[Technique] Moteurs MotoGP

Please allow me to explain my view on the big-bang principle.

Jean François Robert a écrit:

le cycle à 4 temps se décompose en 4 phases, admission, compression, combustion/détente puis échappement. Ces différentes étapes se traduisent par des variations de pression importantes à l’intérieur du cylindre et donc particulièrement sur la calotte du piston..... cette pression se traduit par une force communiquée à la bielle. C’est cette force qui est à l’origine du couple
moteur.

That is true - but when the engine is running at 13.000 rpm, the pressure in the cylinder is not capable of accelerating the piston fast enough. The conrod has to pull the piston down! So this phase of piston movement does not put energy into the crankshaft; it costs energy.

After the piston has reached its maximum velocity, the conrod has to slow it down again. Now the piston is pushing against the conrod and positive energy is delivered to the crankshaft.

After the piston has stopped in BDC, the conrod has to push it upwards until maximum piston speed is reached again. Then the piston wants to continue at that speed despite the fact that the compression pressure is trying to slow it down. So now the piston is pulling at the conrod, which is also delivering positive energy to the crankshaft.

The so-called 'work stroke' of the piston does not exist! Instead there are two 'positive half-strokes': from mid-position down to BDC when the piston pushes against the conrod, and from mid-position up to TDC when the piston is pulling at the conrod.
In this example I am talking about a two-stroke engine - after all that is what started the whole big bang-confusion. But it is not difficult to understand that the same things happen in a four-stroke.

In the picture below the yellow graph shows the inertia force in the conrod that would be needed to move the piston if there were no gas pressure in the cylinder. A positive value (= above the horizontal white line) is a pushing force in the conrod, a negative value is a pulling force.
The white graph shows the force on the piston, generated by the cylinder pressure, and the blue graph shows the resulting force in the conrod that accelerates or decelerates the crankshaft.

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The picture below shows the torque fluctuation within one crankshaft revolution of a single-cylinder two-stroke engine. You can see that the peak value is 10 times higher than the mean torque!

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The picture below shows the torque fluctuation within one crankshaft revolution of a twin-cylinder
two-stroke with 180° phasing between the piston positions.
The solid blue line shows the torque from cylinder 1 that we have already seen above;
the dotted blue line shows the torque from cylinder 2. The yellow line shows the total torque.

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The picture below shows the torque fluctuation within one cranksaft revolution of a twin-cylinder
two-stroke with 90° phasing between the piston positions.
The solid blue line shows the torque from cylinder 1; the dotted blue line shows the torque from cylinder 2. The yellow line shows the total torque.
The dotted red line is there for comparion; it is the same as the yellow line in the picture above which shows the torque of two cylinders at 180°.

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You can see that the torque fluctuation of a 90°-twin is only half as bad as the fluctuation of the 180°-twin. That means an easier life for the clutch, the gearbox, the chain and the rear tire; you can use a softer rubber compound with more grip.
Summary: the fairy tale of a big bang with two cylinders firing together, and then a pause, so that the rear tire gets time to regain grip, is just that: a fairy tale.

The name big bang originated from the engine sound. With the Honda NSR 500-4 we were used to 2 cylinders firing, 180° later the other 2 cylinders firing, 180° later the first 2 cylinders firing again, and so on: a nice even sound: the original screamer.

With the big bang engine it was: 2 cylinders firing, 90° later the other 2 cylinders firing, then 270° silence, then the first 2 cylinders firing again: an uneven sound.
Honda even built a 'big bang-screamer': every 90° 1 cylinder firing. That sounded great! But Mick Doohan did not like the bike, so it disappeared....

Thanks a lot, Frits.

Par contre, si quelqu'un pouvait nous faire une très bonne traduction de l'anglais technique....

Thank you Frits, Very interesting

Thank you so much, Frits!



Voici une traduction, la mienne, forcément améliorable.


[quote="Frits Overmars"] Permettez-moi de vous expliquer mon point de vue sur le principe du Big Bang:

Jean François Robert a écrit:

le cycle à 4 temps se décompose en 4 phases, admission, compression, combustion/détente puis échappement. Ces différentes étapes se traduisent par des variations de pression importantes à l’intérieur du cylindre et donc particulièrement sur la calotte du piston..... cette pression se traduit par une force communiquée à la bielle. C’est cette force qui est à l’origine du couple
moteur.

Ceci est vrai, mais quand le moteur tourne à 13.000 trs/mn, la pression dans le cylindre n'est pas capable de pousser assez vite le piston.
C'est à la bielle de tirer le piston!
Cette phase du mouvement du piston n'apporte pas d'énergie au vilebrequin, elle en coûte!

Une fois que le piston a atteint sa vitesse maximum, la bielle a à le ralentir à nouveau. A ce moment, le piston pousse sur la bielle et de l'énergie est délivrée au vilebrequin.

Une fois que le piston s'est immobilisé au point mort bas (uniquement en translation verticale) la bielle doit le repousser une nouvelle fois jusqu'à atteindre sa vélocité maximum.
Le piston veut alors continuer à cette vitesse, malgré la compression qui tente de le ralentir.
Donc maintenant, le piston tire sur la bielle, ce qui apporte également une énergie positive au vilebrequin.

