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Transmissions dans l’automobile - Bruits et vibrations des transmissions latérales

Article de référence | Réf : BM2588 v1

Acyclisme des moteurs thermiques - Forces, couples et moments appliqués au moteur monocylindre

Auteur(s) : Elian BARON, Jean-Louis LIGIER

Date de publication : 10 déc. 2017

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Modélisation dynamique et vibratoire des moteurs à combustion interne

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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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ABSTRACT

Instantaneous angular speed fluctuations of thermal engines - Forces, torques and moments acting on single-cylinder engines

This paper methodically defines acyclism for a single-cylinder engine, which is the basis for studying multi-cylinder engines. Forces, torques and moments related to combustion gas pressure and inertial effects are explained in detail. The aim of this approach is to supply ready-to-use data for engine design activities. The particularity of the approach is that the data is provided without using vectorial analysis. In order to allow a perfect mechanical feeling of each relationship, each analytical development is completed with numerical applications and figures, the aim being to provide an order of magnitude of variables, and better understanding.

Auteur(s)

Elian BARON : Ingénieur-Docteur - Expert Chaîne Cinématique, Renault Automobiles - Guyancourt, France
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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MOTS-CLÉS

Modélisation | vilebrequin | acyclisme | moteur mono-cylindre | analyse dynamique du moteur

KEYWORDS

modelling | crankshaft | instantaneous angular speed variations | single-cylinder engine | dynamic analysis of engine

PERMALIEN

https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/mecanique-th7/technologie-des-moteurs-thermiques-42165210/acyclisme-des-moteurs-thermiques-bm2588/

RÉFÉRENCE BIBLIOGRAPHIQUE

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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,...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

Moteurs thermiques – Introduction aux moteurs alternatifs

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

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Comatec, Heig-Vd, 1 route de Cheseaux, 1400 Yverdon-les-bains, Suisse. Analyse dynamique et acyclisme.

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2 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 (70),...

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