La montée en puissance des moteurs 3 cylindres

Si dans l'automobile, la norme était encore aux moteurs 4 cylindres dans les années 2000, de nos jours, les nouveaux modèles intègrent de plus en plus de moteurs 3-cylindres pour limiter la consommation et les émissions de C02. En effet, le moteur 3 cylindres possède de nombreux avantages: downsizing du GMP, niveau de puissance équivalent à un 4-cylindres grâce à la suralimentation, pertes mécaniques réduites, encombrement limité. La multiplication des 3-cylindres concerne principalement les moteurs essence, même si quelques constructeurs ont développés des 3-cylindres Diesel (1.4 TDI de Volkswagen, BMW en 2014, ...).

Moteur 3 cylindres PSA EB2

Des 3-cylindres en version atmosphérique ou turbo
De nombreux constructeurs développent à la fois des versions atmosphériques et suralimentées de leur motorisation 3-cylindres, ce qui permet de proposer 2 modèles :

• Un moteur à coût abordable, mais de moindre puissance 
• Un moteur de puissance supérieure (avec la suralimentation) tout en bénéficiant du bon rendement généré par le downsizing.

Les moteurs atmosphériques ont ainsi une puissance de 70 à 80 ch alors que les moteurs suralimentés (à cylindrée égale) bénéficient d'une puissance de 90 à 120 ch.

Les avantages du moteur 3 cylindres
Le moteur 3 cylindres se développe -au détriment du 4 cylindres- car il offre de multiples avantages techniques ou économiques :

• La réduction du nombre de pièces en frottement (piston/segment, tourillons et manetons de vilebrequins, soupapes, ...), ce qui augmente le rendement et limite aussi le prix du moteur
• La diminution des pertes thermiques. Ainsi, à cylindrée égale, le 3-cylindres est plus avantageux que le 4-cylindres en termes de rendement thermique et mécanique 
• L'allègement du moteur, ce qui contribue à diminuer les émissions de CO2. Par exemple, l'allègement atteint 21 kg pour le moteur EB2 de PSA (par rapport au 4-cylindres TU3 de puissance très proche) et de 25 kg pour l'EB0 comparée au TUI 
• La standardisation du module de cylindrée unitaire. Les constructeurs peuvent ainsi proposer des moteurs de différentes cylindrées en additionnant les cylindres. Renault utilise ainsi cette conception modulaire qui, à partir d'une cylindrée de 299 cm3 permet de réaliser le moteur 3-cylindres TCe de 898 cm3 et le moteur 4-cylindres TCe de 1197 cm3
• L'utilisation de la même chaîne d'assemblage pour monter des 3-cylindres, des 4-cylindres et même des 6-cylindres comme le pratique BMW sur sa gamme de motorisation TwinPower Turbo à cylindrée unique (499 cm3). Cela lui permet également d'installer plus facilement des usines sur les différents continents et de faire des économies par un grand nombre de pièces communes partagées par différents moteurs
• L'encombrement réduit en longueur des moteurs 3-cylindres, ce qui autorise un montage sur véhicule en position transverse et facilite l'ajout d'une transmission à grand nombre de rapport (jusqu'à 9) ou permet d'insérer un module hybride

Les inconvénients du moteur 3 cylindres
Les inconvénients du 3-cylindres semblent relativement réduits :

• Le montage d'un volant d'inertie plus lourd (pour contrebalancer des temps moteurs espacés de 240° (contre 180° sur un 4-cylindres)
• Un équilibrage moteur imparfait qui créé des oscillations et un confort acoustique réputé moins bon qu'avec un 4-cylindres. Certains constructeurs, pour lutter contre ce désagrément, ajoutent un arbre d'équilibrage parallèle au vilebrequin, tournant au même régime, mais en sens inverse et ayant 2 masses décalées de 180° à chaque extrémité afin de contrer les forces perturbatrices des cylindres 1 et 3. C'est la solution adoptée par PSA sur l'EB2 de 1199 cm3 et par BMW avec le 1.5 TwinPower Turbo (N37). Quasiment tous les moteurs suralimentés sont équipés d'un arbre d'équilibrage.

Moteur PSA EB2 avec arbre d'équilibrage parallèle au vilebrequin

Les moteurs 3-cylindres
Les principaux moteurs 3-cylindres sont :

• Opel 1.0
• PSA EBO
• PSA EB2
• Renault SCe 70
• Volkswagen 1.0 Si (EA 211)
• Kia Kappa MPI
• BMW TwinPower Turbo (suralimenté)
• Ford 1.0 Ecoboost (suralimenté, bloc fonte)
• Opel 1.0 SIDI Turbo (suralimenté)
• PSA EB Turbo PureTech (suralimenté) et pour en savoir plus (powerpoint-format PDF)
• Renault Energy TCe 90 (suralimenté)
• Volkswagen 1.0 Tsi (EA211) (suralimenté)

Le matériau du bloc moteur
Quasiment tous les constructeurs produisent leur blocs moteurs en aluminium. Seul Ford a conservé encore la fonte pour son bloc moteur 3-cylindres 1.0 Ecoboost. Les blocs moteurs en aluminium sont majoritairement réalisés en alliage AlSi9Cu3 par le procédé de fonderie sous pression -avec surmoulage de chemises en fonte- dans les fonderies intégrées des constructeurs (PSA Mulhouse, Renault Cléon, ...).

Vidéo
Et pour finir, 2 vidéos de la conception et du fonctionnement de moteurs 3-cylindres (TCE 90 de Renault et moteur EB de PSA) de nos constructeurs hexagonaux.

 Source : Le développement des moteurs 3 cylindres, Revue Ingénieurs de l'Automobile - n°834, p. 21-31

Comments

[Mick]

Hey les mecs, arretez de rever dans vos charettes francaises! On parle de vraie voiture ici. L'autre qui est fan de sa clio ... lol

[Clo038]

Petite question : chez PSA, le moteur 3 cylindres aurait une courroie de distribution immergée dans le moteur. Est il possible d'utiliser sans contre indications un traitement injecteurs essence ?

[Boune]

Sur une Dacia Sandero TCE 90 neuve , à partir de 80/90 km/h je ressens des vibrations ( frontales non latérales) qui disparaissaient ensuite . Apres contrôle équilibrage pensant que les vibrations venaient de là , rien ni fait . Maintenant je trouve tjrs des vibrations légères même au delà des 90 et un bruit saccadé sur autoroute notamment .Est ce le 3 cylindres qui vibre ? Il y a t'il un arbre d'équilibrage sur la Sandero ? Si quelqu'un peu me rassurer ! Merci !

[cloclo]

Sastifait de ma Clio IV DE Mai 2018 elle a 15mois 17000kms superbe voiture

bonne tenue de route et confort +++++en haute Montagne 2019 /08> prends très bien les épingles ( virages serrés):Exemple en 5000kms 5.6l en conso mixte. A122kms /h sur autoroute avec le limitateur ne consomme pas . on rattrape celui qui roule à130kms/H . VOITURE SILENCIEUSE !

[sagidan]

En dehors d'une sonorité sympathique, parfois, le 3 cylindres est imparfait dans son fonctionnement. La preuve, volant moteur et arbre d'équilibrage viennent à la rescousse. Avec le temps, les Kms, qu'en sera t-il ? Et pour compenser l'absence d'un piston et une cylindrée forcément réduite, on augmente la pression de suralimentation du turbo. Un composant déjà sensible. Ecolo oui, mais le reste ?