[Technique] Does high/low inertia have effect on engine power?

Cela reste à confirmer, mais renseignement pris Olivier Liégeois a toujours développé ses performantes machines sur un banc à inertie. Voir les résultats en GP 125 avec Azuma et Melandri

@ Ridley
Tu as raison, d'ailleurs, j'aurais du écrire:

Le banc à inertie est un bon outil de mesure comparaison, mais un mauvais outil de développement incomplet. Sauf pour de rares exceptions, il ne permet pas de simuler le comportement du véhicule sur la piste.
Dans tous les cas le développement fait au banc qu'il soit à inertie ou à frein doit s'accompagner d'un complément de mise au point sur la piste dont la proportion est bien plus importante dans le cas d'un banc à inertie.
Nous utilisons les deux moyens et je peux vous dire que comparativement au banc frein, le banc à inertie est une caresse pour le moteur.

@ Seb
Sur ton graphe, quelle est la durée du test à pleine charge disons entre 10000 et 12000 ?

Je viens de tout relire, et je me dis qu'il y a un certain mélange de plusieurs choses qu'il faudrait essayer de trier pour s'y retrouver. Je ne promets rien, mais je risque le coup. Les experts ont le droit de rigoler, et j'espère par contre déblayer le terrain pour ceux qui, comme moi, n'y connaissent pas grand'chose (j'ai des noms, hé hé!)

UN
si on ne considère que le moteur seul, la question est : est-ce que l'inertie de l'ensemble mobile (piston bielle vilebrequin) conditionne la puissance mesurable en bout de vilebrequin, toutes choses étant égales par ailleurs. Dans mon premier post, j'avais un début de réponse assez radical, rigoureusement défendable du strict point de vue théorique , mais qui avait la faiblesse de ne pas tenir compte de phénomènes plus subtils.
Le premier lié à certaines déformations mécaniques observables au cours du cycle. Ces déformations jouent sur les diagrammes d'admission/échappement (sans oublier les transferts sur les 2T) et la puissance peut donc s'en trouver affectée.
Le second lié aux variations de vitesse de rotation du vilebrequin tout au long du cycle, qui jouent eux aussi sur les temps d'écoulement des veines gazeuses.
Ceci fait que l'inertie a déjà un premier effet, rien qu'au niveau du cycle de fonctionnement (soit un tour pour les 2T, et 2 tours pour les 4T).

DEUX
On passe ensuite au comportement de la machine. Le moteur sert à propulser un ensemble moto+pilote. La puissance est utilisée à vaincre les effets de l'inertie de l'ensemble (pour obtenir des accélérations =augmentation de la vitesse) et aussi les frottements de toutes natures, mécaniques ou aérodynamiques qui finissent par limiter la performance (vitesse maxi). Il faut considérer aussi l'inertie des pièces en mouvement, transmission, roues... Tous ces objets en mouvement ont une certaine énergie, dite cinétique, caractérisée par des formules bien connues. Cette énergie résulte de la puissance produite par le moteur (attention au joyeux mélange travail-puissance, mais je ne vais pas insister pour le moment). Mis à part le KERS des F1, c'est cette énergie cinétique qui se dissipe dans le système de freinage. Plus généralement, dans tous les cas de diminution de la vitesse, la diminution correspondante de l'énergie cinétique se retrouve sous une autre forme, chaleur le plus souvent, mais aussi possible variation de l'énergie potentielle : si vous arrivez bien lancé et moteur coupé en bas d'une montée, vous irez plus ou moins loin avant de vous arrêter. La hauteur ainsi atteinte correspond à un stockage d'énergie, puisque si vous faites demi-tour, vous aller pouvoir repartir en roue libre et atteindre une certaine vitesse, etc... Mais ça fonctionne de la même façon dans le cas du vélo, donc le moteur de la moto est hors de cause dans l'affaire. Il ne faut pas confondre ces variations d'énergie avec l'énergie produite par le moteur.

