EcoMOTION

Nous avons pu nous rendre au Campus Automobile de Francorchamps afin de réaliser les flasques en carbone de nos trois nouvelles roues. Nous avons commencé par découper le carbone en plusieurs secteurs de façon à orienter les fibres dans les bonnes directions. Pour chaque flasque nous avons trois couches de carbone. Deux couches extérieures avec les fibres à 0° et une couche qui vient au milieu avec les fibres à 20°.

Ensuite nous avons placé ces secteurs de carbone dans les moules et nous les avons imprégnés de résine. Puis nous avons recouvert le carbone par un tissu d’arrachage, un microperforré pour laisser passer la résine et l’air, et un tissu pour absorber la résine en excès. Nous avons emballé le tout dans un sac et mis sous-vide, afin de bien comprimer le tout.

Ensuite direction le four pendant plusieurs heures.

Après cela nous avons déballé le tout

Et terminé les dernières finitions, puis assemblé flasques et moyeux avant par collage. (La roue arrière sera terminée plus tard car le moyeu n’est pas encore prêt)

Merci beaucoup à Lillo Trovato pour son accueil et son aide !

Arnaud, Baptiste, Laurent, Lucas et Thomas.

Les versions précédentes de nos embrayages ne rencontraient pas nos attentes. Tout d’abord il « prenait » relativement tard, ce qui ne nous permettait pas d’allonger le rapport de transmission autant que nous l’aurions souhaité. Il offrait peu de possibilités de réglages, et ceux-ci nécessitaient un démontage complet.

Des tentatives avaient bien été faites l’an dernier pour descendre la vitesse de synchronisation, mais elles amenaient d’autres problèmes, notamment d’importantes vibrations.

Après avoir réalisé toute une batterie de tests, nous avons décidé de repartir de zéro, en commençant par une étude analytique complète du mécanisme.

Beaucoup de paramètres interviennent dans le mécanisme d’un embrayage centrifuge : masses des patins bien entendu, mais également position de leur centre de gravité, position des garnitures, angle couvert par ces garnitures, bras de leviers, ressorts de rappel, etc. il était nécessaire de tout d’abord établir un modèle mathématique du mécanisme afin de le dimensionner selon nos besoins.

Sur ces bases nous avons élaboré une nouvelle version pour EcoMOTION6. Celle-ci, comme les précédentes, fonctionne sur le principe de la force centrifuge et d’un système de ressorts qui permettent de régler la vitesse de synchronisme des patins avec la cloche. L’objectif en diminuant cette vitesse est de laisser frotter les patins moins longtemps et donc d’économiser de l’énergie.

Tout cela nous a conduits à augmenter la masse des patins, bien entendu, mais également à optimiser toutes les positions, bras de leviers, etc…. Pour faciliter le réglage, nous sommes passés à un modèle à deux patins (plutôt que trois précédemment), ce qui nous donnait plus de liberté pour loger les ressorts et leurs tendeurs.

Une fois le modèle établi, la réalisation a pu commencer.

Sarah s’est chargée de l’usinage de la cloche

Les patins et leur support ont été découpés par jet d’eau par Fabien Cadet, de www.joalardesign.be .

Certaines finitions ont été réalisées à l’école Polytechnique de Herstal.

D’autres par Guillaume Ruwet, de www.ruwetmechanics.com.

Un grand merci à tous ceux qui ont collaboré à cette réalisation, ainsi qu’à Frédéric Weber pour le coaching usinages !

Sarah et Guillaume

La culasse demeurait une des dernières parties « d’origine » du moteur. Il était donc utile voire même indispensable de l’améliorer. Dans le passé, nous avions bien essayé de la modifier pour améliorer ses caractéristiques. Mais vu l’impossibilité pratique de passer au double allumage, la limitation du taux de compression, cette culasse restreignait les possibilités d’amélioration.

Nous avons donc décidé de partir sur la conception d’une toute nouvelle culasse « maison » qui va pouvoir remplacer l’ancienne.

Le matériau choisi pour la fabriquer est le titane. Ce qui a attiré notre attention est la très faible (pour un alliage métallique) conductivité thermique de ce matériau. Cela veut dire que la chaleur sera mieux préservée à l’intérieur de la chambre de combustion, donc moins d’énergie perdue.

Par contre, si le titane est plus léger que l’acier, il demeure plus lourd que l’aluminium. Il a fallu être attentif à bien gérer la masse de l’ensemble.

