Mesures physiques et crit`eres d’optimisation

d’´emission de CO2 de l’ordre de 4.9 g/km, selon la proc´edure de calcul ´elabor´ee par Renault.

Afin de pouvoir r´ealiser des comparaisons, en valeur absolue, avec les mesures exp´eri- mentales, nous pouvons d´eduire, `a partir de la force de frottement surfacique exprim´ee dans la section6.1.2.2page99, la force de frottement instantan´ee exerc´ee sur un segment de diam`etre φ :

F f t1 = F f s1· l1· πφ, (7.4)

et donc la pression instantan´ee de frottement s’exprime : P F = F f t1

πφ2

4

= 4F f s1· l1

φ . (7.5)

Il faut souligner que ces mesures ne cherchent pas `a faire une comparaison proprement dite avec les mesures exp´erimentales. Les tests sur machine SPC ou banc moteur V6 fournissent des mesures de PMF sur des cycles complets de fonctionnement tandis que le mod`ele de pr´ediction ne travaille pour l’instant que avec des ´echantillons de surface au point-milieu, pour la vitesse maximale du segment. De plus, les simplifications du mod`ele (segment plat, ´epaisseur du contact fix´ee) et le manque d’information sur les valeurs r´eelles prises par certains param`etres (pressions) rendraient cette comparaison difficile. N´eanmoins, ces mesures repr´esentent des moyens de quantification pour le mod`ele de pr´ediction afin d’estimer les gains r´eels que les surfaces optimis´ees `a l’aide de cet outil pourraient apporter.

Application num´erique Si on applique les expressions ci-dessus pour le moteur V6 PREDIT (φchemise = 87 mm) on obtient une estimation de la pression de frottement `

a 3000 t/mn, au point milieu, sur les 6 cylindres, de l’ordre de 0.12 bar. Pour faire un parall`ele avec les essais exp´erimentaux, les mesures PREDIT sur moteur V6 allum´e pr´esent´ees dans la figure 1.12page17indiquent une pression moyenne de frottement de l’ordre de 0.8 bar `a 3000 t/mn. On constate des diff´erences importantes, dues notamment aux simplifications du mod`ele, `a l’´epaisseur du film d’huile choisie et `a la pression dans la chambre de combustion consid´er´ee comme atmosph´erique. Le mod`ele ´etant plus proche de la configuration SPC monocylindre (φ = 87 mm), l’estimation de la pression de frottement `a 3000 t/mn, au point milieu, est dans ce cas d’environ 19 millibar. Les mesures PREDIT SPC pr´esent´es dans la figure 1.11 page 16 indiquent une pression moyenne de frottement de l’ordre de 37 millibar `a 3000 t/mn. Nous retrouvons donc dans ces r´esultats un meilleur rapprochement du mod`ele avec la configuration SPC.

7.4. Mesures physiques et crit`eres d’optimisation

Le choix des crit`eres d’optimisation parmi les diff´erentes mesures fournies par l’outil de pr´ediction m´erite une discussion plus approfondie et fait l’objet de cette section.

Il a ´et´e montr´e pr´ec´edemment (cf. section7.3.2.6page150) que la puissance dissip´ee et le coefficient de frottement sont deux mesures adapt´ees `a des configurations de contact diff´erentes. Plus concr`etement, dans les configurations de contact hydrodynamique o`u la pression exerc´ee par le segment sur le film lubrifiant est consid´erablement sup´erieure `a la charge provoqu´ee par la texture4 de la surface, l’´epaisseur du contact ne variera pas d’une texture `a l’autre ; dans ce cas, ce sera la puissance dissip´ee ou la force de frottement le crit`ere de classification des textures. En revanche, si la charge exerc´ee par la texture joue un rˆole principal dans l’´equilibre du contact, le coefficient de frottement sera alors la mesure discriminante.

En ce qui concerne le crit`ere `a utiliser pour l’optimisation des textures, le choix entre les deux mesures d´epend fortement de la configuration de contact dans laquelle on se trouve, des diff´erentes contraintes techniques ou technologiques qui peuvent intervenir au niveau du compartiment segments-piston-chemise et du r´esultat que l’on veut obtenir. Si on d´esire une r´eduction des frottements sans modifier l’´epaisseur du film d’huile, la puissance dissip´ee par frottement sera alors le crit`ere `a utiliser. En parall`ele, il faudra ´egalement s’assurer que les textures de chemise optimis´ees g´en`erent la mˆeme portance que les surfaces de r´ef´erences et gardent ainsi la mˆeme dynamique du segment. Si tel n’est pas le cas il faudra alors pr´evoir des modifications au niveau de la conception de la segmentation par exemple.

En revanche, si on d´esire une r´eduction du frottement via l’augmentation globale de l’´epaisseur du film d’huile, le coefficient de frottement sera alors le choix le plus pertinent. Ce coefficient ´etant sensible `a la charge exerc´ee par le film d’huile sur le segment, la minimisation de ce crit`ere donnera comme r´esultat des surfaces g´en´eratrices de charges importantes ce qui entraˆınera une augmentation du film lubrifiant.

Outre les pertes par frottement, la lubrification du contact segments-piston-chemise est reli´ee `a d’autres ph´enom`enes comme le Blow-By et la consommation d’huile, l’usure des surfaces, la lubrification des points-mort-bas et points-mort-haut et les risques de grippage. Les modifications de la texture dict´ees par un des crit`eres d’optimisation cit´es pr´ec´edemment induisent naturellement des changements, via des modifications de la lubrification, au niveau de ces ph´enom`enes. En pratique, il faudra donc introduire `a la fois des contraintes pour les ph´enom`enes qui ne sont pas mod´elis´es ou quantifiables (pour l’usure par exemple), comme les contraintes fonctionnelles d´efinies dans le chapitre 3

page 53, mais aussi d’autres crit`eres, parmi les mesures disponibles, comme les d´ebits de fluide (pour la consommation d’huile par exemple), et s’orienter vers des processus d’optimisation multi-crit`eres, en ´etroite collaboration avec la conception du moteur.

7.5. Conclusion

Dans cette section les r´esultats principaux du mod`ele de pr´ediction et leur int´erˆet pour la suite de l’´etude ont ´et´e expos´ees. Une attention particuli`ere a ´et´e port´ee au diff´erentes mesures fournies par cet outil qui seront utilis´ees par la suite comme crit`eres

4

7.5. Conclusion d’optimisation. Une corr´elation a ´egalement ´et´e ´etablie entre les mesures de frottement fournies par ce mod`ele et les mesures exp´erimentales sur machine SPC ou moteur V6.

Dans le chapitre suivant nous allons passer `a la phase d’exploitation du mod`ele de pr´ediction pour proposer des nouvelles textures de surface optimis´ees.