La soit-disante "course de travail" du piston n'existe pas!
A la place, il y a deux "demi-temps positifs": de la position médiane jusqu'à Point Mort Bas, quand le piston pousse contre la bielle, et la position médiane jusqu'au Point Mort Haut, quand le piston tire sur la bielle.

Dans cet exemple, je parle d'un 2temps (après tout, c'est de là qu'est née toute la confusion sur le Big Bang) mais il n'est pas difficile de comprendre que les mêmes phénomènes se retrouvent dans les 4temps.

Dans l'image ci-dessous, la courbe en jaune représente la force d'inertie nécessaire à la bielle pour mouvoir le piston s'il n'y avait pas d'explosion dans le cylindre.
Une valeur positive ( = au-dessus de la ligne blanche) indique que la bielle pousse, une valeur négative, que la bielle tire.

La courbe blanche montre la force sur le piston, générée par l'explosion.

La courbe bleue montre la force résultante sur la bielle, qui accélère ou décélère le vilebrequin.

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L'image ci-dessous montre la variation du couple durant un tour de vilebrequin sur un monocylindre 2temps.
Notez que le pic d'intensité est 10 fois supérieur au couple moyen!

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L'image ci-dessous montre la variation de couple durant un tour de vilebrequin sur un bi-cylindre 2 temps calé à 180°.

La courbe bleue pleine montre le couple du cylindre n°1 que l'on a déjà vu plus haut.
La courbe bleue en pointillés montre le couple du cylindre n°2.
La courbe jaune montre le couple résultant.

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L'image ci-dessous montre la variation de couple durant un tour de vilebrequin sur un bicylindre 2 temps calé à 90°.

La courbe bleue pleine montre le couple du cylindre n°1.
La courbe bleue en pointillés montre le couple du cylindre n°2.
La courbe jaune montre le couple résultant.

La courbe rouge en pointillés est en comparaison; c'est la même que la courbe jaune sur l'image précédente et elle correspond au couple global d'un bicylindre à 180°.

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Vous pouvez voir que la variation de couple d'un twin à 90° est moitié moindre que celle d'un twin à 180°. Cela signifie une vie plus facile pour l'embrayage, la boîte de vitesses, la chaîne et le pneu arrière. Vous pouvez donc utiliser un pneu plus tendre at avoir plus de grip.

En résumé: la légende du Big Bang constitué de deux cylindres qui explosent en même temps, et dont la pause qui s'ensuit est censé donner du temps au pneu pour retrouver du grip est seulement cela; une légende!

Le terme Big Bang trouve son origine dans le bruit du moteur.
Dans le Honda NSR 500-4, nous étions habitués à l'explosion simultanée de 2 cylindres, puis, 180° plus tard, des deux autres cylindres, etc; un joli bruit régulier appelé Screamer.

Avec le moteur Big Bang, c'était deux cylindres qui explosaient en même temps puis, 90° plus tars, les deux autres cylindres, puis plus rien pendant 270°: un son irrégulier.

Honda a même construit un "Big Bang Screamer": tous les 90°, il y avait un cylindre qui explosait.
Le bruit était fabuleux!
Mais Mick Doohan n'aimait pas la moto, donc elle disparut....

Marc, permit me to compliment you on your French . It was a perfect translation (yes, I can read French; I just cannot write it ).
You asked for an explanation of 'work stroke'. That would translate into something like 'course de travail'. It is the expansion stroke from TDC to BDC when, according to conventional belief, energy is brought into the crankshaft.

Hello ,Frits, and others,
I agree for the explanation about the torque but I disagree for the relation about the grip , the recent traction controls stops the firing to help the tire to sticks on the ground , it is the same effect as bigtwin Ducati against the screamers , they don't use the same amount of "traction control" because the grip is consistent (The D16 was developped into a twin pulse to copy this, with less misfiring the fuel...)
The use of TC was a great help at the end of the 250cc era who were so fast and rigid in the rain despite the fact ther are 90° cranked , what you think? [Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

I have to say that I ride big twins w/o TC.

cristogrr a écrit:

I agree for the explanation about the torque but I disagree for the relation about the grip , the recent traction controls stops the firing to help the tire to sticks on the ground.

Traction control is a different story; TC for motorcycles was introduced long after the introduction of big bang. But even now it is better to preserve the rear tire grip by smoothing the torque, than to let TC save the situation after the grip is already broken...

Translation completed.

Thank you Frits.... but now, i have to check and probably change my first message!

Marc a écrit:

Translation completed.

Thank you Marc
(Is your Dutch as good as your English? Then I could write twice as much in half the time and you could turn it into perfect French )

Marc a écrit:

...'work stroke' (ndlr: là, faut m'aider) ...

work stroke = temps moteur (avec temps dans le même sens que 4 temps)
Mais la version de Frits "course de travail" est très convenable, voire plus explicite...
Toujours à votre service, chef

Frits, if you can write using only 5 words (Assen, Zandvoort, Amsterdam, Rotterdam and Amstel), YES!

Excellent!

