MOTEUR DIESEL

CLASSIFICATION DES MOTEURS DIESEL
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Pour charger en pdf cliquer iciMerci à Guy pour son aimable collaboration.
1) Moteurs à injection indirecte
Les véhicules diesel avec ou sans turbo équipés de bougies de préchauffage sur lesquels on a obligation de faire préchauffer avant de démarrer sont des moteurs dit à injection indirecte car l'injecteur n'injecte pas directement dans le cylindre mais dans une préchambre.
Ils sont équipés d'une pompe injection rotative H P manuelle (ou un peu d'électronique) qui distribue le carburant successivement à chaque cylindre en ouvrant les injecteurs les uns après les autres par la pression du gasoil.Avantage increvable
Inconvénients: Ca rame dans les côtes sauf les turbos et ça fume dans les régimes transitoires à l'accélération.Leur pression d'injection est d'environ 130 bar
Exemple de base de CC équipée de ce système: *Ceci est une liste exhaustive et ne comprend bien sûr pas tous les modèles
Peugeot
J7
J5 (avec etsans turbo)
Boxer 1,9 D
Boxer 2,5D et TD
Citroën
C25
C35
Jumper1,9D
Jumper 2,5D et TD
Fiat Ducato
Tous les 1,9l
Tous les 2,5l
Mercedes
X07
X08
X09
X10
Renault
Trafic
Master (ancienne version)moteur Renault
Master et B70Sofim 8140-061
WW
Tous les combis (ancienneversion)
Tous les LT anciennes versions
Ford
Toutes les anciennesversions
Fiat Ducato
Toutes les anciennesversions
Sofim 9144-61 et 21
Toyota
Lite ace
Hi ace
Hi-lux
IVECO
Daily 35-8Sofim 8140-61

2) Les Moteurs à injection directe
Les TDI dans le groupe WW, les "anciens moteurs" 90 et 110 CV des golf et Passat par exemple, les dti chez Renault, et les tddi (ou les transit) chez Ford, les IVECO et les FIAT TDI équipés des moteurs SOFIM sont des moteurs diesel à injection directe (direct injection en anglais).
Avantage: increvables et consommation plus faible, très fiables, moins de ruptures des joints de culasses sur le Sofim (Iveco Master et Fiat Ducato)
(Tous les moteurs de Camions, les tracteurs agricole, les engins de travaux publics sont de ce type) (Jusqu'à nouvel ordre)
Inconvénients ils sont "assez bruyants" on les reconnaît à leur claquement particulier lié à la pression d'injection plus élevée et ils auraient eu du mal à remplir les conditions des lois anti-pollution futures (surtout les modèles sans turbo).
Oui, on a droit de plus polluer si on a un turbo que si on en n'a pas. Le lobby des constructeurquand ils tiennent les politiques par les ….
Ils sont équipés d'une pompe injection rotative HP manuelle (avec des éléments électroniques et parfois même un calculateur). La pompe à injection distribue le carburant successivement à chaque cylindre en ouvrant les injecteurs les uns après les autres par la pression du gasoil mais la l'injecteur injecte directement dans le cylindre. Ces moteurs ne sont pas (en général) équipés de bougies de préchauffage, il n'est pas nécessaire de préchauffer le moteur pour démarrer.*
*Ils sont par contre souvent équipe d'un Thermostart situé dans la pipe d'échappement pour réchauffer l'entrée d'air (au démarrage)
Leur pression d'injection est comprise entre 180 et 250 bar
Peugeot
Boxer 2,5 CV Tdi
Citroën
Jumper 2,5 CV Tdi
Fiat Ducato
1,9 tdi Sofim
2,5 tdi 85CVSofim
2,8 tdi 116 et 122 CVSofim
Mercedes
Sprinter X08
Sprinter X10
Sprinter X12
Renault
MastermoteurSofim
B80 Sofim 8140-07
B90 Sofim8140-21
B110Sofim8140-27
B120 Sofim8140-47
Master nouvelleversions 2,8 tdimoteur Sofim8140-23 et -43
Opel
Movano tous les DTI 115 CV
WW
T 468, 88 et 102 CV
LT 88 CV SDi et 102 CVTDi
LT 130 CV TDi moteur sud américainnon livré en CC
Ford
Toutes les versions injectiondirecte
IVECO
35-8 (newDaily)Sofim 8140-07
35-10 Sofim8140-021
35-10 NewDaily Sofim3140-27
35-12Sofim8140-47
Nouvelle génération35-9, 35-11 Sofim 8140-23Sofim 8140-43 (sauf unijet)

ELEMENTS ANNEXES D'UN MOTEUR DIESEL

(Documents Lucas)
Bougies de préchauffageElles servent à préchauffer la préchambre d'admissionpour faciliter le démarrage
Relais de préchauffage : Coupe automatiquement l'alimentation des bougies de préchauffage.
ThermostartUtilisé sur certains modèles pour réchauffer l'air d'entrée

Porte injecteurElément vissé dans la culasse reçoit l'arrivée du gasoil. Il comprend: l'injecteur, un ressort et des cales d'épaisseur pour le réglage de l'ouverture de l'injecteur.
InjecteurUn par cylindre, pulvérise le gasoil dans la chambre decombustion. Il est composé d'un corps et d'une aiguille.Son usinage est toujours très précis.Ils sont un élément très important de votre moteur leur contrôle et leur remplacement en cas de fuite détermine la vie de votre moteur.(Documents Lucas)
Pompes à Injection rotative
(Injection indirecte et directe hors common rail)Pressurise le carburant et l'envoie vers le porte injecteur ,la pression ouvre successivement chaque injecteur pour distribuer le carburant dans les cylindres.Elles sont toujours équipées d'une électrovalve qui coupe l'arrivée de carburant. Elles sont souvent accouplées avec un calculateur sur les modèles les plus récents.(Documents Lucas)
Electrovanne
Elément électrique coupant l'arrivée de carburantà la pompe à injection.Est située sur le dessus de la pompe d'injection.
A l'origine des pannes suivantes:Sur Moteur Diesel classique sans apport d'électronique:
o Le moteur ne s'arrête paso Le moteur ne démarre pas
(Documents Lucas)

