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L'équilibrage des moteurs à explosion est la gestion de leur vibration qui résulte de l'intertie des parties mobiles, dont les plus importantes sont les pistons et les bielles.

Vitrations crées par un seul cylindre

Position, vitesse et accélération d'un piston, pour trois valeurs de longueur de bielle.

Le mouvement du piston dans le cylindre crée une réaction sur le moteur, qui s'écrit, $F=-m{\vec {a}}$. Comme il sd'un système bielle-manivelle, le mouvement du piston n'est pas sinusoidal. On sépare les deux premières harmonique de cette force : la vibration primaire (harmonique principale, à la fréquence du vilebrequin) et la vibration secondaire à une fréquence double.

Contre mesures

Contrepoids : équilibrer la vibration primaire

Mouvement d'un cylindre avec son contrepoids

C'est un contrepoids calculé pour compenser le balant du piston. Il est attaché au vilbrequin, opposé au manneton.

Arbre d'intertie : équilibrer la vibration secondaire

C'est un arbre qui tourne deux fois plus vite que le vilebrequin, et sert à contrebalancer les vibrations secondaires. Il ajoute cependant du poids, des frottements, de la complexité au moteur, ainsi il n'est pas toujours présent. En aviation, très peu de moteurs ont un arbre d'inertie, mais c'est une solution fréquente en automobile.

Equilibrage des moteurs en ligne

Deux cylindres en ligne

Les vibrations primaires des deux cylindres sont opposées, et s'annulent. Mais comme elles leurs axes ne sont pas confondus, le décalage crée un moment de balancier.

Quatre cylindres en ligne

Dans ce type de moteur, de loin le plus courant en automobile, les cylindres évoluent de façon symétrique. Ainsi, leur position est toujours opposée deux à deux. Les vibrations primaires se compensent parfaitement. Par contre, ce n'est pas le cas des vibrations secondaires.

Six cylindres en ligne

Ce moteur est le plus simple à être parfaitement équilibré. Les cylindres évoluent en trois paires, symétriquement, et leurs mouvement décallés de 120° de rotation de vilbrequin. Cela perment une compensation parfaite des vibrations primaires et secondaires, ce qui en fait le moteur le mieux équilibré.

Nombre impaire de cylindres

Ca vibre de partout. C'est de la merde.

Equilibrage des moteurs en V

Un moteur en V, conceptuellement, est l'assemblage de deux moteurs en ligne partageant un vilebrequin. Il hérite donc de l'équilibrage de la configuration en ligne correspondante. Ainsi, un V12 est l'assemblage de deux 6 en lignes parfaitement équilibrés, et hérite de cet avantage. C'est ce qui a fait du V12 la configation la plus populaire pour l'aviation, notamment pendant la seconde guerre mondiale.

Equilibrage des moteurs à plat

Deux cylindres opposés sur un moteur en boxer(haut) et sur moteur en V à 180° (bas).

Un moteur "boxer" est un moteur à plat sur lequel les deux cylindres placés face à face et reliés à des mennetons opposés, et fonctionnent donc symétriquement. Leurs vibrations s'annulent de façon assez propre.

Equilibrage des moteurs en étoile

Mouvement des pistons et du contrepoids sur un sept cylindre en étoile.

Sur un moteur radial, ou en étoile, il y a un mouvement d'ensemble des pistons, qui est contrebalancé par un contrepoids. Les vibrations secondaire tendent à se compenser entre les cylindres, mais imparfaitement.

Cas carticuliers

Moteurs VR

Un VR6 (disposition utilisée par volkwagen) est légèrement moins bien équilibré qu'un 6 en ligne, par les forces d'intertie des cylindres sont dans deux plants décallés de quelques 15° et ne peuvent donc pas s'annuler exactement.

Moteur à pistons opposés

Moteur Deltic (trois cylindres à pistons opposés)

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Sur un moteur à pistons opposés, les deux pistons d'un même cylindre de déplacent de façon symétrique et leur balant s'annule parfaitement. Il est donc possible de réaliser un moteur parfaitement équilibré avec n'importe nombre de cylindres.

Moteur à piston rotatif

Le mouvement du piston rotation est une rotation régulière et non un aller-retour, il ne crée pratiquement aucune vibration.

Moteur rotatif

J'ose pas trop imaginer. Ca devrait vibrer de façon apocalyptique.

Willow Run

Le complexe industriel de Willow Run, ou Force Plant 31 est une usine construite par Ford pour la production en masse de bombardiers Consolidated B-24 Liberator. L'usine a produit 8685 appareils de 1941 à 1945, soit près de la moitié des B-24 construits.

Origine

Le B-24 liberator fait son premier vol en décembre 1939, alors que les Etats-Unis sont encore neutres mais savent que leur entrée en guerre est presque inéluctable.

L'Albert Kahn conçoit l'usine.

Le Piaggio P.119 est un avion de chasse à moteur central développé par l'avioneur italien Piaggio pendant la seconde guerre mondiale. Il reste à l'état de prototype, le projet étant interrompu par la défaite de l'Italie.

Origine

Avant le début de la guerre, Giovanni Casiraghi, concepteur d'avions chez Piaggio, conçoit un premier projet d'avion de chasse à moteur central, le P.118. Dans ce concept, le moteur n'est pas monté dans le nez de l'appareil, mais derrière le pilote, et il est relié à l'hélice par un arbre. Cette disposition a certains avantages : elle permet une meilleure répartition du poids de l'avion, améliore la visibilité offert au pilote (en diminuant la taille du nez) et est légèrement plus aérodynamique. Elle a notamment été utilisée chez Bell, avec sa lignée de chasseurs Airacobra, Airabonita et Kingcobra. Le projet P.118, qui n'aboutit pas, devait avoir deux moteurs et des hélices contrarotatives.

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Notes et références

Le Beardmore Tornado est un moteur diesel pour dirigeable conçu par la soviété William Beardmore and Company, basée à Glasgow. C'est un huit cylindres en ligne d'une cylindrées de 84 litres. Il n'a équippé qu'un dirigeable, le R101.

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Liens externes

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