Moteur à soupapes en tête

Mécanisme de commande de soupapes en tête par tiges et culbuteurs.

Les moteurs à soupapes en tête (« overhead valve » ou OHV en anglais) sont des moteurs à quatre temps et soupapes commandées. Celles-ci, contrairement à celles des moteurs à soupapes latérales ( "side valve" ou SV en anglais), sont situées dans la culasse au-dessus des cylindres. La disposition en tête permet d'avoir un meilleur rendement, une meilleure circulation des gaz et un meilleur taux de compression que ceux des moteurs à soupapes latérales. Les moteurs à soupapes en tête existent en toutes sortes d'architectures (en V, en ligne, etc.), ainsi qu'à allumage commandé ou de type Diesel. Ils sont les plus répandus dans l'industrie automobile depuis plusieurs décennies, et sont également utilisés dans l'aviation et divers autres secteurs.

Il en existe deux grandes variantes : les moteurs culbutés, historiquement les plus anciens, qui ont leur arbre à cames en bas du moteur, et ceux à arbre à cames en tête (ACT ou, en anglais, OHC).

Historique

Prototype du moteur diesel de 1894 à soupapes en tête.

Les premiers moteurs à combustion interne étaient basés sur des moteurs à vapeur et utilisaient des soupapes glissantes. Ce fut le cas pour le premier moteur Otto qui fonctionna avec succès pour la première fois en 1876.

À partir de 1885 et du Daimler Reitwagen, les moteurs à soupapes deviennent de plus en plus courants. Apparaissent ainsi :

• les moteurs semi-culbutés (ou "ioe" en anglais) : leurs soupapes d'admission, situées dans la culasse et actionnées par l'aspiration créée par le piston, étaient qualifiées d' "automatiques" ou « atmosphériques » ; leurs soupapes d'échappement, étaient elles entraînées par un arbre à cames situé dans le bas du bloc moteur. Cette configuration fut utilisée sur des voitures, des motos et des avions, notamment ainsi par les frères Wright entre 1904 et 1910 pour les premiers moteurs d'avions jamais réalisés;
• les moteurs à soupapes latérales ("sv" ou "flathead" en anglais) qui équiperont la plupart des véhicules automobiles terrestres jusqu'aux années 1950.

Les premiers moteurs dont toutes les soupapes sont en tête apparaissent à la fin des années 1890 : le prototype du moteur diesel de 1894 utilisait des soupapes en tête actionnées par un arbre à cames, des tiges de poussée et des culbuteurs, devenant ainsi l'un des premiers moteurs culbutés, et, en 1896, William F. Davisle dépose le brevet américain n^o 563 140 relatif à un moteur culbuté utilisant un liquide de refroidissement pour maintenir la culasse à la bonne température. Certaines sources suggèrent que quelques véhicules équipés de moteurs à soupapes en tête auraient été construits avant 1900, notamment en Italie et aux États-Unis, mais aucun moteur de ce type ne semble avoir été construit en série avant le début du XXème siècle.

Moteurs culbutés

Les moteurs culbutés sont les premiers moteurs à soupapes en tête produits en série : Buick dépose en 1902 un brevet pour un moteur à soupapes en tête et lance en 1904 son premier moteur utilisant cette technologie. Ce bicylindre à plat aux cylindres opposés avec deux soupapes par cylindre équipe la Model B en 1904 puis la Model C à partir de 1905 : c'est un grand succès, avec 750 exemplaires vendus dès 1905.

L' utilisation de moteurs culbutés sur des automobiles, des motos ainsi que des avions se développe à partir des années 1910. Très répandus jusque dans les années 1950, ces moteurs sont ensuite progressivement supplantés par les moteurs à arbre à cames en tête. Certains constructeurs d'automobiles et de motos, ainsi que des spécialistes de l'aviation légère, continuent cependant de proposer des modèles à moteurs culbutés dans les années 2020.

Automobiles

Coupe d'un moteur de VW Coccinelle (1945) : les culbuteurs sont visibles aux extrémités gauche et droite.

