FR3079273A1 - Procede de dimensionnement de moteur pour vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un procédé de dimensionnement d'un ensemble moteur pour véhicule automobile. L'ensemble comprend: un volant amortisseur avec des pendules mobiles susceptibles de générer des bruits de claquement, et un moteur à explosion avec un arbre de sortie sur lequel le volant amortisseur est monté. L'ensemble présente un attelage tournant formé par l'arbre de sortie et le volant amortisseur. Le procédé comprend les étapes suivantes : (a) prise en compte (100) de la géométrie de l'attelage tournant, et (b) calcul (102) d'une inertie minimale de l'attelage tournant. L'invention a également pour objet un véhicule automobile avec un moteur à combustion interne dont l'inertie d'attelage tournant est supérieure ou égale au produit de la cylindrée du moteur multiplié et de la masse des pendules multiplié par 0,15.
Description
PROCEDE DE DIMENSIONNEMENT DE MOTEUR POUR VEHICULE AUTOMOBILE
L'invention se rapporte au domaine de la conception d'un ensemble moteur de véhicule. L'invention concerne la réduction de bruits lors du démarrage d'un moteur à explosion d'un véhicule. Plus précisément, l'invention traite d'un procédé de dimensionnement d'un volant amortisseur pour moteur thermique de véhicule automobile.
En fonctionnement à bas régime, un moteur à explosion de véhicule automobile génère des vibrations parasites dans la chaîne de traction. Leurs amplitudes augmentent significativement sur des moteurs de faible cylindrée, et pour lesquels un couple élevé est imposé à bas régime. La présence d'un double volant amortisseur équipé de pendules permet d'endiguer la propagation des vibrations dans le reste de la chaîne de traction. Parmi les vibrations observées sur un moteur thermique, on remarque couramment un ordre fondamental correspondant à l’acyclisme moteur thermique, cet ordre fondamental étant accompagné d’harmoniques. Les pendules du couplage permettent de filtrer l’ordre fondamental ou une de ces harmoniques, en fonction du dimensionnement des pendules du couplage. Le système de pendules peut être positionné sur un volant simple ou sur le primaire d’un double volant amortisseur généralement désigné par l’acronyme « DVA ». Alternativement, le système de pendules peut être positionné sur le secondaire d’un DVA.
Lors du démarrage et du redémarrage du moteur, le volant amortisseur émet un son de claquement particulièrement fort, dont le niveau sonore dépasse fortement celui du moteur et comme ce bruit est très métallique, il est aussi très anxiogène. Ce bruit reste une gêne pour les passagers, si bien qu'une insonorisation poussée est nécessaire sous capot. Cette insonorisation alourdit le véhicule, et n'est d'aucune efficacité vis-à-vis de l'environnement extérieur du véhicule. Dès lors, la qualité perçue du véhicule est dégradée. Lorsque le volant amortisseur est de type double volant amortisseur avec des pendules externes, les bruits augmentent jusqu’à des niveaux sonores inacceptables et très anxiogène à cause du bruit métallique, si bien qu'une telle technologie devient invendable.
Le document US9586590A1 divulgue un dispositif de contrôle pour une chaîne de traction de véhicule. Le dispositif comporte un élément de démarrage qui comprend un mécanisme amortisseur par torsion avec une masse amortissante. Cette dernière est montée mobile grâce à une pige guidée dans une encoche courbe solidaire de la partie secondaire du mécanisme d'amortissement par torsion. Lorsque la vitesse de rotation du mécanisme d'amortissement diminue en dessous d'un certain seuil, la force centrifuge utile au maintien de la masse amortissante devient insuffisante. Lorsque la pige associée arrive en fin de course dans son encoche, un choc se produit, et un bruit est perceptible. Un élément de couplage est freiné lorsque le moteur est coupé. Or, cette approche ne traite pas les nuisances sonores lors des démarrages de ce même moteur.
L’invention a pour objectif de résoudre au moins un des problèmes techniques posés par l’art antérieur. L’invention pose le nouveau problème technique consistant à réduire les bruits des pendules d’un volant amortisseur pour moteur de véhicule, lesdits bruits étant générés par les décélérations angulaires de volant amortisseur lors du démarrage dudit moteur en raison de ses temps de compression. L'invention a également pour objectif de réduire les bruits de claquement d'un volant amortisseur pour un véhicule avec un moteur à explosion.
