D’autres innovations !

Elles concernent le piston qui a été étudié et réalisé cette année dans le cadre d’EcoMOTION7.

En effet, suite au succès de l’expérience de l’an dernier avec la culasse EcoMOTION6, imprimée en 3D Titane, nous avons eu la chance de pouvoir réitérer avec le même procédé de fabrication, et le même matériau.

Pourquoi un nouveau piston ?
Certaines lectures montrent que plus de 30% de l’énergie de combustion est perdue dans le refroidissement des moteurs à combustion interne. Pendant la phase de combustion, la chaleur est principalement transférée à la chambre de combustion constituée par le piston et la culasse. Ce sont les éléments qui sont directement en contact avec la source de chaleur.

L’objectif du nouveau piston est d’améliorer l’efficacité thermique de notre moteur en essayant de limiter les pertes de chaleur de la combustion.

Pourquoi le Titane ?
À l’heure actuelle, les matériaux les plus utilisés pour les pistons sont les alliages d’aluminium.
Le choix de ce matériau est principalement dicté par sa faible densité (2,7 g / cc).
D’autre part, la température d’utilisation de ces alliages doit être relativement faible (température de fusion 660°C) et ils ont un coefficient de dilatation thermique relativement élevé (23.10-6 / K).
Pour cette raison, un refroidissement intensif est nécessaire.

Nous avons constaté que les alliages de titane présentent plusieurs caractéristiques qui pourraient être très intéressantes dans notre application:
– Température de fusion largement supérieure à celle de l’aluminium (1660°c contre 660°c )
– Limite élastique spécifique supérieure (225 vs 150)
– Faible conductivité thermique (6,7 W / mK vs 250)

Ces caractéristiques devraient permettre :
– Une température de fonctionnement plus élevée du piston en titane par rapport au piston en aluminium
– D’échanger moins de chaleur avec les gaz et le cylindre

Petit bémol toutefois au niveau de la friction. En effet, un piston de moteur thermique est une pièce qui est soumise à un frottement intensif contre les parois du cylindre pendant certaines parties du cycle. Et le titane n’est pas un matériau qui a de bonnes propriétés de friction.
C’est pourquoi nous avons fait appel au CRM (Centre de Recherches Métallurgiques) pour voir avec eux quel traitement de surface pourrait être appliqué sur la jupe du piston. Après une campagne d’essais, ils nous ont proposé un traitement en plusieurs étapes ayant pour but d’obtenir finalement, sur les surfaces de glissement, une couche extérieure constituée de DLC (Diamond Like Carbon). Cerise sur le gâteau: le DLC devrait nous permettre de réduire également les pertes par frottement du piston, qui représentent un poste important dans ce type de moteur.

Pourquoi l’impression 3D ?
Tout d’abord, avec l’aide des possibilités offertes par les méthodes de fabrication additive en ce qui concerne la conception, nous avons pu garder le poids du piston en titane proche du poids d’un piston en aluminium (à 3 grammes, c’est-à-dire environ 10% près). Les méthodes de fabrication additives permettent de se libérer des règles de fabrication des méthodes traditionnelles. Elles ouvrent la porte à de nouvelles possibilités de conception. Les concepteurs peuvent se concentrer sur la mise en matériau seulement là où il est vraiment nécessaire, créer des formes qui seraient impossibles à mettre en œuvre avec d’autres méthodes.

D’autre part, étant donné que le prix des alliages de titane est élevé par rapport aux alliages d’aluminium et d’acier, nous avons voulu réduire le coût global en:
– limitant la quantité de déchets
– adoptant un processus de fabrication qui diminue la quantité globale d’énergie utilisée pour produire la pièce.
Cela démontre les avantages directs de l’impression 3D:
– Utilisation minimale du matériau: légèreté et durabilité
– Réduction du délai de fabrication, pas d’outillage (excepté hors fraisage)
– Coût réduit

L’innovation repose donc sur trois points :
– L’utilisation d’un matériau qui, bien qu’il présente des caractéristiques intéressantes, se retrouve rarement dans l’industrie automobile: le titane.
– Son implémentation à l’aide d’un processus de fabrication innovant (impression 3D).
– L’élaboration d’un traitement de surface adéquat pour assurer une durée de vie convenable et réduire les frottements.

