Equilibrage moteur 3, 4 enligne et flat 4 ?

[flyingman]

Bonjour a tous.

J'aimerais avoir quelques informations sur l'équilibrage (primaire et secondaire ) des différentes architechtures moteurs.


Sur un 4 cylindre en ligne, le syteme d'équilibrage (quand il existe), est il uniquement là pour équilbrer les osillation secondaires?
Les oscillation primaires, elles, étant déja équilibrées( par le nombre pair de cylindre?).

Sur un 3 cylindre en ligne, le syteme d'équilibrage (quand il existe), est il uniquement là pour équilbrer les osillation primaires?
Les oscillation secondaires, elles, etant déja équilibrées (par l'angle de 120 degres des manetons?).

Et enfin pour le flat 4, faut-il un syteme d'équilibrage?(J'ai lu sur wiki: http://en.wikipedia.org/wiki/Engine_balance que ces moteurs étaient équilibrés avec, je cite:

with two geared crankshafts

que je ne saurais traduir.

D'avance merci.

[swiftlightpas]

L'équilibrage primaire est assuré par le contre-balancement des masses et la répartition homogène des impulsions, le secondaire c'est l'équilibrage dynamique (torsions, inerties,etc...) et la correction des harmoniques...
Le moteur 4 cylindres en ligne est moyennement bien équilibré sur les 2 tableaux: on ne choisit cette configuration que pour l'économie à la construction ou l'encombrement.
Le 3 cylindres en ligne a en principe besoin d'arbres d'équilibrage (balance shaft) pour réduire les vibrations secondaires mais offre un bon compromis entre un bicylindre et un 4 cylindres, raison du choix fréquent de cette configuration sur les motos et les voitures à moteurs "downsizés" (déduit les pertes par frottements et le poids/cv) et produit en plus un bruit très sympathique...
le flat 4 ou "boxer" est naturellement bien équilibré...pour un 4 cylindres...

Dans tous les cas il faut des contrepoids d'équilibrage sur le vilebrequin, même si certains moteurs anciens en ligne à régime lent s'en passent...l'équilibrage ne dépend pas que de la géométrie du moteur mais aussi du nombre de paliers (torsions du vilebrequin), de la course des pistons,etc...

"two geared crankshaft" est une certainement un erreur car il n'y a pas 2 vilebrequins, par contre il y a 2 ou 4 arbres à cames (camshaft)...et un 8 en ligne est peut-être bien équilibré, mais fragile à cause des torsions sur son très long vilebrequin, ce qui nécessitait au minimum un damper ou encore 2 vilebrequins accouplés ...

[flyingman]

Merci pour cette reponse, mais je cale un peu sur la nature de ces equilibrages!

L'équilibrage primaire est assuré par le contre-balancement des masses

Cela signifit-il que qu'on pourrait tres bien avoin un monocylindre parfaitement equilibre avec par example une masse ajouter (a l'opposer du maneton) sur le vilbrequin?

et la répartition homogène des impulsions

Une impulsion, s'agit-il des explosions du cycle 2 et 4 temps?

Qu'est-ce qu'une repartition homogene des impulsions?
Par example un bicylindre en ligne (4T) avec un montage a 360 et 180 degres, lequel des deux va avoir une répartition homogene?

Si l'équilibrage primaire implique c'est deux conditions, cela signifit-il qu'un monocylindre (2 ou 4 Temps) ne pourra jamis etre en equilibre primaire?


Les moteurs naturelement equilibrés(primaire et secondaire) sont les 6 cylindres en ligne et les flat 6.
Faut il opter pour le flat 6 a cause de son abre plus court?

.l'équilibrage ne dépend pas que de la géométrie du moteur mais aussi du nombre de paliers (torsions du vilebrequin),

Et pour finir, le moteur en étoile est-il le moteur parfait(abstration faite de l'encombrement)?

D'avance merci.

