caractérisation vibratoire d’un moteur diesel de · pdf...

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  • Caractrisation vibratoire dun moteur diesel

    de Mercedes 220D avec et sans systme Pantone

    - Essais du 7 mars 2007 -

  • Nous traitons ici les signaux acquis au cours des essais 2 et 5

    100 %

    100 %

    Charge

    Avec pantone

    Sans pantone avec ligne

    dchappement dorigine

    Configuration

    61,320,023305

    93,520,023302

    Conso. Sp. (g/MJ)

    Puissance roues (kW)

    N (tr/min)N essai

    Les essais

  • Emplacements des capteurs

    1

    2

    3

    4

    Trois capteurs acclromtriques sont placs sur les vis de fixation de la culasse. Ils sont respectivement situs au-dessus des cylindres 1, 2 et 4. Un quatrime acclromtre est plac sur une nervure du bloc moteur en face du cylindre 1. Enfin, un capteur inductif est fix au niveau de la couronne de dmarrage.

    Cyl. 1

    Cyl. 2

    Cyl. 3

    Cyl. 4

  • Acquisition des signaux

    Capteur inductif

    Acclromtre Culasse 1

    Acclromtre Culasse 2

    Acclromtre Culasse 3

    Acclromtre bloc moteur

    Chane dacquisition OROS, rsolution dynamique 24 bits, acquisitions temporelles, frquence dchantillonnage 25,6 Hz, 40 s denregistrement

  • Traitement des signaux issus du capteur inductif

    A partir du signal du capteur inductif, nous estimons la vitesse de rotation instantane de larbre moteur. Nous re-chantillonnons cette vitesse dans le domaine angulaire et calculons la moyenne synchrone au cycle moteur reprsentative des variations de vitesse moyennes dans le cycle.

  • Le capteur inductif dlivre un signal sinusodal . Chaque morceaux de sinusode correspond au passage dune dent de la couronne de dmarrage devant le capteur. Les variations de vitesse entranent une modulation en frquence de ce signal. Laimant fix sur lune des dents permet de gnrer une impulsion de top tour.

    Top tour

    Sinusode

    Signal issu du capteur inductif (1/2)

    Signal issu du capteur inductif

  • Signal issu du capteur inductif (2/2)

    Frquences lies au passage des dents devant le capteur

    Frquences lies au passage de

    laimant devant le capteur (top tour)

    Spectre frquentiel du signal du capteur inductif

  • Vitesses de rotation top tour

    Ces vitesses ne permettent pas de suivre les variations de vitesse dans le tour puisque lon utilise quune seule information de position par tour. Elles permettent nanmoins de suivre globalementlvolution de la vitesse au cours des 40 s dessais (Nmoy=2320 et 2332 tr/min).

    vitesses instantanes de rotation estimes partir des top tour

  • Vitesses instantanes de rotation (1/2)

    Cette fois-ci, on exploite les 140 informations de position par tour (les 140 dents de la couronne de dmarrage) ce qui permet de suivre les variations de vitesse dans le tour (voir diapositive suivante). Les dispersions de vitesse sont denviron 1% quelque soit la configuration.

    Vitesses instantanes de rotation

  • com

    b. c

    yl. 1

    com

    b. c

    yl. 3

    com

    b. c

    yl. 4

    com

    b. c

    yl. 2

    comp. cyl. 1

    comp. cyl. 3

    comp. cyl. 4

    comp. cyl. 2

    Vitesses instantanes de rotation (2/2)

    Sur un cycle moteur quivalent deux tours de rotation, on retrouve bien les acclrations et dclrations dues aux combustions et compressions des quatre cylindres.

    Zoom sur la vitesse instantane de rotation sans pantone

  • Re-chantillonnage angulaire : pourquoi ? (1/2)

    Les signaux ont t chantillonns dans le domaine temporel, cest--dire pas temporel constant (1/25600 s). Nous allons pralablement les re-chantillonner dans le domaine angulaire, cest--dire pas angulaire constant. Il est plus intressant danalyser les signaux dans le domaine angulaire puisque chaque vnement du cycle moteur se produit un angle donn et non un instant donn. Cette tape nous permettra par la suite deffectuer une analyse synchrone . Cette dernire consiste analyser les signaux par rapport au cycle de fonctionnement du moteur. Nous estimerons par exemple la moyenne synchrone. Pour cela, le signal est dcoup en cycles puis ces cycles sont superposs et moyenns verticalement (voir figure ci-dessous). Le re-chantillonnage angulaire est impratif puisquil permet de sommer des chantillons cohrents entre eux (mme position angulaire).

