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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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Moteur à 4 cylindres en ligneArticle inclus dans l'offre
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2. Forces, couples et moments appliqués au moteur multicylindres et à son vilebrequin
Les forces d’inertie rotatives F i/rot liées à chacun des cylindres tournent avec le vilebrequin et engendrent des forces verticales d’ordre 1 et des forces horizontales d’ordre 1. Suivant le nombre de cylindres et la configuration du vilebrequin, ces forces peuvent engendrer des mouvements de tamis et de pilon d’ordre 1, ainsi que des mouvements de galop et de lacet également d’ordre 1.
Les forces d’inertie alternatives F i/alt liées à chacun des cylindres sont dirigées suivant l’axe (O, z) et sont décomposables en sommes de forces sinusoïdales d’ordres 1, 2, 4, 6… Elles engendrent des mouvements de pilon ainsi que des mouvements de galop d’ordres 1, 2, 4, 6…
Enfin, les moments dus aux inerties M i/alt et aux gaz M g liés à chacun des cylindres composent leurs effets sur le moteur multicylindres et imposent à celui-ci des mouvements de roulis d’ordres 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5… autour de l’axe du vilebrequin.
Le vilebrequin est soumis quant à lui aux effets composés des couples dus aux gaz C vg (= − M g) et aux inerties C vi (= − M i/alt) de chacun des cylindres. Ceci lui impose des mouvements de rotation cycliques d’ordre 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5… autour d’une valeur moyenne (ordre « 0 ») : c’est l’acyclisme moteur.
Le tableau 1 synthétise les différents mouvements possibles du moteur multicylindres et les forces, couples et moments qui les induisent.
Dans la suite de cet article, nous allons analyser ces mouvements par l’étude du type de moteur multicylindres le plus répandu, le moteur à 4 cylindres en ligne.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LIGIER (J.-L.), BARON (E.) - Acyclisme et vibrations. - 2 volumes, 875 pages, Technip (2002).
-
(2) - BOSCH (R.) - Mémento de technologie automobile. - 2e édition (2000).
-
(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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