21-07-2009, 17:03:17
L'allègement du volant moteur
JSO : Site de conseils pour préparation moteur automobile et optimisation des performances pour circuit et compétition
Voici un article décrivant les effets de l'allègement d'un volant moteur.
Le couple :
Il n'y a aucune perte de couple après allégement d'un volant moteur... le volant moteur n'est qu'un accumulateur d'énergie. Il est là pour 'lisser' (une sorte de filtre quoi) et pour obtenir ce qu'on appelle le frein moteur.
Plus le volant moteur est lourd, plus le moteur va dépenser d'énergie pour le faire tourner. L'énergie dépensée étant dépendante de la masse (et du diamètre) du volant moteur, en allégeant, on permet au moteur de récupérer de l'énergie qui sera alors transmise par le moteur au châssis (accélération).
==> Volant moteur allégé = meilleure accélération et SANS perte de couple.
L'accélération :
Bien sûr ceci n'est bon que pour l'accélération pure, sur circuit, c'est autre chose, vu que l'on perd en FREIN MOTEUR (fourniture du moteur en énergie au volant moteur), il faudra plus jouer sur les freins en entrée de courbe (==> un peu moins efficace que sur un moteur "origine") mais on gagne à la ré accélération en sortie de courbe (==> plus efficace).
==> tout dépend de sa façon de piloter.
Pour résumer :
Alléger le volant moteur, c'est permettre au moteur de moins dépenser d'énergie pour le faire tourner, le moteur peut donc transmettre plus d'énergie au châssis pour le faire avancer ==> meilleure accélération.
Le couple est la représentation physique d'une énergie disponible sur l'arbre moteur.
Le couple est très loin d'être régulier. On appelle ça l'acyclisme, phénomène lié aux efforts exercés par les gaz sur le piston lors de la combustion, combustion qui ne se déroule jamais 2 fois de la même façon, même aux mêmes conditions de charge et de régime.
A un deuxième niveau, le couple est irrégulier car les combustions s'enchaînent sur un 4 cylindres tous les 180° de manière ponctuelle.
Le volant moteur est aussi connu sous le nom de volant d'inertie :
Grâce à sa masse, il joue un rôle d'accumulateur d'énergie. Il lisse ainsi le couple en emmagasinant de l'énergie lors de pointe de couple et en la retransmettant le reste du temps. Je ne suis pas très fort en électronique, mais je crois qu'on pourrait le comparer à un condensateur.
En réduisant sa masse, on réduit sa capacité à emmagasiner de l'énergie cinétique. On réduit sa capacité à lisser le couple puisqu'il dispose moins d'énergie à retransmettre. On ne réduit pas pour autant la valeur moyenne de ce couple.
En réduisant sa masse, on gagne en accélération moteur :
En effet, J.(dOmega/dt)=Somme(Couples). Si on diminue J en laissant C constant (puisqu'il n'y a pas de raison que C diminue... on a toujours la même quantité d'air et de carburant dans le moteur, toujours la même avance, etc...), on augmente donc (dOmega/dt) c'est à dire l'accélération. Voilà pourquoi le moteur prend plus vite ses tours.
La réciproque est vraie. Si le moteur prend plus vite ses tours quand on lui applique un couple positif, il perd plus vite les tours quand on lui applique un couple négatif. Donc moins de freins moteur.
Démonstration : (un peu de physique)
Tout d'abord quelques rappels de physique :
- Énergie cinétique d'un mobile en mouvement : 1/2MvV² (V au carré avec M masse du mobile et V sa vitesse)
- Moment d'inertie d'un disque : I = 1/2MR² (Md masse du disque, R son rayon)
- Énergie d'un disque en rotation : 1/2Iw² (w = vitesse angulaire du disque).
Lorsqu'un moteur met en mouvement une auto et lui donne de l'accélération il transforme l'énergie de la combustion en énergie cinétique.
Au regard des formules précédentes on voit qu'un disque en rotation accumule de l'énergie.
De plus, se déplaçant avec l'auto, ce disque subit également l'accélération linéaire.
Malheureusement l'énergie accumulée dans les éléments rotatifs n'est pas utilisable pour l'accélération de la voiture. (Ce serait trop facile...)
La formule donnant l'énergie accumulée du disque dépend également de sa masse, donc en diminuant la masse du volant moteur, on diminue également la quantité d'énergie absorbée.
Cette énergie récupérée peut alors être utilisée pour l'accélération de la voiture.