L’invention a pour objet un procédé de dimensionnement d'un ensemble moteur pour véhicule automobile, l’ensemble moteur comprenant : un volant amortisseur avec des pendules, et un moteur à explosion avec un arbre de sortie sur lequel le volant amortisseur est monté, l’ensemble moteur présentant un attelage tournant au moins partiellement formé par l’arbre de sortie et le volant amortisseur, remarquable en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : (a) prise en compte de la géométrie de l’attelage tournant, et (b) calcul d'une inertie minimale de l'attelage tournant afin de préserver son énergie cinétique lors du démarrage du moteur à explosion.
Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :
- Le moteur à explosion comprend une cylindrée, et lors de l'étape (b) calcul, l'inertie minimale est définie comme étant supérieure ou égale au produit de la cylindrée du moteur multiplié par la masse totale des pendules, multiplié par un coefficient supérieur ou égal à 0,15.
- Le volant amortisseur comprend des ressorts principaux, les pendules étant disposés à l’extérieur desdits ressorts principaux.
- Les ressorts principaux sont disposés en périphérie du couplage.
- Le volant amortisseur est un double volant amortisseur avec un volant primaire monté sur l’arbre de sortie du moteur, et un volant secondaire sur lequel les pendules sont montés, le volant primaire et le volant secondaire présentant chacun un moment d’inertie.
- Le procédé comprend en outre une étape (c) définition d’une inertie projet de l’attelage tournant d’ensemble moteur en cours de dimensionnement, l’inertie projet comprenant la somme : d’une inertie totale d’une façade d’accessoires ; d’une inertie totale d’une façade distribution ; d’un moment d’inertie de pompe à eau ; d’un moment d’inertie d’arbre d’équilibrage ; d’une inertie d’un groupe incluant : l’arbre de sortie, une pompe à huile, une poulie, et un jeu de bielles et de pistons montés sur l’arbre de sortie ; et une inertie d’organe de couplage ; le procédé comprenant en outre une étape (d) comparaison de l’inertie projet définie en étape (c) définition et de l’inertie minimale calculée en étape (b) calcul.
- Le volant amortisseur est un double volant amortisseur avec un volant primaire monté sur l’arbre de sortie du moteur, et un volant secondaire sur lequel les pendules sont montés, le volant primaire et le volant secondaire présentant chacun un moment d’inertie, et le procédé comprend en outre une étape (c) définition d’une inertie projet de l’attelage tournant d’ensemble moteur en cours de dimensionnement, l’inertie projet comprenant la somme : d’une inertie totale d’une façade d’accessoires ; d’une inertie totale d’une façade distribution ; d’un moment d’inertie de pompe à eau ; d’un moment d’inertie d’arbre d’équilibrage ; d’une inertie d’un groupe incluant : l’arbre de sortie, une pompe à huile, une poulie, et un jeu de bielles et de pistons montés sur l’arbre de sortie ; et une inertie d’organe de couplage ; le procédé comprenant en outre une étape (d) comparaison de l’inertie projet et de l’inertie minimale, lors de l’étape (c) définition de l’inertie projet, l’inertie d’organe de couplage est égale au moment d’inertie du volant primaire lorsque le moteur génère une excitation, par exemple sur le volant secondaire et un mécanisme d’embrayage, supérieure à un effort couplant le volant primaire au volant secondaire, ledit effort étant mesuré à un débattement angulaire de 10° entre le volant primaire et le volant secondaire.
- Le volant amortisseur est un double volant amortisseur avec un volant primaire monté sur l’arbre de sortie du moteur, et un volant secondaire sur lequel les pendules sont montés, le volant primaire et le volant secondaire présentant chacun un moment d’inertie; et le procédé comprend en outre une étape (c) définition d’une inertie projet de l’attelage tournant d’ensemble moteur en cours de dimensionnement, l’inertie projet comprenant la somme : d’une inertie totale d’une façade d’accessoires ; d’une inertie totale d’une façade distribution ; d’un moment d’inertie de pompe à eau ; d’un moment d’inertie d’arbre d’équilibrage ; d’une inertie d’un groupe incluant : l’arbre de sortie, une pompe à huile, une poulie, et un jeu de bielles et de pistons montés sur l’arbre de sortie ; et une inertie d’organe de couplage ; le procédé comprenant en outre une étape (d) comparaison de l’inertie projet et de l’inertie minimale ; et l’ensemble moteur comprend en outre un mécanisme d’embrayage avec un moment d’inertie; lors de l’étape (c) définition de l’inertie projet, l’inertie d’organe de couplage est égale à la somme du moment d’inertie du volant primaire, du moment d’inertie du volant secondaire, et du moment d’inertie du mécanisme d’embrayage ; lorsque le moteur génère une excitation, par exemple sur le volant secondaire et le mécanisme d’embrayage, inférieure ou égale à un effort couplant le volant primaire au volant secondaire, ledit effort étant mesuré à un débattement angulaire de 10° entre le volant primaire et le volant secondaire.
