Fonctionnement 
Avec un calage en croix (crossplane) du vilebrequin chaque maneton est disposé à un angle 90 ° par rapport au suivant.
Les manetons sont ainsi disposés sur deux plans qui se croisent à 90 ° d’où l’appellation donnée à cette disposition.
Ce vilebrequin calé en croix est conçu pour réduire au minimum le couple inertiel créé par le moteur.
Le couple que ressent le pilote est la résultante de deux sortes de couple. Le couple de combustion est directement créé par la poussée exercée sur les pistons par la combustion des gaz tandis que le couple inertiel est créé par le mouvement des pièces (embiellage, pistons, etc.) à l’intérieur du moteur.
Ce couple inertiel agit en fait comme une réplique s’ajoutant au couple de combustion en modifiant ainsi le feeling de la poignée de gaz pour le pilote.
On peut comparer à la musique l’on veut éliminer tous les craquements, sautes de volume et et autres distorsions qui dénaturent la source. Le but du vilebrequin en croix est identique : éliminer les distorsions dues au couple inertiel.
Avec ce calage, le seul couple ressenti est le couple de combustion sans aucune interférence ou distorsion. La combinaison du couple de combustion et du couple inertiel est pratiquement égale au seul couple de combustion et le senti de la commande de gaz en est grandement amélioré.
Le calage en croix du vilebrequin n’avait jusqu’alors été utilisé que sur des machines de compétition, car sa réalisation est fort complexe en raison de la forme asymétrique du vilebrequin avec un tel positionnement des manetons et de divers autres paramètres comme les fluctuations du couple exercé par le couple de combustion et le niveau des vibrations qu’elles engendrent. Pour toutes ces raisons et le coût qu’elles impliquent ce calage en croix n’avait jamais été utilisé sur des motos Supersport quatre-temps produites en série.

Ce choix pour la nouvelle R1 a conduit à réaliser un vilebrequin plus rigide et plus lourd que sur les précédents modèles pour répondre aux nouvelles exigences dues à cette technologie et absorber les forces d’inertie.

Explication détaillée : Couple de combustion et couple inertiel
Commençons par la force créée par chaque combustion sur le piston et l’embiellage et son influence sur le senti du pilote à la poignée de gaz. Chaque élément en mouvement génère une force lorsqu’il accélère ou décélère (F = m x a). Ces forces tendent à conserver le même mouvement pour la pièce considérée tandis que ladite pièce ralentit son mouvement. C’est ce qu’on appelle la force d’inertie.

La force d’inertie est la somme de toute la force primaire exercée par le piston plus le total des forces secondaires engendrées par le piston lors de son mouvement.

Une explication détaillée de ces forces est donnée dans les deux pages qui suivent.

Force primaire engendrée par le piston
“Cette force primaire est la force d’inertie engendrée par la masse du piston lors de son mouvement alternatif dans le cylindre transmis par la bielle et la rotation du vilebrequin.”
En d’autres mots : La force est maximale à chaque rotation de 180 ° du vilebrequin lorsque le piston atteint son PMH ou PMB. Chaque élément qui change de vitesse ou de direction engendre une force qui résiste à ce changement de vitesse ou de direction. À chaque point mort haut ou bas, cette force dirigée dans l’axe de la course du piston atteint sa valeur maximale dans le même sens que le piston.
Lorsque l’on considère un moteur à quatre cylindres en ligne, la force créée par chaque piston qui se meut dans un sens est compensée par la force contraire d’un autre piston dont le mouvement est opposé.
Exemple : le piston 1 descend en même temps que monte le piston 2. Les forces opposées engendrées par les deux pistons se compensent et la force résultante est nulle.
Ceci s’applique à un moteur à calage conventionnel à 180 ° comme à un moteur doté d’un vilebrequin calé en croix.

Vilebrequin calé à 180 ° :
Animation ci-dessous : Forces primaires pour un 4 cylindres (vilebrequin à 180 °)
Lorsque le piston 1 est au PMH, le piston 2 est au PMB, et vice versa.
Lorsque le piston 4 est au PMH, le piston 3 est au PMB, et vice versa.
Avec cette configuration, deux pistons se meuvent dans un sens alors que les deux autres ont le mouvement exactement opposé. Les forces engendrées par les deux paires de pistons s’annulent.

Vilebrequin en croix :
Animation ci-dessous : Forces primaire pour un 4 cylindres (vilebrequin en croix):
Lorsque le piston 1 est au PMH, le piston 4 est au PMB, et vice-versa.
Lorsque le piston 3 est au PMH, le piston 2 est au PMB, et vice versa.
Bien que les pistons soient appairés différemment, le calage en croix du vilebrequin amène au même résultat. Dans cette construction, les pistons ne sont plus appairés deux par deux, un piston compense les forces créées par un autre.