En Europe, l'utilisation de moteurs culbutés commence dans les années 1910 sur des modèles de course ou sportifs, comme l'Alfa Roméo 20-30, puis se généralise à partir du milieu des années 1930 : plus économes que leurs prédécesseurs à soupapes latérales, ces moteurs équipent alors non seulement des berlines familiales ou puissantes, mais aussi des modèles populaires qui connaissent une très grande diffusion, comme la Volkswagen Coccinelle ou la Citroën 2CV. Certains constructeurs américains continuent de lancer de nouveaux modèles de moteurs culbutés durant les années 2010. Parmi les marques et modèles européens illustrant cette variété et longévité d'usage se trouvent notamment :

• Austin : moteur BMC série-A, quatre cylindre en ligne monté de 1951 au début des années 2000 sur divers modèles, notamment Morris Minor et Mini Austin . La gamme de ce moteur va de 803 cm³/30 ch à 1 275 cm³/57 ch ;
• Citroën : la Traction Avant, fabriquée de 1934 à 1957, est dotée de moteurs en ligne de 4 et 6 cylindres (1 300 à 3 800 cm³ et 32 à 77 ch). Des variantes de ces moteurs équiperont les DS et certaines CX jusqu'à la fin des années 1970. La 2 CV, fabriquée à plus de 5 millions d'exemplaires entre 1948 et 1970, est dotée d'un bicylindre à plat de 375 à 602 cm³ ;
• Fiat équipe nombre de ses modèles de moteurs culbutés à 4 ou 6 cylindres en ligne du milieu des années 1930 , telles les Fiat 1500 (1935)et 1100 (1939), au milieu des années 1960, avec notamment la Fiat 1300. De très petits modèles, comme la Fiat 500 Nuova (1957), en sont également dotés;
• Ford (Europe) : le moteur V6 Cologne équipe plusieurs versions de Ford Capri, Taunus , Granada, etc. jusque dans les années 1970. La gamme de ce moteur va de 1 812 cm³/82 ch à 3 958 cm³/162 ch ;
• Renault : le moteur Billancourt à quatre cylindres en ligne de 750 cm³/17 ou 21 ch équipe la 4CV, produite de 1947 à 1961. Des variantes de ce moteur équipent plusieurs autres modèles des années 1950 (Dauphine) au début des années 1970 (Renault 5).
• Volkswagen : la Coccinelle (1938-2003), voiture vendue à plus de 21 millions d'exemplaires, est dotée d'un moteur bicylindre à plat de 1 131 à 1 584 cm³ délivrant 25 à 50 ch. Ce moteur équipe également le Combi entre 1950 et 1990.

Aux États-Unis, les moteurs à soupapes latérales restent plus longtemps dominants, même si Buick utilise des moteurs culbutés sans interruption depuis 1904. Les moteurs culbutés connaissent un développement rapide à partir des années 1950, d'abord pour équiper des modèles puissants, comme les "muscle cars", puis se conformer aux exigences réglementaires croissantes. Parmi les marques et modèles américains illustrant cette évolution se trouvent notamment :

Schéma d'un moteur Buick culbuté 8 cylindres en ligne (1915).

• Buick, qui lance plusieurs générations de moteurs culbutés tout au long du XXème siècle : en ligne à 6 ou 8 cylindres (1914-1953), puis V8 (1953-1981) ;
• Ford, qui remplace progressivement ses moteurs à soupapes latérales par des moteurs culbutés à partir des années 1950. Le moteur V8 "Y-block" apparait en 1954 et sera produit jusqu'en 1980. Le V8 Windsor (1961-2000) équipe notamment des Ford Fairlane, Falcon, Mustang ou encore F-Series et GT40. Ford utilise continûment des moteurs culbutés depuis et a même lancé un nouveau modèle V8 de 7,3 l de cylindrée en 2019 ;
• Chrysler, qui lance en 1951 son V8 Hemi , premier d'une famille qui connaitra plusieurs déclinaisons jusqu'au XXIème siècle, notamment : Firepower de (1951-1958) et Elephant de 425 ch (1964-1971). Les modèles les plus récents atteignent 800 ch. Ces moteurs ont équipé de nombreux modèles, comme les Chrysler 300 (années 1950-1960), Dodge Charger (fin des années 1960), Dodge Ram (depuis 2003), ou encore Plymouth Barracuda (fin des années 1960).

Le groupe japonais Toyota, devenu l'un des plus grands constructeurs mondiaux au XXIème siècle, lance ses premiers modèles en 1935. Jusqu'au début des années 1960, toute la gamme Toyota est équipée de moteurs culbutés. Toyota continue ensuite de lancer de nouveaux modèles à moteur culbutés jusqu'au début des années 2000. Les moteurs "type T", notamment, sont des quatre cylindres en ligne qui équipent entre 1970 et 1985 des Carina, Celica, Corolla, Corona, etc. Et les "type B", moteurs Diesel à quatre cylindres en ligne, équipent depuis 1984 certaines versions de Land Cruiser, Dyna, Coaster, etc.

Motos

Présents à partir des années 1910 sur des motos de course, les moteurs culbutés deviennent d'un usage général à partir des années 1930, supplantant progressivement les moteurs à soupapes latérales. Quelques marques, comme Harley-Davidson et Moto-Guzzi, proposent encore de tels moteurs en 2025. Parmi les marques et modèles utilisant ou ayant utilisé des moteurs culbutés, se trouvent notamment :

• BMW, pendant les années 1920-1930, lance simultanément des modèles à soupapes latérales (sv) et culbutés, notamment R52(sv)/R57(culbuté) et R62(sv)/R63(culbuté) en 1928, R11(sv)/R16(culbuté) en 1929, ou encore R12(sv)/R17(culbuté) en 1935, les modèles culbutés délivrant environ 50% de puissance de plus que leurs homologues à soupapes latérales;

• Harley-Davidson, premier constructeur mondial dans les années 1920-1940, a continûment utilisé des moteurs V2 culbutés depuis le milieu des années 1930 : Knucklehead (1936-1947), Panhead (1948-1965), Shovelhead (1966-1981), Evolution (1984-2000), Blockhead (1985-1999), Twin Cam 88 (1999-2006), Twin Cam 96 (2007-2017), Milwaukee-Eight (M8) à partir de 2017 ;  
• Honda, premier constructeur mondial de motos depuis les années 1970, a lancé dans les années 1950 de nombreux modèles culbutés, notamment le Super Cub, le Benly 90 J, ou encore le CT 200 ;
• Indian : le plus grand fabricant de motos au monde jusqu'à la Première Guerre mondiale équipe à partir de 1910 ses modèles de course de moteurs culbutés à 4 soupapes par cylindre, alors que ses modèles commerciaux seront encore pendant plusieurs années IOE ou à soupapes latérales ;
• Moto-Guzzi : le constructeur italien utilise continûment des moteurs culbutés depuis 1934 (modèle P238). En 2025, plusieurs des modèles de la marque sont dotés de moteurs V2 culbutés ;
• Triumph, l'un des plus importants constructeurs des années 1920 aux années 1960, introduit un premier modèle à moteur culbuté, le monocylindre sportif "type R", en 1921, puis de nombreux autres modèles culbutés monocylindres (Tiger 70/80/90, années 1930), bicylindres (Thunderbird 6T, années 1950; Bonneville T120, années 1960) et à trois cylindres (Trident T160 V) jusque dans les années 1970.

• Exemples de moteurs culbutés pour motos
• 
  Moteur bicylindre Indian OHV à quatre soupapes par cylindre (1915).
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  Moto-Guzzi 2VT 500 : monocylindre implanté horizontalement (années 1930).
• 
  Moteur Harley-Davidson Milwaukee-Eight (depuis 2017).

