Projet LASPOUGEAS Sommaire du dossier technique: Historique du projet Laspougeas 1 à 2 Les objectifs pédagogiques 3 à 5 Présentation des élèves de terminale

Projet LASPOUGEASSommaire du dossier technique:

Historique du projet Laspougeas 1 à 2

Les objectifs pédagogiques 3 à 5

Présentation des élèves de terminale BEP 6 à 8

Les travaux des élèves du LP Béjuit

1. Le chassis, présentation générale 9 à 112. Le moteur 2.1 schéma d’ensemble et cylindrée 12 2.2 le piston 13 2.3 la tubulure Admission 14 à 15 2.4 la soupape Admission 16 2.5 le rapport volumétrique 17 2.6 le bloc moteur 18

3. Fonctionnement du moteur par questions/réponses 3.1 démarrage du moteur 19 3.2 quel carburant? 20 3.3 alimentation en mélange carburé 21 3.4 réglage du dosage 22 3.5 fonctionnement de la soupape Echappement 23 à 24 3.6 accélération et décélération 25 3.7 quel système d’allumage? 26

3.8 circuit de refroidissement 27

4. Fonctionnement de la transmission 4.1 schématisation de la boite de vitesse 28 4.2 chaîne cinématique en 1° 29 calcul du rapport en 1° 4.3 chaîne cinématique en 2° 30 calcul du rapport en 2°

4.4 chaîne cinématique en 3° 31 calcul du rapport en 3°

4.5 chaîne cinématique en marche AR32 calcul du rapport en marche AR

5. Calcul de la vitesse de la voiture 33

Projet LASPOUGEASSommaire du dossier technique: (suite)

6. Le différentiel Quelques rappels de base 34 6.1 Schématisation du mécanisme et de la commande 35 6.2 fonctionnement en ligne droite 36 6.3 fonctionnement en virage 37 6.4 fonctionnement en marche AR 38

7. La direction 7.1 descriptif et schématisation 39

8. La suspension 8.1 descriptif et schématisation 40

9. Le freinage 9.1 descriptif et schématisation 41

10. La pesée de la voiture 10.1 méthode et premières mesures 42 10.2 corrections et résultat final 43

11. Les commandes du « tableau de bord » 11.1 schématisation et identification 44

Projet LASPOUGEAS

Historique du projet LASPOUGEAS:

Dans le courant de l’année 2003, Monsieur DUPONT président de l’associationLyon Automobile et Monsieur VAIREAUX, directeur du musée Henri MALARTRE, organisaient une rencontre entre professionnels passionnés d’automobiles anciennes et désireux de s’investir pour la reconnaissance de ce patrimoinemalheureusement ignoré du grand public.

C’est dans ce contexte de réflexion constructive que le Lycée de l’AutomobileEmile Béjuit de Bron, représenté par Mr LARZAT proviseur fut contacté.

Progressivement, une collaboration entre l’Ecole Centrale de Lyon, le Lycée Professionnel Emile Béjuit de Bron et le Musée de l’Automobile Henri Malartrede Rochetaillée est née autour d’un véhicule unique au monde car construit en un seul exemplaire à l’époque de la naissance de l’automobile.Il s’agit d’un « char à bancs » construit en 1896 par Mr Léon LASPOUGEAS, un maréchal ferrant de Saint Priest Ligoure près de Limoges, inventeur génial qui réussit à mouvoir ce véhicule par un moteur thermique entièrement conçu par ses soins. Parmi les solutions techniques jugées extraordinaires pour l’époque, on peutciter la direction à crémaillère commandée par un volant (une barre horizontaleétait employée alors), une boîte de vitesse à 3 rapports plus marche arrière, un différentiel à cliquets, une pompe de refroidissement par eau……

Devant l’intérêt suscité par ce personnage hors du commun, (les témoignages écrits de l’époque indiquent qu’il était illettré….), le projet pédagogique, technique et humain devant réunir les trois acteurs se précise au fil des réunions de travail.

