[Technique] Moteurs MotoGP

J'essaie d'y voir un peu clair dans les moteurs de MotoGP, et de comprendre ce qui se cache derrière les différentes appelations.
Entre les mauvaises appelations journalistiques et les évolutions de calage très fréquentes ces dernières années, toutes marques confondues, il est quasiment impossible de s'y retrouver.

J'essaie de me raccrocher aux bases et de ne pas tenir compte du langage commun.
Ainsi, dans ce topic, un Big Bang sera un moteur à explosions vraiment simultanées, à cause de l'appelation Small Bang qui décrit un moteur à explosions rapprochées, communément appelé Big Bang dans la presse.

Comme d'habitude, toute correction sera la bienvenue.

Généralités:
Les moteurs de GP ont tout d'abord été conçus de façon à avoir des explosions régulières (screamer = hurleur, à cause de leur sonorité régulière et aigüe).
Cela satisfaisait à la fois la recherche de la puissance maximum (par le bon accord des flux à l'admission et l'échappement) et l'esprit cartésien des ingénieurs.
Puis, vers la fin de l'ère des 500cc 2 temps, particulièrement brutaux, on a cherché différents calages pour rendre les motos, certes un peu moins puissantes, mais plus faciles à gérer pour le pilote et préservant mieux leur pneu arrière.

En 1992, Honda modifie sa NSR 500 (4 cylindres en V) pour passer de 2 explosions tous les 180° (cylindres 1 et 2, puis 3 et 4, 180° plus tard) à 4 explosions simultanées d'où le nom de Big Bang.
En réalité, le décalage entre 1 et 2 puis 3 et 4 était compris entre 10° et 70°, suivant les sources, d'où la mauvaise utilisation du nom Big Bang qui est restée par la suite.







Concernant les 4temps, la Yamaha YM1 de Rossi en 2004, conçue par Masao Furusawa sous la direction de Koichi Tsuji semble avoir été la première MotoGP a avoir un calage moteur irrégulier (270-180-90-180), permis par un vilebrequin décalé de 180°, et appelé à l'époque Long Bang.
Ce calage sera repris par Kawasaki dès l'année suivante (2005) qui fera au moins trois essais de "Big Bang" différents, sans réellement trouver la solution miracle...

Concernant le V4 Ducati, il semblerait que la marque italienne ait tout d'abord essayé un Screamer à manetons décalés de 180° avant de reprendre sa configuration classique (manetons alignés, en Screamer ou en Big Bang), puis d'essayer, fin 2009, la disposition utilisée sur la Desmosedici de route (décalage des manetons de 70°) pour revenir aujourd'hui à des manetons décalés à 180° mais avec un calage semblable à la Yamaha M1 (version probablement testée par Hayden à Valence pour le Big Bang 2011).
Il est révélateur de voir que les différents calages de Yamaha sont littéralement copiés par Ducati, alors que le moteur japonais est certainement le moins puissant de la grille...

Un Screamer sera toujours intraséquement plus puissant mais les micro-variations de couple qu'il produit nuisent au grip lors de la remise des gaz.
Ceci exlique cela.




Screamer Yamaha (R6, R1 avant 2010):

Cylindre	1	2	3	4	1
Angle du maneton	0°	180°	180°	0°	0°
Cylindre allumé	1	2	4	3	1
Allumage	0°	180°	360°	540°	720°
Cycle d'allumage		180°	180°	180°	180°

Cross Plane Yamaha (supposé être utilisé sur la YM1 actuellement):

Cylindre	1	2	3	4	1
Angle du maneton	0°	-90°	90°	180°	0°
Cylindre allumé	1	3	2	4	1
Allumage	0°	270°	450°	540°	720°
Cycle d'allumage		270°	180°	90°	180°

Vrai Big Bang sur un 4 cylindres en ligne (pas utilisé en MotoGP):

Cylindre	1	2	3	4	1
Angle du maneton	0°	180°	180°	0°	0°
Cylindre allumé	1 et 4	2 et 3			1 et 4
Allumage	0°	180°			720°
Cycle d'allumage		180°			540°