- Le procédé comprend en outre une étape (c) définition d’une inertie projet de l’attelage tournant d’ensemble moteur en cours de dimensionnement, l’inertie projet comprenant la somme : d’une inertie totale d’une façade d’accessoires ; d’une inertie totale d’une façade distribution ; d’un moment d’inertie de pompe à eau ; d’un moment d’inertie d’arbre d’équilibrage ; d’une inertie d’un groupe incluant : l’arbre de sortie, une pompe à huile, une poulie, et un jeu de bielles et de pistons montés sur l’arbre de sortie ; et une inertie d’organe de couplage ; le procédé comprenant en outre une étape (d) comparaison de l’inertie projet définie en étape (c) définition et de l’inertie minimale calculée en étape (b) calcul et en ce que le volant amortisseur est un volant simple, et l’ensemble moteur comprend en outre un mécanisme d’embrayage, lors de l’étape (c) définition de l’inertie projet, l’inertie d’organe de couplage étant égale à la somme du moment d’inertie du volant simple et du moment d’inertie du mécanisme d’embrayage .
- L’inertie minimale de l'attelage tournant est fonction de la cylindrée du moteur et/ou de la masse totale des pendules.
- Lors de l'étape (b) calcul, l’inertie minimale de l'attelage tournant est une inertie équivalente convertie en inertie autour de l’axe de rotation de l’arbre de sortie par le principe de la conservation de l’énergie cinétique.
- Le procédé comprend en entre une étape (e) augmentation de l’inertie projet de l’attelage tournant en augmentant le moment d’inertie du volant amortisseur.
- Lors de l'étape (b) calcul, l’inertie minimale de l'attelage tournant est en fonction d'un produit avec la cylindrée du moteur et la masse des pendules.
- Lors de l'étape (b) calcul, l'inertie minimale est supérieure ou égale au produit de la cylindrée du moteur multiplié par la masse des pendules multiplié par 0,15.
- Les pendules sont montés de manière mobile par rapport au volant amortisseur, notamment par rapport au volant secondaire.
- L’étape (e) augmentation est effectuée lorsque l’inertie projet est inférieure à l’inertie minimale.
- Lors de l’étape (e) augmentation, de la masse est ajoutée sur le volant primaire du volant amortisseur.
- Lors de l’étape (c) définition, les inerties sont affectées de coefficients correspondant aux rapports de réduction par rapport à l’arbre de sortie, ou aux carrés desdits rapports de réduction.
- En phase de démarrage du moteur l’arbre de sortie présente un acyclisme de décélération.
- L’inertie d’organe de couplage est égale au moment d’inertie du volant primaire lorsque l’acyclisme de décélération multiplié par l’addition des moments d’inerties du volant primaire et du mécanisme d’embrayage est supérieur au couple de frottement et de raideur du double volant amortisseur à un débattement de 10°.
- L’inertie d’organe de couplage est égale à la somme du moment d’inertie du volant primaire, du moment d’inertie du volant secondaire, et du moment d’inertie du mécanisme d’embrayage ; lorsque l’acyclisme de décélération multiplié par l’addition des moments d’inerties du volant primaire et du mécanisme d’embrayage est inférieur ou égal au couple de frottement et de raideur du double volant amortisseur à un débattement de 10°.
L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant : un volant amortisseur avec des pendules mobiles, et un moteur à explosion avec une cylindrée et un arbre de sortie sur lequel le volant amortisseur est monté, l’arbre de sortie et le volant amortisseur formant au moins partiellement un attelage tournant, remarquable en ce que l'inertie de l'attelage tournant est supérieure ou égale au produit de la cylindrée du moteur multiplié par la masse totale des pendules, multiplié par 0,15.
De manière générale, les modes particuliers de chaque objet de l’invention sont également applicables aux autres objets de l’invention. Dans la mesure du possible, chaque objet de l’invention est combinable aux autres objets. Les objets de l’invention sont également combinables à chaque mode de réalisation.
