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RÉSUMÉ
Cet article définit l’acyclisme de façon méthodique sur le moteur monocylindre, base à partir de laquelle peut être menée l’étude des moteurs multicylindres. Les forces, couples et moments, liés à la pression des gaz et aux inerties sont clairement explicités, l’idée étant de fournir à l’utilisateur des formules directement exploitables dans le cadre de ses activités, ceci sans avoir recours à l’approche vectorielle. Tous les développements sont accompagnés d’applications numériques et graphiques, ceci dans le but de faciliter la compréhension du lecteur et de lui donner des ordres de grandeur.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Elian BARON : Ingénieur-Docteur - Expert Chaîne Cinématique, Renault Automobiles - Guyancourt, France
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Jean-Louis LIGIER : Ingénieur-Docteur - Professeur de Mécanique - HEIG-VD, Yverdon, Suisse
INTRODUCTION
Lorsqu’il recherche la signification du terme « acyclisme » dans un dictionnaire de mots courants ou même une encyclopédie technique, l’ingénieur motoriste est étonné de ne rien trouver. En revanche, l’adjectif « acyclique » existe et qualifie un état non continu ou ne respectant pas un cycle régulier. Ainsi, « acyclisme » n’est pas français !
Nous ne soutiendrons pas que les ingénieurs sont de bons linguistes ! Mais nous savons que les phénomènes décrits par le terme « acyclisme » sont systématiquement étudiés et optimisés lors du développement d’un nouveau moteur.
Nous considérons quant à nous que l’acyclisme peut être défini comme la non-uniformité de rotation du vilebrequin pendant un cycle de fonctionnement. L’étude de ce phénomène dans les moteurs thermiques alternatifs à combustion interne consiste, d’une part à analyser les phénomènes et les mécanismes qui génèrent ou résultent de la rotation non uniforme du vilebrequin, d’autre part à étudier les moyens destinés à limiter ses effets.
L’analyse et la réduction des phénomènes de bruits et vibrations sont devenues des préoccupations essentielles pour la mise au point d’un groupe motopropulseur de véhicule automobile, de même que pour la mise au point de la caisse de ce dernier. Il est donc nécessaire de réduire autant que possible les sources d’excitations.
Pour ces différentes raisons, il nous a semblé important de formuler de façon précise l’ensemble des aspects attenants au phénomène d’acyclisme, ceci de façon progressive (notions de pression des gaz, de forces des gaz et d’inertie, de moment des gaz, de couple d’inertie…).
Ainsi, cet article traite exclusivement du moteur monocylindre à 4 temps afin de poser les bases sur lesquelles s’appuieront les développements liés aux cas des moteurs multicylindres.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.
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Équilibrage du moteur monocylindre
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2. Fonctionnement d’un monocylindre
Le Groupe Moto-Propulseur (GMP) est soumis à deux types de sollicitations, celles issues du cycle de combustion des gaz et celles liées aux phénomènes d’inertie.
Les gaz dans un cylindre produisent une pression variable au cours du cycle, qui, à l’instant de la combustion, génère un effort dit « effort des gaz » sur le piston, effort qui est la cause des déplacements de celui-ci et de la motricité du moteur. De même, les pièces en mouvement (piston, bielle…), qui sont soumises, par le biais du système bielle/manivelle, à des accélérations, subissent des efforts dits « efforts d’inertie ».
Les efforts généralisés, qui représentent les résultantes des forces et des moments des forces lorsqu’ils sont appliqués au groupe moto-propulseur, permettent d’évaluer les mouvements de ce dernier sur ses tampons et le mouvement de rotation du vilebrequin. La figure 1 montre le GMP et ses liaisons avec le chassis (supports-moteur et boîte de vitesses, biellette de reprise de couple). Comme le mouvement de rotation du vilebrequin n’est pas constant, mais présente des variations cycliques, on parle d’« irrégularités de rotation » ou d’« acyclisme » en jargon de motoriste.