[swiftlightpas]

Etant donné qu'un moteur à pistons classique comporte des masses excentrées , il faut forcément les compenser quelque part...et c'est dans les contrepoids du vilebrequin...(on ne tient compte que de 60 à 70% du poids de la bielle pour calculer les contrepoids), ce qui explique aussi l'influence grandissante avec le régime des masses alternatives (sur un moteur courant , un piston de 500 grammes (et donc aussi le vilebrequin) peut encaisser des forces de l'ordre de 2500G soit ~1,2 tonnes!)
Un monocylindre surtout de forte cylindrée, est mauvais niveau vibrations: 1 impulsion par 2 tours+ forte inertie de l'équipage mobile= un marteau piqueur à bas régime...pour un 2 temps c'est un peu "moins pire" avec une impulsion par tour...
Sur un multicylindre, les motoristes essayent dans la mesure du possible d'égaliser angulairement les temps moteur, soit pour un 4 cylindres une explosion tous les 180°.Sur le fameux V6 PVR tant décrié, le calage du bloc à 90° des cylindres le rendait rugueux à bas régime, un comble pour un 6 cylindres, car pour un V6 il faut un calage à 60° pour avoir des temps égaux...du coup dans sa seconde version il a eu des manetons de vilebrequin décalés pour compenser...
Sur un moteur de Harley davidson angulé à 45°par exemple, la régularité cyclique est mauvaise, ce qui produit d'ailleurs le fameux bruit très particulier "potato" et les vibrations qui desserrent tous les boulons non assurés au frein filet...

Un flat 6 est meilleur en effet, mais la différence avec un 6 en ligne n'est pas énorme si le vilebrequin comporte une paire de contrepoids par bielle, un flat 4 peut être très correct dans les mêmes conditions (donc avec 8 contrepoids), par contre un 4 en ligne peut nécessiter des arbres d'équilibrage s'il a une forte cylindrée unitaire et un régime maxi élevé (c'était le cas du moteur de la Porsche 944...par contre le moteur Citroën de même cylindrée (2500cc) s'en passait grâce à un régime maxi modéré, même remarque pour les moteurs d'avion de très grosse cylindrée unitaire mais à régime lent...
Le moteur en étoile a pas mal d'avantages en particulier la grande robustesse du vilebrequin, la simplicité mécanique et un bon refroidissement, mais n'est pas parfait (même en double étoile encore mieux équilibré) car la course diffère légèrement entre la bielle maîtresse et les bielles secondaires...

Le seul moteur à explosion presque parfait niveau équilibrage, c'est le wankel birotor...mieux que ça il n'y a qu' un turboprop

Tu n'es pas tenté pour essayer de l'avionner ?
Admin

La suite sur le Wankel a été coupée et collée dans le sujet WANKEL : http://www.forum-ulm-ela-lsa.net/viewto ... 97&start=0
Admin

[flyingman]

Rebonjour a tous.

J'ai encore quelques questions:

Vaut-il mieux un moteur (tout configuration confondu) avec un vilbrequin avec contre poids integrés plutot qu'avec un arbre d'équlibrage?

Un arbe d' équlibrage doit s'user a la longue, pas un contre poids, non?

D'avance merci.

[swiftlightpas]

Les contrepoids du vilebrequin et les arbres d'équilibrage (qui tournent en sens inverse du moteur) ont 2 fonctions différentes, ne mélangeons pas torchons et serviettes

[serge5694]

pour avoir équilibré mon moteur en étoile par le calcul j'ai quelques notion d'équilibrage.
on parle de vibration de 1er ordre, 2émé ordre, etc.

