Moteur MCE-5 - Définition et Explications

Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.

Introduction

Un moteur MCE-5 (de l'anglais « Multi Cycle Engine - 5 parameters ») est un type de moteur à compression variable VCR (Variable Compression Ratio).

Il s'agit d'un moteur fonctionnant sur le principe d'un moteur à allumage commandé (Un moteur à allumage commandé, plus communément appelé moteur à essence en raison du type de carburant utilisé, est une famille de moteur à combustion interne, pouvant être à mouvement...) dont le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de la chambre de combustion (Une chambre de combustion est une enceinte capable de résister à des changements de pression et de température brusques, dans laquelle on déclenche volontairement une combustion entre des éléments chimiques...) varie continûment en fonction de la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un...) du moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...). Pour cela, le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il...) utilise un mécanisme classique bielle-manivelle associé à des engrenages à longue durée de vie (La vie est le nom donné :), réalisant un piston à la cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le mouvement des corps, en faisant abstraction des causes du mouvement (celles-ci sont généralement modélisées...) parfaitement verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.), débarrassée des contraintes radiales, principale source de frottements.

Co-financé par l'État français, le moteur MCE-5 (Un moteur MCE-5 (de l'anglais « Multi Cycle Engine - 5 parameters ») est un type de moteur à compression variable VCR (Variable Compression Ratio).) a nécessité près de 20 millions d'euros d'investissements et a mis en pratique les connaissances de 45 sociétés européennes. La priorité de la société MCE-5 est la commercialisation en grande série à moyen terme. Les premiers moteurs MCE-5 VCRi pourraient apparaître d'ici 2012 sur les modèles automobiles Peugeot (Peugeot est une marque de constructeur automobile français fondée par Armand Peugeot de la famille Peugeot en 1896. Le siège est à Paris et les bureaux d'étude...), la marque française en ayant acquis une licence.

Principe

Dessin fonctionnel du principe du moteur MCE-5.

Le moteur MCE-5 est moteur à allumage commandé, fonctionnant grâce à la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) du mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de...) air-essence selon le principe thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition est...) développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites...) par Beau de Rochas. Il s'agit de surcroit d'un moteur VCR (« Variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un...) Compression Ratio ») dont le taux de compression (Le taux de compression est une mesure de la performance d'un algorithme de compression de données informatiques. Il est généralement exprimé en pourcentage,...) varie en fonction du régime moteur et de la charge en faisant varier le volume de la chambre de combustion.

Ces moteurs présentent un meilleur rendement thermodynamique en raison de l'augmentation de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) lors de la combustion. En effet, les lois thermodynamiques démontrent que plus la pression dans la chambre est élevée, meilleur est le rendement. Cependant, les moteurs à allumage commandé sont sensibles au phénomène de cliquetis, si bien qu'il est impossible d'augmenter indéfiniment la compression. Les moteurs classiques calculent le taux de compression en fonction de l'apparition du cliquetis à pleine charge et à haut régime. Les moteurs VCR permettent de compenser le faible taux de compression en bas régime et/ou à faible charge en faisant varier ce taux. La puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) et le couple à bas régime s'en trouvent pas conséquent améliorés et les émissions de polluants réduits.

L'avantage du moteur MCE-5 par rapport aux autres systèmes de compression variable est qu'il n'y a plus aucune poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de...) latérale sur le piston, d'où un important gain de frottements et une usure moindre pour une meilleure fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.). La roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) dentée faisant levier, la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) du piston est le double de la course de la tête de la bielle, permettant un vilebrequin plus compact. Le surcoût de ce type de moteur est généralement faible à négatif selon la configuration. Néanmoins, le système de crémaillère augmente les masses mobiles et l'inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa vitesse (vectorielle). Ainsi, un corps immobile ou en mouvement rectiligne uniforme (se déplaçant sur une droite à vitesse constante) n'est...) tandis que les efforts sur l'embiellage sont doublés d'où d'importantes contraintes mécaniques et un doublement des pertes par frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.) sur les paliers.

Anatomie

Roue de transmission

La roue de transmission du moteur MCE-5 est un élément central puisqu'elle permet, comme son nom l'indique, de transmettre le mouvement alternatif rectiligne du piston à la bielle et d'assurer le réglage du taux de compression via des crémaillères du vérin (Un vérin est un tube cylindrique (le cylindre) dans lequel une pièce mobile (le piston) sépare le volume du cylindre en deux chambres isolées l'une de l'autre. Un ou plusieurs orifices permettent d'introduire ou d'évacuer un...) de commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) et du piston. Soumises à d'importants efforts de poussées de la bielle — à 6 000 tr/min, la roue change de sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du...) 120 fois par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La...) — ses « dents à hautes résistances » sont conçues afin de résister à des pressions de l'ordre de 22 tonnes par centimètre (Un centimètre (symbole cm) vaut 10-2 = 0,01 mètre.) carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses...).