Filtre à Gasoil
Filtre le gasoil avant son arrivée à la pomped'injection.Son action est primordiale c'est le véritable rempart pour votre moteur contre les impuretés et les résidus d'eau.Son remplacement doit être fait impérativementsuivant les données constructeur.A surveiller de plus près encore pour les moteursà common rail et injecteur pompe
(Documents Lucas)
3) Moteurs Common rail et Injecteur Pompe
Les JTD du groupe Fiat, HDI du groupe PSA, dci Renault, cdi Mercedes, D4D Toyota sont quant àeux des moteurs dits Common rail.
C'est à dire qu'ils sont équipés d'une pompe rotative qui alimente un tube commun (common rail) et les injecteurs sont alimentés par ce tube, l'ouverture de chaque injecteur se fait par une électrovanne (source de panne) et un calculateur pour donner l'ordre aux injecteurs de s'ouvrir).C'est une technique Fiat qui a été transférée chez Bosch. (Dans le futur, les électrovannes devraient être remplacées par des systèmes piézoélectriques)Il y a une variante qui apparaît sur les moteurs plus petits (les diesels Renault et communs PSA Ford) développée par ex Lucas et maintenant Delphi qui remplace le tube par une sphère mais le fonctionnement est le même.
Les pressions d'alimentation sont comprises entre 1300 et plus de 2000 bar
Ce n'est pas fini le groupe WW complique avec leur TDI nouvelle formule: les 100 et 130 CV des Golfs et Passat qui eux sont équipés d'un système dit injecteur pompe c'est à dire qu'il n'y a plus de pompe rotative mais par contre la pompe est intégrée dans l'injecteur. Quand il y a panne on change le tout (sur un cylindre).
En ce qui concerne les LT ils sembleraient être équipés d'un Common rail dixit CC magazineLa formule des injecteurs pompes semble un peu plus fiable mais d'après les spécialistes aura peut être plus de mal à suivre les normes anti-pollution futures.
Leur pression d'injection: plus de 2000 bar
Leurs avantagesAvec les deux systèmes ce sont des moteurs très puissants et plus discrets quoi que leur discrétion provient autant du soin porté à l'insonorisation qu'à la technique elle-même. D'où des différences entre PSA sur une 206 par exemple et Mercedes et BMW sur les berlines de luxe.Ils polluent moins surtout dans les phases transitoires d'accélération (tant que calculateur fera bien son boulot).Les clients sont "captifs" on ne peut pas faire réparer n'importe où.
Inconvénient, ils sont évidemment plus fragiles et leur entretien est plus onéreux.
Peugeot
tous Boxer HDI
Citroën
tous Jumper HDI
Fiat Ducato
1,9 JTD Sofim
2,2 JTDSofim
2,8 JTD Sofim
Mercedes
Sprinter X08 CDI OM611 DE 22 LA
Sprinter X11 CDIOM 611 DE 22 LA
Sprinter X13 CDIOM 611 DE 22 LA
Sprinter X16 CDI OM612 DE 27 LA
Renault
Master tous les dci
Opel
Movano tous les dci
WW
T4 aucun a ce jour
LT 158 CV
Ford
Aucun à ce jour
IVECO
35-9 Unijet
35-11 Unijet
35-13 Unijet
35-16 Unijet




Ce document a été établi gracieusement par G.Fillettaz et demeure sa propriété . 15/08/2002.
http://www.321auto.com/entretien_reparation/technique/moteur/entretien_moteur.asp

LES TRANSFORMATIONS DE MOUVEMENT

Les transformations de mouvements

Les transformations de mouvements qui nous interessent en robotique, sont des systèmes qui utilisent la rotation d'un moteur électrique (l'axe du moteur tourne) pour réaliser un mouvement de translation (gauche à droite, haut en bas, avant en arrière). Même document au format PDF (247Ko).
La roue - la roue dentée - le treuil - la came - la vis-sans-fin - la bielle-manivelle
La roue
Le système le plus connu est la roue. Si on colle une roue à l'axe du moteur, la roue tourne et fait avancer ou reculer un véhicule. Le moteur doit être collé au châssis du véhicule.
Voici une roue vue de côté. La roue déplace le châssis sur un sol fixe.

Vu de haut, la roue est collée à l'axe du moteur.

Ce système est utilisé dans les voitures et les trains. Les roues tournent et font avancer le véhicule sur la route.
La roue dentée
Un dérivé de ce système est celui de la roue dentée et de la crémaillère.
C'est aussi une roue, mais pour être sûr qu'elle accroche bien à la surface, elle dispose de petites dents qui sont aussi sur la surface (crémaillère). Le moteur fait tourner la roue dentée.
Lorsque la roue dentée tourne, il y a deux possibilités :
si la surface est fixe, la roue dentée se déplace,
si la roue est fixe, la surface se déplace.
Le système de la roue dentée et crémaillère ci-dessous illustre le cas de la crémaillère qui bouge.
On peut bien entendu renverser le système pour faire monter et descendre un objet.
Ce système est utilisé par les trains de montagne, lorsque les pentes sont très fortes.
Lorsque les crémaillères sont souples, il s'agit de chaînes. On peut en voir sur les bulldozers et les chasse-neige. Il y en a aussi dans les magnétoscopes.
Le treuil
Le système du treuil, aussi appelé système de la bobine est le plus facile à réaliser. Il s'agit de se servir d'un moteur pour enrouler et dérouler un fil sur une bobine. Au bout du fil, on attache n'importe quel objet. Cet objet sera alors tiré ou relâché par le mouvement du moteur.

