L'architecture des moteurs à pistons définit, entre autres, la position des cylindres. L'article traite uniquement le cas des moteurs à explosion.
Architecture monocylindre
Lorsqu'un moteur ne comporte qu'un seul piston et un seul cylindre, il est qualifié de monocylindre.. Cette architecture apparaît dès les premières réalisations de moteurs à pistons avec mouvement alternatif : ainsi, au , des machines à vapeur, comme la machine de Watt, sont à un seul cylindre. Et, au , les premiers moteurs industrialisés sont également monocylindres comme celui à deux temps d'Étienne Lenoir (1860), le moteur à gaz Daimler (1883) ou encore celui de De Dion Bouton (1896).
Cette architecture présente comme avantage principal d'être simple à réaliser, quelle que soit par ailleurs la nature du moteur : à vapeur, à explosion, deux ou quatre temps, etc. C'est pourquoi la quasi-totalité des premiers véhicules motorisés terrestres en ont été équipés.
Ainsi, par exemple, au tout début du , les motocyclettes produites en série par les marques européennes comme américaines sont quasiment toutes des monocylindres : Peugeot Motobicyclette (1901), Royal Enfield à moteur Minerva (1902) et son équivalent chez Triumph (1902), Indian Single (1901), Harley-Davidson The One (1903), etc.
Mais l'architecture monocylindre comporte aussi des inconvénients, notamment lorsqu'on souhaite augmenter la puissance, la cylindrée ou la vitesse de fonctionnement du moteur.
Les constructeurs automobiles se tournent donc rapidement vers des moteurs à plusieurs cylindres, comme Panhard-Levassor dont le modèle Type A utilise dès 1890 un moteur Daimler bicylindre en V.
En revanche, les moteurs monocylindres ont été utilisés sans interruption jusqu'à nos jours, aux côtés des multicylindres, par les fabricants de deux roues motorisés. Ils ont eu des cylindrées de 50 à , et ont été disposés de différentes façons : verticalement, inclinés ou même horizontalement. Ils équipent encore la quasi-totalité des cyclomoteurs, ainsi qu'une grande partie des scooters et motos de faible cylindréeHormis les deux roues électriques bien sûr.. Ils équipent aussi certains moteurs hors-bord ainsi que d'autres machines thermiques de puissance modérée, comme des tondeuses, débroussailleuses, souffleurs de feuilles, etc.
Architectures « classiques » à plusieurs cylindres Cylindres en ligne
Les cylindres sont placés les uns à côté des autres et actionnent un arbre moteur commun. Dans l'industrie automobile, les moteurs de petite cylindrée sont souvent des moteurs avec cylindres en ligne. Depuis plus de , les moteurs à quatre cylindres en ligne sont devenus la norme dans l'industrie automobile mondiale. Ces moteurs sont réputés pour leur douceur de fonctionnement.
Les moteurs à deux cylindres en ligne sont très répandus sur les motocyclettes, notamment depuis la fin des années 1940 avec le succès des modèles anglais comme les Triumph Tiger puis Bonneville, puis avec l'arrivée des marques japonaises à partir des années 1960. Les configurations à trois ou quatre cylindres en ligne sont également souvent utilisées sur les motocyclettesPlus rarement, des motos sont équipées de moteurs en ligne à six cylindres.. L'un des modèles les plus célèbres de l'histoire de la moto, la Honda CB 750 Four, est ainsi, par exemple, équipé d'un moteur à quatre cylindres en ligne. Ces moteurs multi cylindres sont généralement disposés transversalement et verticalement (ou légèrement inclinés vers l'avant). Certains modèles puissants ont un moteur en ligne à axe longitudinal disposé verticalement, comme la Triumph Rocket à trois cylindres.
Cylindres en V
Les cylindres sont alignés en deux rangs décalés d'un certain angle (de 15 à 135° Are eight cylinders enough? - Popular Mechanics, janvier 1972, page 176), ce qui permet de raccourcir la longueur du moteur par rapport à une architecture en ligne. L'origine de cette architecture remonte aux années 1880, avec le moteur bicylindre Daimler Type P, breveté en 1887.