Et bien, la traduction n'était pas superflue pour bien tout comprendre (du moins, pour moi!)

Merci Marc,
Thanks again Frits, with your explications, it's really easy to know how the "big bang" works.

thank you Frits, merci Marc pour la traduce.....


quelque part ça me rassure , j'arrivais pas à comprendre cette notion de reposer le pneu entre deux coup de bélier,...., une légende donc lol

les explosions calées sur 90°, et 270° sans que rien ne se passe...
...'l'a le temps de se reposer le pneu, non?

The pneu is not there to rest; it is there to work :twisted:

HI,
yes , but too many stress on the tire and you loose the main job : transform an irregular work to a seeming continuous traction,
the first wheel pictures with the stars are a good explanation what is happend; if you remove also the rubber damper at the rear sproket you will have the IUWA comming with a higher level , does it?
To improve the grip Aprilia had in the last version of the V2 increased the crankshaft weigth at least of one kilo because the mid range torque was too abrupt, it plays in the way of your torque distribution(smoothing the pics)
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cristogrr a écrit:

To improve the grip Aprilia had in the last version of the V2 increased the crankshaft weigth at least of one kilo because the mid range torque was too abrupt, it plays in the way of your torque distribution(smoothing the peaks)

Yes; the next step would have been to make the crankshafts completely out of uranium 8) .
Thank God Dorna killed the 250-class just in time...

Sorry Frits ,I was speaking about RSV1000cc 4 T [Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

Thanks Frits and all the others, nice explanations!!!

Je viens de terminer le premier article de ce topic (en première page).
Ce n'est pas fini mais c'est déjà un peu plus complet...

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Salut marc,
je pense qu'il y a des erreurs dans les dessins de manetons du ducati car les bielles sont toujours attachées deux par deux , ou alors il a une fragilité du vilo...ou ils ont copié la RSV4 d'Aprilia qui semble avoir un calage vraiment dificile à comprendre.
Le twin pulse , je suis sur de cela mais pour les Big Bang, ils peuvent en gardant que deux manetons les faire exploser soit par paires cote à cote, soit croisés, soit décalés de x° par maneton , mais là je ne crois pas qu'ils explosent en simultané car l'équilibrage ne serait plus assuré sans arbres...
Il faudrait un système sur ton mobile qui capterait les bruits et en extrairait les sons non pollués par le limiteur de vitesse des stands , on serait alors fixés (ce matos a déjà été utilisé par le passé...)

Cristogrr, j'ai pris soin de préciser que les dessins (essentiellement ceux de Ducati) n'étaient que des pâles approximations faites avec Photoshop...
En fait, ils sont surtout là pour m'aider à visualiser ce qui se passe mais n'ont aucune véracité dimensionnelle... désolé

Je ferai mieux quand j'aurais pris Solid Works en main...

Bonjour,

Voici3 photos du moteur swissauto qui peuvent également illustrer ce post...
Pour ceux qui ne connaissent pas ce V4 500: c'est un V à 108°, un seul vilo et un carter commun pour 2 cylindres. Donc les deux de gauches sont synchrone et les 2 de droites le sont également entre eux. On peut donc le comparer à un bicylindre. Sur les premières versions (side-car) les 2 paires d'explosions avaient lieu à 180° d'intervalle.

Le vilo a donc la configuration suivante:
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On peut y voir la paire de bielles des cylindres synchrones décalée de 108° et les 2 paires sont décalées entre elles de 180°. Si je ne me trompe pas c'était la configuration des premiers V4 Honda. Par le fait que l'on voyait monter simultanément les 2 pistons de gauche et ensuite ceux de droites on appelait ce moteur (Honda) le two-up.

Ensuite est apparu une configuration "Big-Bang" dont voici le vilo:
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On y remarque toujours le deux paires de bielles (bielles à 108° entre elles) des cylindres synchrones. Mais ici on peut voir que les paires ne sont plus à 180° l'une de l'autre mais à un angle plus proche, A vue d'œil je dirais environs 90°...

Alors est-ce que ce calage engendrait plus de vibration? On peut le supposer car on peut remarquer sur les carters de ces versions une ajoute derrière les cylindres qui pourrait renfermer un arbre d'équilibrage...
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En 1965 Fath avait déjà un vilo calé à 90o équivalant au crossplane de la M1 avec double allumage dont un a l'échappement.

Une théorie lue sur un Mototechnologie il n'y a pas mal de temps au sujet des avantages du décalage ( irrégularité) de l'espacement des explosions fourni par un Big Bang ou un vé 4 contre un 4 en ligne classique "hurleur": il permettent des décaler les points chauds sur le pneu de manière plus efficace pour lui permettre de refroidir donc de souffler car en condition extrêmes, les pointes de couple musclées portent la température des patch jusqu'à 900°C. Une explication qui a certainement des sources vérifiées (pneumatiques) et même si elle peut interroger elle me plait bien. Si l'on reste en position fixe sur une pièce de métal avec le dard d'un chalumeau on va finir par surchauffer et fondre localement, si l'on balade le chalumeau sur toute la surface de la pièce il en va autrement 
Dan