LE VOLANT MOTEUR
Le volant moteur, comme vous pouvez le voir sur notre bicylindre, se situe entre le moteur et la boite de vitesse et sur lequel s’appuie lembrayage.
Sont objectif principal est de régulariser le fonctionnement du moteur en réduisanr les variations du couple moteur en recueillant puis en restituant la force vive communiquée par les explosions.
Il se compose d’un disque pesant fixé à l’extrémité du vilebrequin du côté de la transmission.
Un moteur monocylindre serait dans l’impossibilité de fonctionner sans volant, il s’arrêterait immédiatement après le temps moteur ; le rôle du volant est d’être lancé par l’impulsion motrice du troisième temps et de maintenir ensuite en mouvement le moteur aux temps suivants jusqu’à ce qu’il reçoive une nouvelle impulsion.
A la mise en marche, le volant ne pouvant remplir ce rôle, il est nécessaire de faire tourner le moteur par un démarreur pour les fonctions d’admission et de compression. La bielle et le vilebrequin emmagasinent aussi une certaine force vive mais comme on les construit aussi légèrement que possible, leur force vive est insuffisante pour franchir les temps résistants entre deux temps moteurs.
La régularité du couple moteur permise par le volant est très imparfaite.
Au temps de l’explosion l’excès de couple produit une accélération du moteur qui permet l’accumulation d’énergie dans le volant, suivie d’une décélération pendant laquelle cette énergie est restituée.
C’est la valeur moyenne du couple qui est prise en considération, comme nous le verrons plus loin en examinant les performances du moteur.
Le volant est moins indispensable pour les moteurs multicylindres, d’autant moins que le moteur a plus de cylindres, il sert seulement à régulariser le couple de ces moteurs.
Néanmoins un moteur à six ou même à huit cylindres calerait fréquemment en cours de fonctionnement en l’absence d’un volant.
STRUCTURE DU VOLANT
Le volant se compose (l’un disque de fonte ou d’acier avec jante épaisse.
Sur la jante est fixée la couronne dentée de démarrage. En outre le volant sert accessoirement de paroi avant et de support à l’embrayage.
La fixation du volant se fait par boulonnage sur le plateau terminal du vilebrequin.
Dans les moteurs anciens le volant est fixé au vilebrequin avec serrage par écrou central.
LA RÉGULARITÉ DE FONCTIONNEMENT
La forme du volant avec sa jante épaisse s’explique par les considérations suivantes : la force vive d’un corps quelconque animé d’un mouvement de rotation est représentée par la formule :
où w (oméga) est la vitesse de rotation en tours/minute ;
m est la masse (quotient du poids par l’accélération de la pesanteur) ;
R est le rayon, c’est-à-dire la distance de la masse in au centre.
D’après cette formule on voit l’importance de la longueur du rayon, le volant emmagasinant une force vive en rapport avec le carré de la longueur du rayon.
Il s’ensuit que le volant possède une jante épaisse aussi éloignée que possible du centre, le disque central appelé toile ayant seulement pour rôle de supporter la jante.
Le dimensionnement du volant d’un moteur déterminé dépend encore de diverses considérations : il doit être lourd pour faciliter le démarrage par une grande force vive lorsqu’il est lancé par le démarreur, lourd encore pour obtenir une marche régulière au ralenti, mais léger pour favoriser les vives accélérations, enfin la longueur du rayon est limitée par une question d’encombrement.
Cela conduit à adopter un compromis entre ces exigences diverses.
On conçoit que l’importance relative du volant, d’un moteur à l’autre, varie fortement pour les raisons ci-dessus de nombre des cylindres : en supposant égale à 100 l’inertie d’un volant de monocylindre, l’inertie d’un volant d’un bicylindre devra être de l’ordre de 80, celle d’un quatre cylindres 45 et celle d’un huit cylindres environ 10.
COUPLE MOTEUR
Nous avons vu que la fonction du moteur est naturellement de fournir un certain travail mais sous forme d’un mouvement de rotation, en conséquence par l’action d’un couple de forces.
En principe, un couple de deux forces parallèles et opposées agissant sur un corps tend à le faire pivoter autour du centre de la droite reliant les points d’application des deux forces.
Toutefois dans le moteur l’embiellage est disposé de telle manière qu’une des deux forces s’applique au maneton à l’extrémité du bras de manivelle auquel elle im-prime le mouvement.
L’autre force s’exerce sur l’axe du vilebrequin, elle ne sert qu’è l’appliquer sur son palier, et à cause de la réaction, elle n’agit pas sur le mouvement.