Une analyse poussée des phénomènes se produisant lors du démarrage d’un moteur a permis d’effectuer un rapprochement entre les pics de décélérations angulaires mesurées sur l’arbre de sortie du moteur, et les pics de pression acoustique générés par le volant amortisseur. Par extension, il a été identifié que les temps de compression dans un moteur ralentissent le volant amortisseur si bien que la force centrifuge ne maintient plus suffisamment les pendules au regard des chocs qu’ils subissent lors des temps d’explosion. Ainsi, l’invention propose de définir une inertie de l’attelage tournant afin d’écrêter les pics de décélération.
Définir l’inertie minimale de l’attelage en fonction d’un produit de la cylindrée et de la masse des pendules reste une approche complémentaire permettant de réduire les bruits des pendules. Corriger le produits susmentionné par un coefficient supérieure ou égal à 0,15 ; permet une optimisation plus fine de la réduction des bruits et de la masse ajoutée afin de corriger l’inertie projet.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description donnée à titre d’exemple et en référence aux dessins parmi lesquels :
La figure 1 présente un ensemble moteur pour véhicule automobile selon l’invention.
La figure 2 est une coupe d’un double volant amortisseur à pendule selon l’invention.
La figure 3 montre de face un volant secondaire de double volant amortisseur à pendule selon l’invention
La figure 4 est un graphique des accélérations angulaires du volant primaire et de la pression acoustique générée par un volant amortisseur selon l’invention.
La figure 5 est un diagramme d’un procédé de dimensionnement d'un ensemble moteur pour véhicule automobile selon l’invention.
Dans la présente invention et dans la description qui va suivre, une inertie est considérée comme une inertie en rotation, et est exprimée en Kg.m2, tout comme les moments d’inertie. Les inerties en rotation sont considérées selon les axes de rotations autour desquels les différentes pièces tournent dans l’ensemble pour moteur, respectivement dans le véhicule. La cylindrée est considérée en litre et la masse des pendules est exprimée en kilos.
La figure 1 présente de manière symbolique un ensemble 2 moteur 4 pour véhicule automobile (non représenté).
L’ensemble 2 comprend un moteur 4 thermique, par exemple à quatre temps. Le moteur 4 est du type à combustion interne, notamment à explosion. Le moteur 4 comporte un vilebrequin 6 formant également l’arbre de sortie 8 du moteur 4. L’arbre de sortie pourrait également être un arbre à cames. Le vilebrequin 6 reçoit une série de pistons 10 par l’intermédiaire de bielles 12 qui sont chacune montées pivotantes par rapport aux pistons 10 et par rapport au vilebrequin 6.
Les sections et les courses des pistons 10 définissent la cylindrée du moteur 4. Sa cylindrée peut être comprise entre 1 L et 3 L. Elle peut être égale à 1,2 L. Dans le présent exemple, quatre pistons 10 sont présents, toutefois l’invention vise également des moteurs à trois pistons, ou à tout autre nombre de pistons.
Un attelage tournant 14, ou attelage mobile, peut former un sous-ensemble. Il peut regrouper les parties tournantes entraînées en rotation par le moteur 4, notamment via son arbre de sortie 8, c’est-à-dire grâce au vilebrequin 6, qui d’ailleurs fait partie dudit attelage tournant 14. Les parties tournantes considérées peuvent être celles qui sont entraînées directement ou indirectement par l’arbre de sortie 8, et/ou celles à accouplement fixe avec l’arbre de sortie 8.
L’attelage tournant 14 peut également comprendre une pompe à huile 16, une poulie 18, une pompe à eau 20, un arbre d’équilibrage 22. L’attelage tournant 14 est éventuellement complété par une façade d’accessoires 24, et/ou une façade de distribution 26. Chacune de ses entités comprend des pièces mobiles en rotation selon un axe propre. Certaines entités peuvent présenter un axe de rotation commun.
En sortie du moteur 4, l’arbre de sortie 8 est relié à un volant amortisseur 28 ou volant amortisseur. Ce dernier peut être relié, ou intégré dans le mécanisme d’embrayage 30, permettant un découplage en rotation de la boîte de vitesse 32. Cette dernière pourra être en prise avec des roues motrices (non représentées) du véhicule. Via cette chaîne mécanique, le moteur 4 parvient à propulser le véhicule. Par convention, la boîte de vitesse 32 est considérée comme en dehors de l’attelage tournant 14, notamment en raison de son désaccouplement avec l’arbre de sortie 8 lors des phases de démarrage, grâce au mécanisme d’embrayage 30.
La figure 2 est une coupe d’un volant amortisseur 28 dont seule une moitié est représentée au dessus de son axe de rotation 34. Le volant amortisseur 28 peut correspondre à celui décrit en figure 1.