Maintenant, prenons un système approché de l'auto :
On considère le moteur, les roues, la boite de vitesse et le volant moteur et le châssis
Soit
V : la vitesse linéaire du système
M : la masse du système
R : le rayon de la roue
K : le nombre de tours moteur pour chaque tour de roue (couple conique * rapport de boite)
r : le rayon au point d'allègement du volant moteur
m : la masse du volant moteur
w : vitesse angulaire du volant moteur
L'énergie du volant moteur est égale à la somme de l'énergie accumulée par la rotation + l'énergie cinétique du système en mouvement
Or, pour chaque tour de roue, le volant moteur lui effectue G tours.
De plus, le volant moteur possède une taille différente de la roue donc w = V(Kr/R).
Si on alourdit le volant moteur de m kg on obtient :
E = 1/2m*V² + 1/2*m*(VKr/R)²
Comparons l'effet de l'allègement du volant moteur sur le châssis :
Prenons une seconde auto dont le châssis à été alourdi d'un poids M.
L'auto subi la même accélération que la 1ere, durant la même durée (elle possède donc la même vitesse finale et donc la même énergie cinétique que la 1ere).
L'énergie cinétique du système possédant le châssis alourdi en mouvement est alors : E = 1/2M*V2
Les vitesses en phase finales des 2 systèmes étant identiques, Leurs énergies cinétiques le sont également, on a donc :
M = m*(1 + (Kr/R)²)
On peut donc dire qu'alléger un volant moteur de m kg revient à alléger le châssis de l'auto de M kg...à vous d'en faire
les conclusions qui s'imposent. Et vu de plus que tout ça dépend du rapport engagé, je vous laisse rêver .
Ainsi on peut obtenir pour un Renault 5 turbo:
Rayon de la roue du GTT en 195/55/13 : 0.272m
On retire 1.5kg à 15cm du centre du volant ce qui correspond à un allègement du châssis en fonction du rapport de boite de :
1ère : 1.5*(1 + ((3.091 * 3.73) * 0.15 / 0.272)² = 62.24 kg
2nde : 1.5*(1 + ((1.842 * 3.73) * 0.15 / 0.272)² = 23.02 kg
3ème : 1.5*(1 + ((1.320 * 3.73) * 0.15 / 0.272)² = 12.58 kg
4ème : 1.5*(1 + ((0.967 * 3.73) * 0.15 / 0.272)² = 7.44 kg
5ème : 1.5*(1 + ((0.758 * 3.73) * 0.15 / 0.272)² = 5.17 kg
Sources JSO
JSO ... Gérard, Jérémy et le forum Gtt
JSO : Site de conseils pour préparation moteur automobile et optimisation des performances pour circuit et compétition
Voici un article décrivant les effets de l'allègement d'un volant moteur.
Le couple :
Il n'y a aucune perte de couple après allégement d'un volant moteur... le volant moteur n'est qu'un accumulateur d'énergie. Il est là pour 'lisser' (une sorte de filtre quoi) et pour obtenir ce qu'on appelle le frein moteur.
Plus le volant moteur est lourd, plus le moteur va dépenser d'énergie pour le faire tourner. L'énergie dépensée étant dépendante de la masse (et du diamètre) du volant moteur, en allégeant, on permet au moteur de récupérer de l'énergie qui sera alors transmise par le moteur au châssis (accélération).
==> Volant moteur allégé = meilleure accélération et SANS perte de couple.
L'accélération :
Bien sûr ceci n'est bon que pour l'accélération pure, sur circuit, c'est autre chose, vu que l'on perd en FREIN MOTEUR (fourniture du moteur en énergie au volant moteur), il faudra plus jouer sur les freins en entrée de courbe (==> un peu moins efficace que sur un moteur "origine") mais on gagne à la ré accélération en sortie de courbe (==> plus efficace).
==> tout dépend de sa façon de piloter.
Pour résumer :
Alléger le volant moteur, c'est permettre au moteur de moins dépenser d'énergie pour le faire tourner, le moteur peut donc transmettre plus d'énergie au châssis pour le faire avancer ==> meilleure accélération.
Le couple est la représentation physique d'une énergie disponible sur l'arbre moteur.
Le couple est très loin d'être régulier. On appelle ça l'acyclisme, phénomène lié aux efforts exercés par les gaz sur le piston lors de la combustion, combustion qui ne se déroule jamais 2 fois de la même façon, même aux mêmes conditions de charge et de régime.
A un deuxième niveau, le couple est irrégulier car les combustions s'enchaînent sur un 4 cylindres tous les 180° de manière ponctuelle.
Le volant moteur est aussi connu sous le nom de volant d'inertie :
Grâce à sa masse, il joue un rôle d'accumulateur d'énergie. Il lisse ainsi le couple en emmagasinant de l'énergie lors de pointe de couple et en la retransmettant le reste du temps. Je ne suis pas très fort en électronique, mais je crois qu'on pourrait le comparer à un condensateur.