1. A court terme, les élèves de Lycée Professionnel Emile Béjuit vont créer de toute pièce, un dossier technique de ce véhicule, accompagné d’un descriptifaussi précis que possible de son fonctionnement.2. A moyen terme, les élèves ingénieurs de l’Ecole Centrale vont, à partir de ce dossier, construire une réplique du moteur et le faire fonctionner.3. A plus long terme, une réplique de la voiture tout entière est envisagée.

1

Projet LASPOUGEASPrésentation du char à bancs LASPOUGEAS :

La direction à crémaillère

La boite de vitesse

2

Projet LASPOUGEAS

Les objectifs pédagogiques

1. A court terme, les élèves de Lycée Professionnel Emile Béjuit vont créer de toute pièce, un dossier technique de ce véhicule, accompagné d’un descriptif aussi précis que possible de son fonctionnement.C’est dans le cadre du PPCP (Projet Pluridisciplinaire à Caractère Professionnel) que prend forme le projet pédagogique encadré par des professeurs de trois disciplines différentes:

Un professeur de lettres/histoire qui formera les élèves au contexte politique et social de cette époque où la société industrielle prend son envol.

Un professeur de mathématiques/ sciences qui exploitera les données techniques relevées sur le véhicule afin de participer à l’élaboration du dossier technique tout en traitant le programme classique (exemple: calcul des combinaisons de vitesse,( les proportions) calcul de la vitesse atteinte sur le 3° rapport, calcul de la masse de la voiture..)

Un professeur de maintenance automobile qui accompagnera et supervisera l’étude métrologique du véhicule (mesures de tous les pièces constitutives) afin de réaliser le dossier technique devant servir à la suite du projet.

Pour nos élèves de Lycée Professionnel, parfois un peu « fâchés » avec les études traditionnelles, cette démarche active où chacun à un rôle à jouer dans la réalisation du projet (les élèves sont les acteurs, les professeurs agissant en ressources aussi souvent que possible) est souvent vécue comme une chance et les expériences précédentes menées dans ce contexte l’attestent: quand la réflexion abstraite s’appuie sur le concret d’un vécu, les objectifs flous prennent sens et le travail s’en trouve valorisé.

3

Projet LASPOUGEAS

Les objectifs pédagogiques

2. A moyen terme, les élèves ingénieurs de l’Ecole Centrale de Lyon vont, à partir de ce dossier, construire une réplique du moteur et la faire fonctionner.A l’aise dans les domaines informatiques, manipulant les logiciels de conception en 3D (Solidworks, Catia…) mais devant aussi progresser dans l’organisation et la réalisation de projets concrets, les futurs ingénieurs de l’ECL ont en charge de mener à bien la réalisation d’une maquette numérique de chaque pièce du moteur afin d’être en mesure de passer commande aux entreprises spécialisées qui seront chargées de les réaliser avec les procédés et les matériaux d’origine. L’aspect financier fait également partie de leurs attributions.

Une collaboration plus étroite entre les élèves de nos deux écoles est prévue: 2 élèves-ingénieurs assureront une formation à nos élèves du lycée professionnel sur le logiciel Solidworks 3D.

Cette étape de conception théorique une fois franchie, sera suivie par laréalisation concrète d’une réplique du moteur. Les entreprises sollicitées devront fournir des pièces conformes au cahier des charges élaboré: avec les procédés et les matériaux d’origine. Bien que des machines-outils modernes soient utilisées, ceci ne constitue pas une entorse à l’esprit de « réplique ».

Au terme de la période de fabrication, les élèves du lycée professionnel seront chargés de réaliser l’assemblage du moteur ce qui entre parfaitement dans les compétences qu’ils doivent développer. Le moteur doit fonctionner fin 2005.

