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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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3. Moteur à 4 cylindres en ligne
Il faut commencer par signaler que pour ce type de moteur, deux formes de vilebrequin sont théoriquement possibles. La figure 2 montre ces vilebrequins.
Il a pu dans le passé exister des vilebrequins du second type, mais aujourd’hui, le premier est universellement adopté. Comme nous l’avons déjà signalé, ce vilebrequin est plus favorable du point de vue vibratoire puisqu’il élimine les moments de galop et de lacet (s’il est infiniment rigide et parfaitement équilibré). La figure 1 permet de comprendre en outre que s’agissant d’un moteur à 4 cylindres en ligne, les forces rotatives ne génèrent pas de mouvement de tamis ni de pilon, car elles sont équilibrées.
Pour être tout à fait exact, il faut signaler que la résultante des forces d’inertie verticales de l’attelage mobile est généralement décalée par rapport au centre de gravité du GMP, c’est-à-dire du moteur équipé de sa boîte de vitesses. Cela signifie qu’en pratique, le moteur 4 cylindres équipé de sa boîte est soumis à un mouvement de galop.
3.1 Force de pilon appliquée au bloc moteur
Il a été montré dans [BM 2 588] que la force d’inertie alternative générée par le mouvement alternatif des masses de l’attelage mobile d’un moteur monocylindre est une force de direction verticale dont l’expression analytique est donnée par :
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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).
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(3) - SWOBODA (B.) - Mécanique des moteurs alternatifs. - Technip (1984).
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(4) - IDEL'CIK - Mémento des pertes de charges. - Eyrolles (1986).
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(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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