Nous savons d’autre part que l’effort moteur ainsi réalisé n’existe qu’au troisième temps du cycle Beau de Rochas, mais le volant restitue à peu près uniformément, grâce à son inertie, les impulsions reçues.
C’est par le volant que se transmet l’effort de propulsion du véhicule, c’est encore au volant que se mesure le couple au banc d’essai.
Ces notions permettent de définir le couple moteur.
Le couple est l’effort instantané développé par le moteur, c’est-à-dire le produit de la force par la longueur du bras ou rayon de manivelle tel que :
C = F X r
Le couple C s’exprime en mètres-newton ou par le multiple de cette unité le mètre-décanewton ou m.da N.
En partant de l’ancienne unité le m.kgf, et étant donné que 1 kiloforce = 0,981 décanexton, un moteur ayant par exemple un couple ded 20 m.kgf équivaut à : 0,981 X 20 = 19,62 m.daN.
Les couples relevés au banc d’essai permettent de dessiner la courbe des couples pour les divers régimes de rotation du moteur.
On constate que le couple maximal se trouve à une vitesse de rotation modérée aux environs des 3.000 tr.mn (3.250 à 3.500), pour le moteur Panhard, mais aux alentours des 2.000 à 2.500 pour un 4 cylindres normal, ce qui est dû au remplissage optimal des cylindres à ce rfégime de rotation.
La notion de couple est au moins aussi intéressante que celle de la puissance et elle exprime mieux les possibilités d’accèlération du moteur sous charge.
Dans l’utilisation pratique du moteur entraînant le véhicule, il n’est pas souvent possible d’utiliseer la puissance maximale.
L’emploi de hauts régimes de rotation implique d’ailleurs des inconvénients, principalement l’accroissement de consommation par suite de l’abaissement du rendement.
Un moteur disposant d’un fort couple aux bas régimes peut donc être plus avantageux qu’un moteur qu’on est obligé de faire tourner rapidement et dont il est nécessaire d’accroitre le couple à l’aide de la boite de vitesses.
Le premier tendra à conférer au véhicule des accélérations brillantes, tandis que le second sera propice à l’obtention d’une grande vitesse dans les régimes de rotation élevés : c’est le cas des bicylindres Panhard.
DESEQUILIBRAGE DU VOLANT MOTEUR : Masse sur coupelle turbine Panhard. C’est Jean Paul César (technicien Panhard) qui nous explique ce phénomène
Imaginons un moteur PL virtuel qui n’aurait qu’un seul palier au milieu de la savonnette, avec un volant standard équilibré et une coupelle de turbine sans masselotte.
Au début de la combustion dans le cylindre gauche, on va se trouver (pour faire simple) avec un couple de basculement du vilo vers le bas du schéma pour le côté volant et vers le haut pour la cou-pelle. On aura donc un effet « lacets » ou « rocking couple » en Anglais !
PALLIATIF PANHARD
On déséquilibre le volant de 27 Gr (pourquoi 27 Gr ?, je n’ai pas la réponse ! probablement de façon expérimentale ) sur un rayon de 120mm, ce qui donne à 6000T/mn une force centrifuge F=mw2r
F(N),m (masse en Kg), w (vitesse angulaire en rad/sec), r (rayon de courbure en m.)
Soit : W= oméga= 2pi*f= 6,28*6000/60=628
F=0,027x(628)2×0,12=1728N (128Kgf)
Sur le volant l’allègement est situé à 14°30 après le PMH (effort maxi sur le vilo), ceci équivaut donc à un balourd à 180° de ce point.
Ce balourd va être compensé coté poulie par une masse sur la coupelle (qui a une position angulaire précise repérée sur la poulie par une flèche).
Cette masse de 80Gr (mesurée) est en phase avec les 3 trous du volant, elle est sur un rayon de 40 mm.
La force centrifuge F provoquée par cette masse, pour une rotation à 6000T/mn est de :
F. 0,08x(6,280,04=1262N (126Kgf)
On compense donc « aux erreurs de mesures près » le déséquilibre du volant (128Kgf).
On peut comparer ceci à un bâton de funambule qui a une masse de 128 kg à chaque extrémité qui stabilise le funambule sur son câble.
Comme pour le funambule, l’inertie de ce système s’oppose à toute oscillation transversale du vilo à chaque combustion (explosion), soulageant les paliers AV et AR et limitant les vibrations.
NB: le volant est équilibré avant cette modification.
Il est évident que toute modification du volant impose de respecter le déséquilibrage !
Charly RAMPAL et Jean-Paul CESAR