Small Bang sur un 4 cylindres en ligne (supposé être utilisé sur la Yamaha M1 sous l'appelation "Big Bang" jusqu'à l'apparition du Cross Plane ):

Cylindre	1	2	3	4	1
Angle du maneton	0°	90°	90°	0°	0°
Cylindre allumé	1	3	4	2	1
Allumage	0°	90°	360°	450°	720°
Cycle d'allumage		90°	270°	90°	270°

Twin Pulse Ducati (en fait un vrai "Big Bang")

Cylindre	1	2	3	4	1
Angle du cylindre	0°	-90°	0°	-90°	0°
Cylindre allumé	1 et 3	2 et 4			1 et 3
Allumage	0°	270°			720°
Cycle d'allumage		270°			450°

Screamer Ducati

Cylindre	1	2	3	4	1
Angle du cylindre	0°	-90°	360°	270°	0°
Cylindre allumé	1	4	3	2	1
Allumage	0°	270°	360°	630°	720°
Cycle d'allumage		270°	90°	270°	90°

Notez qu'il s'agit exactement de la même séquence que le Yamaha Small Bang...






"Big Bang" Ducati (supposé 2010)
Pour compliquer toute compréhension, ce calage est celui utilisé sur la Desmosedici de route, et appelé alors Twin Pulse...

Cylindre	1	2	3	4	1
Décalage	0°	-90°	-70°	-160°	0°
Cylindre allumé	2	1	4	3	2
Allumage	0°	90°	290°	380°	720°
Cycle d'allumage		90°	200°	90°	340°

"Big Bang" Ducati (supposé 2011)

Cylindre	1	2	3	4	2
Décalage	0°	-90°	-180°	-270°	0°
Cylindre allumé	2	4	3	1	2
Allumage	0°	180°	270°	450°	720°
Cycle d'allumage		180°	90°	180°	270°

Marc a écrit:

Cylindre	1	2	3	4	1
Angle du maneton	0°	90°	90°	0°	0°
Cylindre allumé	1	3	4	2	1
Allumage	0°	90°	360°	450°	720°
Cycle d'allumage		90°	270°	90°	270°

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tu peux expliquer la logique des tableaux ?

c'est quoi la dif entre cylindre et cylindre allumé ?

Le "cylindre", c'est juste sa position sur le vilebrequin... (1, 2, 3, 4)

Le "cylindre allumé", c'est celui qui subit une explosion... (1, 3, 4, 2)...

Des suggestions pour une expression plus explicite?

PS: tiens, je vois une erreur...

OK Marc

mais c'est les temps moteurs qui nous intéressent nan ?


j'aurais simplifié en faisant une ligne pour 720° avec T1 =allumage du cylindre N°1, T2 cylindre N°2, ...., etc,...

soit par ex:

T1 180° T3 180° T4 180° T2 180° T1 .....



sinon j'avais entendu dire que l'acyclisme des moteurs multicylindre produirait un effet de couple a la roue , un peu comme les "coups de massue" d'un gros mono tous les 720°


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musicalement c'est (si tu écrits la partition) :

pim..pim.pim comme un 2strokes ....

ou :boum..boum..boum, voir : Boum,...BOUM,..boum ou encore: bouBOUM,..., boum,...bouBOUM........


etc......





tout ça, c'est des IUWA pures lol (la roue accélère à chaque coup de piston et ralentie entre deux)

Tout cela c'est bien ,mais l'équilibrage bouffe des watts , d'ou un V à 90° qui génère moins de déséquilibre primaire,
Dans une revue , ils donnaient la notion de repos de traction du pneu pendant 6° de rotation à fond de six pour garder du grip sans patiner (c'etait du temps des 500cc en michelin)ceci avait abouti au calage big bang (toutes les explosions des cylindres 2T en 6° de rotation de vilo> les manetons quasi allignés mais les carters plus épais et vilo plus lourdement équilibré= encore un compromis qui entraine une surconsommation, mais à l'époque ils avaient 30litres de ELF...
@Marc, si tu veux le calage de la Rsv4, il se trouve sur le forum hadoc, effectivement les manetons sont décalés par paires de V à 70° du voisin proche, mais le moteur est ouvert à 65°, c'est un fameux bordel à calculer sur 720°non?Et ils utilisent le traction control en plus , le pneu arrière doit etre gentillement usé ... [Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]
@Pickup
la roue ne ralenti pas entre deux chocs , elle suit le mouvement mais sans poussée mais tu as raison , IUWA++ [Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

Voici un article que Jean François Robert a écrit et m'a très gentiment fait parvenir. Merci à lui!