Le dessin ci-contre présente un système qui sert à monter et descendre un ascenseur grâce au moteur.
La seule difficulté est de bien ajuster les murs en laissant du jeu pour que la cabine d'ascenseur puisse aller et venir sans frotter.
Si la cabine ne redescend pas bien, il suffit de mettre du poids dedans. Mais attention, parce que le moteur aura plus de mal pour la remonter.
Sur les vrais ascenseurs, il y a un contrepoids, le moteur n'a alors pas beaucoup d'efforts à fournir.
Mis à par l'ascenseur, ce système est utilisé par les grues, les décors de théâtre, les stores des fenêtres, les cannes à pêche…
La came
La came permet de réaliser des mouvements de va-et-vient intermittents.

Dans l'exemple ci-contre, lorsque la came tourne, le piston monte tout doucement, puis descend d'un coup. Cela est dû à la forme de la came.
Souvent la forme de la came ressemble à un escargot ou à un œuf.
Sur l'axe de rotation, on peut mettre plusieurs cames légèrement décalées. L'axe est alors nommé arbre à cames. Dans ce cas, on peut imaginer plusieurs pistons se soulevant et l'abaissant à différents moments. Ca peut servir pour faire des vagues, des contacts électriques…
Ce système est utilisé dans les moteurs de voitures pour ouvrir et fermer des clapets (petites portes) pour amener l'air et l'essence et aussi pour dégager les gaz d'échappement après explosion.
La vis sans fin
La vis sans fin n'est pas facile à comprendre au début. Le système est également difficile à mettre au point. On a du mal à savoir ce qui doit pouvoir bouger et ce qui doit rester fixé.
Le principe est celui-ci : lorsqu'on prend un tournevis pour visser une vis, la vis s'enfonce dans le mur. On peut dire qu'elle avance. Si maintenant, le mur peut se déplacer et si le tournevis est fixe, si je tourne la vis, c'est le mur qui va se déplacer en se rapprochant.
Les deux dessins suivants montrent comment réaliser un système de vis sans fin avec une tige filetée et une entretoise filetée (ou tout simplement un écrou). Il faut bien penser aux guides et aux écrous contre-écrous qui tiennent le montage.
système vu de haut.
système vu de côté.
Ce système est utilisé pour ouvrir et fermer les portes d'ascenseur, lever et baisser les bennes des camions, pour régler la hauteur des phares des voitures…
La bielle-manivelle
Qui a vu un jour un Western a vu une bielle-manivelle. C'est le système qui permet de faire tourner les roues d'un train à vapeur à partir d'un piston (c'est exactement l'inverse de ce que nous cherchons à faire). Le principe est de faire tourner une manivelle qui est reliée à un piston par une pièce intermédiaire appelée bielle. Le piston va et vient de manière rectiligne (régulière et droite).
Voici le dessin du système vu de haut.
Et voici le même système vu de dessous.
Les guides sont là pour empêcher le piston de faire un autre mouvement que celui de droite à gauche.
Il y a deux difficultés dans la réalisation de ce montage.
La première consiste à bien choisir la taille de chaque pièce ; manivelle, bielle, piston et guides. Un indice, la bielle doit être plus grande que deux fois la longueur de la manivelle.
La seconde difficulté est de réaliser des axes qui permettent de bien faire tourner les pièces. Des attaches parisiennes avec quelques rondelles métalliques fixées dans des trous assez larges devraient satisfaire.
On voit souvent la manivelle remplacée par un disque. C'est alors plus facile à ajuster.
On peut bien entendu tourner le système pour que le piston fasse un mouvement de haut en bas.
Ce système est utilisé dans toutes sortes de moteurs. C'est aussi présent dans la plupart des mécanismes d'essuie-glaces de voitures.
Rédacteur : Loïc Dayot. - version du 10 avril 1999.

LIAISONS CINEMATIQUES

Nom de la liaison
Symbolisation
Torseur des actions
du solide 2 sur le solide 1
Resultante
Moment en O
Liaison encastrement
Liaison pivot
d’axe Ox
Liaison glissière d’axe Ox
Liaison pivot glissant d’axe Ox
Liaison sphérique
Appui plan
sur plan (O,x,y)
Linéaire rectiligne d’axe Ox
sur plan (O,x,y)
Linéaire annulaire d’axe Ox
Liaison ponctuelle
sur plan (O,y,z)
Liaison glissière hélicoïdale
d’axe Ox

LIAISONS COMPLETES DEMONTABLES

Technologie de la transmission de puissance dans les liaisons complètes
Transmission de puissance par adhérence:
Solutions avec Brides (appui plan et centrage cylindrique court).Transmission de puissance par adhérence. On ne traitera dans ce chapitre que du dimensionnement et de la technologie des brides. Les assemblages des carters suivent les mêmes règles de conception.
Determination non optimisée des assemblages avec brideCette methode utilise des hypothèses fortements simplificatrices et ne prend pas en compte les sollicitations dynamiques. Il faut donc prendre une marge de sécurité lors de l'emploi de cette methode.
Exemple: Transmission d'un couple moteur Cm par une bride boulonnée

la mise en position des deux brides est effectuée par un appui plan et un centrage court (L < ct =" f.N.Rmoyoù" name="2">
Transmission de puissance par obstacles:
Solutions avec Cannelures.Transmission de puissance par obstacles.
Cannelures à flancs parallèles
Ce type de cannelures est de plus en plus souvent remplacé par les cannelures à flancs en développantes plus résistante et moins bruyantes. Elles restent cependant assez souvent utilisées sur les petites séries.Elles sont usinées par train de fraises ou par brochage. Pour le calcul, on suppose une répartition de pression uniforme sur les flancs de cannelures.On définie A: surface portante équivalente par unité de longueur (75% de la surface portante théorique)A = n.h.0.75 (avec n: nombre de cannelures; h: hauteur d'une cannelure)On définie p: la pression de contact.Le couple transmissible C est donné par:C = p.A.L.D/2 Pour évitter le mattage des cannelures, on veut que p= (2.C)/(A.L.D) < p="(4.C)/(D.b.L)" href="mailto:barreau.matthieu@free.fr">
Matthieu Barreau (octobre 2000)

