essai d’un convertisseur de couple et d’un ensemble moteur-réducteur

Essai d’un convertisseur de couple et d’un ensemble moteur-réducteur

Machines à Pistons – Prof. B. Leduc

A. Cuvelier

But principal:

• Tracer les courbes de fonctionnement d’un convertisseur de couple

• Tracer les courbes de fonctionnement d’un ensemble moteur-réducteur

Annexe

Introduction sur les transmissions automobiles


Banc d’essai convertisseur de couple:

Mesures : Couple moteur (constant)Vitesse de rotation du moteurVitesse de rotation du freinCouple au frein

Tracé des courbes de Nm et k en fonction de Nf


Moteur électrique

C.C Frein

Cm cst Nm

Nf Cf

Banc d’essai moteur-réducteur:

Mesures : Couple moteurVitesse de rotation du moteurVitesse de rotation sortie réducteurCouple au frein

Tracé des courbes de m et puissance transmise


Moteur électrique

Réd. Frein

CmNm

Nf Cf

Torsiom.

Introduction aux transmissions dans l’automobile


Transmissions automobiles:


Puissance absorbée par le déplacement d’un véhicule

Résistance au roulement:Fr= (M+m).g.(Ct+sin )

Avec Ct estimé à partir de corrélation empirique (en fct de la vitesse, du pneu,…)

Résistance de l’air:Fx= Cx.Sx..V²/2

Pertes dans la transmission

Puissance disponible à la roue inférieure à celle fournie par le moteur



Données:

Berline de 1250 kg avec 500 kg de chargeCx : 0.31Sx : 2.08Pneus tels que L=1.8 m

V [km/h] Px [W] Pt0 Pt5 Pt10 Pt20 P0 P5 P10 P20

5 1.0 357.7 1548.4 2730.2 5033.8 358.7 1549.4 2731.2 5034.8

10 8.3 715.3 3096.7 5460.4 10067.6 723.6 3105.0 5468.7 10075.9

15 28.0 1073.0 4645.1 8190.6 15101.4 1101.0 4673.1 8218.6 15129.4

50 1036.5 3576.6 15483.6 27302.0 50338.0 4613.1 16520.1 28338.5 51374.5

80 4245.6 5722.5 24773.7 43683.2 80540.8 9968.1 29019.3 47928.8 84786.4

100 8292.2 7153.1 30967.1 54604.0 100676.0 15445.3 39259.3 62896.1 108968.2

130 18217.9 9299.1 40257.3 70985.1 130878.8 27517.0 58475.2 89203.1 149096.7

160 33964.8 11445.0 49547.4 87366.3 161081.6 45409.8 83512.2 121331.1 195046.4

175 44440.9 12518.0 54192.5 95556.9 176183.0 56958.9 98633.4 139997.8 220623.9

180 48360.0 12875.6 55740.8 98287.1 181216.8 61235.6 104100.8 146647.1 229576.8

190 56876.1 13590.9 58837.5 103747.5 191284.4 70467.0 115713.6 160623.6 248160.5



Evolution de la puissance aérodyn ./. à la puissance de traction à plat

0.0

10000.0

20000.0

30000.0

40000.0

50000.0

60000.0

70000.0

0 50 100 150 200 250

vitesse véhicule [km/h]

Pu

issa

nce

[W

]

Px

Pt0



Courbes d'utilisation du véhicule (Pi en fct de V)

0.0

50000.0

100000.0

150000.0

200000.0

250000.0

300000.0

0 50 100 150 200 250

Vitesse véhicule [km/h]

Pu

issa

nce

[W

]

P0

P5

P10

P20



Données:

Berline de 1250 kg avec 500 kg de chargeCx : 0.31Sx : 2.08Pneus tels que L=1.8 m

Équipons cette voiture d’un moteur délivrant 76 kW à 4400

Supposons que la rendement de la transmission soit de 0.9, on obtient donc maximum 68.4 kW comme puissance de traction aux roues



Courbes d'utilisation du véhicule (Pi en fct de V)

0.0

50000.0

100000.0

150000.0

200000.0

250000.0

300000.0

0 50 100 150 200 250

Vitesse véhicule [km/h]

Pu

issa

nce

[W

]

P0

P5

P10

P20

185

68

Transmissions automobiles – Étude théorique des rapports:


Rapport de transmission de base

Le rapport de transmission de base est le rapport de la vitesse de rotation du moteur donnant sa puissance maximale et de la vitesse de rotation des roues motrices correspondant à la vitesse maximale

Soit V, la vitesse du véhicule en km/hNroue la vitesse de rotation des roues en tr/minL la longueur périphérique du pneuX le rapport de transmission

V= (L.Nroue.60)/1000 => Nroue=(1000.V)/(60.L) Nroue= 1/K .V

=> X = N/Nroue = K.N/V

Transmissions automobiles – Etude théorique des rapports:


Étagement des rapports – analyse théorique

Faisons travailler le moteur dans une plage de régime allant de Nmin à NMax et considérons le rapport de transmission X1 tel que le véhicule roule à VMax quand le moteur est à NMax et à V1 quand le moteur est à Nmin

On peut écrire V1=VMax . Nmin/NMax

Pour rouler au-dessous de V1, on utilise un deuxième rapport X2 suivant le même schéma que précédemment.