l'idée est d'équilibrer les forces autour de l'arbre moteur et celles alternatives également les forces de torsion
les moteurs les plus simple a équilibré sont les flats 4 cylindres 2temps quand les pistons montent de façon opposé, l'inertie des pistons s'annule aussi bien que toute les autres force de rotation et également les explosions, pas besoins de masse d"équilibrage, cas du moteur hirt f30
pour le même moteur 4t l'équilibrage reste identique mais les temps moteur ne sont plus opposé. plus le moteur tourne vite et plus les vibration sont rapproché et donc moins ressentie

prenons le cas d'un mono 4t

il faut rappeler que l'inertie du piston et de la partie de bielle rattacher (la moitié en générale mais ça dépend de la longueur de cette dernière) n'est pas la même vers le haut que vers le bas, le piston atteint sa vitesse max quand l'axe du vilo celui du maneton et celui du piston forme un angle droit on voie donc très bien que le temps (ou nombre de degrés) n'est pas le même à l'approche du point mort haut que vers le point mort bas. donc un piston qui ralentie a l'approche du PMB a moins d'inertie (on n'a plus de temps pour le ralentir) que lorsqu'il arrive au PMH même chose pour l'accélération.

le maneton sont roulement et la partie de bielle autour du maneton sont parfaitement équilibrable, on ajoute donc une masse pour contre balancé l'inertie moyenne du piston, mais un autre problème apparait, quand le vilo est entre le PMH et le PMB plus rien ne oppose à la masse d'équilibrage du vilo, donc on cherche un compromis ou sur les moteurs moderne de moto le plus couramment on utilise un arbre secondaire qui tourne en sens inverse sur le quel on place la moitié du contre balancement du piston et on laisse l'autre moitié sur le vilo, quand le piston est en haut les 2 contres poids sont en bas après 1/4 de rotation les 2 contres pois ce fons opposition, etc.
la on arrive a quelque chose pas top mal mais reste les temps moteur la compression ne change presque rien au ralentissement du piston à l'arrivée au PMH par contre a la descente le piston n'est plus tiré par la bielle comme lors de l'admission mais bien poussé par la dilatation des gaz et arrivé au PMB il faut contré l'inertie du piston plus la poussé des gaz (déjà réduite) il faudrais donc un contre balancement supérieur a l'arrivée au PMB après explosion et moins de contre balancement passé le PMH après explosion et ce un tour sur deux. il me semble que ça reste le problème.

la solution est donc de multiplier les cylindres pour répartir au mieux les temps moteur.

pour un 4 en ligne quand 2 pistons sont en haut 2 sont en bas donc presque équilibrage a 1/4 rotation 2 têtes de bielle s'oppose aux 2 autres les vilo non pas de masse d'équilibrage, un arbre secondaire peu être monté pour contré les temps moteur mais cet masse en rotation qui atténue les temps moteur augmente les vibrations dans les autres phases la encore on fait une moyenne.

sur un 4 flat 4t on pourrait avoir un équilibre (presque, voir plus bas) parfait des forces d'inertie en faisant exploser les 2 cyl avant en même temps et ainsi de suite mais d'autres éléments viendraient troubler ce bel attelage, la régularité de la rotation serait moins bonne, les effort sur le vilo plus importante et des oscillations sur l'axe vertical (torsion évoqué au début) seraient encore plus forte.

reprenons notre moteur hirt f30 quand les 2 pistons avant arrivent au PMH le moteur veux tourner sur la droite (cylindre avant a drt) les bielles ne travaillant pas sur le même plan, les piston arrière eux arrive au PMB et contre cet effet, l'inertie supplémentaire donné par le temps moteur (poussé moins forte et moins longue sur un 2t que sur un 4t du a la lumière d'échappement déjà ouverte depuis un moment) équilibre plus ou moins la différence d'inertie des piston entre le PMH et le PMB. ce moteur si les accessoirs, volant allumage réducteur etc étaient bien équilibré pourai très peu vibré.

avec l'étude de cet vibration supplémentaire on peu comprendre qu'un bi cyl en ligne 2t est mal équilibré autour des axes X et Y passant par le centre du vilo entre les 2 bielles.