En réduisant sa masse, on réduit sa capacité à emmagasiner de l'énergie cinétique. On réduit sa capacité à lisser le couple puisqu'il dispose moins d'énergie à retransmettre. On ne réduit pas pour autant la valeur moyenne de ce couple.
En réduisant sa masse, on gagne en accélération moteur :
En effet, J.(dOmega/dt)=Somme(Couples). Si on diminue J en laissant C constant (puisqu'il n'y a pas de raison que C diminue... on a toujours la même quantité d'air et de carburant dans le moteur, toujours la même avance, etc...), on augmente donc (dOmega/dt) c'est à dire l'accélération. Voilà pourquoi le moteur prend plus vite ses tours.
La réciproque est vraie. Si le moteur prend plus vite ses tours quand on lui applique un couple positif, il perd plus vite les tours quand on lui applique un couple négatif. Donc moins de freins moteur.
Démonstration : (un peu de physique)
Tout d'abord quelques rappels de physique :
- Énergie cinétique d'un mobile en mouvement : 1/2MvV² (V au carré avec M masse du mobile et V sa vitesse)
- Moment d'inertie d'un disque : I = 1/2MR² (Md masse du disque, R son rayon)
- Énergie d'un disque en rotation : 1/2Iw² (w = vitesse angulaire du disque).
Lorsqu'un moteur met en mouvement une auto et lui donne de l'accélération il transforme l'énergie de la combustion en énergie cinétique.
Au regard des formules précédentes on voit qu'un disque en rotation accumule de l'énergie.
De plus, se déplaçant avec l'auto, ce disque subit également l'accélération linéaire.
Malheureusement l'énergie accumulée dans les éléments rotatifs n'est pas utilisable pour l'accélération de la voiture. (Ce serait trop facile...)
La formule donnant l'énergie accumulée du disque dépend également de sa masse, donc en diminuant la masse du volant moteur, on diminue également la quantité d'énergie absorbée.
Cette énergie récupérée peut alors être utilisée pour l'accélération de la voiture.
Maintenant, prenons un système approché de l'auto :
On considère le moteur, les roues, la boite de vitesse et le volant moteur et le châssis
Soit
V : la vitesse linéaire du système
M : la masse du système
R : le rayon de la roue
K : le nombre de tours moteur pour chaque tour de roue (couple conique * rapport de boite)
r : le rayon au point d'allègement du volant moteur
m : la masse du volant moteur
w : vitesse angulaire du volant moteur
L'énergie du volant moteur est égale à la somme de l'énergie accumulée par la rotation + l'énergie cinétique du système en mouvement
Or, pour chaque tour de roue, le volant moteur lui effectue G tours.
De plus, le volant moteur possède une taille différente de la roue donc w = V(Kr/R).
Si on alourdit le volant moteur de m kg on obtient :
E = 1/2m*V² + 1/2*m*(VKr/R)²
Comparons l'effet de l'allègement du volant moteur sur le châssis :
Prenons une seconde auto dont le châssis à été alourdi d'un poids M.
L'auto subi la même accélération que la 1ere, durant la même durée (elle possède donc la même vitesse finale et donc la même énergie cinétique que la 1ere).
L'énergie cinétique du système possédant le châssis alourdi en mouvement est alors : E = 1/2M*V2
Les vitesses en phase finales des 2 systèmes étant identiques, Leurs énergies cinétiques le sont également, on a donc :
M = m*(1 + (Kr/R)²)
On peut donc dire qu'alléger un volant moteur de m kg revient à alléger le châssis de l'auto de M kg...à vous d'en faire
les conclusions qui s'imposent. Et vu de plus que tout ça dépend du rapport engagé, je vous laisse rêver .
Ainsi on peut obtenir pour un Renault 5 turbo:
Rayon de la roue du GTT en 195/55/13 : 0.272m
On retire 1.5kg à 15cm du centre du volant ce qui correspond à un allègement du châssis en fonction du rapport de boite de :
1ère : 1.5*(1 + ((3.091 * 3.73) * 0.15 / 0.272)² = 62.24 kg
2nde : 1.5*(1 + ((1.842 * 3.73) * 0.15 / 0.272)² = 23.02 kg
3ème : 1.5*(1 + ((1.320 * 3.73) * 0.15 / 0.272)² = 12.58 kg
4ème : 1.5*(1 + ((0.967 * 3.73) * 0.15 / 0.272)² = 7.44 kg
5ème : 1.5*(1 + ((0.758 * 3.73) * 0.15 / 0.272)² = 5.17 kg
Sources JSO
JSO ... Gérard, Jérémy et le forum Gtt
mais c'est un coup à bloquer le train moteur sur un gros freinage, de faire ça ...
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![[Image: Mythbusters_iso.jpg]](http://hfr-rehost.net/http://img.efetividade.net/img/Mythbusters_iso.jpg)