Avions

L'industrie aéronautique connait une évolution très rapide pendant la Première Guerre mondiale. De nombreux modèles de moteurs culbutés sont alors mis au point, et ce type de moteur sera utilisé sur des avions jusqu'à la Seconde Guerre mondiale. Ils ont différentes configurations semblables à celles des automobiles (en ligne, en V, à plat), mais certains ont une disposition radiale, configuration qui ne fut utilisée, à de très rares exceptions près, qu'en aéronautique. Parmi les exemples illustrant la variété de ces moteurs culbutés se trouvent notamment :

• les moteurs rotatifs Le Rhône : une gamme de moteurs radiaux rotatifs de 7 à 28 cylindres développés entre 1910 et 1920. Le modèle 9J équipait notamment les Nieuport 11 et Nieuport 17;
• le moteur américain Curtiss OX 5, V8 produit à plus de 12000 exemplaires à partir de 1915 ;
• les moteurs De Havilland Gipsy, en ligne ou en V, produits à partir des années 1920. Des moteurs de cette famille équipent notamment de Havilland DH.82 Tiger Moth ou encore le bimoteur de ligne De Havilland DH.89 Dragon Rapide dans les années 1930 ;
• le moteur radial BMW 801 à 14 cylindres produit à 61000 exemplaires durant la Seconde Guerre mondiale . Il équipait notamment le chasseur-bombardier Focke-Wulff FW 190.

Au XXI^e siècle, certains motoristes spécialisés dans l'aviation légère proposent toujours des moteurs culbutés, comme la société Lycoming et sa gamme de moteurs culbutés de 4 à 8 cylindres à plat.

• Exemples de moteurs culbutés pour avions
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  Moteur rotatif Le Rhône 9C (années 1910).
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  Moteur Curtiss OX-5 V8 (années 1910).
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  De Havilland Gipsy Queen (années 1930) : 6 cylindres en ligne inversé (les têtes de cylindres sont en bas).
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  Moteur Lycoming IO 390 à 4 cylindres à plat (années 2000).

Moteurs à arbre à cames en tête

Automobiles

Moteur Alfa Roméo 6c : 6 cylindres en ligne, simple ou double arbre à cames en tête selon les versions (1929). Modèle représenté : double arbre.

Les premières utilisations d'un moteur à arbre à cames en tête (ACT) sur une automobile datent du milieu des années 1900 : en 1905 , l'Isotta Fraschini Type D, un modèle de course, est dotée d'un moteur à quatre cylindres et simple arbre à cames en tête de 17,2 l de cylindrée délivrant 120 ch. L'utilisation de cette conception, jugée coûteuse et complexe, fut ensuite longtemps limitée aux voitures luxueuses ou à hautes performances . Les moteurs ACT sont progressivement devenus courants à partir des années 1950 et, au début du XXI^e siècle, la plupart des moteurs d'automobiles sont ACT.

Les exemples suivants illustrent l'influence de certaines marques sur l'apparition puis la généralisation de l'architecture à arbre à cames en tête :

• Alfa Romeo : après la très confidentielle 40-60 à simple ACT des années 1910, la marque lance en 1925 la famille des 6C équipées de moteurs 6 cylindres en ligne à simple ou double ACT. Puis, des années 1950 aux années 1990 dote plusieurs de ses modèles (Giulietta, Giulia, Alfetta, etc.) d'un moteur 4 cylindres en ligne Twin-Cam. Et, des années 1980 à 2000, équipe ses modèles les plus puissants (Alfa 6, GTV, 166, etc.) de moteurs V6 "Busso" à simple puis double ACT et 12 ou 24 soupapes ;
• Fiat lance en 1925 la 509, dotée d'un moteur 4 cylindres en ligne à simple ACT. C'est l'un des premiers modèles de grande série ainsi équipé;
• Toyota a conçu et utilisé de nombreux moteurs ACT depuis les années 1960 et la Gloria. La famille de moteurs R à quatre cylindres en ligne, ACT (simple ou double) depuis la version 8R (1968), équipe notamment les Hilux, Corolla, HiAce ou encore Cressida jusqu'à la fin des années 1990. En 2025, Toyota propose certaines versions de sa citadine Yaris avec un moteur diesel à trois cylindres en ligne à double arbre à cames en tête de 998 cm³ et 69 ch.