M2CANIQUE DES MILIEU CONTINI

RAPPEL M.M.C.
1.1. Déformation
1.2. Contraintes
1.2.1. Invariant du tenseur des contraintes
1.3. Les relations de compatibilité.
1.4. Loi de comportement - Loi de Hook
1.4.1. Matériau isotrope
1.4.1.1. Cas compression uniforme
1.4.1.2. Cas traction simple
1.4.2. Matériau orthotrope
Voici les notations utilisées: Le repère fixe : R (0,x1,x2,x3)
Nous travaillerons dans le cadre des petites déformations, cela implique que la position de référence reste la position initiale. Les chargements peuvent être de type volumique ou de type surfacique dans le cas 3-D. La résolution d'un problème de structure consiste à étudier trois champs vectoriels ainsi que leur relation :
Le champ de déplacement, noté
Le champ des déformations noté
Le champ des contraintes noté
Les différentes relations entre ces quantités peuvent être schématisées par la figure suivante:
Dans le cas général, on montre que les équations d'équilibre s'écrivent sous la forme
qui se simplifient dans le cas de la statique à :
où est une force volumique dans le cas 3-D.
1.1. Déformation
Nous considérons un point dans la configuration de départ et un point voisin. Suite au chargement il se transforme respectivement en . Ce qui donne sur un dessin la figure suivante :
Si nous faisons une étude dans le cas 2-D, nous pouvons mettre en place la relation entre les déplacements et les déformations. Nous utilisons seulement des DL d'ordre 1.
Ce calcul peut être effectué pour les autres composantes dy,dz , dans le cas 3-D, et écrit sous la forme matricielle suivante :
On montre alors que le tenseur des déformations H s'écrit d'une façon générale :
Dans le cadre des petites perturbations (faible rotation, faible déplacement), il suffit de prendre la partie linéaire de H.
Le tenseur des déformations est symétrique par construction, il est défini positif et donc il a des valeurs propres réelles. Ces directions principales sont orthogonales. On les détermine à l'aide d'un cercle de Mohr et des mesures obtenues sur une rosette à 45deg..
1.2. Contraintes
Les contraintes n'ont de sens que par rapport à une facette que l'on oriente par sa normale. Si on prend comme élément de volume un parallélépipède
est la contrainte dans le solide sur la facette de normal
. Dans le cas où le vecteur normal est colinéaire à un vecteur de base, on a:
où i correspond à la direction de la normal et j à la composante dans le plan de la facette.
1.2.1. Invariant du tenseur des contraintes
Nous pouvons définir un certain nombre d'invariant sur une matrice et donc sur le tenseur des contraintes. Les trois premiers invariants sont :
est un tenseur symétrique défini positif et donc ses valeurs propres sont réelles, notées : . Il est facile de montrer que les directions principales sont orthogonales.
On définit également la contrainte normale et tangentielle .
On définit également le tenseur des contraintes comme la somme de deux tenseurs : le tenseur sphérique, dont la forme correspond à celle du tenseur des contraintes pour une pression hydrostatique, et le déviateur des contraintes.
Il est facile de montrer que si
1.3. Les relations de compatibilité.
Quand on connaît les déplacements il est simple de déterminer les déformations, mais le Pb inverse n'est pas aussi simple : 3 composantes pour le déplacement et 6 composantes pour le tenseur des déformations. On a donc 6 inconnues et trois équations : le problème n'a pas de solution unique. Cela est dû au mouvement de corps solide : Rotation d'ensemble, translation (Mécanique des milieux indéformables). Il existe des relations de compatibilité pour soulever ces indéterminations qui sont :
Ces formules sont données sans sommation de l'indice répété.
1.4. Loi de comportement - Loi de Hook
La loi de comportement relie le tenseur des déformations au tenseur des contraintes. A chaque catégorie de matériau correspond un type de loi. Nous allons ici nous intéresser seulement au matériau élastique linéaire et donc à la loi de Hook :
[L] est un tenseur d'ordre 4, mais comme les tenseurs des déformations et des contraintes sont symétriques, il est possible d'assimiler [L] à une matrice [6,6] en utilisant une représentation vectorielle des champs de déformations et de contraintes. De plus dans le cas d'un processus adiabatique et isotherme réversible, on a :
[omega] est la densité d'énergie de déformation interne.
Donc dans un cas général, il ne reste plus que 21 constantes différentes pour qualifier le comportement d'un matériau anisotrope.
1.4.1. Matériau isotrope
Aucune direction privilégiée, matériau macroscopiquement homogène
ex : Acier, inox, plastique ....
Définition de la loi de Hook:
[lambda],u sont les coefficients de Lamè
Maintenant nous allons étudier des cas simples de chargement pour mettre en évidence des coefficients ayant des sens physiques plus évidents.
1.4.1.1. Cas compression uniforme
Le solide est soumis à un champ de pression surfacique et aucune force volumique.
les équations d'équilibre locales donnent :
En introduisant la loi de Hook et
Il est simple de montrer que est solution du problème.
Calculons
en introduisant ce résultat dans la loi de Hook, on obtient :
Maintenant si nous calculons la variation relative de volume nous avons :
La variation de volume pour une pression p est inversement proportionnelle à K, qui est appelé Module de rigidité à la compression.
Rq : Plus K augmente plus le matériau est peu compressible, et si le matériau est dit incompressible.
1.4.1.2. Cas traction simple
Considérons une poutre cylindrique de longueur L limitée à ses extrémités par deux surfaces orthogonales à l'axe de révolution. Deux forces de traction opposées sont exercées sur la poutre à chacune de ses extrémités. . F est une force répartie sur la surface . Le matériau est supposé homogène isotrope, Il suit donc une loi de Hook.
les équations d'équilibre locales donnent :
Il est simple de vérifier que la fonction est solution du Pb. En utilisant la loi de Hook on a :
En utilisant , il est facile de montrer que le module d'élasticité ou module d'Young E est égal à :
mais également que :
en posant classiquement , on en déduit que le coefficient de Poisson est :
Nous pouvons récapituler ces quantités dans un tableau :
En inversant la loi de Hook, et en introduisant les relations précédentes on obtient :
ex : Expliciter les matrices de comportement en contrainte et en déformation plane.
1.4.2. Matériau orthotrope
Définition :
Un matériau est dit orthotrope s'il a deux plans de symétrie de comportement mécanique, il y a donc trois axes d'orthotropies. Dans ce cas il y 9 constantes mécanique pour définir la loi de comportement.
exemple : Matériau composite (assemblage de pli à 0-90)
Isotrope transverse :
C'est un orthotrope mais avec une seule direction différente. C'est donc la même loi de comportement mais
exemple : Matériau composite (pli unidirectionnel à 0), bois .......

