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Nom: Classe:

Pr nom:

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



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



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



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



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 de la vitesse du véhicule pour chaque rapport de vitesse engagé



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.



Nous aboutissons donc à l’architecture suivante:

Ng

Nd

Boîte de Vitesses

Nv


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


Cm CvRpMoteur

Nm

Embrayage

Pont +Différentiel

Cardan

Cardan

Une belle réalisation... l’Alfa 156



7 Quelques motorisations de l’Alfa-Roméo 156

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