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Le fonctionnement d’un moteur à combustion interne repose sur les impulsions de pression rapides générées par la combustion du mélange air-carburant au-dessus du piston. Ces impulsions puissantes font vibrer le moteur. Bien que les concepteurs de moteurs s’efforcent de minimiser ces vibrations en équilibrant les forces. Il est impossible d’éliminer toutes les vibrations inhérentes. Par conséquent, il est commun qu’un moteur à combustion interne présente une signature de spectre de vibration caractéristique. Par conséquent, l’analyse des vibrations du moteur doit se concentrer sur les écarts par rapport à cette signature « régulière ».
La vitesse de rotation de référence d’un moteur est le vilebrequin ou aussi appelé « ordre 1X ». Cela correspond aux cycles que le vilebrequin effectue par minute (tr/min) ou par seconde (Hz). Cette fréquence est utilisée pour connaître le degré d’utilisation du moteur. Mais cela ne signifie nécessairement pas que la vibration principale se situe à cette fréquence de rotation.
Comme indiqué dans l’introduction, la vibration est provoquée par l’excentricité générée par les puissantes impulsions sur les pistons. Étant donné que le vilebrequin est un élément bien équilibré dans le moteur, l’ordre 1X ne devrait pas être très évident. Les pulsations des pistons, elles doivent être très visibles. En fonction du nombre de cylindres, nous pourrons voir « 2X », « 3X » ou « 4X ». Par exemple sur un moteur 4 cyl à chaque rotation du vilebrequin, il y a 2 mouvements de pistons. Voir la vidéo ci-dessous.
Chaque impulsion de combustion ressemble à un coup de marteau, impactant le bloc moteur avec une explosion d’énergie. Il en résulte un spectre de vibration caractérisé par des raies spectrales à des multiples entiers de la cadence d’allumage de chaque piston. Dans un moteur à quatre temps, où le piston tire tous les deux tours, la raie spectrale fondamentale se produit principalement dans l’ordre qui suit ce modèle:
2cyl= principalement d’ordre 1,5, suivi de 3, 4, 5 et ordre 6.
3cyl= principalement d’ordre 1,5, suivi de 3, 4, 5 et ordre 6.
4cyl= principalement par le 2ème ordre, suivi par l’ordre 4, 6 et 8.
6cyl= principalement par le 3ème ordre, suivi par l’ordre 6, 9 et 12.
La vibration peut être mesurée à l’aide de l’application gratuite Ellebogen:
Exemples concrets de ce phénomène :
RÉGIME DU MOTEUR = 851 tr/min
Sur cet exemple, nous pouvons voir le premier ordre (1x) à 851tr/min (14,19×60) mais l’ordre 1,5x est le plus important (14,19×1,5=21,28Hz).
RÉGIME DU MOTEUR = 856 tr/min
Sur cet exemple, nous pouvons voir 1,5x très visible mais pas le premier ordre (1x). La façon de connaître la vitesse du vilebrequin est de diviser le pic principal par 1,5 et de le multiplier par 60 (21,40/1,5)x60=856tr/min.
RÉGIME DU MOTEUR = 777 tr/min
Sur cet exemple on peut voir 2x très visible mais pas le premier ordre (1x) ni le 1,5x. La façon de connaître la vitesse du vilebrequin est de diviser le pic principal par 2 et de le multiplier par 60 (25,91/2)x60=777tr/min.
Lorsque tous les pistons produisent des impulsions de combustion presque identiques, la vibration de l’ordre 1/2 reste faible, allant de 2,5 à 8 mm/sec (0,1 à 0,3 in/s). Cependant, si un cylindre produit moins de puissance que les autres, la vibration de l’ordre 1/2 passe de 7 mm/s (0,3 in/s) à plus de 25 mm/s (1 in/s) en cas de raté d’allumage. Divers problèmes tels que des ratés d’allumage de bougie, une mauvaise bougie, un injecteur bouché, un anneau cassé, une soupape qui fuit, une faible compression, une mauvaise magnéto, une came usée ou un poussoir effondré peuvent provoquer des vibrations supérieures à la normale de 1/2 ordre.
Les vibrations de 1/2 ordre posent des défis importants car elles peuvent être ressenties par le pilote dans la cabine. Les vibrations à basse fréquence sont mal isolées par la plupart des supports moteur, ce qui fait trembler l’ensemble du système. Si elle est laissée sans surveillance, une vibration d’ordre 1/2 peut desserrer les rivets, les charnières et les pivots dans toute la structure du voilier, en plus de provoquer une fatigue prématurée, ce qui pose un grave problème de sécurité.
Les vibrations 1P sont souvent attribuées à un déséquilibre de l’hélice, qui peut être corrigé en remplaçant ou en nettoyant l’hélice. Ils peuvent également résulter d’une masse de piston inégale, parfois causée par l’utilisation d’un piston de poids incorrect lors du remplacement (par inadvertance).
Les vibrations X/P sont souvent attribuées à un déséquilibre de l’arbre de transmission. Si le facteur de réduction de la transmission est de 2,64, le pic sera observé au nombre de tours du vilebrequin divisé par 2,64 comme dans la vidéo ci-dessous.
Le désalignement est souvent la première cause de cet ordre de vibration. Cela peut être corrigé en revérifiant l’alignement.
Un arbre courbé pourrait également être la source. Dans ce cas-là, il faudrait extraire l’arbre et le vérifier avec un tour d’usinage.
Ellebogen a créé une application pour Android et iOS qui permet de mesurer les vibrations à l’aide du téléphone portable comme on peut le voir sur la vidéo ci-dessous.
L’application qui vous aide à trouver le support moteur adéquat