Motos

Les premières motos à arbre à cames en tête apparaissent dans les années 1910 : la Peugeot 500 M1, un modèle de course de 1913, est même dotée d'un double arbre à cames. Comme pour les automobiles, l'architecture ACT va initialement être réservée aux modèles sportifs, notamment ceux des marques anglaises Velocette, Norton et AJS dans les années 1920. L'utilisation de moteurs ACT se généralise ensuite progressivement pour devenir dominante dans les années 1970, notamment sous l'impulsion de Honda qui, durant les années 1960, gagne de très nombreuses compétitions avec de tels moteurs, puis en équipe non seulement des modèles sportifs mais aussi de petites cylindrées à vocation utilitaire, comme son Super Cub. Au XXIème siècle, la très grande majorité des motos sont équipées de moteurs ACT.

• Exemples de moteurs de motos à arbre à cames en tête
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  Moteur ACT Velocette (1936) : l'arbre de distribution reliant le vilebrequin à l'arbre à cames est dans le tube vertical visible au centre.
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  Moteur de Honda 174 (1967) : 6 cylindres en ligne, DACT, 300 cm³, 66 ch à 17 000 trs/min.

Avions

Les premiers avions dotés d'un moteur à arbre à cames en tête apparaissent à l'occasion de la Première Guerre mondiale. Ce type de moteur sera ensuite très largement utilisé en aéronautique jusque dans les années 1950. Les moteurs à réaction vont ensuite le remplacer pour les applications de forte puissance, les moteurs à pistons n'étant plus utilisés que par l'aviation légère. Les exemples suivants illustrent la variété des moteurs à arbre à cames en tête utilisés en aéronautique :

• le moteur Hispano-Suiza 8A à 8 cylindres en V équipe à partir de 1914 divers appareils comme les Spad 7 ou Bristol F2. La gamme Hispano Suiza des années suivantes comprend des moteurs en ligne et en V allant jusqu'à 18 cylindres. Certains de ces moteurs furent utilisés durant la Seconde Guerre mondiale, par exemple sur l'avion de chasse Dewoitine D.520 ;
• le Liberty L-12, un moteur V12 produit à plus de 20 000 exemplaires dans les années 1910 et qui sera utilisé jusqu'au milieu des années 1930. Il équipe divers avions, comme l'hydravion Curtiss NC (années 1910-1920), ainsi que des chars de combat, comme le Cruiser Mk III (années 1930), et même un dirigeable, le Nobile T.34 (années 1920) ;

• Rolls-Royce a produit de très nombreux modèles de moteurs pour l'aviation, civile comme militaire, depuis les années 1910. Par exemple, c'est un moteur V12 Merlin23 qui, dans les années 1930-1940, équipait les avions de chasse Supermarine Spitfire, Hawker Hurricane et P-51 Mustang, ou encore le bimoteur De Havilland Mosquito.

• Exemples de moteurs ACT pour avions
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  Hispano-Suiza 8A (années 1910) : le vilebrequin (en bas) entraîne les arbres à cames en tête par un système d'arbre et engrenages (visible à gauche).
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  Le major Henry H. Arnold à côté du premier moteur Liberty V12 terminé (400 ch pour 383 kg) au début des années 1910.
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  Rolls Royce Merlin 23 (années 1940) : V12 suralimenté délivrant 1 280 ch à 3 000 trs/min pour un poids de 649 kg.

