Phénomènes fondamentaux des vibrations des moteurs d’automobile

Abstract

Les vibrations du groupe motopropulseur (GMP) a basses et a moyennes frequences, soit entre 20 Hz et 700 Hz , representent un enjeu tant en fiabilite qu’en confort et en bruit a l’interieur de l’habitacle. En effet, dans cette bande de frequences, le GMP est la source majoritaire des vibrations et du bruit percus a l’interieur du vehicule et les voies de passage principales sont les points d’attache du GMP a la structure du vehicule. La maitrise de ces vibrations necessite une comprehension des phenomenes et une analyse des facteurs les plus influents. Cet article est un approfondissement d’une partie de l’article [BM2773], il se focalise sur les vibrations des supports du GMP mais il faut garder en tete que les vibrations du GMP se transmettent egalement par les arbres de transmission. Cet aspect n’est pas aborde ici mais on peut considerer en premiere approximation que les transmissions sont excitees en deplacement impose par le differentiel de la boite de vitesses. Certains resultats presentes dans cet article pourraient donc etre exploites comme donnees d’entree d’un eventuel modele d’arbre de transmission. Les analyses exposees ici concernent des moteurs a quatre temps d’architecture a trois ou quatre cylindres en ligne car ce sont les moteurs les plus repandus dans le monde et en particulier en Europe. Neanmoins, mise a part la specificite des excitations relatives a ces deux architectures, l’approche proposee consistant a modeliser tres simplement les composants principaux du GMP conserve un caractere assez general applicable aux autres architectures. Precisons pour le lecteur non familier des moteurs a pistons que la frequence fondamentale des efforts d’inertie developpes dans chaque cylindre est la frequence de rotation du vilebrequin et que la frequence fondamentale du torseur des gaz d’un cylindre est la moitie de la frequence de rotation du vilebrequin dans le cas d’un moteur a quatre temps puisque, dans un cylindre, il y a une combustion tous les deux tours de vilebrequin. Dans le cas des moteurs deux temps, la frequence fondamentale du torseur des gaz d’un cylindre est egale a celle des efforts d’inertie puisque, dans un cylindre, il y a une combustion a chaque tour de vilebrequin. Les motoristes ont pris comme convention de rapporter la frequence de chaque phenomene periodique a la frequence de rotation du moteur. Une des consequences de cette convention est l’ existence d’harmoniques non entiers pour des moteurs a nombre de cylindres impair . En particulier, pour un moteur quatre temps a trois cylindres en ligne equirepartis (c’est-a-dire que les trois combustions sont regulierement espacees), il y a une combustion tous les 240 degres vilebrequin, soit trois combustions pour deux tours. La frequence fondamentale d’excitation des gaz vaut donc 3/2 celle de la rotation du vilebrequin. On cree ainsi un harmonique d’ordre 1,5 selon cette convention. Nota le lecteur pourra egalement consulter l’article [BR 2770] sur les phenomenes fondamentaux de l’acoustique des moteurs d’automobile.