3. A plus long terme, une réplique de la voiture tout entière est envisagée.A l’heure actuelle, il est trop tôt pour développer cet aspect du projet, la recherche d’aides extérieures et de sponsors n’étant pas aboutie.

4

Organisation PPCP LASPOUGEAS Classe TA2 2005/06

Intervenants: Mme Dechavanne (Sciences) Mr Meyer (Lettres)

Mr Marmounier (Atelier)Calendrier:Présentation aux élèves: Mardi 27 Septembre 2005 à 14H en présence de Mr Dupont

Dates 11/10 18/10 08/11…… …….ensuite…………………

Lettres 14 à 15h GR A B GR B C GR C A GR 1 (1h et 10 élèves)

Sciences 15 à 16H GR B A GR C B GR A C GR 2 (1h et 10 élèves)

Atelier 14 à 18h GR C GR A GR B GR 2 (1°h) + GR 1 (2°h)

Techno Mr MAR (16/18h) gr A et B gr C et B gr C et A toute la classe

Composition des groupes

GR A: APTEL BALMON BELAGRA BOURGEY CALVIGNAC CHAMBION CUMINAL

GR B: DJEBABLIA ENTSE OBOMA GRIMALDI GUIBOURET MARENI MOISSONNIER PINON

GR C: PIROUD POURCHAIRE PUPOVAC ROSIER SIENA THEUIL

A partir du MARDI 15 Novembre 2005 2 groupes sont constitués ( 1 et 2 )

Calendrier: Les groupes apparaissent en caractères gras

Semaines N° 46 47 48 49 50 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 19 20

Lettres 14h 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Sciences 15h 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1

Atelier 14h 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1

Atelier 15h 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Gro

up

e lib

éré

1 H

Gro

up

e lib

éré

1 H

Gro

up

e lib

éré

1 H

5

Présentation des élèves session 2005

Le premier contact avec la voiture LASPOUGEAS est le fait de la classe TA2 (terminale BEP)en septembre 2004. En trois vagues successives, les 20 élèves se sont rendus au musée poureffectuer les mesures nécessaires à la constitution du dossier. Nous avions tous une partie de la voiture en charge:1. Cotation du chassis: MMrs BOUROUROU, BESSON, OUAER2. Pesée des essieux: MMrs DIAZ, PICARD,3. Transmission: MMrs BALMON, VERNEREY, NACOURY, 4. Moteur: MMrs CARLOS, BARD, GIRARDOT, JAIMON5. Les commandes: MMrs PEYRELON, PUYFAGES, BARD6. Suspension MMrs PAGAN, TACHEBOUBET7. Direction: MMrs COMPAGNONE, JACQUES, DJEZZAR

De retour au Lycée, nous avons appris à utiliser le logiciel Power Point pour mettre au proprenos mesures réelles et alimenter le dossier final qui sera présenté aux visiteurs du Musée

6


Composition de la classe TA1:

Messieurs: APTTELBALMONBELAGRABOURGEYCALVIGNACCHAMBIONCUMINALDJEBABLIAENTSE OBOMAGRIMALDIGUIBOURETMARENIMOISSONNIERPINONPIROUDPOURCHAIREPUPOVACSIENATHEUIL

7


C’est dans la salle informatique du CDI que chaque mardi de 14 à 16H les élèves de la classe TA1 (terminale BEP) se retrouvent pour soigner les présentations des schémas qui devrontdéfinitivement être présentés dans le dossier final sur la LASPOUGEAS . Lors des 3 séances de travail faites au mois de septembre au musée H.Malartre de nombreusesmesures ont été faites « au brouillon ». Lors de ce premier contact avec la voiture, nous avons fait connaissance avec le projet; découverte de l’allure générale, de la structure du châssis, des diverses solutions technologiquessouvent révolutionnaires pour l’époque (2 roues motrices, 3 vitesses de marche AV + marche AR,présence d’un mécanisme « bizarre » sur la transmission (peut être un différentiel..?). directionà crémaillère, présence d’un vrai volant, freins à sangles ancêtres du frein à tambour….etc).