Que voulons-nous ajouter ou modifier par rapport à l’ancienne culasse :

• Placer 2 bougies pour avoir une meilleure combustion.
• Prévoir la possibilité de placer un capteur de pression dans la chambre de combustion (afin de pouvoir réaliser des mesures dans le futur)
• Une arrivée d’air tangente à la chambre de combustion pour une meilleure homogénéisation du mélange (Swirl).
• Atteindre un taux de compression suffisamment important

Nous avons donc commencé la conception par la chambre de combustion. La forme idéale de la chambre est la sphère. On veut également la concevoir de sorte à avoir une zone de squish. C’est une zone qui a pour effet de créer des turbulences juste avant l’explosion, qui vont permettre de bien brûler le mélange air-carburant. Pour avoir cela il faut que le diamètre de la chambre soit plus petit que celui du cylindre.

Un fois la chambre dessinée, il faut placer les soupapes. Nous avons d’abord voulu les désaxer par rapport à l’axe longitudinal du moteur afin d’optimiser l’espace. Une idée vite abandonnée car cela posait beaucoup de problèmes, surtout au niveau de la chambre de combustion (qui ne ressemblait plus du tout à une sphère parfaite dans cette situation).

Une fois cette partie effectuée nous avons réalisé les conduits d’admission ainsi que d’échappement. Ces conduits doivent être les plus continus possible afin d’éviter les pertes de charge. La nouveauté était de placer le conduit d’admission tangent à la chambre de combustion. Cela va avoir comme conséquence de mieux homogénéiser le mélange air-carburant en créant un tourbillon (Swirl). Cela ajouté au squish devrait permettre un mélange très homogène.

Nous voulions également modifier l’injection en plaçant l’injecteur en opposition à l’arrivée d’air. Nous avons abandonné cette idée pour des questions d’encombrement et nous avons préféré favoriser l’ajout d’une deuxième bougie. Le système d’injection reste donc standard, par-dessus l’arrivée d’air.

Il était donc temps de placer les bougies ! Une bougie de petite taille (Type scooter) et une bougie de très petite taille (Type modélisme). Cela va permettre d’être certain de brûler tout le mélange, réduire l’avance à l’allumage et donc de rentabiliser au maximum le carburant consommé.

Le bloc arbre à cames-culbuteurs sera une pièce à part, en aluminium. Cette partie sera amovible.

Et enfin l’espace restant servira à accueillir différents capteurs.

Au niveau de la réalisation, cette culasse sera imprimée en 3D titane par notre partenaire Sirris. Qui se chargera également des usinages après impression.

Cette méthode fabrication nous a donné énormément de liberté au niveau des formes, et également permis de placer de la matière uniquement où c’est nécessaire. Et donc de limiter la masse totale de la pièce. C’est une technologie qui ouvre des perspectives extrêmement intéressantes pour un designer !

La culasse d’EcoMOTION5 pesait 1980g (complète, avec arbre à cames, etc…). Nos prévisions concernant la nouvelle feraient redescendre le poids à 875g, soit un gain de poids de 1105g, ou de 56% !

Dans un prochain article nous suivrons la réalisation de cette culasse.

Nous remercions vivement Sirris, et plus particulièrement Raoul Carrus et Jean Claude Noben sans qui ce projet n’aurait pu être concrétisé !

David et Loïc

Un des objectifs principaux de la team EcoMotion 6 est la réduction du poids du prototype. Le poids est en effet un élément prépondérant dans la consommation de carburant.

Notre groupe de travail s’est donc vu attribuer la réduction du poids du vilebrequin (qui était initialement de 1792g, roulements compris). Le vilebrequin est le composant du moteur qui convertit les mouvements linéaires du piston produits par la combustion du mélange air/carburant en rotation. Il se compose principalement de deux flasques et d’un maneton lié à une bielle.

La tâche fût pas des plus simple car le vilebrequin devait bien entendu rester équilibré après son allègement.

Nous avons commencé par représenter l’ensemble du vilebrequin le plus fidèlement possible via la CAO (Inventor), puis étudié son équilibrage.

L’équilibrage d’un vilebrequin monocylindre reste un compromis : il n’est pas possible d’équilibrer totalement ce composant (sauf bien entendu en utilisant des arbres supplémentaires). Il y a un compromis à trouver entre la présence d’un balourd en « pilon » (selon l’axe du cylindre) et en « tamis » (dans le plan de rotation de la bielle). Cf. ce document particulièrement intéressant, qui nous a bien aidés dans nos recherches :

Cliquer pour accéder à Equilibrage%20des%20machines%20alternatives.pdf

La littérature fait souvent état d’un facteur de déséquilibre qui tourne aux alentours des 60%. Mais un spécialiste de l’équilibrage (www.dynamequil.com) auquel nous avons fait appel nous a également indiqué que de petits moteurs tels que le nôtre avaient un facteur de 30%… De manière pratique, le facteur idéal dépend de chaque moteur, mais également de sa position et de ses fixations dans le châssis, et est déterminé par tests.

