Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Une analyse détaillée des excitations appliquées au vilebrequin est fournie dans cet article. Les efforts du piston sur la bielle, du maneton sur la bielle et de la chemise sur le piston sont explicités. Les couples produits sur le vilebrequin par la force de la chemise sur le piston ainsi que par la force de la bielle sur le maneton sont formulés de façon exacte et approchée. Ils sont décomposés en une composante liée à l’inertie et une composante liée aux gaz. Une analyse harmonique de ces composantes est fournie. L’impact de l’inertie de la bielle est mis en évidence ainsi que la contribution de l’accélération angulaire du vilebrequin, le régime moteur n’étant pas constant.
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À detailed analysis of the excitations applied to the crankshaft is provided in this article. The force of the piston on the connecting rod, the force of the crankpin on the connecting rod and the force of the cylinder liner on the piston are calculated. The torque produced on the crankshaft by the force of the liner on the piston and by the force of the connecting rod on the crankpin are formulated exactly and approximated. They are broken down into inertia and gas components. À harmonic analysis of these components is provided. The impact of the connecting rod inertia is highlighted as well as the contribution of the crankshaft angular acceleration, as the engine speed is not constant.
Auteur(s)
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Jean-Louis LIGIER : Ingénieur-Docteur - Professeur de Mécanique - HEIG-VD - Yverdon, Suisse
-
Elian BARON : Ingénieur-Docteur - Expert Chaîne Cinématique - Renault Automobiles - Guyancourt, France
INTRODUCTION
De façon générale, de nombreux sujets d’étude mécanique d’un moteur thermique nécessitent la connaissance des excitations temporelles de vilebrequin. Il peut s’agir d’analyses d’acyclisme à bas régime, à haut régime, ou bien encore d’analyse de stabilité. Ces analyses nécessitent ou non la prise en compte de la description précise des efforts d’excitation, de l’élasticité ou non du vilebrequin. En fonction du type d’analyse, on a recours à différentes représentations :
-
des excitations qui s’appliquent soit sur le vilebrequin lui-même, soit sur les pistons, les bielles et le vilebrequin. Ces excitations sont décomposées par la suite en une composante inertielle et une composante directement liée à la poussée des gaz de combustion sur les pistons. Suivant la précision recherchée, on peut dans certains cas se contenter d’une seule composante harmonique d’excitation au lieu de la représentation exacte donnée par les séries de Fourier de l’excitation temporelle ;
-
du modèle considéré, qui intègre ou non l’embiellage ainsi que l’élasticité du vilebrequin. Selon les besoins de l’analyse, l’inertie des éléments de l’attelage mobile nécessite d’être décrite exactement ou une simple inertie globale de l’ensemble est suffisante.
L’originalité de cet article est :
-
de donner les formules exactes et approchées du couple sur le vilebrequin ;
-
de permettre de distinguer la part liée aux gaz et celle liée aux inerties ainsi que leurs différents harmoniques ;
-
de montrer l’impact de l’inertie de la bielle en calculant le couple de deux façons différentes ;
-
de montrer la contribution de l’accélération angulaire selon le régime en prenant en compte la dérivée seconde du régime, ce que l’on ne fait habituellement pas car on considère généralement que le régime est constant.
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KEYWORDS
crankshaft | rod | mono-cylinder engine | multi-cylinder engine
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Analyse des efforts et des couples dus à la combustion des gaz5. Analyse des termes inertiels
Lors de l’analyse des termes inertiels, il est intéressant de savoir :
-
s’il est possible de simplifier encore les expressions approchées. La complexité des expressions des couples d’excitation (50) et (59) conduit à rechercher des relations plus simples ;
-
quels sont les écarts entre les différentes expressions simplifiées et exactes.
Pour répondre à ces deux questions, on procède en deux étapes. Tout d’abord, les termes inertiels sont analysés dans le cas du couple d’excitation au maneton d’un monocylindre. Dans une seconde étape, les principaux résultats et relations sont reformulés dans le cas d’un moteur à 4 cylindres en ligne.
5.1 Cas du monocylindre
Il s’agit d’examiner les termes d’inertie du couple excitant le vilebrequin par l’effort de la bielle sur le maneton, c’est-à-dire le couple C vi1(Fbm ). Pour ce faire et illustrer les réponses théoriques ultérieures, restons sur l’exemple du moteur essence turbo-compressé de 1 L de cylindrée utilisé jusqu’à présent. Malgré son aspect spécifique, cet exemple révèle des tendances vérifiées pour la plupart des moteurs de tourisme à 4 cylindres.
HAUT DE PAGE5.1.1 Contribution des termes de vitesse et d’accélération au couple d’excitation
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Analyse des termes inertiels
BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Moteurs alternatifs à combustion interne – Performances – Partie 3 : mesurages pour les essais. - NF ISO 3046-3 - (2006)
ANNEXES
Comatec, Heig-Vd, 1 route de Cheseaux, 1400 Yverdon-les-Bains, Suisse, Analyse harmonique et acyclisme.
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