Petit à petit, les écrans se sont affinés et les meilleures présentations ont pu être sélectionnées pour compléter le dossier.

Logiciel Power Point: schéma de la transmission

8

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLe chassis: schéma général

Nb de dents

2125

160

450

72

160390

460460

Roue AVØ 720

Roue ARØ 1000

Ø du volant 350

114

9

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLe chassis:

720

144

494

105

10

150

½ course: 60

Entrée d’air frais

Soupape Admission(ouverture « automatique »)

Soupape Echappement

Basculeur

Tige de commande dubasculeur

Galet

CamePignon d’AC

Poulie de pompe à eau Ø 203,8

Galet

Ressort de rappel

Support de l’axe de basculeur

OUVERTURE/FERMETURE

MONTEE (ouverture)

DESCENTE

Ø 35.1

L=

812

.5

82.8

33.2

Ø 503

Tuyauterie refroidissement

532

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLe Moteur:( il tourne Sens Horaire vu du côté soupape Echappement)

Avec 120 de course et 150 d’alésage, la cylindrée est: ΠA²C/4 soit 3.14 x 15² x 12 x ¼ = 2119,5 centimètres cubes

Alimentation en CARBURANT

segments

11

ø115

ø50

ø25

150.5

150.8

13.510

10

10

13.5

13.5

13.5

10

125.7

Profondeur 5.52 segments

Profondeur ?

?

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLe Moteur: détails du piston

12

Ø 30Ø 60

Ø 47

60

Ø 98

60

Ø 30

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLe Moteur: tubulure Admission (vue de dessus)

CULASSE

Tubulure Admission

Entrée d’AIR

Ressort de soupape

Support moteur

Bougie « point chaud »

13

ø

Ø 10

Ø 98

Ø 48

Ø 30

Ø 60

20

Taraudage20/200

Ø ?

Ø 1660

Ø 47Ø 45

130

?

ressort Ø 30

?

?

12

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLe Moteur: tubulure Admission (vue de face)

Ressort desoupape

Tubulureadmission

Entréecarburant

Entrée AIR

14

Soupape ADMISSION

Ø 47.6

Ø 15Ø 15

Ø 20

Filetage 12/200

18 x 10 34

6720

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLe Moteur:

15

Méthode de détermination du volume de la chambre de combustion:Après obturation par les services techniques du musée des orifices de la chambre de combustion (cotécylindre et échappement), le volume est rempli d’eau à l’aide d’une éprouvetteMême méthode concernant le volume correspondant au retrait des soupapes Adm et Ech.

Volume de la chambre principale dans la culasse 500 cm3

Volume de la chambre côté soupape Admission 25 cm3 Volume de la chambre côté soupape Echappement 40 cm3

Volume sur le piston (sans l’écrou) 5,6 cm3

Soit au total: 570,6 cm3

Calcul du rapport volumétrique

Rapport volumétrique: V + v = 2100 + 570,6 = 4.68 v 570,6

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLe Moteur: Rapport volumétrique

Rappel: cette donnée technique est essentielle dans un moteur. Elle exprime concrètement « le nombre de fois que le petit volume ( v = chambre de combustion) est compris dans le grand ( V = cylindrée)» et de ce fait, elle n’a pas d’unité.Schéma explicatif:

PMH

PMB

GRANDVOLUME(cylindrée)

Petit volume (v)

GRANDVOLUME (V + v) GRAND

VOLUME(cylindrée)

(v)

(7)(8)

(9)(10)

(1)

(3)(4)

(5)(6)

(2)

Dans cet exemple, le rapport volumétrique serait de 10 ce qui correspond à nosvoitures modernes.