Ecrit à l'époque des 990cc (et oui, c'est pas tout neuf, le "Big Bang", dixit les frères Bogdanoff), il est toujours d'actualité.



Voilà plus de 10 ans que les ingénieurs travaillent sur le « big-bang » pour améliorer la motricité des motos de GP deux ou quatre temps. Aujourd’hui, en plongeant au cœur du moteur, vous allez enfin comprendre l’incidence du « calage » sur le patinage…


Définitions :

Le calage : On appelle calage d’un moteur l’espace qui sépare les passages successifs de ses pistons au point mort haut (PMH), c’est à dire au sommet de leur course. Sur un moteur en ligne, cela dépend uniquement de la forme du vilebrequin et de la position relative de ses maneton (axe où s’accroche les bielles). Sur un moteur en V, le calage dépend aussi de l’angle d’ouverture du moteur, puisque le PMH n’est atteint que lorsque le maneton passe à la verticale des cylindres.
Le calage est exprimé en degrés, car on parle d’une pièce en rotation (le vilebrequin en l’occurrence). Le cycle 4 temps s’étalant sur 2 tours, soit 720°, on parle d’un twin à 360° quand les deux pistons montent simultanément, l’un étant en compression, l’autre en échappement.

Moteur BIG BANG : C’est le terme consacré pour désigner un moteur dont les explosions ont été rapprochées par modification du calage pour lisser la courbe de couple instantané et ainsi diminuer les micro-glissements du pneu AR.


La valse à 4 temps

Nota : Pour simplifier l’exposé et être plus à la page, nous nous concentrerons sur le 4 temps.

Comme chacun sait, le cycle à 4 temps se décompose en 4 phases, admission, compression, combustion/détente puis échappement. Ces différentes étapes se traduisent par des variations de pression importantes à l’intérieur du cylindre et donc particulièrement sur la calotte du piston. Cette évolution est représentée par la courbe tracée ci-contre, avec la pression sur l’axe vertical et la position du vilebrequin (exprimée en degrés) sur l’axe horizontal.
Appliquée sur la calotte du piston, cette pression se traduit par une force communiquée à la bielle. C’est cette force qui est à l’origine du couple moteur.


Le couple instantané du monocylindre (le soir au fond des bois):

Un couple se définit comme le produit d’une force par une distance. C’est le fameux « effet levier ». L’exemple courant c’est la clé plate que l’on utilise pour visser. A effort fourni égal, plus elle est longue, plus le couple de serrage appliqué sur l’écrou est grand. S’agissant du vilebrequin, la distance par rapport à l’axe évolue en fonction de la position du piston. Ainsi, au point mort haut, tous les axes étant exactement alignés, la distance est nulle et donc le couple instantané itou. (C’est seulement grâce à son inertie que le vilebrequin franchit cette phase délicate). Le levier le plus important quant à lui arrive un peu avant la mi-course. Le produit de l’effort transmis par la bielle avec le « bras de levier » nous permet donc de connaître le couple instantané du moteur sur un cycle complet.
En fonction de la position du piston et de la pression qu’il rencontre, le couple recueilli peut être positif ou négatif, autrement dit « moteur » ou « résistant ». Ainsi en phase de compression, le couple est négatif, alors qu’en phase de détente il est positif. La moyenne de toutes ces valeurs détermine le couple « maxi » que l’on mesure sur un banc d’essais classique, et que l’on trouve sur une fiche technique. L’évolution du couple instantané sur deux tours est visible sur la courbe N°2. Elle représente le cas d’un monocylindre de 247,5 CC unitaire. Tout ce qui dépasse la ligne zéro est un couple moteur, tout ce qui est en dessous est un couple résistant.