TROIS
La mesure de la puissance sur les différents type de banc.
La combustion du carburant (en quantité parfaitement mesurable) produit une certaine énergie. En fonction du rendement moteur et de la durée de cette combustion, on obtient donc une certaine puissance (au sens de la définition donnée par les physiciens : quantité de travail rapportée au temps). La simple trituration des équations aboutit aux formules rappelées par les uns et les autres, notamment Ed (merci le prof!). Ceux qui auraient des doutes sur le sujet peuvent consulter n'importe quel bouquin de physique de terminale, on ne va pas y revenir.
A partir de là, il y a bien sûr plusieurs façons de s'y prendre, dont les bancs-frein et les bancs à inertie. Mais il serait quand même très surprenant que le moteur devienne plus ou moins puissant selon qu'on utilise l'un ou l'autre des ces deux appareils. Alors voyons...
Dans les bancs frein, on mesure donc l'effort produit à un certain endroit (sortie de vilo, sortie de boite, roue) à vitesse stabilisée. On connait alors la puissance à un certain régime moteur, on refait la mesure tout au long de la plage de régime, et on obtient la courbe de puissance. sur cette même plage Selon la sophistication du banc, ça prend plus ou moins de temps. L'inertie n'entre pas en ligne de compte.
Sur le banc à inertie, on fait varier rapidement le régime moteur. Ce régime varie alors en fonction des résistances que le moteur rencontre, qui sont principalement liées à l'inertie de tout ce qui doit être mis en mouvement, dont le fameux rouleau du banc, dont les caractéristiques sont connues : moment d'inertie notamment. En mesurant la variation de vitesse du rouleau, on va savoir ce qu'il a reçu comme énergie de la part de ce qui le met en mouvement. Et comme la vitesse est justement une fonction du temps, on a ce qu'il faut pour déduire la puissance. A priori, les caractéristiques du rouleau du banc ne devraient rien changer au résultat. Et je suis prêt à parier que le calcul théorique le confirme. S'il est plus lourd, la manip prend juste un plus de temps, lequel est pris en compte dans le calcul. On devrait trouver quelqu'un pour nous dire ce qu'il en est exactement. Par contre, je verrais assez bien qu'on n'ait pas le même rouleau selon qu'il s'agit de mesurer la puissance d'un 50cc ou d'une MotoGP.

Enfin, je me trompe peut-être, mais la mise en mouvement du rouleau par une moto bridée sur le banc, me semble se rapprocher de ce qui se passe lors d'une accélération réelle de la moto en mouvement sur la route. La puissance ne sert plus à accélérer le rouleau mais l'ensemble moto+pilote. J'aurais alors tendance à dire que le banc à inertie permet peut-être de se faire plus facilement une idée du comportement à venir de l'engin. Mais je sens bien que c'est plus "sentimental" que scientifique...
Et en relisant tout ça, je me dis que je ne suis pas sûr d'avoir éclairé le débat...

Merci Janpol pour cette synthèse.
Le banc à rouleaux, effectivement, ne permet pas une mesure aussi précise qu'un banc freiné qui permet, lui, de stabiliser le régime. OK.
Mais il reproduit assez bien ce que fait l'ensemble moto/pilote sur la piste. C'est une mesure facile et rapide. Donc là c'est vraiment bien.
Côté négatif, généralement les condition de mesure sont très variable (p° pneu, t° et p° atmosphérique par ex). Il s'agit donc plutôt d'un moyen de comparaison plutôt qu'un moyen de mesure absolue.
On a pas évoqué le delta inertie moteur/inertie du banc : on est sur des échelles de valeurs tellement différentes !!! L'accélération est suffisamment longue pour faire une mesure correcte. Ce qui est important c'est bien la forme de la courbe : on cherche les creux, les bosses, la plage utilisable etc...
Un moteur performant n'est pas forcément le plus puissant, mais celui qui a le couple le mieux répartie là ou on en vraiment besoin. Et le banc à inertie sort une courbe complète, lisible donc exploitable en quelques secondes. On fait une modif et on recommence. Le résultat est immédiat : c'est mieux ou c'est moins bien. Et modif suivante...
Je conclurais : la puissance exacte on s'en fout, c'est des chevaux partout qu'on veut.
Et surtout la pratique montre que ça marche ! Alors....

janpol84 a écrit:

Et en relisant tout ça, je me dis que je ne suis pas sûr d'avoir éclairé le débat...