    Illustration de lestimation de la moyenne synchrone

  • Re-chantillonnage angulaire : pourquoi ? (2/2)

    (a) (b)

    Dans le second cas, les top tour concident puisquils correspondent une mme position angulaire de larbre moteur (PMH combustion cylindre 1 ou cylindre 4).

    Dcoupage du signal issu du capteur inductif en cycles avant (a) et aprs (b) re-chantillonnage angulaire ; le signal comporte 731 cycles

  • Moyennes synchrones vitesses instantanes (1/3)

    Ces moyennes synchrones sont reprsentatives des vitesses moyennes au cours du cycle. On constate que les allures de ces deux courbes sont trs semblables premire vue.

    Moyennes synchrones des vitesses instantanes sans / avec pantone

  • Cette figure confirme notre prcdente constatation. Les moyennes synchrones des vitesses instantanes sans et avec pantone sont trs proches. On observe cependant une lgre diminution des acclrations dues aux combustions en prsence du pantone (voir diapositive suivante).

    Moyennes synchrones vitesses instantanes (2/3)

    Superposition des moyennes synchrones centres sans pantone en trait continu bleu et avec pantone en trait interrompu noir

  • Moyennes synchrones vitesses instantanes (3/3)

    On note une lgre diminution avec le systme pantone au niveau des cylindres 1, 3 et 4 mais peu significative.

    Amplitudes des acclrations en phase de combustion

  • Traitement des signaux acclromtriques

    Pour analyser les signaux acclromtriques, nous suivons une procdure peu prs similaire celle du capteur inductif. Nous re-chantillonnons pralablement les signaux dans le domaine angulaire. Cette fois-ci, la moyenne synchrone porte peu dinformation. En effet, les phnomnes observables partir des capteurs vibratoires sont fortement alatoires dun cycle un autre. Aussi, il est plus intressant destimer la variance synchrone. Celle-ci est reprsentative des dispersions vibratoires sur le cycle un angle donn.

  • Variances synchrones acclromtres 1, 2, 3, 4 sans pantone

    Acclromtre Culasse 1

    Acclromtre Culasse 2

    Acclromtre Culasse 3

    Diagramme des vnements

    Acclromtre bloc moteur

    Comb.1 Comb.3 Comb.4 Comb.2

    Basculements du piston du cylindre 1

    Combustion cylindre 1

    Combustion cylindre 2

    Combustion cylindre 4

    Capteur inductif

    (Commentaires diapositive suivante)

  • Variances synchrones acclromtres 1, 2, 3, 4 sans pantone

    Les variances synchrones des signaux acclromtriques sont riches en information. Chaque capteur observe de manire privilgie le cylindre proximit duquel il est fix. Ce phnomne est accru du fait de la forte charge applique au moteur. Ainsi, sur chaque variance synchrone apparat un pic correspondant la combustion du cylindre proximit du capteur (bulles vertes). Les trois autres sont fortement attnues. Chaque pic est suivi dun second pic damplitude plus rduite environ 20/25 plus tard (bulles rouges). Il pourrait sagir dun choc gnr par le basculement du piston (cognement du piston sur la chemise du cylindre). Cette hypothse est conforte par le fait que sur le capteur 1, ce phnomne est en parfaite concordance avec un pic prsent sur le capteur bloc moteur. Ce dernier mesure les vibrations perpendiculairement la direction de translation du piston 1 et est donc particulirement adapt pour observer ces phnomnes de basculement de piston.

  • Variances synchrones acclromtre 1 sans /avec pantone

    zoom

    Si lon observe peu de diffrences au niveau du premier pic correspondant aux chocs dus la combustion du cylindre 1, on constate en revanche une disparition presque totale du deuxime pic pouvant correspondre aux chocs produit par le basculement du piston. Ce phnomne semble galement apparatre au niveau du cylindre 2 mme sil est beaucoup moins flagrant.

    Superposition des variances synchrones de lacclromtre 1 sans et avec systme pantone

  • Variances synchrones acclromtre 2 sans /avec pantone

    zoom

    Superposition des variances synchrones de lacclromtre 2 sans et avec systme pantone

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