Nous avons donc prévu de pouvoir faire varier facilement (c’est-à-dire sans démontage) entre 30 et 60 % le facteur de notre vilebrequin grâce à des taraudages sur chaque flasque, dans lesquels nous aurons le loisir de placer des vis, ou non.

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Ensuite a commencé la partie pratique !

Le vilebrequin a été démonté par un spécialiste de la préparation des monos 4 temps, Jean-Marc Gaillard, de JMG Racing ( www.jmgracing.be ).

Suleyman s’est chargé de la reprise en tournage des portées de roulements (nous avons également décidé d’utiliser des roulements plus petits car les roulements d’origine sont surdimensionnés).

Bernard Fancon de Technifutur a allégé le maneton de bielle en l’alésant par électro érosion.

Et c’est Fabien Cadet, de Joalar Design, qui a réalisé la découpe jet d’eau des flasques elles-mêmes.

Les portées de roulements dans les carters moteur ont quant à elles reçu des bagues, tournées par Guillaume Ruwet de www.ruwetmechanics.com, qui ont ensuite été alésées à l’école polytechnique de Herstal.

Un travail d’équipe donc, puisque pas moins de six personnes nous ont aidé dans notre travail d’allégement !

Nous en profitions donc pour remercier tous les intervenants cités ci-dessus pour leur aide précieuse, ainsi que Frédéric Weber pour ses conseils et Lucien Ricci pour le coup de main. Sans compter notre partenaire SKF qui a fourni les nouveaux roulements !

Grâce à eux tous, nous sommes arrivés à un poids final (roulements compris) de 1128g, 664g gagnés, c’est-à-dire 37% !

Johan et Suleyman

Pour EcoMOTION6, nous avons entrepris de repartir de zéro sur les roues avant qui étaient utilisées jusqu’à présent (voir photo ci-dessus), avec comme objectif principal la diminution du poids de celles-ci. La roue arrière sera quant à elle également totalement réétudiée d’ici quelques semaines.

Pour des questions de poids, de résistance au roulement et de facilité de montage, nous avons complètement revu les moyeux et leurs axes, changé de type de roulements,.

Concernant le choix des roulements, nous avons calculé la résistance au roulement de toute une série de références en nous basant sur le catalogue SKF, afin de trouver les plus adéquats pour notre projet. En comparant toutes les valeurs de résistance au roulement, nous avons pu choisir les modèles qui présentaient une résistance minimale tout en supportant correctement les charges. Nous sommes revenus à des roulements à contact radial car la force axiale est relativement faible

Voici les nouvelles pièces des moyeux :

L’architecture générale pour laquelle nous avons opté est la suivante :

• Utiliser une jante du commerce de type BMX, transformée pour l’adapter aux pneus tubeless (ce que ne permettaient pas les roues précédentes). Gain de poids d’environ 150 grammes par chambre à air et meilleure résistance au roulement
  
• Sur la jante et le moyeu, coller deux flasques en composite carbone.
  

Pour ces flasques, nous avons conservé la forme des anciens modèles de roues.

Nous avons usiné deux moules en bois (MDF) qui seront utilisés pour stratifier chacune des deux flasques. Ils seront également utilisés pour mettre en position jante, flasques et moyeu lors du collage.

Cela n’a pas été une tâche vraiment facile étant donné la taille des moules. Un tour relativement grand était nécessaire pour les usiner, ce que nous avons finalement pu faire à l’école polytechnique de Herstal. De plus, nous avons porté une attention toute particulière aux tolérances car la précision va avoir une forte incidence sur la qualité de notre roue (par exemple sur la concentricité).

Selon nos calculs nous devrions gagner environ 600g par roue, soit 1,2kg au total des deux roues.
Dans un prochain article, nous détaillerons notre passage au Campus Automobile de Francorchamps où, avec l’aide Lillo Trovato notre formateur composite, nous allons finaliser la réalisation des roues.

Nous remercions dès à présent tous ceux qui nous ont aidé, à savoir Guillaume Ruwet de http://www.ruwetmechanics.com (moyeux et axes), Lucien Ricci (Moules), Pascal Bal (Soudage des jantes) et Frédéric Weber pour ses conseils précieux !
Sans oublier SKF, qui a accepté de nous fournir gracieusement les roulements!

Arnaud et Thomas.