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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique B 2 960 − 1 Moyens spéciﬁques d’essais par Henri LE GUEN Directeur du Développement à l’Union Technique de l’Automobile, du Motocycle et du Cycle (UTAC) Claude FORTIN Ingénieur à la Direction des Études Citroën Pascal GREMEZ Responsable des Moyens d’Essais Endurance Moteurs RNUR SA Jean-Louis MAGNET Attaché à la Direction Générale SEMT-Pielstick Jean-Pierre POUILLE Ingénieur Essais, Recherches et Avant-projets Moteurs RNUR SA et Fernand ROUX Ancien Chef du Département des Essais Mécaniques IFP ien que la technique du moteur à piston soit exploitée depuis plus d’un siècle, il est encore indispensable actuellement de réserver une partie importante de l’effort de développement de nouveaux produits à l’expérimentation. Malgré la montée en puissance considérable des moyens d’étude autorisée par l’introduction de moyens informatiques (CAO, calcul scientiﬁque), qui devrait logiquement réduire la contribution expérimentale, le maintien de son impor- tance peut s’expliquer par les considérations suivantes : — sur le plan des connaissances fondamentales subsistent encore des lacunes, principalement au niveau des phénomènes de combustion et de transferts thermiques ; — sur le plan industriel, le contexte de forte concurrence internationale, observé notamment dans le domaine des industries du transport, conduit les constructeurs à développer des produits de plus en plus performants dans tous les sens du terme (puissances massique et volumique élevées, agrément d’utilisation accru, coût de construction réduit, maintenance réduite, etc.) dans des délais de plus en plus courts ; — les contraintes imposées par les réglementations de limitation des nuisances (pollution, bruit) et les aspects énergétiques exigent de la part des industries concernées des efforts de Recherche et Développement importants. Pour toutes ces raisons, de nombreux moyens spéciﬁques sont utilisés par les motoristes pour les travaux de recherche, de développement et d’industrialisation. Nous nous attacherons dans cet article aux moyens particulièrement adaptés et passerons sous silence les moyens usuels utilisés dans toute activité de ce genre. 1. Bancs d’essais moteurs.......................................................................... B 2 960 - 2 2. Moteurs monocylindres de recherche ............................................... — 8 3. Moyens spéciﬁques aux essais de développement........................ — 14 4. Essais d’endurance.................................................................................. — 18 5. Moyens d’essais spéciﬁques aux moteurs Diesel semi-rapides . — 19 6. Moyens et méthodes d’essais spéciﬁques aux moteurs de véhicules routiers...................................................... — 23 7. Essais normalisés..................................................................................... — 24 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. B 2 960 B MOYENS SPÉCIFIQUES D’ESSAIS __________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. B 2 960 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique 1. Bancs d’essais moteurs On appelle bancs d’essais moteurs l’ensemble des installations permettant la rotation autonome de moteurs thermiques dans les conditions optimales de travail, de sécurité et de confort ; ces installations construites autour d’un frein moteur, qui en est l’élément essentiel, comprennent également les moyens de mesure, de refroidissement, d’évacuation des gaz brûlés, etc. Le banc d’essais moteurs est l’élément indispensable aux constructeurs, aux équipementiers, aux pétroliers et aux prépara- teurs de véhicules, leur permettant d’assurer la majeure partie de leurs essais, qu’ils soient de recherche, de mise au point, ou d’endurance. Le banc d’essais moteurs est un moyen complexe et onéreux qu’il convient de déﬁnir avec soin par un cahier des charges précis et dont la gestion devra être rigoureuse aﬁn d’assurer un engage- ment maximal, la maintenance et l’organisation étant des éléments essentiels de cette gestion. 1.1 Différents types de bancs d’essais Il n’existe malheureusement pas de banc d’essais universel permettant de satisfaire à tous les types d’essais ; c’est pourquoi il est indispensable de bien déﬁnir ses besoins au travers d’un cahier des charges précis et détaillé. Tous les bancs d’essais ont un certain nombre de fonctions communes qui sont détaillées aux paragraphes suivants, auxquelles il faut ajouter les spéciﬁcités propres à chaque type d’essai particulier. On distingue généralement quatre grandes familles de bancs d’essais moteurs : les bancs de ﬁn de chaîne, les bancs de recherche, les bancs de mise au point et les bancs d’endurance. Dressons, ci-après, les particularités de chacune de ces familles sans en détailler les caractéristiques précises. 