Moteur avec quatre cylindres à plat

Unmoteur avec quatre cylindres à plat, également connu sous le nom demoteur à quatre cylindres opposés horizontalement, est un moteur à pistons 4-cylindres. Les deuxbancs de cylindresétant situés de part et d'autre d'un vilebrequin commun. Le moteur 4-cylindres à plat le plus courant est lemoteur boxer, chaque paire de pistons opposés se déplaçant vers l'intérieur et vers l'extérieur en même temps.
Un moteur 4-cylindres boxer possède un équilibre primaire et secondaire parfait, mais sa conception à deux culasses induit un coût de fabrication plus important qu'un moteur en ligne. Les moteurs 4-cylindres boxer sont utilisés dans les voitures depuis 1897, en particulierVolkswagenetSubaru. Ils ont également été parfois utilisés dans des motos et fréquemment sur des avions.CessnaetPiperutilisent des moteurs à platLycomingetContinentaldans lesavions civilsles plus répandus au monde, leCessna 172et lePiper Cherokee.
La plupart des moteurs 4-cylindres à plat sont conçus de manière que chaque paire depistonsopposés se déplace vers l'intérieur et l'extérieur en même temps. Cette configuration est connue sous le nom de « boxer » (un peu comme deux boxeurs frappant leurs gants avant un combat). Les termes « flat-four » et « boxer-four » sont très souvent utilisés comme synonymes.
Les avantages d'une disposition 4-cylindres boxer sont une vibration secondaire parfaite (entraînant une vibration minimale), uncentre de gravitéabaissé et une longueur de moteur réduite. Cette architecture se prête également à unrefroidissement par airefficace, le flux d'air étant uniformément réparti sur les 4-cylindres. Sur les avions, cela évite d'avoir à installer de lourds systèmes de refroidissement liquide.
Les inconvénients des moteurs 4-cylindres boxer (par rapport aux 4-cylindres en ligne) sont leur largeur plus importante, les coûts supplémentaires liés aux deux culasses au lieu d'une seule et la nécessité d'uncollecteur d'échappementlong afin d'obtenir des impulsions d'échappement régulièrement espacées. En raison de ces facteurs, lesmoteurs avec quatre cylindres en lignesont plus couramment utilisés que les moteurs 4-cylindres à plat, lesmoteurs V6étant eux plus souvent utilisés lorsque des cylindrées plus importantes sont nécessaires.
Les forces égales et opposées générées dans un moteur 4-cylindres boxer entraînent unéquilibre secondaireparfait (contrairement aux forces verticales déséquilibrées produites par les moteurs à 4-cylindres en ligne). Les moteurs 4-cylindres boxer sont donc mieux adaptés aux cylindrées supérieures à 2 000cm, car ils ne nécessitent pas d'arbres d'équilibrage pour réduire la vibration secondaire.
En pratique, chaque cylindre d'un moteur boxer est légèrement décalé par rapport à la paire de cylindres opposés en raison de la distance entre lesmanetonsle long duvilebrequin. Cette distance de décalage signifie que les forces mécaniques, égales et opposées de chaque paire de cylindres, produisent uncouple de renversement. La vibration qui en résulte n'est généralement pas assez élevée pour nécessiter l'installation d'arbres d'équilibrage.
Comme pour tous les moteurs 4-temps à quatre cylindres ou moins, l'absence de chevauchement descoursesdes pistons entraîne une transmission pulsée du couple auvolant moteur, provoquant une vibration de torsion le long de l'axe du vilebrequin. Cette vibration peut être minimisée à l'aide d'unamortisseur harmonique.
L'ordre d'allumage typique pour un moteur 4-cylindres boxer est que les cylindres du banc gauche s'allument les uns après les autres, suivis de ceux du banc droit (ou vice versa), avec unintervalle d'allumagerégulièrement espacé à180degrés. Traditionnellement, les échappements des deux cylindres de chaque banc étaient fusionnés, avec les pulsations d'échappement inégales provoquant un son d'échappement caractéristique à « quatre pulsations ».
L'autre configuration d'échappement courante (comme celle utilisée par Subaru depuis le milieu des années 2000) consiste à coupler les cylindres avec un décalage d'intervalle d'allumage de360degrés, afin d'optimiser les pulsations d'échappement. Cette configuration nécessite des collecteurs d'échappement plus longs afin de synchroniser les cylindres des bancs opposés. Cela se traduit par un son d'échappement moins typique.
En 1900, le premier moteur 4-cylindres à plat a été produit parBenz & Cie. Celui-ci était basé sur le moteur Benz bicylindre à plat « contra » de 1897. Ce moteur conçu par Georg Diehl était utilisé dans les voitures de course Benz. Il produisait20 ch(15 kW) pour une cylindrée de5,4L.
En 1901, la société londonienneWilson-Pilchercommercialisa sa première voiture propulsée par un moteur 4-cylindres à plat. Ce moteur, monté longitudinalement dans le châssis, était à refroidissement liquide et produisait10 ch(7 kW) pour une cylindrée de2,4L. Fait inhabituel pour l'époque, l'alésage et la course avaient des valeurs égales, chacun étant de 95mm.
