Renault résout des problèmes de bruit et de vibrations indésirables dans les moteurs grâce à Maple

Plusieurs composants sont impliqués dans le processus d’arrêt d’un moteur. Ces composants peuvent générer, au moment où le moteur ralentit, du bruit et des vibrations indésirables susceptibles de conduire à leur détérioration. Jean-Louis Ligier, responsable Recherche et développement chez Renault, et son équipe se sont vus confier la mission d’identifier les différentes sources de bruit et de vibrations dans un moteur turbo-diesel 4 cylindres 2,2 litres. Maple™ leur est apparu comme l’outil le plus efficace pour modéliser le moteur et déterminer l’origine de ce bruit. Mieux encore, Maple leur a même permis de trouver une solution au problème.

 

M. Ligier, Docteur en génie mécanique, utilise Maple depuis plus de 20 ans. Il a déjà eu recours au logiciel dans plusieurs projets de recherche appliquée, concernant par exemple des analyses thermiques non stationnaires de composants de boîtes de vitesses, l’optimisation du frottement dans les moteurs ou encore des analyses vibratoires. Il travaille pour Renault depuis plus de 12 ans et consacre ses efforts à l’étude des comportements thermiques et de la fatigue mécanique des composants de moteurs, ainsi qu’à la mise au point de nouvelles méthodologies de simulation de ces phénomènes. Le premier objectif recherché à travers l’utilisation de Maple était d’écrire des équations permettant de contrôler très facilement les composants du moteur.

 

Pour la création de modèles mathématiques de composants, plusieurs logiciels peuvent être employés. D’après l’expérience de M. Ligier, Maple est le logiciel le plus convivial et le plus rapide pour les tâches qu’il doit effectuer. « Maple peut exécuter en quelques heures seulement des tâches qui avec d’autres logiciels peuvent exiger des jours entiers, » explique-t-il. « Je peux entrer les équations comme si je les écrivais manuellement. La possibilité d’effectuer des calculs symboliques me permet de plus d’obtenir des optimisations quasiment inimaginables avec d’autres logiciels. Les résultats sont par ailleurs extrêmement précis. »

 

Lorsque la vitesse d’un moteur diminue, plusieurs résonances mécaniques sont induites. En cas de mouvement excessif à l’intérieur du moteur, non seulement les composants génèrent des bruits qui perturbent le conducteur, mais ils subissent également une usure prématurée. Les recherches menées avaient pour objectif de modéliser, et ainsi mieux comprendre, les causes des vibrations. Le moteur modélisé était un moteur 4 cylindres de la gamme de voitures Laguna de Renault. Le modèle du moteur, basé sur un système de cinq équations différentielles, était principalement axé sur le vilebrequin, le double volant amortisseur (DVA), ainsi que l’ensemble de la ligne de transmission. A partir de ces équations, M. Ligier est parvenu à évaluer le niveau de vibrations induit durant la décélération du moteur. La représentation graphique des résultats de la simulation a révélé que les vibrations étaient dues principalement à des chocs à l’intérieur du DVA. Pour remédier au problème, une solution relativement simple, consistant à modifier l’admission de l’air lors de la décélération, a été mise en œuvre.

 

La découverte de la cause exacte du problème s’est traduite pour Renault par des économies considérables sur les coûts puisque une solution simple, consistant seulement en une légère modification du moteur, a pu être apportée.

 

L’analyse des résultats de la simulation a permis à M. Ligier de réduire le niveau sonore de 30%. Grâce à la modélisation du moteur dans Maple, il a pu analyser les équations symboliques et acquérir ainsi une compréhension plus approfondie du système. La représentation graphique des résultats numériques a mis en lumière l’origine des vibrations. Grâce à Maple, le modèle a été créé et exécuté en une seule journée, ce qui représente un gain de temps considérable par rapport à d’autres logiciels qui, pour la même tâche, exigeaient une semaine complète. « J’utilise Maple depuis plus de 20 ans. J’apprécie sa simplicité d’utilisation et ses fonctionnalités puissantes. La possibilité d’exécuter des calculs symboliques et numériques représente pour moi un extraordinaire gain de temps puisque je peux obtenir des résultats le jour même, là où d’autres logiciels demandent des semaines, » conclut M. Ligier.