1.1.1 Bancs de ﬁn de chaîne Ce sont les bancs qui permettent la rotation des moteurs à l’issue de leur fabrication sur les chaînes de montage. Le moteur y effectue une rotation à vide d’environ un quart d’heure aﬁn de pouvoir procéder aux différents réglages (ralenti, culbuteurs, courroies, etc.) et aux diverses vériﬁcations de fonctionnalité (nuisances, fuites, etc.). Ils n’ont, en général, pas d’élément de mise en charge. Leur cahier des charges est axé sur l’automaticité et la rapidité de mise en œuvre. Les circuits de refroidissement et d’huile sont portés à une tempé- rature de l’ordre de 50 à 60 oC par une source de chaleur extérieure, de façon à réduire le temps de mise en température du moteur. 1.1.2 Bancs de recherche On distingue en général cinq grandes familles d’essais de recherche : en combustion, sur les frottements mécaniques, en ther- mique, en vibrations et acoustique, et de visualisation (écoulements, combustion). Les cellules d’essais sont fermées et équipées d’un seul banc, leur superﬁcie importante (30 à 40 m2) permet l’installation de machines ou de montages d’essais particuliers. L’équipement d’une cellule permet : — l’acquisition et le traitement partiel d’un grand nombre de para- mètres (60 à 80 en permanence, avec la possibilité d’installer une ou plusieurs centrales d’acquisition portant le nombre de paramètres à 100 ou 200), avec une précision maximale tenant compte de la grande dynamique de mesures nécessaire ; — le réglage en température et en hygrométrie de l’air comburant. Les bancs de recherche en combustion et en frottements méca- niques sont équipés de génératrices permettant l’étude en régimes transitoires. 1.1.3 Bancs de mise au point La mise au point du moteur au banc consiste, après réception de l’avant-projet réalisé par le secteur recherche, à spéciﬁer les différents paramètres principaux du moteur en accord avec le cahier des charges de celui-ci. Elle déﬁnit, par exemple, les lois d’arbres à cames, le rapport volumétrique, le volume et la forme de la préchambre de combustion, la cartographie d’injection et d’allu- mage, les systèmes d’admission et d’échappement, etc. Les moyens d’essais pour la mise au point du moteur au banc sont composés : — de bancs « classiques » similaires à ceux du secteur recherche (§ 1.1.2) ; — de bancs climatiques permettant de tester le moteur (démarrage, fonctionnement) dans des conditions climatiques extrêmes (– 40 à + 50 oC) ; — de cellules altimétriques permettant de simuler non seulement des conditions climatiques sévères, mais aussi le fonctionnement en altitude (jusqu’à 2 000 m). L’automatisation des essais sur les bancs de mise au point comme sur les bancs de recherche est l’un des axes de recherche principaux au niveau des moyens d’essais. Il est, dès à présent, possible de réaliser automatiquement des études paramétriques complètes : enregistrements des points de fonctionnement (températures, pressions, régime, couple, concentrations des divers polluants, etc.) en fonction de paramètres tels que le régime, le couple, les tempé- ratures d’eau, d’huile ou d’air, le taux de suralimentation, l’avance à l’injection, la richesse, etc. Des études sont actuellement menées aﬁn de pouvoir déterminer physiquement, d’une façon ﬁable, l’apparition du cliquetis. Une autre voie importante de recherche sur les moyens d’essais concerne la précision des mesures. En effet, la course pour la réduction de la consommation et de la pollution, engagée depuis déjà plusieurs années, arrive maintenant dans une phase proche de l’asymptote, tout au moins en ce qui concerne les moteurs à combustion interne, ce qui signiﬁe que les gains escomptables dans les divers domaines de recherche sont de plus en plus faibles et donc difﬁciles à détecter. Précision et dynamique importante se contrariant mutuellement, une des solutions actuellement utilisées est la multiplication des gammes de mesures de façon à assurer, dans chacune d’entre elles, une précision optimale et adaptée aux besoins. 1.1.4 Bancs d’endurance L’endurance des moteurs aux bancs a pour but de tester thermiquement et mécaniquement leur ﬁabilité. Pour cela, il est nécessaire de pouvoir réaliser un grand nombre de cycles d’essais très diversiﬁés sur des temps d’essais très longs (§ 4). Le cahier des charges des bancs d’endurance est donc axé sur la ﬁabilité du maté- riel, sa maintenance et sur son automatisation. La cellule d’essais pourra être ouverte, c’est-à-dire en communica- tion avec d’autres cellules, ou fermée, ce qui est souhaitable vis-à-vis des conditions du travail. La fonction mesures est moins développée que pour les bancs de recherche ou de mise au point mais doit quand même répondre aux exigences de qualité et de quantité requises par la nécessité d’ana- lyses précises post essai. Par contre, la fonction pilotage est très développée pour permettre la réalisation de nombreux cycles nécessitant le pilotage automatique d’un grand nombre de fonctions. _________________________________________________________________________________________________________ MOYENS SPÉCIFIQUES D’ESSAIS Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique B 2 960 − 3 Outre les bancs d’essais classiques, on trouve uploads/Ingenierie_Lourd/ b2960.pdf