Post on 16-Feb-2019
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Le logo Alfa Romeo est constitué de deux symboles milanais : le serpent des Visconti, qui,
selon la légende en l'an 800 empoisonnait les enfants d'un simple souffle, sur fond bleu clair et
la croix rouge sur fond blanc évoque la bannière de la ville de Milan, enfermés dans un cercle
métallique avec les inscriptions ALFA ROMEO.
J-P MUNOZ. Version du 14/11/2004
J-P. MUNOZ. Version du 14/11/2004 Page 1
Architecture d’uneTransmission d’Automobile
Nous souhaitons, à l’aide de raisonnements simples, retrouver et justifier l’architecture d’une transmission d’automobile. Nous vérifierons certaines des performances attendues.
1 Le Moteur
L’automobile que nous allons étudier est équipée d’un Moteur Turbo Diesel à Injection Directe (très “mode” en ce moment). Ce moteur est embarqué dans les véhicules de marque Fiat, Lancia et Alfa-Roméo. Il possède les caractéristiques géométriques suivantes:
• Nbre de cylindres Ncyl = 4• Diamètre d’un piston Dpist = 82• Course d’un piston Cpist = 90,4
Déterminez la Cylindré Cyl, de ce moteur.
Cyl = Ncyl..Dpist
2
4.Cpist
Cyl = 4..822
4.90,4 = 1909615 mm3
=1,91 dm3
Le graphe en page 2, représente l’évolution du couple maximal Cm disponible à la sortie du moteur, en fonction de la fréquence de rotation de l’arbre moteur Nm.
Déterminez le régime moteur pour lequel le couple est maximal.
Cmax = 275 N.m
NCmax = 2000 tr/min
Pouvez-vous déterminer le régime moteur correspondant à la puissance maximale développée par le moteur?
Indiquez la relation qui permet de déterminer la puissance Pm, développée par le moteur, en fonction de Cm et Nm.
Pm = Cm . m =Cm .Nm .2.
60
Complétez le tableau ci-dessous.
195221255268265270275255195150115100
40003500300027502500225020001750150012501000800
Pm (kW)
Cm (N.m)
Nm (tr/min)
Reportez, sur le graphe de la page 2, l’évolution de la puissance du moteur Pm, en fonction de la fréquence de rotation du moteur Nm. Déterminez le régime pour lequel le moteur développe la puissance maximale.
Pmax = 81, 68 kW = 111 cv
NPmax = 4000 tr/min
Rappel1 cv = 736 W
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300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
450040003500300025002000150010005000
100
115
150
195
255
275
270
265268
255
221
195
Cm (N.m)
Nm (tr/min)
Evolution du Couple et de la Puissance en fonction du régime Moteur
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Déterminez la fréquence de rotation minimale N0 du moteur (ralenti). N0 = 800 tr/min
Étant donné le peu de couple disponible au ralenti, le démarrage du moteur n’est réalisable qu’à “vide”. L’arbre moteur ne peut donc pas rester en “prise directe” avec les roues. Nous devons donc installer un mécanisme qui permet le désaccouplement temporaire entre les roues et l’arbre moteur. De plus, cet accouplement doit autoriser un glissement relatif entre l’arbre d’entrée et l’arbre de sortie. L’organe qui réalise cette fonction se nomme un embrayage.
Le couple C transmis par un embrayage, dépend de l’intensité de l’effort presseur F (voir figure ci-contre).
2 Transmission aux roues motrices
Le moteur entraîne les roues motrices par l’intermédiare d’un embrayage. Nous obtenons donc l’architecture ci-contre. Notre véhicule atteint la vitesse maximale Vmax de 191 km/h lorsque le moteur délivre sa puissance maximale.
Nous souhaitons vérifier si l’architecture retenue est compatible avec les performances attendues. Il nous faut commencer par obtenir des informations sur la dimension d’un pneu.
Notre véhicule est équipé de pneus sur lesquels est inscrite la mention:
S: Largeur nominale (mm)
205/60 R 15 91 V
Rapport R=H/S en %
Dj: Diamètre de la jante (en pouces)
indice de charge utile (615 Kg)
indice de Vitessemaximale (240 km/h)
Pneu à carcasse radiale
Déterminez le diamètre Dp du pneu.
Dp = Dj +2.H = Dj +2.S.R
Dp = 13 25,4 +2 20560
100= 627 mm
S
H
Dj
Dp
Rappel1 pouce = 25,4 mm
Moteur
Roue Gauche
Roue Droite
? ? ?Nm
Nr
NrEmbrayage
Section d’une Roue
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Calculez la fréquence de rotation des roues Nr, afin d’obtenir la vitesse maximale Vmax .