Caractéristiques techniques

Caractéristiques générales

Les trois catégories de moteurs à soupapes commandées (latérales, culbutées, à arbre à cames en tête) se distinguent par trois points principaux : la position des soupapes, celle de l'arbre à cames, et le mécanisme de commande des soupapes :

• l'arbre à cames : sur les moteurs à soupapes latérales ou culbutées, l'arbre à cames est situé en bas du moteur, proche du vilebrequin. Il est mis en rotation par celui-ci, généralement grâce à un jeu d'engrenages. Dans les moteurs à arbre à cames en tête, celui-ci est situé en haut du moteur, sur la culasse : il est mis en rotation par le vilebrequin grâce à un mécanisme constitué de chaînes, engrenages et courroies ;
• les soupapes : parallèles au cylindre et tête vers le haut du moteur dans les moteurs à soupapes latérales, elles évoluent dans un volume distinct de celui balayé par le piston. Dans les moteurs à soupapes en tête, celles-ci sont en haut du moteur dans la culasse, tête orientée vers le bas : elles évoluent dans un volume qui peut être balayé par le piston ;
• la commande des soupapes : dans les moteurs à soupapes latérales et ceux à arbre à cames en tête, l'ouverture des soupapes est assurée par l'arbre à cames, directement ou par l'intermédiaire de poussoirs ou de culbuteurs. Dans les moteurs culbutés, elles sont ouvertes également par l'arbre à cames mais par l'intermédiaire d'un mécanisme de tiges permettant de relier l'arbre (en bas du moteur) aux culbuteurs (en haut du moteur). La fermeture des soupapes est assurée dans tous les cas par des ressorts ou, plus rarement, un système pneumatique ou desmodromique.

• Comparaison des trois architectures à soupapes commandées
• 
  Principe de fonctionnement d'un moteur à soupapes latérales : le vilebrequin, en bas du moteur, entraîne l'arbre à cames (en bas à gauche) par un jeu d'engrenages. La rotation de l'arbre ouvre les soupapes (à gauche) qui évoluent dans un espace distinct de celui balayé par le piston (à droite).
• 
  Principe du moteur culbuté tel qu'inclus dans le brevet Buick de 1902 : l'arbre à cames en bas du moteur (V, W) active les tiges (S, T) qui font basculer les culbuteurs (P, Q) . Ceux-ci ouvrent les soupapes (J, K), qui sont ramenées en position fermée par les ressorts (O).
• 
  Principe de fonctionnement d'un moteur à simple arbre à cames en tête : la rotation de l'arbre à cames (en rouge en haut du moteur) active les soupapes. Dans la configuration illustrée, cette activation se fait par l'intermédiaire de basculeurs (en bleu).

Comparaison avec les moteurs à soupapes latérales

Soupape et flux d'admission avec soupape en tête (à gauche) et latérale (à droite).

La figure ci contre illustre la disposition d'une soupape d'admission en tête et latérale et permet de relever certaines différences entre les deux configurations.

Avantages du moteur à soupapes en tête

• la circulation des gaz, à l'admission comme à l'échappement, est plus efficace ;
• le taux de compression peut être plus élevé ;
• la répartition thermique est meilleure ;
• la propagation du front de flamme lors du cycle de combustion est plus régulière.

Inconvénients/limitations du moteur à soupapes en tête

• le moteur à soupapes en tête est plus haut que son homologue à soupapes latérales ;
• les soupapes en tête, déréglées ou "affolées", peuvent entrer en collision avec le cylindre, contrairement à leurs homologues latérales . Ce risque, susceptible de provoquer la destruction du moteur, était considéré jusqu'au milieu du XXème siècle comme particulièrement important, notamment pour des régimes moteur élevés ;
• la culasse est plus complexe, avec plus de percements ;
• le système de distribution est plus complexe, plus lourd et comporte plus de pièces mobiles ;
• contraintes sur le nombre et l'emplacement des soupapes : dans les moteurs OHV, la taille et la forme des orifices d'admission et d'échappement ainsi que la position des soupapes sont limitées par la nécessité de les loger dans le moulage de la culasse.

Jusqu'à la fin des années 1940, le moteur à soupapes latérales était considéré plus robuste ainsi que plus facile à construire et à maintenir que celui à soupapes en tête. Mais malgré plusieurs améliorations, notamment celles dues au motoriste britannique Harry Ricardo, il restait moins performant que son homologue à soupapes en tête. Les progrès faits dans l'ingénierie et la construction mécaniques à partir du milieu des années 1940 permettent de corriger les limitations des moteurs à soupapes en tête, et entrainent à partir des années 1960 la quasi disparition des soupapes latérales sur les véhicules motorisés.