La roue de transmission est une pièce dissymétrique : une moitié des dents sont chargées pour résister lors de la détente des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz...) lors du PMH tandis que les autres dents sont peu chargées car seulement soumises à l'inertie du piston lors du PMB. Cette propriété est effective des deux côtés de la roue, mais pour une raison différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie...) du côté crémaillère de commande. Il s'agit dans ce cas de « replacer le centre de gravité (Le centre de gravité est le point d'application de la résultante des forces de gravité ou de pesanteur. Il est également le point d'intersection de tous les plans qui divisent le...) de la roue sur son axe de rotation ».

Hormis le rodage, la denture du MCE-5 ne s'use pas ou très peu : la perte de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace...) est de l'ordre du micron sur la durée de vie du moteur. Cette propriété s'explique par le fait qu'il n'y a aucun désalignement entre les dents et les crémaillères. En effet, les crémaillères ne sont pas portées par des arbres en rotation, mais par des pistons dont la cinématique est rectiligne.

La partie centrale de la roue de transmission est fraisée de façon à y insérer la liaison avec la bielle tandis que des « poches d'allégements » sont creusées de part et d'autre de la roue. Des pistes de roulements, soudées par faisceau d'électrons, viennent en contact avec les pistes respectives des crémaillères.

Étant donné qu'il s'agit d'une pièce motrice du moteur, i.e. qu'elle transmet un travail utile, elle est conçue afin d'éviter de dissiper ce travail en chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) si bien que son rendement énergétique atteint les 0,997. Par sa géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle,...) complexe, elle est capable d'encaisser des efforts de près de 5,5 tonnes au couple maximal en ne fléchissant que de quelques centièmes de millimètre.

Un jeu de 30 microns est pris en compte dans la conception afin d'obtenir un fonctionnement le plus silencieux possible. La roue de transmission, en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction mécanique.) cémenté, est obtenue par forgeage afin de répondre à ses différentes contraintes. Cette technique présente en effet l'avantage de pouvoir obtenir facilement la forme générale de la pièce, ainsi que les poches d'allégements. Les sociétés Ascoforge Safe et Seram (Seram est une île située dans l'archipel des Moluques en Indonésie, au nord et nord-est de l'île d'Ambon.) se sont chargé de son développement.

Pistons et crémaillères

Deux crémaillères à proprement dites sont utilisées dans la cinématique du moteur MCE-5. Une crémaillère de commande assure la liaison entre le vérin de réglage du taux de compression avec la roue de transmission tandis qu'une crémaillère de piston est fixée à ce dernier et transforme le mouvement de la roue de transmission en mouvement alternatif.

Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme la roue de transmission, les dents des crémaillères sont faiblement ou fortement chargées selon leur utilisation. Des trous d'allégements sont pratiqués dans la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa...) de la pièce permet de diminuer la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du...). L'usinage de la pièce, réalisé par les sociétés Sermatec et PEMTec, utilise une technique électrochimique classique, compatible avec les exigences d'une production en grande série pour des pièces à géométrie complexe.

Un filetage est réalisé sur la partie supérieure de la crémaillère de piston, afin d'y fixer le piston. Ce dernier, en raison de la cinématique particulière du moteur MCE-5, ne possède plus de jupe. Seule la segmentation (De manière générale, le mot segmentation désigne l'action de segmenter, le fait de se segmenter ou son résultat. En particulier, le mot est employé dans les domaine suivants :) est conservée, dont l'objectif est le même qu'un moteur classique. La tête du piston est creusée en regard des soupapes afin de réaliser des turbulences — swirl, tumble ou autre — dans la chambre afin d'améliorer la combustion.

Rouleau de synchronisation

Deux autres crémaillères, moins importantes dans la cinématique globale, entrent en jeu. Une crémaillère de faibles dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est...) est dessinée, par taillage ou formage à froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.), au dos (En anatomie, chez les animaux vertébrés parmi lesquels les humains, le dos est la partie du corps consistant en les vertèbres et les côtes. Les dorsaux...) de la crémaillère de piston. Une deuxième est usinée dans une plaque liée au bâti. Ces deux crémaillères, via le rouleau de synchronisation, assure le maintien vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) du piston, empêchant ainsi le phénomène d'arc-boutement.

Le rouleau de synchronisation est formé d'un monobloc ou de trois parties soudées ou frétées par résistance. La précision requise sur les dents du rouleau et de la crémaillère associée demeure faible en raison de sa fonction secondaire.

Bielle et vilebrequin

La bielle est une pièce mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un...) permettant de transformer le mouvement alternatif du piston en un mouvement rotatif du vilebrequin. Ces deux éléments, dessinés en collaboration avec plusieurs sociétés expérimentées dans ce domaine, ne présentent pas de particularités propres au moteur MCE-5 — hormis leur taille réduite de près de 50 % par rapport à un système classique — et les techniques d'usinage et de forgeage sont identiques à celles couramment utilisées dans l'industrie automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en...).

Culasse et bloc-moteur

La culasse et le bloc-moteur, mis au point (Graphie) par la société Danielson Engineering, ont été conçus pour « répondre aux contraintes liées aux contraintes de la fonderie (La fonderie est l'un des procédés de formage des métaux qui consiste à couler un métal ou un alliage liquide dans un moule pour reproduire, après refroidissement, une pièce donnée (forme intérieure...) et de l'usinage de grandes séries ».

Page générée en 0.196 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique