Technique : Les moteurs contra-rotatif

L'article d'Olivier sur la MotoCzysz C1 990 de Michael Czysz a amené un certain nombre d'interrogations sur la technologie moteur de cette machine. En effet, M. Czysz a utilisé la technologie de la contre rotation. Une technologie peu connue que caradisiac moto va tenter de vous expliquer. Pour cela, j'ai contacté Guy Garcia, le chef mécanicien du team 18 des sapeurs-pompiers. Il prépare des moteurs depuis de longue année avec sa société techniracing.

Pour bien comprendre ce qu'est un moteur contra rotatif, commençons par bien expliquer le fonctionnement d'un moteur normal et d'un moteur contra-rotatif.

Fonctionnement d'un moteur classique :

Les pistons coulissent à l'intérieur des cylindres. Leur mouvement linéaire est transformé en mouvement de rotation par l'intermédiaire du vilebrequin (en rouge sur le schéma). Celui-ci alimente ensuite les arbres à came ainsi que l'arbre de transmission primaire afin d'alimenter la boite de vitesse. Mais lorsque le vilebrequin tourne, il induit un effet gyroscopique à la moto ce qui l'aide à tenir en équilibre. Ainsi, cet effet gyroscopique va s'ajouter à celui déjà provoqué par la rotation des roues. " Pour illustrer cela, prenons l'exemple d'une 250 de GP dans les années 80 qui avait un vilebrequin qui tournait en marche arrière. Et bien cette moto refusait de prendre les virages" m'explique Guy. "Quand on voulait tourner à droite, le vilebrequin tournant à l'envers envoyait la moto de l'autre côté."

Fonctionnement d'un moteur contra-rotatif :

L'idée principale d'un tel moteur et d'avoir 2 vilebrequins qui tournent en sens inverse : l'un en marche avant et l'autre en marche arrière. Beaucoup de moto de GP 2 temps étaient fabriquées avec des moteurs contra rotatif. Cela permet d'annuler l'effet gyroscopique du moteur. De ce fait, il ne reste plus que l'effet gyroscopique des roues qui sert à manœuvrer la moto. Le reste ne la perturbe pas : la moto est plus maniable.

Malgré cet avantage certain, la technologie des moteurs à contre rotation reste peu utilisée. "En GP 250 et 500, il y a eu beaucoup de moteur contra rotatif avec les modèles 4 cylindres. Il s'agissait d'architecture en V ou en U avec donc 2 vilebrequins. Mais un tel moteur prend plus de place car il faut allonger les carters. Et malgré le gain de poids engendré par des vilebrequins plus petits, il y a plus de frottements puisque plus de pièces en mouvement. C'est pourquoi il est assez peu utilisé" continue Guy Garcia.

Le cas de la MotoCzysz C1 990

Le moteur de la C1 990 est un 4 cylindres en ligne placé longitudinalement. Cette disposition n'engendre pas d'effet gyroscopique puisque le vilebrequin est placé dans l'axe de la moto. Par contre, le placement de ce moteur induit un couple de renversement. Pour illustrer, Guy explique que "c'est comme si on empêchait le moteur de faire tourner le vilebrequin. C'est un effet, d'action/réaction : le moteur se met à tourner autour de son axe en sens inverse. Et lorsque l'on met un coup de gaz, on ressent ce mouvement qui veut partir en arrière dû à l'inertie des pièces. Avec une BMW ou une Guzzi, quand on est assis et que l'on met un coup de gaz, la moto veut se coucher à l'inverse du sens de rotation du moteur : la moto à tendance à pencher un peu du côté gauche. Donc quand on tourne à droite, ça relève la moto et quand on tourne à gauche, la moto à tendance à pencher un peu plus. L'installation de 2 vilebrequins contra rotatif annule cet effet."

L'intérêt de ce moteur contra rotatif est donc de limiter le couple de renversement. Ainsi lorsque le pilote va accélérer, la moto va rester neutre. Le basculement provoqué par le couple de renversement disparaît complètement.

Pour avoir tout cela en même temps, M. Czysz a conçu un moteur vraiment innovant. En effet, le vilebrequin est coupé en 2 au niveau du palier central : les 2 cylindres arrières sont en engrenage direct sur l'arbre de transmission primaire et les 2 cylindres avant tournent dans l'autre sens. Au milieu, il y a un pignon intermédiaire (de couleur argenté sur la photo) avec un rapport 1:1 qui inverse le mouvement de manière à avoir l'arbre de transmission primaire tournant dans le même sens alors que le vilebrequin tourne en sens inverse. Ainsi, les 2 vilebrequins tournent en sens inverse mais alimente l'arbre de transmission primaire ensemble et dans le même sens grâce au pignon intermédiaire. "Pour faire tourner la roue arrière, l'arbre de transmission primaire est placé sous la moto et la boite de vitesse est accolée juste derrière. Il doit y avoir l'arbre secondaire pour avoir la cascade de pignon derrière mais il n'est pas visible sur la photo. Ensuite, il y a probablement une sortie avec un couple conique pour avoir le pignon de sortie de boite dans le sens conventionnel."

Quand on demande à Guy quels sont les avantages et les inconvénients de cette technologie, il commence par dire qu'"il s'agit d'une belle innovation technique. Maintenant, je ne suis pas sûr qu'au niveau du rendement cela soit très convainquant. On a 1 transmission qui équivaut à la transmission primaire donc qui est égale à une moto normale. Mais par contre il y a un 2e vilebrequin qui tourne à l'envers et un pignon en plus ce qui augmente les frottements. Et surtout, au niveau de la sortie de boite, il y a un renvoi d'angle de façon en renvoyer le mouvement perpendiculairement à l'axe moteur pour le transmettre à la roue. Et ça, c'est énormément gourmand en puissance. Et avec la boîte placée sous le moteur, cela augmente la hauteur du centre de gravité. Ce n'est pas forcément gênant parce que la moto aura besoin de prendre un peu moins d'angle mais cela enlève un peu de maniabilité."

A contrario, la C1 990 ne manque pas d'intérêts. "Le fait de mettre le moteur en longitudinal permet d'avoir un gabarit plus petit et d'avoir une moto étroite. Un autre intérêt de ce moteur contra rotatif, c'est de pouvoir caler son moteur un peu comme on veut. M. Czysz peut faire un moteur à 4 cylindres avec explosion tous les 180° ou faire un twin-pulse avec 2 explosions simultanées tous les tours ou alors le décaler à 90/270. Il peut faire le calage qu'il veut sur le 2e groupe de cylindres. Ce moteur pourrait être à géométrie variable pourvu que les arbres à came soient séparés et qu'on puisse les caler comme on le souhaite. Ou alors, il faudrait avoir des arbres à came déjà taillés pour les permuter en fonction du calage voulu. On peut faire un calage moteur à la demande à condition d'avoir les arbres à cames adéquates. L'innovation est vraiment sympa."

Quant à sa présence en moto GP, Guy pense "qu'une moto comme celle-là aurait plutôt un avenir en superbike mais pas en motoGP. Déjà, il faudrait adapter la cylindrée à 800 cc. Mais c'est devenu trop technologique et trop technique pour avoir une chance de voir une 800 artisanale arrivée sur le circuit. C'est beaucoup trop coûteux. En 800, c'est de la petite cylindrée qui tourne très vite et un petit constructeur n'a que peu de chance de sortir. Mais en Superbike, pourquoi pas. Il ne reste qu'à l'homologuer. "