faible, une puissance spécifique exceptionnelle et un régime très élevé. La Porsche mise davantage sur sa cylindrée pour offrir du couple sans devoir atteindre de tels régimes.
Deux moteurs atmosphériques à quatre cylindres peuvent donc produire une puissance comparable tout en suivant des philosophies radicalement différentes : près de 750 cm³ par cylindre chez Porsche contre environ 500 chez Honda.
La généralisation du turbocompresseur rendra ensuite beaucoup moins nécessaire l’augmentation de cylindrée pour obtenir davantage de puissance et de couple.
Crédit photo: Illustration moteur Mitsubishi Pajero DI-D
Mitsubishi Pajero 3.2 DI-D : pourquoi le Diesel accepte davantage de cylindrée unitaire
Le Mitsubishi Pajero 3.2 DI-D déplace encore légèrement le curseur avec ses 3,2 litres répartis sur seulement quatre cylindres. Mais les objectifs de Mitsubishi ne sont plus ceux d’une sportive comme la Porsche 968.
Un Diesel de 4×4 travaille à des régimes moins élevés et recherche prioritairement du couple à bas et moyen régime. Une cylindrée unitaire importante peut donc mieux correspondre à son utilisation. Cela ne signifie pas pour autant que sa conception soit plus facile : les fortes pressions de combustion d’un Diesel imposent au contraire des pistons, bielles, vilebrequin et bloc particulièrement robustes.
Le Pajero illustre ainsi un principe essentiel : le nombre de cylindres ne peut jamais être étudié indépendamment de l’usage du moteur. Une architecture qui paraît exceptionnellement grosse dans une sportive essence devient beaucoup moins surprenante lorsqu’elle doit déplacer un lourd tout-terrain.
Et en quittant l’automobile, cette logique va beaucoup plus loin.
Crédit photo: Illustration moteur Caterpillar C4.4
Plus de 4 litres : quand le quatre-cylindres quitte l’automobile
Les moteurs destinés aux engins industriels montrent immédiatement que 3 ou 3,2 litres ne constituent aucune frontière physique. Le Caterpillar C4.4 est un quatre-cylindres Diesel de 4,4 litres, tandis que le Cummins B4.5 atteint 4,5 litres dans différentes applications industrielles ou marines.
On dépasse alors 1,1 litre par cylindre, soit près de deux fois la cylindrée unitaire d’un quatre-cylindres automobile 2 litres.
Ces moteurs n’ont simplement pas la même mission. Machines agricoles, engins de chantier, groupes électrogènes, compresseurs ou applications marines peuvent privilégier couple, robustesse, simplicité et durée de fonctionnement. La capacité à prendre des régimes élevés ou l’agrément recherché dans une voiture particulière deviennent secondaires.
La Porsche 968 remet alors parfaitement le sujet en perspective. Ses presque 3 litres ne représentent pas ce qu’un quatre-cylindres peut physiquement atteindre, mais jusqu’où un constructeur a jugé pertinent de pousser cette architecture dans une sportive essence atmosphérique de série.
Conclusion
Les gros 4 cylindres montrent qu’il n’existe pas de cylindrée idéale déterminée uniquement par le nombre de cylindres. Pontiac et International Harvester pouvaient approcher 3,2 litres avec des moteurs essence issus d’une logique industrielle américaine, Porsche faire d’un 3 litres une mécanique sportive sophistiquée, Mitsubishi employer 3,2 litres pour un Diesel de tout-terrain et des motoristes industriels dépasser tranquillement 4 litres.
La véritable question n’est donc pas de savoir jusqu’où un quatre-cylindres peut grossir, mais ce qu’on attend de lui. À 7 000 tr/min dans une sportive ou pendant des heures dans un engin de chantier, les limites raisonnables ne sont tout simplement pas les mêmes.
Nota Bene :
le downsizing et la suralimentation ont rendu les très gros quatre-cylindres automobiles beaucoup moins nécessaires. Les moteurs industriels rappellent néanmoins que leur disparition des voitures relève davantage de l’évolution des cahiers des charges que d’une impossibilité mécanique.
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