16

Léger rayonLéger rayon

2 trous diamètre

6 gougeonsrépartis à °L=

ø = pas

Bloc moteur LASPOUGEAS : toutes cotes en mm

Raidisseure =

épaisseur =

Tuyau d’eau

2 gougeons L =

Ø pas17

PROJET LASPOUGEAS FonctionnementLe Moteur: questions / réponses

1° question: comment démarrait le moteur?

Grâce à une manivelle qui actionnaitdirectement le vilebrequin du moteurce qui ne devait pas être facile…….On peut cependant imaginer quand onconnaît les environs de l’atelier danslequel à été construit la voiture qu’il à souvent démarré « à la poussette ».

Cette photographie montre la maison familiale de Léon LASPOUGEAS à St Priest LIGOUREprès de Limoges: Les grosses portes en bois donnent accès à l’atelier dans lequel travaillaitcet inventeur passionné.La route qui longe la propriété montre en effetune assez forte déclivité. On peut doncraisonnablement penser qu’en se laissant descendre le moteur démarrerait plus facilement.

Et pour remonter? On voit sur cette photo uncrochet …..à l’avant de la voiture!!!Il servait bien sûr en cas de panne (souvent sansdoute) à ramener la voiture à l’atelier tirée par un cheval ou un bœuf.

Habitation

Atelier

Crochet

Forte déclivité de la route

Demeure de L.Laspougeas à St Priest Ligoure

18

3° question: comment fonctionnait la soupape d’admission?C’est une soupape dite « à dépression » donc sans commande mécanique. Le principe est le suivant:

Quand le piston descend dans le cylindre au temps Admission, le volume au dessus du piston augmente ce qui entraine automatiquement une chutede pression: (p<Pa). Sa valeur descend aux environs de 0,7 bar.Mais à l’extérieur du moteur règne la Pression atmosphérique (Pa).La soupape d’Admission est donc soumise à une différence de pression( 1- 07= 0.3 bar).Elle s’ouvre et restera ouverte tant que persistera cettedifférence de pression c’est-à-dire jusqu’au Point Mort Bas.

2° question: quel était le carburant utilisé?Vraisemblablement le pétrole lampant qui était couramment utilisé pour s’éclairer. Il est peu probable que Mr Laspougeas ait disposé d’un autre carburant tel que l’essence. Mais cette réponse ne se veut pasdéfinitive, des prélèvements de résidus de combustion doivent être réalisés dans la chambre de combustionet peut-être en saurons-nous davantage à ce moment là.


cylindre

piston

SoupapeAdmission

Pa = Pression atmosphérique

Pa

p<Pa

bielle

19

4° question: comment s’alimentait le moteur en carburant?Par gravité tout simplement: un réservoir ( 8 litres) était placé sur la planche verticale faisant office de « tableau de bord » comme le montre le schéma ci-dessous:


Plancher de la voiture

Réservoir de Carburant (8 litres)

tyuauterie

Boitier de la soupape d’Admission

Ces 2 photographies montrent le boitier dans lequelest montée la soupape d’Admission:On remarque 2 orifices d’alimentation:1. de carburant2. d’air

On voit que l’alimentation en air se fait directement sans passer par un système de dosage de carburant tel lecarburateur qui va se développer pendant plus de lamoitié du 20° siècle. En effet le carburateur n’existant pas encore, monsieur Laspougeas à réalisé un système de dosage particulièrement ingénieux:A chaque ouverture de la soupape d’Admission, la quantitéde carburant nécessaire à une combustion « correcte » est entraînée par la soupape réalisant ainsi le dosage nécessaire.

Nous développons ce montage dans la page suivante.

moteur

culasse

carburant

air

ressort

20


5° question: comment était réglé le dosage du carburant?

Il à fallu attendre le démontage partiel du moteur par les servicesspécialisés du Musée Henri MALARTRE pour comprendre la particularité du système d’alimentation. Avant ce démontage, nouspensions qu’une pièce essentielle (comme une sorte de carburateur)avait été égarée voire à jamais perdue.