Bien sûr que si JP, comme d'habitude tes explications sont claires et permettent de recentrer le sujet.
D'ailleur le sujet initial était: "Influence de l'inertie du vilebrequin sur la puissance moteur"
Et là, la réponse a été exprimée clairement: aucune.

Mais il y a une autre considération qu'il serait intéressant d'examiner, je n'ai jamais pris le temps de faire les calcul, c'est l'énergie restituée par le vilebrequin au cours des changements de rapport.
Il faudrait que j'extirpe des acquisition de données, les valeurs des variations de régime et de temps .

En effet, à chaque changement de rapport, pendant une durée très courte (0.1, 0.2 s ?) l'énergie cinétique du vilebrequin AU REGIME MAXI est transférée à l'ensemble du mobile puisque le régime moteur varie très brutalement (1500 t/mn ?) pendant cette courte période. Aïe, aïe aïe la transmission

Merci Giesse et Francis. Effectivement, je voulais montrer qu'à partir de la question de départ, le débat s'était développé dans plusieurs directions différentes. Mais j'ai trouvé qu'il était difficile d'avoir une rédaction qui soit à la fois courte et exacte sur le plan théorique. J'ai souvent corrigé certaines formulations car le premier jet était plein d'abus de langage et de raccourcis qui risquaient d'entraîner le même type de confusions que celles déjà rencontrées. Il faudrait des pages et des pages pour faire quelque chose de sérieux. Raison de plus pour saluer au passage le travail de ceux qui consacrent leur quotidien à la pédagogie.

Il me semble clair que dans le banc à inertie, on mesure l'énergie fournie au rouleau du banc, et rien d'autre. En particulier, on ne se préoccupe pas du "cheminement mécanique" permettant d'amener cette énergie.
Si on entraine ce rouleau via le point de contact du pneu situé tout au bout de la chaîne cinématique de la moto, hé bien, on mesure la puissance "à la roue", qui est d'ailleurs celle que va devoir gérer le pilote.
Mais si on réussit à relier le plus directement possible le rouleau au vilebrequin, alors on mesure la puissance au vilebrequin.
L'inertie de toutes les masses en mouvement entre le vilo et le point de contact pneu/sol (pignonnerie/embrayage/rotors électriques divers/transmission secondaire/roue) joue bien sûr un rôle déterminant, puisque les variations de vitesse de cet ensemble représente autant d'énergie cinétique emmagasinée au détriment de celle qui parvient au rouleau du banc. Mais que je sache, en utilisation normale, ce n'est pas le vilo qui "attaque" directement le bitume. (mais on s'en rapproche pas mal dans le cas de certains engins type scooter électrique, où le moteur se trouve directement dans la roue dont il fait intégralement partie, sans que cela permette pour autant de faire 700km dans la journée autrement que dans un fourgon).

Je pense que fpayart est certainement le mieux placé pour parler du sujet, puisqu'il est un des rares à construire intégralement ses propres ensembles moteur-boite, lesquels sont rien moins qu'au top niveau mondial de leur catégorie. Donc ça n'a rien à voir avec les préoccupations du kéké frimeur évoqué par GrahamB. Ses commentaires sont donc forcément les plus pertinents à mes yeux.
Sa dernière remarque sur la secousse générée par la variation brutale du régime moteur au changement de rapport est très judicieuse, et correspond à une réalité que la plupart des motards éprouvent au quotidien : outre la poussée de la montée en régime, cette secousse contribue fortement à l'intensité des sensations. Un mécanique de série souffre forcément, mais le constructeur est bien obligé de prend ça en compte pour prévoir la durée de vie de l'engin. Dans le cas d'un moteur à performances de haut niveau, où tout doit être optimisé, ce qui est le cas des FPE, c'est une vraie préoccupation. Les photos du topic sur les moteurs FPE sont très explicites des dégâts qui peuvent survenir du fait de certains utilisateurs.