Le volant amortisseur 28 peut être du type à double volant. Il est courrament appelé « double volant amortisseur », et est généralement désigné par l’acronyme DVA. Il peut présenter un volant primaire 36 et un volant secondaire 38 qui sont respectivement fixés à l’arbre de sortie 8 et à un arbre secondaire 40 ; ces arbres étant notamment découplés en rotation. Les volants (36 ; 38) peuvent pivoter l’un par rapport à l’autre autour de l’axe 34, et peuvent être articulés l’un à l’autre grâce à un palier central.
Les volants (36 ; 38) peuvent être reliés par des ressorts principaux 42, également appelés ressorts arqués principaux ou ressorts externes. Les ressorts principaux 42 peuvent épouser le périmètre du double volant amortisseur. Lors du pivotement d’un volant par rapport à l’autre, les ressorts 42 se compriment suivant la circonférence, ce qui permet de filtrer des acyclisme du moteur. Cette fonction réduit les accoups, et donc filtre certaines vibrations.
Afin d’ajuster le moment d’inertie du volant amortisseur 28, il est possible d’ajouter de la masse 44, ou des masselottes, lors de la concetion du volant amortisseur 28. Ces dernières peuvent être liées au volant primaire 36, par exemple sur sa face en regard du moteur, ou sur son périmètre.
Le volant secondaire 38 peut comporter un voile 46 recevant des pendules 48. Ces derniers sont rendus mobiles par rapport au volant secondaire 38 grâce à leur montage via des rouleaux 50. Les pendules 48 peuvent se décaler selon la circonférence. Ils peuvent basculer. Les pendules peuvent être identiques et répartis angulairement autour de l’axe de rotation 34, et sur les deux faces du voile 46 de manière à former des paires traversées par le voile.
En se déplaçant, les pendules 48 effectuent des contre-mouvements s’opposant à des vibrations d’une fréquence donnée. A cet effet, la masse des pendules 48 est préalablement imposée. Par exemple, il peut être choisi que les pendules 48 s’opposent à une harmonique de rang deux de l’ordre fondamental du moteur, notamment de son attelage mobile tournant.
Afin d’augmenter l’efficacité de pendules 48 pour un ordre donné, ceux-là peuvent être placés en dehors des ressorts 42. Ils peuvent être décalés le long de l’axe 34 par rapport aux ressorts 42, et peuvent notamment les chevaucher radialement. A cette position, les centres de gravité des pendules 48 sont éloignés de l’axe 34, si bien que la force centrifuge qu’ils subissent augmente.
Les pendules 48 comme le voile 46 peuvent présenter des gorges de guidage 52 dans lesquelles sont placés les rouleaux 50. Des jeux radiaux, c’est-à-dire perpendiculaire par rapport à l’axe de rotation 34, peuvent être prévus entre les rouleaux 50 et chaque gorges de guidage 52.
La présente description est en référence avec un double volant amortisseur, toutefois son enseignement peut également s’appliquer à un volant simple. Dans pareil cas, les pendules peuvent être directement implantées sur le disque principal ou disque unique.
La figure 3 montre de face une partie de volant amortisseur 28 tel que celui de la figure 2. Un seul pendule 48 de la paire est visible, l’autre derrière le voile 46 étant masqué. Les pendules 48 de la paire peuvent être fixés de manière rigide l’un à l’autre à l’aide de goupilles 54, ou de tout autre élément équivalent.
Le pendule 48 occupe généralement une zone angulaire du volant amortisseur 28, et donc du volant secondaire 38. Les rouleaux 50 et les gorges de guidages 52 sont visibles. Ces dernières forment des trajectoires arquées pour les rouleaux 50. Des trajectroires arquées peuvent présenter des formes convexes orientées vers l’axe de rotation 34.
Le présent enseignement peut également être appliqué à un double volant amortisseur à pendules internes, c’est-à-dire où les pendules sont placés à l’intérieur des ressorts principaux. Dès lors, les ressorts principaux peuvent chevaucher les pendules suivant l’axe de rotation. Cette configuration réduit l’effet des pendules vis-à-vis de la filtration d’une harmonique.
La figure 4 est un graphique des accélérations angulaires de l’arbre de sortie du moteur et de la pression accoustique qui sont mesurées lors du démarrage du moteur. Ces grandeurs physiques sont représentées suivant une même échelle du temps en abcisse.
Le graphique comporte une partie supérieure présentant les accélérations angulaires du moteur mesurées en rad/s2, et une partie inférieure présentant la pression acoutique mesurée en pascal (Pa) dans le volant amortisseur. Cette pression acoustique est ici caractéristique des bruits perceptibles sous la forme de claquements.