MECANIQUE DE VIBRATION

Chap. 8: MECANIQUE VIBRATOIRED’UN SYSTEME A UN DEGRE DE LIBERTE
1- VIBRATIONS LIBRES NON AMORTIES D’UN SYSTEME A UN DEGRE DE LIBERTE

11- Equation du mouvement

12- Résolution de l’équation de mouvement

13- Ressorts en parallèle ou en série


131- Ressorts en parallèle


132- Ressorts en série

14- Calculs de k


141- Méthode statique: utilisation de la loi de Hooke


142- Méthode dynamique (méthode des surcharges)
2- ETUDE DEL’AMORTISSEMENT - ISOLATION VIBRATOIRE

21- Amortissement


211- Amortissement visqueux dû à la résistance fluide


212- Amortissement non visqueux dû à la résistance fluide


213- Amortissement par frottement sec ou frottement de Coulomb

22- Etude d’un système amorti (amortissement visqueux)


221- Vibrations libres


222- Vibrations forcées dans le cas d’un machine déséquilibrée par un balourd

23- Matériaux d’isolation vibratoire

1- VIBRATIONS LIBRES NON AMORTIES D’UN SYSTEME A UN DEGRE DE LIBERTE
11- Equation du mouvement
Considérons un ensemble socle et machine de masse M, reposant sur un ressort élastique linéaire de raideur k, la surface du sol étant supposée infiniment rigide.
Appelons y le déplacement absolu du solide M.
L’application du principe fondamental de la dynamique au système permet d’écrire
soit:

Cette relation peut également être établie à partir du principe de conservation de l’énergie.
12- Résolution de l’équation de mouvement
Posons: , le terme représentant le déplacement "statique" du solide M
Par conséquent:
D’où: Soit: ou:
avec
La solution générale de l’équation ci dessus est donnée par:
ou
avec et
d’où la solution de l’équation peut s’écrire:

Remarques:
· est appelée la pulsation propre du système (rad/s)
· est appelée la période propre du système (s)
· est appelée la fréquence propre du système (Hz)
· est appelée le déplacement relatif de M (déplacement par rapport à la position d’équilibre statique)
· est l’amplitude du déplacement relatif
Lorsqu’on étudie les vibrations libres d’un système, il est surtout important de connaître la pulsation propre du phénomène. Cette valeur ne faisant pas intervenir le déplacement statique, tout revient donc à dire que pour obtenir l’équation différentielle on néglige l’action de la pesanteur, représentant toujours le déplacement relatif par rapport à la position d’équilibre statique

13- Ressorts en parallèle ou en série
Souvent, pour éviter les problèmes de résonance, on déplace les fréquences propres d’un système et on est appelé à associer des ressorts de raideurs différentes.
131- Ressorts en parallèle




Pour le système réel, on a:
Pour le système équivalent:
On en déduit:
132- Ressorts en série




Pour le système réel, on a:
Pour le système équivalent:
Or: soit:
On en déduit:

14- Calculs de k
141- Méthode statique: utilisation de la loi de HOOKE

k est égale à la pente de la droite

142- Méthode dynamique (méthode des surcharges)

par conséquent:
ce qui permet de déduire la valeur de k
2- ETUDE DE L’AMORTISSEMENT - ISOLATION VIBRATOIRE
21- Amortissement
Dans la réalité, les vibrations libres étudiées précédemment n’existent pas car il y a toujours amortissement au cours du temps et l’amplitude des oscillations diminue avec le temps. Ces forces d’amortissement s’opposent au mouvement et sont donc de signes opposées aux vitesses.
211- Amortissement visqueux dû à la résistance fluide
Dans ce cas la force d’amortissement a pour expression:
b est appelé coefficient d’amortissement visqueux. et a pour dimension MT-1
Ce type d’amortissement se produit à des vitesses faibles pour des surfaces glissantes lubrifiées (amortisseur hydraulique)
212- Amortissement non visqueux dû à la résistance fluide
Pour des vitesses de déplacements comprises entre 2 et 200 m/s, la force d’amortissement est proportionnelle au carré de la vitesse c’est à dire:
Ceci correspond à un régime hydraulique
213- Amortissement par frottement sec ou frottement de COULOMB
Ce type d’amortissement se produit lors d’un glissement sur des surfaces non lubrifiées. Durant le mouvement la force d’amortissement est donnée par la loi de COULOMB:

où N est la composante normale de l’action de contact et f le coefficient de frottement sec
22- Etude d’un système amorti (amortissement visqueux)
221- Vibrations libres
Considérons le cas précédent de la fondation de machine. en appelant Y le déplacement de M par rapport à la position d’équilibre statique, nous avons l’équation du mouvement:
soit ou
en posant: et
nous obtenons:
· Cherchons pour Y une solution particulière de la forme:
, ,
soit et
par conséquent, l’équation étant satisfaite quel que soit t, on déduit:
calculons:
a) (amortissement élevé)
soit: et
et