Sur cette photographie on voit nettement la collerette qui se remplitde carburant lorsque la soupape d’Admission est fermée.

Détails du fonctionnement.

Soupape d’admission

collerette

Air entrant dansle conduit d’Admission

Arrivée decarburantpar gravité

Air entrant dansle conduit d’Admission

Arrivée decarburant à Pa

La quantité de carburant à « injecter » dans le moteurest emprisonnée dans la cavité de la soupape quand elleest fermée.

Le courant d’air d’admission ainsi que lachute de pression permettent la vaporisationdu carburant.

21

6° question: comment fonctionnait la soupape d’échappement?

Si la commande de la soupape d’admission était particulièrement simple, ce n’est pas le cas de celled’Echappement. Monsieur LASPOUGEAS à développé un système de distribution dont le principe est toujours utilisé aujourd’hui sur nos moteurs modernes. Seule la réalisation structurelle est différente.


Soupape et son ressort

Basculeur (3)

Tige de commandedu basculeur

Galet (2)

Came decommande

Galet decommande (4)

Pignon d’AC

Pignon devilebrequin

vilebrequin

1° situation: soupape FERMEE

Le ressort de rappel (1) maintient la tige de commandedu basculeur en position repos. Le galet de commande (4)repose sur le talon de la came du pignon d’Arbre à Came.Le basculeur (3) n’étant pas sollicité par le galet (2), lasoupape reste fermée.Ressort de rappel (1)


Came decommande


Pignon d’AC

vilebrequin

22

6° question: comment fonctionnait la soupape d’échappement? suite

Si la commande de la soupape d’admission était particulièrement simple, ce n’est pas le cas de celled’Echappement. Monsieur LASPOUGEAS à développé un système de distribution dont le principe est toujours utilisé aujourd’hui sur nos moteurs modernes. Seule la réalisation structurelle est différente.


2° situation: soupape OUVERTE

La came de commande actionne le galet de (4), la tigede commande du basculeur se déplace et le galet (2)sollicite le basculeur. Celui-ci pivote autour de son articulation (5) et oblige la soupape à s’ouvrir.

Soupape et son ressort

Basculeur (3)


Galet (2)

Came decommande


Pignon d’AC


Ressort de rappel (1)

Articulation (5)


Galet (2)


23

7° question: comment étaient gérées accélération et décélération

En l’absence de dispositif capable de régler le débit d’air entrant dans le moteur (comme un papillon ouun boisseau), et après avoir décortiqué la commande d’accélérateur, il nous est apparu que le moteurfonctionnait « en tout ou rien » c’est-à-dire qu’il ne pouvait se trouver que dans 2 situations distinctes:

1. Soit il fournissait un maximum d’énergie (accélération)2. Soit il ne fournissait pas d’énergie (décélération)


1° Cas: Pour obtenir une énergie mécanique du moteur, la soupape d’Echappement doit pouvoir s’ouvrir et se fermer librement . Nous avons vu que la soupape d’Admission ,de son coté, fonctionne en automatique. Le cycle de fonctionnement Beau de Rochas peutdonc se réaliser et le moteur délivre toute sa puissance dans ce cas.

2° cas: pour interrompre la force motrice et donc décélérer, il suffitde maintenir la soupape d’échappement OUVERTE pour que le cycle Beau de Rochas soit incomplet (il n’y à plus de tempsCompression). Le moteur ne délivre plus aucune puissance dans cecas. C’est le fonctionnement en « tout ou rien « décrit plus haut.

Réalisation pratique du système.1.Constitution: Une butée articulée vient se placer sous la tige decommande du basculeur pour interdire son retour en position repos.La soupape d’échappement reste donc OUVERTE. La commandese fait par une pédale d’accélérateur disponible au pied.