En 1902, l'automobile Buffum est dotée d'un moteur à quatre cylindres opposés d'une puissance nominale de16 ch(12 kW). Herbert H. Buffum produisit la Buffum à Abington, Massachusetts, de 1903 à 1907.
La société tchèqueTatraavait déjà produit des moteurs bicylindres à plat, mais laTatra 30de 1926 était le premier modèle propulsé par un moteur 4-cylindres à plat. Dans les années 1920 et 1930 Tatra produisit différents modèles de moteurs 4-cylindres à plat.
LaTatra T97de 1936 fut un modèle pionnier de la disposition moteur arrière, 4-cylindres à plat refroidi par air et châssis séparé (plus tard utilisé sur laVolkswagen Coccinelle). À la même période, bien que non lié, apparut leSteyr 50autrichien, arborant un moteur 4-cylindres boxer monté à l'avant et à propulsion arrière. Toujours en 1936, la société anglaiseJowettélargit sa gamme à moteurs bicylindres à plat pour inclure également des moteurs 4-cylindres à plat. La production des moteurs 4-cylindres à plat Jowett s'est poursuivie jusqu'en 1954, année à partir de laquelle la berlineJavelinet les modèles sportifsJupiteront cessé d'être produits.
Le moteur à quatre cylindres à plat ayant connu la production la plus longue dans le temps est le moteur Volkswagen refroidi par air conçu parPorsche. Celui-ci a été produit de 1938 à 2006 et a été utilisé dans la célèbreCoccinelleà moteur arrière (1938-2006) et leTransporter(1950-1990). Son architecture a également été utilisée sur les modèlesPorsche 356(1948-1965),550(1953-1956),912(1965-1969) et914(1969-1976). En 1982, afin de se conformer aux réglementations sur les émissions d'échappement, une version à refroidissement liquide appeléeVolkswagen Wasserboxerfut installée sur leTransporter T3.
Au cours des années 1960 et 1970, plusieurs fabricants ont produit des moteurs 4-cylindres à plat, notammentCitroën avec son moteur refroidi par air,Alfa Romeo avec son moteur boxer à refroidissement liquide(animant également laNissan Cherry N12produite en Italie) etSubaru avec son moteur EA à refroidissement liquide.
Deux moteurs importants conçus pendant cette période n'ont jamais connu la production en série. Le premier, en 1947, était lemoteur à soupapes latéralesMorris 800cmd'Alec Issigonisdestiné à l'origine à laMorris Minor. Le second était le moteur Ferguson2,2LSOHCde Claude Hill en 1966 (projet de recherche sur les véhicules R5).
Dans les années 2000, la plupart des fabricants avaient remplacé les moteurs 4-cylindres à plat par des moteurs 4-cylindres en ligne. Une exception notable est Subaru, avec la dernière itération de son moteur 4-cylindres à plat, leSubaru EJà refroidissement liquide disponible dans une version turbocompressée sur la berline sportiveSubaru WRXet son homologueWorld Rally Car. L'utilisation par Subaru de latransmission intégraleétait un facteur dans le maintien du moteur 4-cylindres à plat, car la longueur plus courte de ce moteur facilite l'installation des éléments de la transmission intégrale dans le châssis. Bien que plus cher à produire qu'un moteur à quatre cylindres en ligne, sonmoteur à platpermet à Subaru de construire un véhicule à traction intégrale avec peu de frais supplémentaires par rapport à une transmission à deux roues motrices classique.
En 2012, une version à aspiration atmosphérique dumoteur Subaru FAanime le coupé sport à propulsion de laToyota 86(également appeléeSubaru BRZetScion FR-S). Ce moteur, à refroidissement liquide etinjection directed'essence, développe197 ch(145 kW) pour une cylindrée de 2 000cm.
Les voitures de sport à moteur centralPorsche Boxster/Cayman(982) ont reçu en 2016 à la place de leur moteur 6-cylindres à plat à aspiration atmosphérique, un moteur 4-cylindres à plat turbocompressé. Ces nouvelles Porsche718 Boxsteret718 Caymanembarquent le premier 4-cylindres à plat Porsche depuis le milieu desannées 1970. Ce moteur d'une cylindrée de2à2,5L(S et GTS) développe jusqu'à370 ch(272 kW). Plusieurs essayeurs ont critiqué la sonorité sans intérêt des moteurs 4-cylindres des 718 Boxster/Cayman. Enjuin 2019, les718 Boxster(GTS 4.0et Spyder) et Cayman (GTS 4.0et GT4) reçoivent en plus un 6-cylindres à plat de4L.
La plupart des motos 4-cylindres utilisent unearchitecture en ligne, cependant plusieurs modèles sont dotés de moteurs 4-cylindres à plat avec unetransmission par arbre:
Lesavions légersutilisent couramment des moteurs 4-cylindres à plat, avec des cylindrées allant jusqu'à6,4L, issus des fabricants tels queLycoming Engines,Continental MotorsetFranklin Engine Company.
Pour lesavions radiocommandés, quatre moteurs à plat avec des cylindrée de 40 à 50cmsont produits par des sociétés commeO.S. Engines.