La partie supérieure du graphique comprend une courbe C1 représentative des accélérations et des décélérations angulaires d’un ensemble moteur dimensionné selon l’invention. Les valeurs positives illustrent des accélérations et les valeurs négatives des décélérations, ce qui met en lumière l’acyclisme du moteur tel que présenté en figure 1. La courbe C2 est représentative d’un ensemble moteur selon l’état de l’art. Pour cet ensemble moteur, les décélérations atteignent -1000 rad/s2. Ces décélérations angulaires sont plus importantes que pour l’invention puisque les valeurs de la courbe C1 restent au-dessus de - 750 rad/s2. Donc, les pics de décélération selon l’invention restent de moindre amplitude.
Grâce à ces pics corrigés, les décélérations subies par le volant amortisseur, et donc par les pendules, restent limitées. Par ce biais, les pendules restent suffisamment plaqués dans leurs gorges grâce à la force centrifuge.
Dans la partie inférieure du graphique, la courbe C3 représente un spectre des variations de pression acoustique pour l’ensemble moteur dimensionné selon l’invention ; la courbe C4 représente un spectre des variations de pression acoustique pour un ensemble moteur selon l’état de l’art. La courbe C5 est représentative d’un moteur à volant sans pendules. Cette courbe C5 étant de moindre amplitude, elle met en évidence l’impact des pendules sur les bruits mesurés.
Sachant que le premier pic de bruit des courbes C5, C3 et C4, est le bruit du démarreur et non le bruit des pendules, ce sont les pics suivants des courbes C3 et C4 qui correspondent véritablement aux bruits des pendules.
Il est remarquable que la pression acoustique de la courbe C3, selon l’invention, présente des extrema moins importantes que la courbe C4. Ainsi, la courbe C3 traduit un mode de fonctionnement plus silencieux que pour la courbe C4, c’est-à-dire que l’ensemble selon l’invention émet des sons plus discrets que selon l’état de l’art. Ainsi, le volant amortisseur devient silencieux, ou suffisamment silencieux selon un critère de confort acoustique prédéfini qui dépend de la position du micro par rapport à la position des pendules. Dans notre cas présent, ce critère peut être une pression acoustique inférieure à +/2Pa.
En particulier, la figure 4 permet d’effectuer un parallèle temporel entre les pics de décélération les plus importants et les pics de bruit, ce qu’a justement effectué l’invention. Il est remarquable que les pics négatifs les plus forts de la courbe C2 correspondent à des pics de la courbe C4. De même, les pics négatifs de la courbe C1 correspondent à des pics de la courbe C3. Grâce à l’invention, il est ressorti que corriger les décélérations de l’arbre par une inertie minimale permet de réduire les bruits de claquement des pendules.
La figure 5 est un diagramme du procédé de dimensionnement d'un ensemble moteur pour véhicule automobile. L’ensemble moteur peut être identique à celui décrit en relation avec les figures 1 à 3, et le moteur peut présenter un acyclisme tel qu’en figure 4.
Le procédé peut comprendre les étapes suivantes, par exemple réalisées dans l’ordre qui suit :
(a) prise en compte 100 de la géométrie de l’attelage tournant, (b) calcul 102 d'une inertie minimale théorique d'attelage tournant, (c) définition 104 d’une inertie projet de l’attelage tournant d’ensemble moteur en cours de dimensionnement, (d) comparaison 106 de l’inertie projet et de l’inertie minimale, (e) augmentation 108 de l’inertie projet de l’attelage tournant en augmentant le moment d’inertie du volant amortisseur lorsque l’inertie projet est inférieure à l’inertie minimale ; dans le cas contraire le procédé peut prendre fin à l’étape précédente : (d) comparaison 106.
Lors de l’étape (b) calcul 102, l'inertie minimale est définie comme étant supérieure ou égale au produit de la cylindrée du moteur et de la masse des pendules ; multiplié par: 0,15. L’étape (b) calcul 102 parvient, à elle seule, à apporter une solution au problème technique ; les autres étapes étant optionnelles.
Les étapes (b) calcul 102 et (c) définition 104 peuvent être effectuées simultanément. Elles peuvent comprendre des données identiques.
