L'allègement du volant moteur
Voici un article
décrivant les effets de l'allègement d'un volant moteur. Le couple : 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 : Pour résumer : Le volant moteur est aussi connu sous le nom de volant d'inertie : En réduisant sa masse, on gagne en accélération moteur : 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. 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. 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 L'énergie du volant moteur est égale à la somme de l'énergie accumulée par la
rotation + l'énergie cinétique du système en mouvement 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 : 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 Ainsi on peut obtenir pour un Renault 5 turbo: Rayon de la roue du GTT en 195/55/13 : 0.272m 1ère : 1.5*(1 + ((3.091 * 3.73) * 0.15 / 0.272)² = 62.24 kg
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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.
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.
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.
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 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).
De plus, se déplaçant avec l'auto, ce disque subit également l'accélération
linéaire.
Cette énergie récupérée peut alors être utilisée pour l'accélération de la
voiture.
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
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).
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).
les conclusions qui s'imposent. Et vu de plus que tout ça dépend du rapport
engagé, je vous laisse rêver .
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 :
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