Précision concernant les à chocs sur la transmissions

Les moteurs de courses utilisent des shifters ( coupure d'allumage de 25-100 ms ) pour permettre de passer les rapports à la volée en restant poignée dans le coin

Il semble évident que plus l'ensemble mobile est lourd , plus il faut un temps de coupure important pour permettre à cet ensemble mobile de perdre l'énergie accumulée et perdre ainsi en régime pour atteindre celui du rapport supérieur au crabotage de boite sans trop de violence sur la transmission ......

La même chose au rétrogradage à ceci près que le rotor d'allumage ( si il est externe et lourd ) peut exercer des énormes déformations sur le vilebrequin
réalité bien connue de tous ceux qui roulent en LC sur piste et qui un un jour empillé les rapports un peu trop sauvagement ...... et décalé le vilo

Par contre on ne peut pas conclure que le poids de l'ensemble mobile ne joue pas sur la puissance d'un moteur ( 2tps toujours , 4tps je n'ai aucune certitude ) , que ce soit avec des vilos +- lourds , des volants d'alklumage plus ou moins lourds , voir des pistons plus ou moins lourds , la puissance du moteur diffère

SEB4LO a écrit:

Précision concernant les à chocs sur la transmissions. Les moteurs de courses utilisent des shifters ( coupure d'allumage de 25-100 ms ) pour permettre de passer les rapports à la volée en restant poignée dans le coin. Il semble évident que plus l'ensemble mobile est lourd , plus il faut un temps de coupure important pour permettre à cet ensemble mobile de perdre l'énergie accumulée et perdre ainsi en régime pour atteindre celui du rapport supérieur au crabotage de boite sans trop de violence sur la transmission ......

Seb, a quickshifter cuts the ignition only in order to momentarily take the engine torque off the gearbox dogs,
so they can slide apart. The ignition cut-out time is far too short to make the crankshaft rpm drop substantially.
The sudden change in crankshaft rpm should be absorbed by a transmission damper in the primary gear, in the clutch gear or in the rear wheel hub.
If there is no decent transmission damper, the sudden transmission ratio change will cause the clutch and /or the rear wheel to slip for a moment if you are lucky. If you are not, a gear, a shaft or the chain will break.

In the discussion about inertial test benches versus brake test benches I missed one aspect. The power produced by a combustion engine not only depends on rpm and throttle position. It is also influenced by the rate of acceleration.
On a brake test bench this acceleration is zero; on an inertial test bench it depends on the engine power, the drum inertia and the total transmission ratio from crankshaft to drum.

The acceleration plays an important role because it decides how the temperatures in the engine, especially the exhaust pipe temperature, varies. In al all-gear test on an inertial bench, where the engine is accelerated through the gears, you will see that the power curve in each gear is different. In the low gears the acceleration is so quick that the exhaust temperature does not rise fast enough. In the higher gears the exhaust has more time to become hot and the engine will rev higher.
For me this is the most important reason to prefer an inertial test bench for the development of competition engines.
If you choose the gearing right, the acceleration on the bench will be identical to the acceleration on a circuit.
So you will be preparing the engine in 'real-life' circumstances.

Another point in favour of of the inertial dyno: a full power curve measurement may take 10 seconds, whereas the same measurement on a brake may take up to 5 minutes. If the compression ratio is a bit too high, or the ignition timing a bit too advanced, or the mixture a bit too weak, or the cooling is poor, your engine still has a good chance of surving on an inertial dyno. On a brake, it will die within those 5 minutes.

for Francis

i don't really understand your question , the run is full throttle in 6th gear

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here is the same run with the Rpm fonction instead or time ......


For Frits , yes , i know , i was only thinking of " Too heavy " flywheel/crank and made a 'brainfart' , but of course with the clutch engaged on track Rpm won't change or you will get slower in straight line during acceleration = not a good point

Effectivement, plus l'inertie de l'ensemble vilo+transmission primaire+arbre primaire et plus rude sera le choc au changement de rapport, mais en mode "avec débrayage", c'est bien pour ça qu'on coupe un peu les gaz !
A la descente des rapports au feeling cela semble plus violent qu'à la montée, c'est peut-être aussi qu'en freinant, le transfert de masse fait craindre le blocage de la roue arrière qui n'a plus trop de force d'appui.