La réalisation :
Cette fois encore, nous avons pu compter sur l’expérience et l’aide de nos partenaires pour mener à bien ce projet. Permettez nous de les présenter (avec des illustrations) dans l’ordre de leur intervention :
SIRRIS (http://www.sirris.be), spécialisé, entre autres, en techniques de fabrication additives, s’est chargé de l’impression EBM (Electron Beam Melting).

TECHNOCHIM (www.technochim.eu), spécialisé dans les traitements mécaniques, chimiques et électrochimiques des surfaces métalliques, s’est chargé du traitement électrochimique destiné à améliorer l’état des surfaces intérieures du piston.

Ci dessous un piston brut d’impression (à gauche), et deux pistons ayant subi un traitement plus ou moins prolongé


SIRRIS est de nouveau intervenu au niveau de l’usinage de certaines zones afin d’obtenir  précision dimensionnelle et géométrique là où elles sont nécessaires.

CRM (www.crmgroup.be), centre de recherches spécialisé, entre autres, en coating métallique, s’est chargé du revêtement DLC.

Ci-dessous, le piston traité se trouve à gauche.

Tous nos remerciements à ceux qui ont rendu possible cette expérience, notamment :
SIRRIS : Raoul Carrus, Freddy Demonceau, Guy Lagaeysse, Jean Claude Noben
TECHNOCHIM : François Tosar
CRM : Florin Duminica , Nicolas Nutal
Merci également à Laurent Odillard ( http://loranenginedev.pagesperso-orange.fr/Contact.htm ) pour ses précieux conseils.

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… et une bielle !

Dans la lignée des travaux entrepris sur le bas moteur d’EcoMOTION 7, après l’embrayage et le vilebrequin, une bielle a également été étudiée par Guillaume Le Quellenec.

Après un premier dimensionnement par la résistance des matériaux « classique », notre partenaire GDTECH (www.gdtech.eu), spécialisé en ingénierie, nous a offert de simuler dynamiquement la pièce, afin de vérifier sa tenue à des charges qui, bien entendu, varient énormément au cours d’un cycle moteur.

Petit clip vidéo:

Une fois rassurés, c’est à nouveau Guillaume Ruwet, en stage chez LG Précision qui a assuré l’usinage.

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Encore une très belle pièce, qui est encore plus impressionnante quand on la soupèse : usinée à partir du Titane fourni par Safran Aero Boosters (Mr Julien Pirenne), elle est légère comme une plume !


Tous nos remerciements à :

GDTECH : Mr Michael Bruyneel, Mr Sébastien Gohy et Mr Gregory Cristino

SAFRAN AERO BOOSTERS : Mr Julien Pirenne

LG PRECISION: Mr Marc Lagamme

Au menu du prochain article au sujet des évolutions EcoMOTION 7: Le piston.

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EcoMOTION 7 s’offre un nouveau vilebrequin

Jusqu’à présent, le vilebrequin que nous utilisions restait une pièce d’origine Yamaha. Extrêmement lourd et surdimensionné, nous avions bien tenté de réduire son poids sur EcoMOTION6, mais nous n’étions pas parvenus à descendre en dessous de 1130 gr.

Nous avons donc décidé de partir d’une feuille blanche, et de concevoir un vilebrequin plus adapté, ainsi que sa bielle. Nous avons choisi de les réaliser en titane afin de maximiser les gains.

C’est Guillaume Le Quellenec, un étudiant Erasmus venu de France qui s’y est collé pour la partie calculs, dimensionnement et conception. Guillaume Ruwet, notre « chef usineur » :-), s’est chargé de la réalisation pendant son stage chez LG précision, où il a été accueilli par Mr Marc Lagamme. La matière première a quant à elle été mise à notre disposition par Safran Aero Boosters, grâce à l’appui de Mr Julien Pirenne.