Le but que poursuit l’ingénieur consiste à combiner au mieux la succession des temps moteurs pour lisser au maximum la courbe de couple instantané.



Du mono au multicylindre

Pour en arriver au MotoGP, il faut examiner le cas du multicylindre. En réunissant côte à côte 4 monocylindres de 247,5 CC, on obtient un 4 cylindres de 990 CC. Pour commencer voyons ce qui se passe sur un 4 cylindres en ligne conventionnel avec des manetons calés à 180° (Les deux pistons extérieurs montent, alors que les 2 du milieu descendent). Il présente une répartition régulière des explosions tous les ½ tour.


Le couple instantané du 4 cylindres en ligne est en dents de scies. Il varie successivement 4 fois de 50 mkg en 55 millième de secondes !!! Voilà qui favorise le décrochage du pneu AR.


Nous voyons donc ici l’évolution du couple transmis à la roue arrière. Le couple maxi du moteur figure en rouge. Il est ici de 13 mkg, une valeur qu’il faut réduire d’environ 15% pour prendre en compte les pertes mécaniques.
On remarque 4 variations successives, atteignant 50 mkg , (pertes mécaniques 15% incluses). Sachant que 2 tours, soient 720°, durent 1/100 de seconde à 12 000 tr/mn, un tel phénomène se produit donc en 55 millième de seconde et intervient 4 fois par cycle! Des variations extrêmes et très rapides qui provoquent des micro-décrochements répétés du pneumatique. Or, en calant le moteur dans un autre ordre, on modifie la succession des temps moteurs. Ainsi, on peut réduire l’amplitude des creux et des bosses du couple instantané, sans changer pour autant sa valeur moyenne, et par conséquence la puissance du moteur. La courbe obtenue devient alors plus « lisse », ce qui réduit les décrochages du pneu arrière. Le V4 ouvert à 90° s’avère nettement moins saccadé que le 4 en ligne comme le montre sa courbe de couple instantané :


Moins saccadé, le couple instantané du V4 à 90 ° permet au pneumatique de reprendre son souffle, c’est à dire de l’adhérence.

L’un gagne l’autre disparaît.

En regroupant les cylindres en deux paires décalés de 50° on obtient une courbe encore plus progressive car la compression du deuxième cylindre se produit juste au moment de la combustion du premier. Cela adoucit la progression du couple comme on peut le voir sur la courbe N°3.


Cependant il faut tenir compte d’autres phénomènes tels que les vibrations (un balancier ne peut pas tout équilibrer) et les efforts dans les paliers de vilebrequin. Conséquence, à priori, il semble que les configurations retenues sont toujours des variations sur le thème du décalage de 90° (ou de multiples). Il va de soit que peu d’informations filtrent dans les paddocks. Mais ce qu’il faut aussi retenir c’est qu’en utilisant 5 cylindres comme Honda, on minimise la hauteur des crêtes de couple (un 200 CC en délivre moins de couple qu’un 250 ). Par contre, on se rattrape en ayant 5 explosions sur 2 tours au lieu de 4. La courbe est donc déjà plus lisse au départ. Ainsi, sans artifice particulier, Honda bénéficie d’une meilleure régularité cyclique et d’une meilleure motricité.
Au contraire, on comprend mieux les insolubles problèmes rencontrés par le 3 cylindres Aprilia avec ses gros paquets de couple qui n’arrivaient qu’en 3 fois sur 2 tours (et même sur un tour, car l’ordre d’allumage d’un trois pattes calé à 120° est 1,2,3, avec un tour « blanc ») . Moralité en moto GP il vaut mieux un grand nombre de cylindres pour lisser naturellement la façon dont le moteur délivre sa puissance. On économise ses pneus et on décroche plus progressivement. Séduisant sur le papier, le 3 cylindres est désavantagé dès le départ. Il est donc logique qu’Aprilia ait abandonné cette architecture inadaptée aux très fortes puissances.