Lors de l’étape (c) définition 104, l’inertie projet comprend la somme: de l’inertie totale de la façade d’accessoires ; de l’inertie totale de la façade distribution ; du moment d’inertie de la pompe à eau ; du moment d’inertie de l’arbre d’équilibrage ; de l’inertie d’un groupe incluant : l’arbre de sortie, la pompe à huile, la poulie et un jeu de bielles et de pistons montés sur l’arbre de sortie, ou toutes leurs combinaisons possibles et imaginables ; et une inertie d’organe de couplage. La somme peut comprendre toutes les inerties et tous les moments d’inerties listés ci-dessus, ou toutes leurs combinaisons possibles et imaginables. L’inertie du jeu de bielles et des pistons peut être obtenue en convertissant leur énergie cinétique qui est transmise au vilebrequin.
En phase de démarrage du moteur, l’arbre de sortie présente un acyclisme de décélération. L’acyclisme de décélération peut être mesuré en rad/s2. Il peut être théorique. Il peut être obtenu par simulation pour un ensemble moteur en cours de dimensionnement.
Lors de l’étape (c) définition 104, l’inertie d’organe de couplage est définie en fonction du comportement du volant amortisseur face aux excitations générées par le moteur. Ce choix d’inertie d’organe de couplage vise à traduire le fait que les volants primaire et secondaire soient suffisamment couplés ou non. Si les parties primaire et secondaire sont suffisamment couplées, notamment lorsque le couple de collage est suffisamment important, le moment d’inertie de la partie secondaire et le moment d’inertie du mécanisme d’embrayage du DVA sont prises en considération pour limiter l’acyclisme moteur. Ainsi, les effets de ces moments d’inerties sont pris en considération dans la réduction du niveau des décélérations vilebrequin lors des démarrages moteur.
Dans le cas où le moteur génère une excitation surmontant les efforts de couplage en rotation du volant primaire au volant secondaire, ledit effort de couplage étant mesuré à un débattement angulaire de 10° entre le volant primaire et le volant secondaire, l’inertie d’organe de couplage est égale à l’inertie du volant primaire. Dans ce cas, il est considéré que le volant secondaire ne suit pas suffisamment le volant primaire pour que son inertie contribue à lisser les décélérations angulaires de l’arbre de sortie, et donc du vilebrequin. L’angle de 10° peut correspondre au tiroir d’hystérésis dans le DVA, ce tiroir d’hystérésis étant notamment généré par des bagues de frottement.
Autrement dit, l’inertie d’organe de couplage est égale au moment d’inertie du volant primaire lorsque l’acyclisme de décélération multiplié par l’addition des moments d’inerties du volant secondaire et du mécanisme d’embrayage, est supérieur au couple de frottement et de raideur du double volant amortisseur à un débattement de 10°.
Les efforts qui lient le volant secondaire au volant primaire au bout de 10° de déplacement angulaire du secondaire par rapport au primaire de DVA peuvent être égaux au couple de frottement entre les volants du DVA, plus le couple de raideur du DVA sur 10° de débattement DVA. Le couple de frottement peut être le frottement de base du DVA, éventuellement augmenté du tiroir d’hystérésis si ce tiroir est présent et s’il se déclenche à un angle de moins de 20°, c’est-àdire pour un débattement angulaire du volant secondaire par rapport au volant primaire inférieur à +/-10°.
Alternativement, l’inertie d’organe de couplage est égale à la somme du moment d’inertie du volant primaire, du moment d’inertie du volant secondaire, et du moment d’inertie du mécanisme d’embrayage ; dès que le moteur génère une excitation inférieure ou égale à un effort couplant le volant primaire au volant secondaire. Cet effort de couplage étant mesuré à un débattement angulaire de 10° entre le volant primaire et le volant secondaire. Dans ce cas, le volant secondaire est suffisamment lié au volant primaire pour adoucir les décélérations.
Selon une variante de l’invention, le volant amortisseur est un volant simple. A 5 l’étape (c) définition 104 de l’inertie projet, l’inertie d’organe de couplage est l’addition du moment d’inertie du volant simple et du moment d’inertie du mécanisme d’embrayage.
Claims (10)
- Revendications1- Procédé de dimensionnement d'un ensemble moteur pour véhicule automobile, l’ensemble moteur comprenant :- un volant amortisseur (28) avec des pendules (48), et- un moteur à explosion (4) avec un arbre de sortie (8) sur lequel le volant amortisseur (28) est monté, l’ensemble moteur présentant un attelage tournant (14) au moins partiellement formé par l’arbre de sortie (8) et le volant amortisseur (28), caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :(a) prise en compte (100) de la géométrie de l’attelage tournant (14), et (b) calcul (102) d'une inertie minimale de l'attelage tournant (14) afin de préserver son énergie cinétique lors du démarrage du moteur à explosion (4).