sur un bi en ligne 4t les piston sont le plus souvent calé ensemble pour répartir les temps moteur à 360° on ce retrouve donc dans la même configuration qu'un mono cylindre

sur les moteurs à simple étoile les inerties peuvent être contré par une masse d'équilibrage et toute les phase de la rotation sont identique pour les forces d'inerties (toutes les bielles dans le même plan), reste les temps moteur mais reparti tout au tour du vilo donc moteur faiblement vibrant.

le moteur 4t le plus simple reste le flat 4 ou 4 en ligne, les moteur a plus de cylindres ne sont pas monté sur les ulm
les moteur en v sont mal équilibré en dessous de 6 cyl
reste les 3 cylindres que je n'ai pas du tout étudier

[serge5694]

pour les moteurs 3 cyl calé donc à 120°

imaginons le moteur monté verticalement dans un aéronef tractif et nous assis dedans, cyl 1 devant, axe y verticale axe x transversale et z dans l'axe du vilo.

les 3 manetons les parties de bielle rattaché et les masses d'équilibrage éventuel sont répartie autour de l'axe z et s'équilibre donc autour de cet axe.
l'inertie du piston arrivant au PMH (force vers le haut) est contré par l'accélération du piston montant (force vers le bas) et le ralentissement du piston descendant (force également vers le bas), je n'ai pas fait le calcul, trop long, mais ça va dans le bon sens.

ou ça se complique c'est autour des axe x et y.
quand c'est le piston 2 qui arrive au PMH ou PMB pas de problème les force opposé ce trouve de part et d'autres, par contre quand li s'agit du 1 ou du 3 le moteur vas pivoter autour de l'axe x.
par ex: quand le piston 1 arrive au PMH la force est vers le haut et devant, on a en contre partie les forces des pistons 2 et 3 vers le bas au milieu et en arrière le moteur bascule donc autour de x traversant le vilo entre les bielle 1 et 2 (mais plus proche de la 1). pour limité ce phénomène certain motoriste on donc ajouté des masses sur le vilo comme s'il s'agissait de trois mono cylindre colé, mais pour le coup on accentue les variations autour de y , ex: quand le piston 2 arrive au PMH ou PMB les masses sur le vilo du 1 ce trouve éventuellement a gauche tandis que la 3 est a droite.
on a donc recours a un arbre secondaire tournant à la même vitesse et sens inverse avec des masselottes opposé les plus éloigné possible.

[swiftlightpas]

Un vilebrequin idéalement conçu a en effet un contrepoids de chaque côté de la bielle.Tous les moteurs de course sont conçus ainsi: ça permet de réduire les contraintes de torsion à très haut régime.
Ensuite il faut rajouter un équilibrage soigné (statique et dynamique), les moteurs de série (sauf haut de gamme) étant souvent assez approximatifs de ce côté là...

[flyingman]

Rebonjour a tous.

Juste une question supplementaire pour voir si j'ai bien compris la difference entre equilibre statique et dynamique.

Prenon par example un flat twin a calage 360° (1) et un flat twin a calage 180°(2).

le (1) a un bon équilibre dynamique car les pistons se deplacent dans le meme sens: quant un monte dans le cylindre le 2ieme descend, C'est bien cela? Mais (1) a mauvais equilibre statique (pour la meme raison que citée precedement).

Le (2) a un bon équilibre statique car les pistons se deplacent en sens "inverse" quant un monte dans le cylindre le 2ieme monte aussi, C'est bien cela? Mais (2) a mauvais equilibre dynamique (pour la meme raison que citée precedement).

D'avance merci.

[swiftlightpas]

en simplifiant: équilibrage statique= équilibrage des masses et équilibrage dynamique= prise en compte des inerties et des impulsions de couple...
selon le calage, les inerties seront plus ou moins importantes, mais ce qui variera beaucoup c'est la régularité du couple au tour et donc les vibrations et torsions qui sont une autre composante de l'équilibrage dynamique...
sur un flat twin on a toujours des mouvements opposés: soit les 2 pistons s'écartent du vilebrequin soit ils s'en approchent, s'il allaient en sens contraire on aurait des réactions inertielles énormes...