A quand les les big-bang de série ?


Yamaha TRX :
Pour lui donner un goût deV2, les ingénieurs Yamaha avaient décalé les manetons de cette japonaise en treillis. Une très bonne moto mais un côté « Canada dry » qui n’a pas séduit les clients.


En fait ils existent déjà depuis longtemps. Sur les V4 Honda par exemple. Les VFR ont les manetons calés à 180° pour plus de souplesse et de douceur. Par contre les versions plus sportives RC 30 et 45 étaient calées à 360°. (tout comme la fameuse 750 RVF de 1991 victorieuse à Suzuka, qui affichait 130 kg et 150 CV !).
Autre variation sur ce thème, la Yamaha 850 TRX. Son twin parallèle disposait d’un vilebrequin aux manetons décalés de 90° pour offrir le caractère du V-twin Ducati lui aussi ouvert à 90°. Aujourd’hui encore, Triumph applique la recette à ses Bonneville América et scrambler pour leur donner plus de caractère. Extérieurement, ces moteurs sont des twins parallèles, mais ils ont les caractéristiques et le bruit de fonctionnement d’un moteur en Vé. Un choix judicieux sur le plan industriel puisqu’il permet d’adapter une mécanique à différentes applications avec très peu d’investissements nouveaux. Relativement proches des motos GP, les 1000 hypersports y échappent pour l’instant, sans doute pour des questions de vibrations (voir encadré équilibrage). Cependant, le développement du superbike et les puissances atteintes risque d’en favoriser l’essor à moyen terme, d’autant plus que certaines machines de série sont déjà pourvues de balanciers d’équilibrage (Honda et Suzuki)

Décalage et bonne vibrations.

Sur un moteur multicylindre, l’équilibrage naturel des masses en mouvement se fait par la combinaison des mouvements relatifs. Exemple sur le 4 cylindres en ligne on a toujours deux pistons qui montent et 2 qui descendent au même moment. Au final les efforts s’annulent, dans le plan horizontal tout du moins. En décalant les manetons, on rompt cet équilibre, ce qui provoque des vibrations obligeant à implanter des balanciers d’équilibrage sur des moteurs qui n’en n’ont théoriquement pas ou peu besoin. C’est d’autant plus indispensable que les régimes atteints aujourd’hui sont énormes et que les efforts en jeu sont proportionnels à leur carré…

Illustrations :

Moteur M1.
Extérieurement semblable à un 4 cylindres en ligne, la M1 cache un vilebrequin aux manetons décalés depuis l’arrivée de Valentino Rossi. C’est un des gros changements qui a rendu la M1 compétitive.

Honda SBK :
On verra peut-être bientôt des 4 cylindres de route « big-bang » pour améliorer la motricité des machines de superbikes qui dépassent désormais les 200 CV… Cette Honda dispose d’ailleurs déjà d’un balancier d’équilibrage en série…

Honda RCV :
Avec son 5 cylindres, la Honda RCV délivre son couple plus linéairement et rencontre donc moins de problèmes de motricité.

Aprilia : Abandon logique :
Le trois cylindres est naturellement défavorisé par les arrivées de couples peu nombreuses espacées de seulement 120° et importantes en raison de sa forte cylindrée unitaire. A puissance égale, il rencontre donc plus de problèmes de motricité que les 4 et à fortiori les 5 cylindres.

Très bel article [Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]
J'ai juste une remarque concernant le trois pattes , le meilleur calage est à 180°, comme sur la 1000 Jotta de Laverda, le moteur a plus de saccades mais est aussi plus viril à utiliser(à l'époque de la Cube d' Aprilia ils manquaient de traction control , ce ne serait plus le cas aujourdh'ui , dommage(je suis pour [Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image] ))

Marc a écrit:

Voici un article que Jean François Robert a écrit et m'a très gentiment fait parvenir. Merci à lui!