Le mouvement est dit "apériodique"
b) (amortissement critique)
Dans ce cas, on montre que:
et que les allures des courbes de Y en fonction du temps sont identiques à celles obtenues pour un mouvement apériodique
c) (amortissement faible)

est appelé la pseudo-période propre du système amorti. alors l’expression de Y peut se mettre sous la forme:

On obtient un mouvement "sinusoïdal amorti".
application: détermination de quand est faible:
d’où
si est supposé faible, on a

222- Vibrations forcées dans le cas d’un machine déséquilibrée par un balourd

Ce système "excitateur à balourd" est principalement constitué par un rotor muni d’une surcharge et tournant à vitesse constante. Nous supposerons le moteur monté sur un socle pouvant seulement avoir un mouvement de translation verticale.
Le principe fondamental de la dynamique permet d’écrire l’équation du mouvement
soit:

En choisissant lorsque le ressort s’allonge, nous obtenons de même:
ou avec et

a- Calcul du déplacement forcé par la méthode de FRESNEL
Cherchons Y sous la forme
soit

Par conséquent, nous obtenons
soit
ou en posant
D’autre part
Visualiser les courbes
On appelle facteur d’amplification le rapport soit
b- Variation de A
Par dérivation, nous obtenons
Cette expression s’annule pour :
·
· ce qui se produit seulement pour soit pour
Si alors pour (résonance d’amplitude)
Si l’amortissement e est supérieur à , est toujours croissante. Ceci se vérifie sur les courbes de variations de en fonction de et e . (Visualiser les courbes A = f(r) )
c- Force transmise au sol
Le critère d’efficacité d’une isolation vibratoire est défini par le rapport entre la force maximale transmise et la force excitatrice maximale. Ce rapport est appelé coefficient de transmissibilité.
La force transmise au sol a pour expression:
En ne considérant que l’amplitude des vibrations forcées, nous avons
En cherchant sous la forme
il est possible d’établir un diagramme de FRESNEL correspondant


Nous déduisons donc:

et
d’où :
or et
d’où:
On en déduit le rapport de transmissibilité
Etudions les variations de A1:
pour :
·
·
Le graphe nous montre que l’amortissement réduit le coefficient de transmissibilité pour et l’amplifie pour.. Pour des vibrations à fréquence élevée, il est donc nécessaire d’utiliser des amortissements à très faible coefficient. Par contre pour des pulsations telles que on utilisera des amortisseurs à coefficient élevé. Visualiser les courbes A1=f(r)
23- Matériaux d’isolation vibratoire
Les matériaux les plus couramment utilisés pour l’isolation des vibrations mécaniques sont le caoutchouc, le liège et le feutre. Les ressorts métalliques sont également employés. L'efficacité de chaque type dépend toujours des conditions particulières d’emploi.
- Les ressorts métalliques hélicoïdaux ont l’avantage d’être peu sensible aux états ambiants (température, graisse,...). Les inconvénients viennent de leur faible capacité d’amortissement et de leur facilité à transmettre les bruits. On peut remédier à cela en les posant sur du caoutchouc ou du feutre.
- Les supports caoutchouc sont utilisé généralement pour l’isolation des machines légères. Le caoutchouc a de bonnes propriétés d’amortissement mais elles varient en fonction de la charge, de la température et des conditions ambiantes.
- Le liège est surtout employé pour l’isolation acoustique mais donne également de bons résultats pour l’isolation mécanique de machines légères. Ses caractéristiques élevées d’amortissement ne sont pas affectée par des contacts d’huiles ou d’eaux et les variations faibles de températures. Par contre, il n’est pas parfaitement élastique.
- Le feutre permet d’éviter la transmission des vibrations hautes fréquences.

MECANIQUE VIBRATION

Chap. 8: MECANIQUE VIBRATOIRED’UN SYSTEME A UN DEGRE DE LIBERTE
1- VIBRATIONS LIBRES NON AMORTIES D’UN SYSTEME A UN DEGRE DE LIBERTE

11- Equation du mouvement

12- Résolution de l’équation de mouvement

13- Ressorts en parallèle ou en série


131- Ressorts en parallèle


132- Ressorts en série

14- Calculs de k


141- Méthode statique: utilisation de la loi de Hooke


142- Méthode dynamique (méthode des surcharges)
2- ETUDE DEL’AMORTISSEMENT - ISOLATION VIBRATOIRE

21- Amortissement


211- Amortissement visqueux dû à la résistance fluide


212- Amortissement non visqueux dû à la résistance fluide


213- Amortissement par frottement sec ou frottement de Coulomb

22- Etude d’un système amorti (amortissement visqueux)