Force inertielle du piston
“La force secondaire est la force inertielle de la masse du piston engendrée par la rotation du vilebrequin qui fait se déplacer chaque maneton vers l’extérieur et vers l’intérieur perpendiculairement (horizontalement) aux cylindres en transmettant ce mouvement aux pistons par les bielles qui s’inclinent.”
En d’autres mots : L’ensemble bielle/maneton s’écarte de l’axe de la course du piston lors de la rotation du vilebrequin va du PMH à 90 ° puis commence à se rapprocher de cet axe de 90 ° au PMB. Le même mouvement de l’ensemble bielle/maneton se produit en allant du PMB au PMH ; l’ensemble bielle/maneton s’écarte de l’axe de la course du piston du PMB jusqu’à 270 ° puis se rapproche de cet axe de 270 ° jusqu’au PMH. La force inertielle est à son maximum au moment où le piston arrête son mouvement.
Les forces d’inertie du piston qui sont engendrées par par ce mouvement secondaire se portent sur des portions différentes du vilebrequin que les forces primaires. On s’aperçoit en comparant les différentes possibilités de calage du vilebrequin d’un quatre cylindres que le moment où chaque force secondaire s’applique a une énorme influence.

Vilebrequin à 180 ° :
Animation ci-dessous : Forces secondaires dans un 4 cylindres (vilebrequin à 180 °):
Avec cette construction du vilebrequin, chacun des quatre pistons génère une force secondaire dans la même direction et en même temps. Deux pistons se déplacent du PMH un angle de 90° et les deux autres pistons se déplacent de leur PMB vers 270 °. Les forces s’accumulent toutes, car elles vont toutes dans la même direction. C’est la force totale secondaire de ce vilebrequin calé à 180 °.

Vilebrequin en croix :
Animation ci-dessous : Forces secondaires dans un 4 cylindres (vilebrequin en croix):
Avec cette construction du vilebrequin, nous avons quatre pistons dont chacun a une position différente par rapport à l’autre.
Deux pistons commencent à descendre et deux pistons commencent à remonter.
Le piston 1 est à son PMH et se déplace de 90 °, tandis que le piston 4 est à son PMB et se déplace vers 270 °. Ces deux pistons génèrent une force dirigée vers le haut (Mouvement de la bielle vers l’extérieur) MAIS le piston 2 est à 270 ° et se déplace vers son PMH, tandis que le piston 3 est à 90° et se déplace vers son PMB. Ces deux pistons génèrent une force qui est dirigée vers le bas (Mouvement des bielles vers l’intérieur).
Cela signifie que les pistons 1 & 4 forment une paire qui exerce ses forces vers le haut tandis que les pistons 2 & 3 ont des forces qui s’exercent vers le bas.
Les forces qui s’exercent vers le haut sont compensées par celles qui s’exercent vers le bas.
Ainsi, un vilebrequin à calage en croix ne génère aucune force secondaire.

Conclusion
Avec un vilebrequin en croix, la force inertielle (=le couple inertiel) est pratiquement réduite à zéro. (Il en subsiste une faible quantité générée par les flexions et torsions qui absorbe les forces d’inertie). Le couple restant est un couple de combustion sans aucune interférence et le senti du couple de combustion se traduit par le senti qu’a le pilote en actionnant la commande de gaz. Avec un vilebrequin en croix, le couple de combustion n’est plus « pollué » par le couple inertiel et le pilote a la sensation de contrôler sa roue arrière en direct sans aucune interférence d’où une maîtrise encore accrue de sa machine.

Calage de l’allumage
La construction de ce nouveau vilebrequin a conduit à un nouveau calage de l’allumage pour donner la plus grande souplesse possible de fonctionnement en fonction de ce vilebrequin en croix.
Avec ces nouveaux réglages l’ordre d’allumage est 1-3-2-4,
avec les intervalles suivants: 270 ° 180 ° 90 ° 180 °.
Ce qui est un ordre d’allumage irrégulier par rapport à celui d’un quatre cylindres conventionnel où les combustions se succèdent régulièrement à 180° d’intervalle.

Reportez-vous à l’animation montrant le calage de l’allumage.
["Cliquez sur le bouton de droite de votre souris (ou pour les Mac "option+ clic") et choisissez "Sauvegarder votre choix sous…" pour télécharger l’animation.]

Système d’échappement
L’ordre d’allumage a également conduit à modifier l’échappement. Avec un vilebrequin calé en croix, les variations de pression du flux des gaz d’échappement sont plus extrêmes et les pressions maximales sont plus élevées qu’avec un quatre cylindres à calage conventionnel.
Pour cette raison, le système d’échappement doit être plus « ouvert ». Le dispositif conventionnel à 3 chambres d’expansion utilisé sur les précédentes R1 aurait trop freiné le flux d’échappement, aussi la R1 à calage en croix a-t-elle adopté un système d’échappement à chambre d’expansion unique comme ceux que nous utilisons en course et, pour garder un niveau sonore conforme aux normes, le silencieux a vu sa taille augmenter proportionnellement par rapport au système à 3 chambres.
Le système à chambre d’expansion unique adopté qui laisse le flux de gaz d’échappement totalement libre favorise évidemment la puissance maxi et procure, en prime, un son absolument unique et excitant.
Au contraire de la R6 dont les silencieux sont sous le moteur, les silencieux ultralégers en titane sont disposés sous la selle. Deux raisons à cela : une certaine longueur de tube d’échappement est nécessaire pour exploiter le couple au mieux et il fallait un certain espace derrière le moteur pour loger la nouvelle suspension arrière de la R1. Cette suspension issue de celle utilisée par la M1 en compétition a été développée pour s’accorder parfaitement avec le caractère du nouveau moteur en supportant sa formidable motricité en sortie de courbe.
C’est un autre exemple de l’approche globale de Yamaha. Chaque détail compte !