La majorité des moteurs à six cylindres et plus, produits en 2005, étaient en V.
L'angle entre les cylindres d'un moteur en V peut être plus ou moins ouvert. Lorsque l'angle est de 90°, on parle de « cylindres en L », sans que le comportement du moteur soit sensiblement différent d'un autre moteur en V. Un moteur en V à 180° est appelé moteur à plat, à l'image du célèbre moteur Ferrari 12 cylindres à plat de Ferrari Testarossa.
Les moteurs bicylindres en V à axe transversalUn moteur est disposé de façon longitudinale si l'axe de son vilebrequin est parallèle à celui du véhicule . Il est transversal quand ces deux axes sont perpendiculaires entre eux. sont, depuis le milieu des années 1900, l'architecture préférée des constructeurs américains Harley-Davidson et Indian pour leurs modèles puissants. Des bicylindres en V ont été et sont encore utilisés par plusieurs marques européennes comme Ducati ( moteur à 90° et axe transversal), Moto Guzzi (90°, axe longitudinal), Voxan (72°, axe transversal), etc., ainsi que par les marques japonaises, notamment sur leurs modèles cruisers ( Yamaha Virago, Suzuki Intruder, etc.) mais aussi routiers (Honda Deauville) ou trails (Honda Transalp).
Cylindres opposés horizontalement ou à plat
De part et d'autre du vilebrequin, les cylindres sont opposés, les pistons sont (presque) alignés deux par deux et se déplacent dans un même plan (horizontal). Trois types existent : les plus communs de type « Boxer » (manetons décalés à 180°), à plat à manetons communs, ou encore à plat à manetons décalés mais d'un angle différent de 180° (cas des 8 cylindres à plat par exemple). Ils apparurent dès 1896 (brevet de Carl Benz) et acquirent vite une popularité encore actuelle pour motoriser autos, motos et avions (Cf. plus bas pour des exemples).
Ces moteurs permettent d'abaisser le centre de gravité des véhicules. En aviation on apprécie notamment leur facilité de refroidissement en exposant les cylindres au flux d'air.
Dans un bicylindre à plat boxer, les forces d'inertie du 1er 2nd degrés sont équilibrées. Mais les couples d'inertie du premier et du second degré ne sont pas équilibrés à cause de l'embiellage rendant impossible l'alignement des cylindres deux à deux.
Dans un 4-cylindres à plat, les forces d'inertie du premier et du second degré sont équilibrésTechnique : Le moteur boxer - MotorLegend.com, .. Les couples d'inertie du premier degré sont équilibrés, ceux du second degré eux ne sont pas équilibrés mais tout de même préférables aux forces du second degré d'un 4 cylindre en ligne (faiblesse principale d'équilibrage du 4 cylindre en ligne). Dans un 6 cylindres boxer cette fois, forces et couples d'inerties du 1er et 2nd degrés sont enfin équilibrés (idem 12 cylindres à plat à manetons communs) et ce quelle que soit l'épaisseur des embiellages. Le cas du 8 cylindres à plat est lui variable selon les configurations (mais un équilibrage des forces et couples du 1er et 2nd degré est possible et souvent atteint).
Les moteurs à plat ne sont pas très fréquemment utilisés sur des motos, à l'exception notable de la marque BMW qui, depuis 1923, produit des modèles équipés de bicylindres boxer. Parmi les autres modèles de deux roues motorisés utilisant des moteurs à plat, on peut citer la Honda Goldwing., dotée d'un moteur six cylindres à axe longitudinal.