221- Vibrations libres


222- Vibrations forcées dans le cas d’un machine déséquilibrée par un balourd

23- Matériaux d’isolation vibratoire

COMBUSTION ET SURALIMENTATION

MOTEURS THERMIQUES
Chapitre III : Moteurs Diesel



Cours 11 : Particularités du moteur dieselCours 12 : Combustion et suralimentation [Cours en PDF (565Mo)]
Cours 13 : Alimentation et injectionCours 14 : Dispositifs complémentaires
1. Introduction
Dans un moteur diesel, le processus complexe du déroulement de la combustion est lié aux caractéristiques principales suivantes :
· combustible utilisé,· pression d'injection, qualité de la pulvérisation (modèle d'injecteur),· point d'injection et taux d'introduction,· pression de compression dans le cylindre moteur (lié au rapport volumétrique),· température de l'air et quantité d'oxygène au moment de l'injection,· type de chambre de combustion (injection directe, préchambre, chambre de turbulence, ...) et homogénéité du mélange,· vitesse de rotation et température du moteur.
2. Combustibles utilisés
2.1. Généralités
Les combustibles qu'il est possible d'injecter dans les cylindres des moteurs diesel sont en général :
- le gazole et le fioul (fuel) léger (applications routières ou agricoles),- les fiouls lourds, les huiles de goudron (qui proviennent des goudrons de lignite et de charbon bitumeux) uniquement utilisées pour les gros moteurs fixes, marine ou industrie,- biocarburants (à base d'huiles végétales diverses, colza, palme, ...).
2.2. Caractéristiques de gazole
Le gazole est un des produits de la distillation ou du cracking des pétroles bruts. Son emploi est obligatoire dans les moteurs diesel routiers. Il représente un mélange complexe de nombreux hydrocarbures.Les indications qui suivent précisent les caractéristiques usuelles du gazole. En outre, elles soulignent leur importance en ce qui concerne l'utilisation de ce carburant dans les moteurs diesel.
· Masse volumique : Elle est variable suivant l'origine du pétrole brut et le mode de traitement subi (en moyenne, de 0.850 Kg/dm3 à 15ºC) et elle diminue de 0.0007 pour chaque degré d'élévation de température.· Pouvoir calorifique : Il est légèrement inférieur à celui de l'essence; sa valeur moyenne est de 10 800 Cal/Kg.· Volatilité : Pratiquement, la distillation du gazole commence vers 200ºC et se termine aux environs de 370ºC.Les spécifications légales indiquent :o limite inférieure à 250ºC (point d'ébullition initiale),o limite supérieure 350ºC (point de fin distillation).
· Viscosité : environ 9.5 mm2/s à 20ºC.· Indice ou nombre de cétane (C16H34) : (Aptitude à l'inflammation)On appelle "indice de cétane" du combustible à étudier, le pourcentage de cétane contenu dans un mélange qui produit le même délai d'allumage que le combustible essayé.Les combustibles commerciaux pour moteurs diesel ont un nombre de cétane compris entre 45 et 55 (pour le gazole moteur, l'indice doit être au moins égal à 48).
3. Processus de combustion
Dans un moteur diesel, le mélange air-combustible n'est jamais homogène car le combustible n'est injecté que vers la fin du temps de compression.Le combustible ne peut pas s'enflammer dès que commence son introduction dans le cylindre puisqu'il doit, au préalable, emprunter à l'air comprimé dans la chambre et aux parois la chaleur qui lui est nécessaire pour atteindre sa température d'auto-inflammation.Théoriquement il faut 20 à 22 g d'air pour brûler 1 g de gazole; en pratique, on utilise 25 à 30 g d'air, en moyenne, pour brûler 1 g de gazole.
Un excès d'air est toujours nécessaire car il permet :- de mieux brasser l'air et le combustible,- d'enflammer les gouttelettes non mélangées à l'air au moment de l'injection.
3.1. Compression de l'air
Le volume d'air présent dans le cylindre après le temps "aspiration" (avec un début de mouvement "tourbillonnant" selon la forme du conduit d'admission ou la présence d'un déflecteur sur la soupape d'admission) est comprimé par la montée du piston vers le PMH. Cette compression engendre une montée rapide en température, qui doit atteindre au minimum 500ºC pour assurer l'inflammation spontanée du mélange au moment d'injection
3.2. Analyse de la combustion
A partir du début de l'injection, quatre phases successives se déroulent :
Le délai d'inflammation (Points A-B, fig.12.1.)C'est la phase (très courte) préparatoire à la combustion, qui sépare le début de l'injection du début de l'inflammation du combustible. Ce délai, lié à la nature du combustible (indice de cétane) et à certains phénomènes physiques et chimiques se décompose en :- Délai physique : c'est le temps pendant lequel les fines gouttelettes de gazole s'échauffent au contact de l'air jusqu'à leur "vaporisation" (variable selon la température de l'air, la vitesse, la dimension des gouttelettes et la viscosité de combustible, ...).
- Délai chimique : Pendant le temps qui procède l'inflammation, se réalise "oxydation" du combustible. La durée est comprise entre 0.001 et 0.002 seconde, une montée constante de la pression de compression a lieu pendant cette phase, proportionnelle à l'angle de rotation du vilebrequin (10 à 20º).
A-B Délai d'inflammationB-C Combustion rapide (phase incontrôlée)C-D Combustion principale (phase contrôlée)D-E Post combustion ou phase par diffusionA Début d'injectionD Fin d'injection------ Courbe sans injection Fig.12.1. Chronologie de la combustion
Propagation de la flamme (points B-C, fig.12.1.)Le mélange carburant c'est formé, et le processus d'inflammation s'amorce en une multitude de points, à une vitesse extrêmement grande (présence d'un excès important d'oxygène et d'une masse de combustible pulvérisé durant le délai d'inflammation).La vitesse de combustion (1000 à 1200 m/s) définit la montée en pression dans le cylindre et le bruit résultant de cette phase (combustion rapide ou phase incontrôlée).
Combustion principale (points C-D, fig.12.1.)L'injection se poursuit, le combustible continue à brûler progressivement, la vitesse de combustion diminue, tandis que la pression et la température continuent à s'élever. C'est la phase de combustion "contrôlée" (en fonction du volume de combustible injecté par degré de rotation du vilebrequin).C'est lors de cette phase, qu'une scission des molécules du combustible (cracking) s'effectue et donne naissance à :- des produits gazeux et légers qui brûlent,- des produits plus lourds (goudronneux) plus difficiles à brûler.
Post combustion ou combustion diffusante (points D-E, fig.12.1.)La fin d'injection (fermeture de l'injecteur) se produit au point "D", mais le mélange carburant restant continu à brûler.Les conditions sont de plus en plus défavorables :- raréfaction de l'oxygène,- volume croissant de la chambre de combustion (pression et température en baisse rapide, descente du piston vers le PMB),- hydrocarbures restants difficiles à brûler.
La durée de cette dernière phase est liée aux deux précédentes (une qualité de pulvérisation médiocre ou une mauvaise combustion principale vont augmenter la post combustion). La phase de post combustion doit être la plus courte possible, toute durée supplémentaire se traduit par une augmentation de la température des gaz d'échappement et une baisse de rendement.