Afin de permettre au lecteur d’avoir une vision claire de ces phénomènes, l’explication et la mise en équations de ceux-ci s’effectueront en trois étapes distinctes :
-
forces et moments (couples) dus à la pression des gaz ;
-
forces et moments (couples) dus aux effets inertiels ;
-
effets combinés des sollicitations des gaz et des inerties.
Signalons au passage que l’on parlera de couple lors d’une sollicitation appliquée au vilebrequin, et de moment lors d’une sollicitation appliquée au GMP.
La démarche d’analyse des irrégularités des moteurs thermiques alternatifs à combustion interne sera appliquée tout d’abord au cas d’un moteur monocylindre. Ce type de moteur constitue la base à partir de laquelle l’analyse des moteurs multicylindres peut être abordée.
Dans l’étude qui suit, on considère un monocylindre du type de ceux qui composent les moteurs à combustion interne à 4 temps et le GMP, indéformable, qui peut se mouvoir selon trois translations (dans les directions Ox, Oy et Oz) et trois rotations...
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Fonctionnement d’un monocylindre
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - XUE-LAI (L.), WEN-BIN (S.), XINGJIAN (J.), WAIZUDDIN (A.) - Vibration isolation analysis of clutches based on trouble shooting of vehicle accelerating noise, - Journal of Sound and Vibration 382, pp. 84-99 (2016).
-
(2) - LIGIER (J.-L.), BARON (E.) - Acyclisme et vibrations, - 2 volumes, 875 pages, Technip (2002).
-
(3) - OSBURN (A.W.), KOSTEK (T.M.), FRANCHEK (M.A.) - Residual generation and statistical pattern recognition for engine misfire diagnostics, - Mechanical Systems and Signal Processing 20, pp. 2232-2258 (2006).
-
(4) - GUNSTON (B.) - World Encyclopaedia of Aero Engines, - Patrick Stephens Ltd (1995).
-
(5) - - http://www.aeronavale-porteavions.com/viewtopic.php?f=73&t=2293
-
(6) - SCHNEIDER (H.) - Technique d’équilibrage, - Springer...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Moteurs alternatifs à combustion interne – Désignation du sens de rotation et des cylindres et des soupapes dans les culasses, et définition des moteurs en ligne à droite et à gauche et des emplacements sur un moteur. - NF ISO 1204 - 1999
-
Moteurs alternatifs à combustion interne – Performances – Partie 3 : mesurages pour les essais. - NF ISO 3046-3 - 2006
-
Moteurs alternatifs à combustion interne – Performances – Partie 4 : régulation de la vitesse - NF ISO 3046-4 - 2010
-
Moteurs alternatifs à combustion interne – Performances – Partie 5 : vibrations de torsion - NF ISO 3046-5 - 2002
-
Moteurs alternatifs à combustion interne – Vocabulaire des composants et des systèmes – Partie 1 : « structure du moteur et de ses capotages » - NF ISO 7967-1 - 2005
-
Moteurs alternatifs à combustion interne – Vocabulaire des composants et des systèmes – Partie 2 : mécanismes principaux - NF ISO 7967-2 - 2011
-
...
Comatec, Heig-Vd, 1 route de Cheseaux, 1400 Yverdon-les-bains, Suisse. Analyse dynamique et acyclisme.
HAUT DE PAGE2 Annexe : Cinématique du piston
Le mouvement du piston dans un cylindre théorique sans jeu et par voie de conséquence sans basculement de piston est piloté par le mouvement de la bielle. Or le mouvement de cette dernière peut être décomposé en un mouvement de translation, imposé par le cylindre, et un mouvement pendulaire autour du pied de bielle. La figure 1 schématise le système.
1 – Translation du piston
La translation du piston est décrite par le mouvement du point A le long de l’axe Oz. Ainsi, en projection sur les axes Oz et Oy, on obtient par des considérations géométriques :
En posant λ = L/R, on peut exprimer la distance OA sous la forme :
D’après (), on a
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