Vmax = Dp
2. r d 'où r = 2.
Vmax
Dp
et finalement N r = 2.Vmax
Dp
.60
2.
N r = 2.191 106
3600 627
60
2=
191 106
60 627= 1616 tr / min
Comparez ce résultat à la fréquence de rotation du moteur lorsque qu’il délivre la puissance maximale. Expliquez et Concluez.
3 Nécessité d’une réduction de la fréquence de rotation du moteur
L’étude précédente a montré qu’il était nécessaire d’installer un réducteur entre le moteur et les roues.
Déterminez le rapport de transmission
R0 = N r
Nm
de ce réducteur.
D’après la valeur de R0, et en supposant qu’il n’y a pas de perte dans la chaîne de transmission de puissance (rendements égaux à 1), comparez les couples Cm et Cr. Devez-vous installer le réducteur avant ou après l’embrayage? Justifiez votre réponse.
Tracez, sur le graphe de la page suivante, l’évolution de la vitesse du véhicule V, en fonction de la fréquence de rotation du moteur Nm, lorsque le réducteur précédent est installé.
Quelle est la vitesse du véhicule V800 lorsque le moteur tourne au ralenti? Qu’en concluez-vous? Qu’envisagez-vous comme solution technologique pour remédier à ce soucis?
R0 = N r
Nm
= 1616
4000= 0, 404
Moteur ? ? ?Nm
Nr
Nr
RéducteurNr
R0
Cm Cr= 1
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300
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200
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120
100
80
60
40
20
0
450040003500300025002000150010005000
100
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150
195
255
275
270
265268
255
221
195
Cm (N.m)
Nm (tr/min)
Evolution de la vitesse du véhicule pour chaque rapport de vitesse engagé
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Architecture d’uneTransmission d’Automobile
4 Nécessité d’une boîte de vitesses
L’étude précédente nous a permis de nous rendre compte que “plusieurs” rapports de réduction sont nécessaires pour espérer une conduite agréable du véhicule. De nos jours, les véhicules automobiles sont équipés de boîte 5 voire 6 vitesses en plus de la marche arrière. En fonction de l’étagement de ces rapports, l’automobile a des reprises plus ou moins “agressives”. Tout est une histoire de compromis. Cette boîte de vitesses est intercalée entre l’embrayage et le pont qui intègre, lui aussi, une partie de la réduction de la fréquence de rotation du moteur.
Pont
Nr
Nr
Boîte de Vitesses
Nv
R1,R2,R3,R4, R5 et Rar
Cm Cv
RpMoteurNm
Embrayage
Voici l’étagement de la boîte du véhicule que nous étudions:
1/3,5451/0,7631/0,9711/1,3601/2,3251/3,81/3,244
RarR5R4R3R2R1Rp
Tracez, sur le graphe de la page précédente, l’évolution de la vitesse du véhicule V, sur chacun des rapports, en fonction de la fréquence de rotation du moteur.
Tracez, sur ce même document, le “passage de vitesses” qui autoriserait les meilleures accélérations .
Comparez les courbes de vitesses obtenues entre elles. Interprétez ces résultats.
5 Et pourtant, elle tourne...
En virage, les roues d’un véhicule automobile ne parcourent pas toutes la même distance. Elles ne tournent donc pas toutes à la même vitesse.
Il est donc nécessaire d’intercaler un mécanisme qui va distribuer le couple délivré par le moteur, aux deux roues motrices, et ce, à des fréquences de rotation différentes. Cette fonction est assurée par le différentiel.
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Nous aboutissons donc à l’architecture suivante:
Ng
Nd
Boîte de Vitesses
Nv
R1,R2,R3,R4, R5 et Rar
Cm CvRpMoteur
Nm
Embrayage
Pont +Différentiel
6 Direction + Suspension = Mobilités des fusées par rapport au châssis
Les roues motrices sont installées sur des “fusées”qui possèdent une mobilité par rapport au châssis du véhicule. Ces mobilités sont nécessaires pour: • l’orientation des roues (direction),
• absorber les irrégularités de la route,• assurer la tenue de route (adhérence).
Par conséquent, l’accouplement entre les roues motrices et la sortie du différentiel ne peut pas être rigide. La mobilité nécessaire est obtenue grâce aux cardans.
Ng
Nd
Boîte de Vitesses
Nv
R1,R2,R3,R4, R5 et Rar
Cm CvRpMoteur
Nm
Embrayage
Pont +Différentiel
Cardan
Cardan
Une belle réalisation... l’Alfa 156