moteurs thermiques

MOTEURS THERMIQUES
Chapitre III : Moteurs Diesel



Cours 11 : Particularités du moteur dieselCours 12 : Combustion et suralimentation
Cours 13 : Alimentation et injection (suite)Cours 14 : Dispositifs complémentaires
2. Systèmes d'injection
2.1. Rôle
La pompe d'injection doit refouler sous pression vers chaque injecteur un volume précis de combustible, à l'instant prévu, et pendant une durée déterminée, à travers un circuit hydraulique comprenant soupape de refoulement, raccord et conduite haute pression.
2.2. Condition à remplir
· Le dosage doit correspondre très exactement aux besoins du moteur (suivant la charge),· Il doit être rigoureusement égal pour chaque cylindre du moteur,· L'injection doit s'effectuer à un instant très précis,· L'injection doit se produire pendant un laps de temps très court et sans égouttement ultérieur,· La précision dans l'usinage de la pompe, notamment des pistons et des cylindres, doit être très poussée :
- la pression instantanée atteinte une valeur très élevée : 1000 bars,- la quantité de combustible à refouler par coup de piston est très variable suivant les types de moteurs.
2.3. Pompe d'injection Bosch taille "A"
2.3.1. GénéralitésCe type de pompe est commandé par l'arbre à cames et par l'intermédiaire des poussoirs à galets, les pistons ou éléments de pompage possèdent une course de levée constante.Cette course est en fonction de la taille de la pompe. Par exemple : taille A 7 mm; taille MW 10 mm.
Les pistons sont ramenés vers le PMB par des ressorts dont le tarage est fonction de la vitesse maximale de la pompe, qui tourne à la demi-vitesse du moteur.Le dosage du combustible est assuré par le déplacement en "rotation" des pistons, à l'aide de douilles, reliées à des secteurs dentés réglables en liaison avec la tige de réglage, appelée aussi "crémaillère".
Fig.13.5. Pompe Bosch taille A avec graissage moteur
2.3.2. Eléments de pompage (pistons)Fonctionnement
a) Admission du combustible (remplissage)Au PMB, le piston découvre les orifices 0 et 01 d'arrivée du combustible. Celui-ci pénètre dans la chambre V et par la rainure verticale, dans la chambre X, poussé par la pression d'alimentation.
b) PrécourseC'est la course parcourue par le piston entre le PMB et le début de refoulement.
c) Début de refoulementLe piston ayant effectué la précourse, obture les orifices d'arrivée 0 et 01. C'est le début de refoulement et le combustible comprimé soulève le clapet de refoulement, parcourant ainsi la course de détente.
d) Course utileC'est la course comprise entre l'ouverture de la soupape de refoulement et la fin de refoulement (libération de l'orifice de décharge par la partie inférieure de la rampe du piston).
e) Fin de refoulement (décharge)Dès que l'arête inférieure de la rampe hélicoïdale découvre l'orifice 01, la pression chute brusquement et le clapet de refoulement retombe sur son siège. Le combustible dans les chambres V et X est remis à la pression d'alimentation.
Le piston continue ensuite sa course jusqu'au PMH (course de la came).
Fig.13.6. Pompe d'injection Bosch taille A
Fig.13.7. Mécanisme de commandede rotation du piston
Fig.13.8. Position de piston dans le cylindre
La quantité de combustible refoulée dépend du temps pendant lequel le piston couvre l'orifice de décharge 01; c'est la course utile.Ce temps est modifié par la rotation du piston. Elle fait varier l'instant de la fin du refoulement déterminé par la rampe hélicoïdale.Les figures 13.8.a, b, c montrent les positions de plein débit, de débit moyen et de ralenti. Dans la figure 13.8.d, la rainure verticale est en ligne avec l'orifice 01, aucun refoulement n'est possible, c'est la position d'arrête ou stop.Pour obtenir la position désirée de la rampe hélicoïdale, on fait tourner le piston au moyen d'un mécanisme de commande.
2.3.3. Soupape de refoulementLeur rôle est de détendre rapidement, après chaque injection, la pression dans les tuyauteries HP, afin d'obtenir une fermeture franche de l'injecteur, tout en maintenant une pression résiduelle déterminée.
Soupape à réaspirationDébut de refoulement : le piston de pompe comprime le combustible, la pression d'injection P devient supérieure à la pression P' (charge du ressort + pression résiduelle) et soulève la soupape. Le combustible s'écoule au moment où le piston de détente dégage l'orifice.
Fin de refoulement : le refoulement du combustible cesse lorsque la pression P devient inférieure à la pression P'. la fermeture de la soupape s'effectue alors en deux phases :· l'arête inférieure du piston de détente vient en contact avec la partie rectifiée du siège et la communication est interrompue.· la soupape continue sa retombée jusqu'à la fermeture complète en réaspirant dans la tuyauterie un volume :
V - volume de réaspirationS - surface du piston de détenteh - hauteur de retombée
Fig.13.9. Soupape à réaspiration Bosch
Clapets à billes
Ils sont constitués de deux corps superposés comportant chacun une bille.En fin d'injection, la bille du corps inférieur retombe la première sur son siège et il en résulte une chute de pression dans le corps supérieur. Le combustible contenu dans la tuyauterie de refoulement se détend et entraîne la fermeture de la seconde bille. Fig.13.10. Clapets à billes