Félicitations aux deux Guillaumes , le résultat est splendide, et le gain de poids impressionnant : le vilebrequin assemblé avec ses roulements pèse à peine 561 gr, soit moins de la moitié de celui d’EcoMOTION6 !

Un grand merci à Mr Lagamme et à Mr Pirenne pour leur aide !

A suivre: la bielle EM7…

 

 

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Travail d’équipe !

Cette année encore un gros travail vient de se concrétiser sur l’embrayage d’EcoMOTION7.

Tout a été repris de zéro par Baptiste qui s’est chargé de la conception, de Guillaume et de Pierre Julien pour une partie de la réalisation.

En augmentant nettement le diamètre de friction, nous avons pu réduire la masse des patins de moitié! Bilan: 15% de poids gagnés au total, des réglages facilités, un meilleur guidage de la cloche et un fonctionnement qui devrait être plus « doux »

Un grand merci aux cinq partenaires qui se sont investis à nos côtés (Ruwet Mechanics (Guillaume Ruwet), Le Techno Campus (Luc Dubois) , Technifutur (Bernard Lemploy), Joalar Design (Fabien Cadet) et le CTA de Marche en Famenne (Sébastien Delsaute) !

A très bientôt pour d’autres nouvelles!

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Gros coup de main du CTA de Marche en Famenne


Parmi les évolutions d’EcoMOTION 7 sont prévu de nouveaux supports d’essieux de roues avant et un nouveau support moteur.

Grâce à l’aide du CTA (Centre de Technologie Avancée) de Marche en Famenne, spécialisé dans le travail de la tôle, l’équipe a pu bénéficier d’une formation sur la découpe jet d’eau et le pliage de la tôle.

Nous avons pu découper et plier les différents éléments qui, après soudage, constitueront ces supports.

Un tout grand merci à Mr Delsaute et au CTA, qui nous ont bien aidés !

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# 7

le-7-est-au-departDu moins faisons-nous tout pour! : – )

Sept, c’est le numéro de course que nous étrennerons au prochain Shell Eco Marathon qui aura une nouvelle fois lieu à Londres, fin mai prochain. Mais c’est également la septième version de notre prototype que l’équipe est en train d’élaborer.

Cette année encore, un grand chantier a été lancé depuis le mois d’octobre pour tenter d’encore améliorer les performances d’EcoMOTION, qui est actuellement de 2113 km/l. Avec l’aide de nos partenaires, gain de poids, amélioration du rendement sont les principaux objectifs de cette année.

Un gros travail est en cours au niveau des supports du moteur et des trois roues, qui sont complètement revus. Mais surtout sur le moteur pour lequel nous repartons quasiment de zéro : nouveaux piston, bielle, vilebrequin, carters et embrayage, rien que ça !

La phase conception est quasi terminée, et certaines pièces commencent déjà à « sortir ».

A bientôt pour des informations plus détaillées !

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Nouvelle victoire à l’éco challenge

dscn8700Pour la troisième année consécutive, une partie de notre équipe a participé à l’éco challenge organisé par le Campus Automobile de Francorchamps.

Une compétition particulière, puisqu’elle se déroule sur le circuit de Spa Francorchamps, au volant de voitures « ordinaires » (Une Audi A1 essence, et, nouveauté, une Nissan Leaf électrique). Le but est de respecter au plus juste la moyenne impartie, tout en consommant le moins d’énergie possible, et en tenant compte de certaines limites par rapport à l’accélération latérale et longitudinale. Pour ce faire, les concurrents enregistrent des données en roulant, puis les analysent avant de passer au run proprement dit.

La nouvelle équipe n’a pas démérité vis à vis de ses aînés, puisqu’elle a (de nouveau) emporté le classement général !

Merci au Campus automobile pour son organisation, et félicitations à Antoine, Loic, Sarah, Simon, François et Daniel pour leur résultat. Deux victoires et une deuxième place en trois ans, on pouvait difficilement faire mieux !

 

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