Pour les bancs, sur lesquels je ne connais rien que les théories de la mécanique générale, n'ayant jamais pratiqué, je voudrais savoir si, à la suite d'une remarque judicieuse de Giesse :

Est-ce que certains banc calculent l'efficacité c'est à dire l'intégrale de la courbe de couple et l'intégrale de la courbe de puissance, pour faire simple la surface sous cette courbe.
Il serait souhaitable bien sur de pouvoir le faire entre deux régimes moteur RPM1 et RPM2 choisis en fonction de la plage réellement utilisée, ou la plus utilisée sur un circuit déterminé !

Je pense en néophyte que c'est comme cela qu'on choisit une cartographie, un échappement plutôt qu'un autre, sans oublier la démultiplication !

La puissance maximale ou "peak" seule est intéressante à la vitesse maxi, tenue comme quand on se tirait la bourre du vendredi soir avec les potes sur l'autoroute, mode kéké

Si je comprends bien, aucun des bancs ne donne satisfaction !

Il faudrait un banc dont on puisse changer des modèles de simulation de :

- L'inertie en tenant compte de la masse moto + carburant+pilote
- Des frottements en fonction de la vitesse instantanée Le problème étant de connaître ces frottements (Aérodynamiques, résistance au roulement, et internes à l'ensemble moteur+transmission en fonction de la vitesse de la moto, du rapport engagé et du régime moteur)

C'est à dire un banc Inertie+Freinage variable en dynamique.
Est-ce que cela existe ?

Merci Frits pour ces éclaircissements. Sachant que la température interne de l'échappement a beaucoup d'influence sur les vitesses d'ondes et donc les performances, j'aimerai savoir si machine roulante le refroidissement externe du même système d'échappement peut abaisser la température intérieure. Si oui, la solution n'est-elle pas, durant un roulage, de faire des relevés de températures en plaçant des thermocouples, par exemple sur la première partie du pot (coude) et la partie centrale. Et en tenant compte des conditions atmosphériques du moment, créer des abaques afin de reproduire ces conditions lors d'un passage au banc, en refroidissant l'échappement à l'aide d'une soufflerie.

cette intégrale correspond à la fonction temps que j'ai affiché plus haut , CAD temps d'accélération pour passer d'un régime à un autre

ptiyam = la puissance vilo , en pratique on s'en fout un peu , on compare les puissances au rouleau ou à la roue ce qui fait qu'on se passe de toutes les estimations farfelues ou non des corrections SAE/DIN etc etc
Pour le dévellopement / mise au point , il faut toujours travailler sur le même banc pour faire des comparaisons , si possible dans un laps de temps le plus court possible ( corrections météo etc etc )

Ridley : oui , sur les passages les plus poussés , une soufflerie s'occupe du/des pots

Et quid de mettre le banc sur la moto au lieu de mettre la moto sur le banc ?

C'est sur qu'il faut disposer du circuit ouvert, mais c'est vraiment ça le banc idéal, non ?
Sur une moto, mesurer le couple et le régime moteur, les températures, ouverture des gaz, etc. c'est aujourd'hui vraiment intégrable.
Que donne la comparaison avec un banc ?

le banc mesure la puissance , ce dont tu parles est une acqui' de données , il y en a sur toutes les motos de courses actuelles .... , çà recueille Lambda/TPS/carto/Rpm/Gps/suspensions/pressions freinage etc etc

çà se trouve sur la moto , qu'elle soit sur un banc ou la piste

Il existe des systèmes embarqués (powerdyn, G-Tech pro, entre autres) qui permettent de faire des relevés de couple-puissance-accélération en roulant. Le problème est qu'il faut trouver l'endroit adéquat pour faire ces mesures (bout droit bien plat de préférence), les conditions météo qui vont bien (pas ou très peu de vent). Bref, c'est pas gagné et quand à la précision, répétitivité des mesures, j'ai un doute. Ca peut donner quelques indications sur un ou deux runs. Mais pour moi c'est plus de l'amateurisme qu'autre chose