Comparaison entre moteurs culbuté et à arbre à cames en tête

La distribution culbutée comporte de nombreuses pièces en mouvement alternatif (soupapes, tiges de culbuteurs, culbuteurs) : elles ont une inertie importante qui aggrave le risque d'affolement des soupapes. Ceci peut conduire à devoir limiter le régime de fonctionnement du moteur, donc sa puissance spécifique. Le caractère compact et la simplicité de conception et d'entretien de ces moteurs en a cependant longtemps justifié l'utilisation.

La solution la plus courante pour augmenter régime moteur admissible et puissance délivrée par le moteur tout en évitant le risque d'affolement des soupapes est d'utiliser un arbre à cames en tête par rangée de soupapes. Un moteur ayant un arbre par rangée de cylindre sera désigné comme SACT/SOHC, et, s'il en a deux, comme DACT/DOHC. Une distribution desmodromique permet en outre de supprimer tout ressort de rappel et ainsi d'atteindre des régimes encore plus élevés en limitant les risques de casse moteur.

Disposer l'arbre à cames en tête impacte le nombre minimum d'arbres nécessaire au moteur : alors qu'il suffit généralement d'un seul arbre à cames dans un moteur culbuté, quels que soient le nombre et la disposition des cylindres, un moteur ACT, dès qu'il n'est pas en ligne, doit en avoir plusieurs. Ainsi, par exemple, un moteur ACT en V aura au moins deux arbres à cames : un par rangée de cylindres.

• 
  Moteur V8 culbuté : l'unique arbre à cames (au centre en bas) active les 16 soupapes du moteur.
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  Schéma d'un moteur V6 DOHC : deux arbres à cames par rangée de cylindres (donc 4 arbres en tout) ; distribution par chaînes et pignons.

Performances comparées

Le tableau ci-dessous donne quelques éléments de comparaison des caractéristiques techniques et performances atteintes par des moteurs à soupapes commandées dans les années 1930, 1970 et 2020. Ils illustrent notamment :

• l'augmentation de performances générée par le passage des soupapes latérales aux moteurs culbutés puis à ceux à arbre à cames en tête ;
• la progression des performances des moteurs d'une même technologie au cours du temps.

Modèle	BMW R12	BMW R17	Triumph T120	Honda CB 750	Harley-Davidson Fat Boy	Moto-Guzzi V7	Ducati Panigale
Année	1935	1935	1969	1969	2025	2025	2025
Moteur	Bicylindre à plat à soupapes latérales	Bicylindre à plat culbuté	Bicylindre en ligne culbuté	Quatre cylindres en ligne ACT	Bicylindre en V culbuté	Bicylindre en V culbuté	Quatre cylindres en V DACT desmodromique
Cylindrée (cm3)	743	743	650	744	1923	853	1103
Soupapes	2/cylindre	2/cylindre	2/cylindre	2/cylindre	4/cylindre	2/cylindre	4/cylindre
Puissance et régime moteur	18 ch à 3400 tr/min	33 ch à 5000 tr/min	47 ch à 6500 tr/min	67 ch à 8000 tr/min	103 ch à 5020 tr/min	67 ch à 6900 tr/min	216 ch à 13500 tr/min
Puissance/l de cylindrée	24 ch/l	44 ch/l	72 ch/l	90 ch/l	54 ch/l	79 ch/l	196 ch/l
Compression	5,2:1	6,5:1	8,5:1	9:1	10,3:1	9,6:1	14:1

Variantes de réalisation

En plus d'un siècle d'existence, les moteurs à soupapes en tête ont connu de très nombreuses innovations visant à en augmenter les performances, diminuer le poids et l'encombrement, réduire la consommation et le rejet de polluants, etc. Ceci a conduit à une large variété de réalisations de ces moteurs, dont certaines sont indiquées ci-dessous :