Exemples Voitures Panhard (deux, quatre et six cylindres) et véhicules militaires EBR et AML (douze-cylindres) Moteur bicylindre boxer Citroën de Citroën 2 CV, Dyane, Acadiane, Méhari, Ami 6 et Ami 8, LN et LNA; Citroën GS et GSA, Axel, Ami Super pour les quatre-cylindres) ; Volkswagen Coccinelle et Combi Volkswagen à moteur à plat boxer 4 cylindres; Fuhrmann-Motor de Porsche 356, et Porsche 911 « Flat-six »; Porsche Boxster (quatre ou six-cylindres); Porsche 917 (douze ou seize-cylindres) Ferrari Testarossa et son moteur Ferrari 12 cylindres à plat de ; Ferrari Berlinetta Boxer (douze-cylindres) Subaru Impreza et Forrester (quatre-cylindres) ; Outback et Legacy (quatre ou six-cylindres) Alfa Romeo (de l'Alfasud à l'Alfa 145 et 146) (quatre-cylindres); Chevrolet Corvair (six cylindres à plat, refroidi par air, 2,29 et 2,37 litres); Tucker '48 moteur (six cylindres d'hélicoptère Bell) Motos BMW (bicylindres boxer) et Honda Gold Wing (quatre et six-cylindres) ; la plupart des moteurs d'avions légers en quatre et six cylindres (ex: Lycoming Engines)
Cylindres en W
Ils peuvent être : À trois cylindres : chaque cylindre est décalé par rapport à l'autre d'un certain angle. Par exemple : angle du rapport au : 15° ; angle du par rapport au : 30°. Appelé aussi moteur « en éventail ». Louis Blériot a traversé pour la première fois la Manche en 1909 avec son Blériot XI à moteur 3-cylindres en éventail Anzani.
En V : les cylindres des deux lignes sont eux-mêmes disposés en quinconce, permettant de diminuer un peu la longueur du bloc. Exemples : moteur W12, comme le Napier Lion de Napier & Son et le Lorraine 12 E par Lorraine-Dietrich (France, 1924) qui équipait le Potez 25 ou l'Oiseau blanc ; Bugatti Veyron 16.4 et son W16.
Cylindres en H
Le moteur en H est essentiellement la superposition de deux moteurs à plat (donc avec deux vilebrequins) avec mise en commun d'organes (carter et pompe à huile, etc.).
Exemple : moteur Napier Sabre II à , équipant notamment le Hawker Tempest et développant une puissance de Coupe du moteur Napier-Sabre II - MotorLexikon.com.
Cylindres en U redresse|vignette| Le moteur en U est un assemblage de deux moteurs en ligne dont les vilebrequins ont été reliés par l'intermédiaire d'un engrenage ou de chaînes.
Le concept de moteur en U a été développé entre autres par Ettore Bugatti avec son moteur King-Bugatti U-16 de 1916, et Bugatti Type 45 de 1928, ou étudié par Matra pour sa Bagheera, dont deux prototypes dénommés « U8 » ont été dotés d'un assemblage de deux moteurs Simca.
Pour que le montage soit possible, il faut que les deux moteurs aient leur culasses inversées l'une par rapport à l'autre pour que le côté admission (ou échappement) de chacun soit au centre du U. Dans le cas de la U8, deux versions du Simca ont été utilisées : celle de la Simca 1000 Rallye et l'autre de la Simca 1100 TI.
On retrouve aussi un moteur en U sur les locomotives françaises CC 65500.
Cylindres en étoile
Les cylindres sont répartis radialement autour du vilebrequin. Utilisé pour des moteurs d'avions à hélice et certains moteurs de motos (Megola).
Ces moteurs peuvent être rotatifs, l'ensemble des cylindres constituent alors le volant d'inertie.
Moteur en carré
Il s'agit de moteurs à plusieurs vilebrequins parallèles.
Avantages : moins de longueur ; possibilité de monter des distributeurs rotatifs sur tous les cylindres (moteurs 2-temps).
Architectures alternatives L'architecture des moteurs à explosion à combustion interne a peu évolué dans son principe depuis le début du . De nombreuses architectures alternatives ont été élaborées avec des succès variés mais pour l'instant limités.
Architectures produites en série
Moteur Wankel
Ce moteur, aussi appelé « moteur à piston rotatif », fut inventé et développé par Felix Wankel, qui vendit ensuite le brevet correspondant.
Moteurs à pistons opposés
gauche|vignette|Pistons opposés à plat vignette|Junkers Jumo 205 Les moteurs à pistons opposés, à deux vilebrequins ou plus, ont eu leur heure de gloire à partir des années 1930. Ils ne se sont révélés efficaces qu'en cycle Diesel 2-temps et n'ont jamais été développés en version essence comme figuré sur cette animation.