SEB4LO a écrit:

le banc mesure la puissance , ce dont tu parles est une acqui' de données , il y en a sur toutes les motos de courses actuelles .... , çà recueille Lambda/TPS/carto/Rpm/Gps/suspensions/pressions freinage etc etc

çà se trouve sur la moto , qu'elle soit sur un banc ou la piste

Les messages se croisent Et du coup tu as répondu !
J ene pense pas du tout que ce soit de l'amateurisme, plus les essais se font dans des conditions proches de la réalité, et plus ils apportent de vraies données, conditions météo ou pas.

Crois en quelqu'un qui a bossé dans un labo, fait des essais sur d'autres bancs mécaniques que moteurs, qui a dépouillé des données d'environnement réels, mesures d'impédance mécanique, analyses modales...

Ah si un jour j'ai été au contact d'un banc au CEPr à Saclay, banc loué par MATRA pour le V10 mais j'étais là pour mon job sur les vibrations et du coup pas trop le temps de discuter banc avec les techniciens qui s'en occupaient


OK mais il manque la mesure du couple et du RPM à la roue arrière il me semble, qui lui permet de calculer tout ce que l'on veut !
Qu'est-ce j'aurais aimé bosser là dessus, trop tard

la fonction temps donne une courbe CERTES mais en abscisse .... c'est une chiffre et on a le résultat des intégrales puissance/couple

"Ridley : oui , sur les passages les plus poussés , une soufflerie s'occupe du/des pots"
Je sais bien Seb, mais cela ne réponds pas à ma question: Quelle est l'influence du refroidissement externe du pot (en roulant) sur la température interne du dit pot. Sachant que cette température doit être différente en fonction de la vitesse de déplacement de la meule.

Quand je parle d'amateurisme je fait allusion au matériel cité et surtout la façon dont beaucoup utilisent ce même matériel

janpol84 a écrit:

Si on entraine ce rouleau via le point de contact du pneu situé tout au bout de la chaîne cinématique de la moto, hé bien, on mesure la puissance "à la roue".

Pardon de te contredire on mesure la puissance au rouleau puisque le capteur est solidaire du rouleau et qu'on ne maîtrise pas le glissement du pneu

janpol84 a écrit:

Je pense que fpayart est certainement le mieux placé pour parler du sujet, puisqu'il est un des rares à construire intégralement ses propres ensembles moteur-boite, lesquels sont rien moins qu'au top niveau mondial de leur catégorie. Donc ça n'a rien à voir avec les préoccupations du kéké frimeur évoqué par GrahamB. Ses commentaires sont donc forcément les plus pertinents à mes yeux.

C'est trop d'honneur, pour quelqu'un qui aimerait avoir plus de certitudes...

SEB4LO a écrit:

la fonction temps donne une courbe CERTES mais en abscisse .... c'est une chiffre et on a le résultat des intégrales puissance/couple

ben en abscisse sur tes courbes, je vois QUE le temps, ce n'est pas une intégrale ça !

En fait si c'était une intégrale ce serait gradué en unité d'énergie, donc Joule, KW.h ou autre !
On verrait entre deux régimes avec une option d'intégrale partielle "glissante", le réglage le plus efficace, à condition de pouvoir garder la même ouverture de gaz dans les conditions réelles

A une certaine nous avions fait pour le magazine MotorSport un comparatif de système de mesures embarqués style G-Tech pro. Eh ben, t'en a pas qui donnait les mêmes valeurs et pourtant le comparo a été effectué dans les meilleures conditions, le même jour au même endroit. Ca m'a fait doucement rigolé. Maintenant s'il est possible d'en dégoté un qui soit fiable et surtout apte à données des mesures répétitives et en supposant que les meilleures conditions d'essai soit réunies (météo, piste) ya peut-être moyen de faire quelque chose.

C est pareil , tu peux demander un calcul sur 7000-12000 par exemple , tu passes en fonction temps

et tu as le resultat de ton intégrale que ce soit en carottes / navets ou pommes .... , dans ce cas c'est secondes ..