• nombre de cylindres : un moteur à soupapes en tête est dit "monocylindre" s'il a un seul cylindre, et "multicylindre" s'il en a au moins deux. Il existe des moteurs de ce type ayant plus de vingt cylindres. Dans les automobiles, les configurations les plus répandues sont à 4, 6 ou 8 cylindres. Les motos sont très généralement équipées de moteurs monocylindres ou à 2, 3, 4 ou 6 cylindres. Les monocylindres sont également utilisés sur de petites machines (tondeuses, débroussailleurs, aéromodélisme, etc.) ;
• disposition des cylindres : les moteurs multicylindres peuvent avoir leurs cylindres disposés en ligne (architecture historique et simple à construire mais conduisant à des moteurs très longs s'ils ont un grand nombre de cylindres), en V ou à plat, en étoile (configuration radiale utilisée en aéronautique dans les années 1910-1920), etc. La tête des cylindres est généralement orientée vers le haut de la machine équipée, mais certains moteurs, notamment dans l'aéronautique, sont implantés en position inversée ;
• nombre de soupapes par cylindre : il y a au minimum, sur chaque cylindre, une soupape d'admission et une d'échappement. C'est la configuration historique, encore très présente au XXIème siècle. Les moteurs ayant trois soupapes ou plus par cylindre sont qualifiés de "multisoupapes" . Les configurations à 3 soupapes par cylindre se trouvent notamment sur certaines motos, comme la Ducati ST3. La configuration à quatre soupapes par cylindre (deux d'admission et deux d'échappement) est assez répandue sur les motos comme les automobiles. Les configurations a plus de quatre soupapes par cylindre sont plus rares : le moteur de la Yamaha TDM a cinq soupapes par cylindre (3 d'admission et 2 d'échappement) et celui de la Honda 750 NR en a huit ;
• pilotage de la fermeture des soupapes : sur la très grande majorité des moteurs, ce sont des ressorts qui assurent la fermeture des soupapes. Deux autres solutions sont utilisées : le rappel pneumatique et la commande desmodromique. Le rappel pneumatique consiste à remplacer chaque ressort par un soufflet à gaz comprimé : cette technologie, brevetée par Renault au début des années 1980, est très rarement utilisée en dehors des voitures de course. Dans le cas de la commande desmodromique, assez rare et équipant notamment les motos Ducati, l'arbre à cames active et contrôle, pour chaque soupape, des culbuteurs qui ont deux fonctions : l'une, classique, est d'assurer l'ouverture de la soupape, l'autre d'en forcer la fermeture.

• 
  Moteur Le Rhône 28E radial à 28 cylindres (1918).
• 
  Moteur de Honda 750 NR : les pistons sont ovales et activent chacun deux bielles. Chaque cylindre est doté de huit soupapes (années 1990).
• 
  Principe de la commande desmodromique des soupapes.

Bibliographie

• (en) Edwin P. Anderson, Gas engine manual, Indianapolis, T. Audel, 1977, 408 p. (ISBN 978-0-672-23245-9, lire en ligne). 
• (en) Terry B. Dunham, The Buick : a complete history, Princeton, Princeton Publishing, 1985, 488 p. (ISBN 978-0-915038-47-3, lire en ligne). 
• (en) G.N. Georgano, The Complete Encyclopedia of Motorcars : 1885 to the present, NewYork, Dutton, 1968, 694 p. (lire en ligne). 
• (en) Bill Gunston, World encyclopaedia of aero engines, Wellingborough, Patrick Stephens, 1986, 192 p. (ISBN 978-0-85059-717-2, lire en ligne). 
• (en) Hugo Wilson, The Encyclopedia of the Motorcycle, New York, Dorling Kindersley, 1995, 326 p. (ISBN 0-7894-0150-9, lire en ligne). 

Voir aussi

Articles connexes

• Arbre à cames
• Distribution (moteur)
• Soupape (moteur)
• Moteur à arbre à cames en tête

Liens externes

• Notice dans un dictionnaire ou une encyclopédie généraliste :

  • Britannica
• Le fonctionnement des soupapes, sur motoculture-jardin.com