- 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur à explosion (4) comprend une cylindrée, et lors de l'étape (b) calcul (102), l'inertie minimale est définie comme étant supérieure ou égale au produit de la cylindrée du moteur (4) multiplié par la masse totale des pendules (48), multiplié par un coefficient supérieur ou égal à 0,15.
- 3- Procédé selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le volant amortisseur (28) comprend des ressorts principaux (42), les pendules (48) étant disposés à l’extérieur desdits ressorts principaux (42).
- 4- Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le volant amortisseur (28) est un double volant amortisseur avec un volant primaire (36) monté sur l’arbre de sortie (8) du moteur (4), et un volant secondaire (38) sur lequel les pendules (48) sont montés, le volant primaire (36) et le volant secondaire (38) présentant chacun un moment d’inertie.
- 5- Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape (c) définition (104) d’une inertie projet de l’attelage tournant (14) d’ensemble moteur en cours de dimensionnement, l’inertie projet comprenant la somme : d’une inertie totale d’une façade d’accessoires (24) ; d’une inertie totale d’une façade distribution (26) ; d’un moment d’inertie de pompe à eau (20) ; d’un moment d’inertie d’arbre d’équilibrage (22) ; d’une inertie d’un groupe incluant : l’arbre de sortie (8), une pompe à huile (16), une poulie (18), et un jeu de bielles (12) et de pistons (10) montés sur l’arbre de sortie (8); et une inertie d’organe de couplage ; le procédé comprenant en outre une étape (d) comparaison (106) de l’inertie projet définie en étape (c) définition (104) et de l’inertie minimale calculée en étape (b) calcul (102).
- 6- Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que lors de l’étape (c) définition (104) de l’inertie projet, l’inertie d’organe de couplage est égale au moment d’inertie du volant primaire (36) lorsque le moteur (4) génère une excitation supérieure à un effort couplant le volant primaire (36) au volant secondaire (38), ledit effort étant mesuré à un débattement angulaire de 10° entre le volant primaire (36) et le volant secondaire (38).
- 7- Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l’ensemble moteur comprend en outre un mécanisme d’embrayage (30) avec un moment d’inertie; lors de l’étape (c) définition (104) de l’inertie projet, l’inertie d’organe de couplage est égale à la somme du moment d’inertie du volant primaire (36), du moment d’inertie du volant secondaire (38), et du moment d’inertie du mécanisme d’embrayage (30) ; lorsque le moteur (4) génère une excitation inférieure ou égale à un effort couplant le volant primaire (36) au volant secondaire (38), ledit effort étant mesuré à un débattement angulaire de 10° entre le volant primaire (36) et le volant secondaire (38).
- 8- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape (c) définition (104) d’une inertie projet de l’attelage tournant (14) d’ensemble moteur en cours de dimensionnement, l’inertie projet comprenant la somme : d’une inertie totale d’une façade d’accessoires (24) ; d’une inertie totale d’une façade distribution (26) ; d’un moment d’inertie de pompe à eau (20) ; d’un moment d’inertie d’arbre d’équilibrage (22) ; d’une inertie d’un groupe incluant : l’arbre de sortie (8), une pompe à huile (16), une poulie (18), et un jeu de bielles (12) et de pistons (10) montés sur l’arbre de sortie (8); et une inertie d’organe de couplage ; le procédé comprenant en outre une étape (d) comparaison (106) de l’inertie projet définie en étape (c) définition (104) et de l’inertie minimale calculée en étape (b) calcul (102) et en ce que le volant amortisseur est un volant simple, et l’ensemble moteur comprend en outre un mécanisme d’embrayage (30), lors de l’étape (c) définition (104) de l’inertie projet, l’inertie d’organe de couplage étant égale à la somme du moment d’inertie du volant simple et du moment d’inertie du mécanisme d’embrayage (30).
- 9- Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend en entre une étape (e) augmentation (108) de l’inertie projet de l’attelage tournant (14) en augmentant le moment d’inertie du volant amortisseur (28).
- 10- Véhicule automobile comprenant :- un volant amortisseur (28) avec des pendules (48) mobiles, et- un moteur à explosion (4) avec une cylindrée et un arbre de sortie (8) sur lequel le volant amortisseur (28) est monté, l’arbre de sortie (8) et le volant amortisseur (28) formant au moins partiellement un attelage tournant (14), caractérisé en ce que l'inertie de l'attelage (14) tournant est supérieure ou égale au produit de la cylindrée du moteur (4) multiplié par la masse totale des pendules (48), multiplié par 0,15.
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