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RÉSUMÉ
L’analyse de l’acyclisme pour un moteur multicylindres découle de celle du moteur monocylindre, en tenant compte du nombre de cylindres et des intervalles entre les allumages, lesquels dépendent d’autres paramètres, tels que la disposition des cylindres, la forme du vilebrequin, l’ordre d’allumage adopté. Ces notions sont détaillées dans cet article, de façon générale d’abord, puis en prenant l’exemple du moteur à quatre cylindres en ligne. Les forces, couples et moments liés à la pression des gaz et aux inerties sont explicités, l’idée étant de fournir au lecteur des formules directement exploitables. L’analyse temporelle (ou angulaire) du couple instantané est complétée d’une analyse harmonique, mieux adaptée à l’étude des problèmes de bruit et de vibrations générés par l’acyclisme.
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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 - Haute École d'Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud (HEIG-VD) - Yverdon, Suisse
INTRODUCTION
Dans le cahier des charges d’un moteur, les aspects « bruits et vibrations » revêtent aujourd’hui une importance aussi grande que la performance ou la consommation. C’est la raison pour laquelle l’étude des variations du couple instantané délivré par le moteur dans différentes conditions de fonctionnement (l’« acyclisme ») est fondamentale, non seulement pour quantifier le phénomène, mais aussi pour trouver les solutions palliatives les plus efficaces.
L’analyse détaillée du moteur monocylindre a été faite dans le précédent article [BM 2 588]. Un moteur multicylindres est par définition une association plus ou moins complexe de moteurs monocylindre. L’acyclisme d’un moteur multicylindres se définit donc à partir de l’acyclisme du moteur monocylindre. Il faut pour cela prendre en compte de façon rigoureuse les paramètres qui permettent de passer de l’un à l’autre, en particulier le nombre de cylindres et des intervalles de temps entre les allumages. Les choses ne s’arrêtent cependant pas là car ces derniers dépendent eux-mêmes d’autres facteurs, tels que la disposition des cylindres, la forme du vilebrequin, ou bien encore l’ordre d’allumage adopté.
L’acyclisme est ici abordé de façon générale pour le moteur multicylindres, selon une démarche rigoureuse pour aboutir à des formules robustes utiles pour déterminer des ordres de grandeurs indispensables pour l’ingénieur d’études ou d’essais. L’accent est mis ensuite sur le moteur à 4 cylindres en ligne, qui reste le plus utilisé dans le monde de l’automobile. L’ensemble des aspects attenants au phénomène d’acyclisme appliqué au moteur multicylindres en général et aux quatre cylindres en particulier est formulé de façon précise et progressive.
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5. Analyse harmonique du couple moteur instantané
Les grandeurs « brutes » d’acyclisme telles que nous les avons définies à la section 3 sont rarement utilisées telles quelles. Par exemple, l’ingénieur ne va pas s’arrêter à l’évolution du couple C m en fonction de l’angle vilebrequin : il va vouloir connaître l’amplitude de chacune des composantes harmoniques de ce « signal ». En effet, chacune d’elles a son énergie propre et agit sur une bande de fréquences bien particulière. Pour expliquer, puis corriger les effets acoustiques et vibratoires de l’acyclisme, il faut, après avoir caractérisé la « réponse » par un calcul ou bien une mesure (bruit dans l’habitacle par exemple), évaluer la « fonction de transfert » puis appréhender ses interactions fréquentielles avec la « source ». Imaginons par exemple que l’on détecte un bruit (que l’on attribue à la boîte de vitesses) vers 1 600 tr/min et qu’effectivement un calcul de chaîne cinématique laisse apparaître un mode de torsion autour de 13 Hz. La présomption sera forte que la source excitatrice soit l’harmonique 0,5 de l’acyclisme moteur (pour 1 600 tr/min, H1 = 26,6 Hz et H0,5 = 13,3 Hz). Suivant les possibilités techniques que l’on aura, on travaillera le transfert, c’est-à-dire que l’on déplacera le mode de chaîne cinématique vers des fréquences moins exposées, ou bien on cherchera à réduire l’intensité de la composante 0,5 de l’acyclisme, en optimisant la combustion « poste à poste » (rien n’empêche d’ailleurs de faire les deux !).
Il faut donc étudier une à une les composantes fondamentales du couple instantané C m d’un moteur à 4 cylindres. C’est ce qui est fait dans le paragraphe qui suit (§ 5.1...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LIGIER (J.-L.), BARON (E.) - Acyclisme et vibrations. - 2 volumes, 875 pages, Technip (2002).
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(2) - BOSCH (R.) - Mémento de technologie automobile. - 2e édition (2000).
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(3) - SWOBODA (B.) - Mécanique des moteurs alternatifs. - Technip (1984).
-
(4) - IDEL'CIK - Mémento des pertes de charges. - Eyrolles (1986).
-
(5) - BOREL (M.) - Les phénomènes d'ondes dans les moteurs. - Technip (2000).
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(6) - BIGRET (R.), FÉRON (J.-L.) - Diagnostic – maintenance – disponibilité des machines tournantes. - Masson (1995).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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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 - oct. 1999
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