Moteur BIG BANG : C’est le terme consacré pour désigner un moteur dont les explosions ont été rapprochées par modification du calage pour lisser la courbe de couple instantané et ainsi diminuer les micro-glissements du pneu AR.

la j'ai un gros doute ......


car sur un 4 en ligne classique soit manetons à 180° et allumage 1 3 4 2 on a une détente régulière tous les 180° (demi tour de vilo)

je ne vois pas comment on peu rapprocher davantage les détentes sans ajouter de cylindre


par contre en BIG BANG on allume simultanément 2 cylindres (d'ou le "BIG") donc cela revient au calage d'un twin parallèle en ligne donc ,on éloignes les détentes en faisant une double détente (bigbang) tous les 360°


d'ailleurs on peut aussi caler aussi un 4 en ligne comme un twin a 180°




Marc ???

Ton esprit cartésien met bien évidence la mauvaise utilisation qui est faite, aujourd'hui, de l'expression Big Bang, de façon unanime dans toute la presse.

Théoriquement, cela désigne bien deux explosions simultannées, mais comme celà n'existe pas/plus en MotoGP, tout le monde a gardé cette expression pour l'opposer au Screamer.

C'est pour cela qu'il est préférable de dire Small Bang (et que j'ai fait ce sujet :) )

comme une image vaut mieux qu'un long discours, j'ai bricolé ça sur tableur lol



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big bang ou small bang, en général ca reste 1342

enfin les moins faciles, car plus acycliques (ou irrégular)




le CROSS PLANE (manetons en croix à 90°)


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et le SMALL BANG (manetons 90 270°)







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édit: Marc j'ai fait le ménage

Merci Pickup!
Avant, je comprenais mais depuis tes dessins, je ne comprends plus rien...
Tu veux pas les enlever?



Et puis, au lieu d'essayer de refaire ce qui est déjà fait, lance-toi plutôt dans les V4...

Marc a écrit:

Merci Pickup!
lance-toi plutôt dans les V4...

donne moi une vue avec les angles ainsi que l'ordre d'allumage et je m'y colle dès que j'ai 5 min

Je viens de finir mon premier V4.

Il s'agit d'un montage vite fait sous Photoshop donc je ne supporterai pas la moindre critique concernant les alignements de mes bielles et de mes pistons horizontaux!



Je vais maintenant pouvoir m'occuper des 2 tableaux s'y reportant...
Restera encore le "faux Big Bang" avec manetons décalés.

ça donne comme le "small bang" du four

ah oui normal, c'est un Vé à 90....


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Marc, pardonne mon ignorance mais c'est quelle partie que tu appele le manneton ?

Là où se fixe la bielle sur le vilebrequin.

D'accord je situe mieux merci

Un léger hors sujet : A propos de bielle, quand on parle de pied et de tête de la dite bielle, le procédé simple pour savoir reconnaitre ou désigner la bonne partie, c'est de se souvenir que la bielle a la grosse tête. Simple, non?
Et donc généralement, le pied de bielle est côté piston, tandis que la tête de bielle est du côté maneton de vilebrequin.

Stephane a écrit:

big bang ou small bang, en général ca reste 1342

Je me suis basé (entre autre) là-dessus:

Je viens de mettre les deux premiers moteurs Ducati (dans le post du début de topic) et, que vois-je?

Horreur ô désespoir!



Que le Screamer Ducati, réputé inconduisible, avait exactement la même séquence d'allumage que la réputée douce Yamaha...

Je me suis trompé quelque part?

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Je pense oui , mais ce n'est pas ma specialité les soupapes alors , je n ai rien dit

En fait on s'embrouille dans les appellations

ce que "tu" appelles twinpulse (terme néanmoins très clair ) , serait du "bing bang" , vue qu'on allume les cylindres 2 par 2 (V twin)

par contre le screamer V4 correspond bien a ce que tu appelles "small bang" pour le FourLine car ils sont tous les deux calés à 90 270 qui fait qu'on aura le même cycle d'allumage


Je comprend que la presse s'emmêle les crayons lol,

c'est quand même mieux de désigner les architecture comme il se doit , plutôt que d'inventer des noms exotiques dont la logique change d'une architecture à l'autre .....


4 ligne 180°, 4 ligne 90 270° , V4 90 etc.....