L’utilisation du véhicule de VMax à 0 nécessite donc :

2

n-1

Etagement des rapports – analyse théorique



Etagement des rapports – analyse théorique

VMV1

Nmin

NMax



Etagement des rapports – application théoriquepuisssance/régime

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250

régime [tr/min]

pu

issa

nce

[kW

]

0

50

100

150

200

250

puisssance

couple



Etagement des rapports – application théorique

Points particuliers:

26 kW à 1500 tr/min (régime mini)60 kW à 3000 tr/min (couple maxi)76 kW à 4400 tr/min (puissance maxi)70 kW à 5000 tr/min (régime maxi)

Appliquons la méthode de calcul théorique en considérant que l’on va faire travailler le moteur entre 2000 et 4800 tr/min




NMax/Nmin= 4800/2000 = 2.4

Fixons-nous une valeur pour le dernier rapport en considérant que la vitesse de 185 km/h est atteinte à 4400 tr/min en fournissant 68 kW à la roue=>Nroue = 1713 tr/minNmoteur = 4400 tr/minRapport = 2.56:1 3 2 1

Rapport de transmission 2.56 6.84 16.416

Vitesse maxi en km/h 185 77 32

Vitesse mini en km/h 77 32 13

Rapport de boîte 1 2.4 5.76V1=VMax . Nmin/NMax



Etagement des rapports – application théoriquePuissance à la roue en fct de la vitesse

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0


Pu

issa

nce

[kW

]

P1

P2

P3

p0

p5

p10

p20



Etagement des rapports – application théoriquepuisssance/régime

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250

régime [tr/min]

pu

issa

nce

[kW

]

0

50

100

150

200

250

puisssance

couple




NMax/Nmin= 5000/3400 = 1.47

Fixons-nous une valeur pour le dernier rapport en considérant que la vitesse de 185 km/h est atteinte à 4400 tr/min en fournissant 68 kW à la roue=>Nroue = 1713 tr/minNmoteur = 4400 tr/minRapport = 2.56:1

5 4 3 2 1

Rapport de transmission 2.56 3.76 5.53 8.13 11.95

Vitesse maxi en km/h 185 126 86 59 40

Vitesse mini en km/h 126 86 59 40 27

Rapport de boîte 1 1.47 2.16 3.18 4.67

V1=VMax . Nmin/NMax




0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0 50 100 150 200 250


Pu

issa

nce

[kW

]

p0

p5

p10

p20

P'1

P'2

P'3

P'4

P'5




0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0


Pu

issa

nce

[kW

]

P1

P2

P3

p0

p5

p10

p20

P'1

P'2

P'3

P'4

P'5



Conclusions

1) Transmission : adaptation de la plage de fonctionnement du moteur à celle du véhicule

2) Choix du nombre de rapport: aspect technique, administratif et commercial

3) Choix du rapport supérieur: point de vue du comportement

4) Choix du rapport inférieur: maniabilité à faibles vitesses et franchissement



Conclusions

1) Transmission : adaptation de la plage de fonctionnement du moteur à celle du véhicule



Conclusions

2) Choix du nombre de rapport: aspect technique, administratif et commercial

a) Évolution des caractéristiques des moteurs et véhicules, encombrement

b) Puissance fiscale

c) Image, prestige



Conclusions

3) Choix du rapport supérieur: point de vue du comportementUtilisation et puissance

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

0 50 100 150 200 250 300

vitesse [km/h]

pu

issa

nce

[kW

]

P0

P+2

P-1

P2.56

P2.86

P2.26



Conclusions

4) Choix du rapport inférieur: maniabilité à faibles vitesses et franchissement

a) le 1ier rapport doit permettre la maniabilité du véhicule (compromis entre court (passage rapide en 2ième) et rapport long (patinage de l’embrayage important)

b) le 1ier rapport doit permettre de franchir les côtes (aptitude à franchir un pente donnée, aptitude à franchir une pente de longueur donnée en un certain temps,…)

essai d’un convertisseur de couple et d’un ensemble moteur-réducteur

Documents