2. Fonctionnement: 2.1 Pédale relachée (ressort de rappel détendu), la butée estengagée sous la commande du basculeur: la soupape resteouverte: pas d’énergie motrice2.2 Pédale enfoncée, la butée se dégage de la tige de commande du basculeur, la soupape fonctionne normalement: le moteur délivretoute sa puissance.

Butée articulée plancher

Pédaleaccélérateur

ressort

tringlerie

24


8° question: Quel système (allumage?..) amorçait la combustion?

A l’époque de la construction de la voiture (fin 19° siècle), le système d’allumage par arc électrique au moyen d’une bougie d’allumage en est à ses premiers balbutiements. Il n’est pas exclu qu’un desmoteurs conçu par M.Laspougeas ait été équipé d’un tel système. Mais il est évident que celui montédans la voiture présentée au Musée H.Malartre fonctionnait par « point chaud ».

Le principe:PMH

Piston

Culasse

« bougie » incandescente

Moteur froid: pour amorcer la combustion un apport de chaleur est indispensable, le rapport volumétrique étant faible (voir la méthode de mesure et le résultat obtenu). Une « bougie » métalliqueest vissée dans la culasse de telle façon que l’une de ses extrémités débouche dans la chambre decombustion et l’autre soit accessible de l’extérieur du moteur.

PMH

Piston

Culasse

Chalumeau

Avant de démarrer le moteur il était nécessairede chauffer cette « bougie métallique » à l’aide d’un chalumeau par exemple. La bonne conductibilité du matériau utilisé provoquait lepoint chaud dans la chambre de combustion.

Point chaud

Flamme

PMH

Piston

Point chaud

Moteur en fonctionnement, la forte températureatteinte dans la chambre de combustion (1000 à1500°) maintient l’extrémité de la « bougie » au rouge réalisant l’apport de chaleur nécessaireau développement de la combustion.

25

PROJET LASPOUGEAS FonctionnementLe Moteur: circuit de refroidissement

Constitution: Le schéma ci-dessous présente l’installation

Fonctionnement: Le moteur est refroidit par un système à circulation d’eau. Une grosse réserve d’eaufait office de radiateur (41 litres). Une pompe à eau située sur le moteur reçoit par gravité l’eau venant du radiateur . Cette pompe à eau est entraînée par courroie à partir d’une poulie fixée en sortie de vilebrequin. Une tuyauterie cuivre relie le moteur et le haut du radiateur: c’est le refoulementde l’eau chaude. Une tuyauterie identique relie la pompe à eau et le bas moteur d’une part et le radiateur d’autre part. C’est l’aspiration de l’eau « moins chaude ». En effet, le radiateur n’étant pas traversé par l’air ambiant, le refroidissement n’à pas de véritable efficacité, et quand le moteur avaittourné suffisamment longtemps pour échauffer toute la masse d’eau contenue dans le radiateur, ilfallait …….stopper et attendre la baisse de température.Cependant il est remarquable de constater que le principe conçu par M.Laspougeas est proche decelui de nos véhicules modernes.

Radiateur(41 litres)

plancher

RefoulementEau chaude

Aspiration Eau « moins chaude »

Pignons d’ACet Vilebrequin

Poulie de Pompe à eau

Poulie motrice

courroie

Pompe àEAU

26

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLa transmission:

cylindre

bielle

Chaine cinématique

23 d

En italique les nombres de dentsde chaque pignon

36 d 28 d

19 d 51 d

28 d

36 d44 d

8 d

32 d

3° 2° 1°

Embrayageà cône

Rou

e de

1 m

ètre

de

diam

ètre

Chaine de transmission(pas = 40mm)

1° vitesse2° vitesse

3° vitesse

Arbre Secondaire

Arbre Primaire

Prise Constante

La réalisation de la chaine cinématique de la transmission nous permet de calculerles « performances » de la voiture en 1°, 2°, 3° vitesse.Ne connaissant pas encore au moment de nos travaux la vitesse de rotation du moteurnous prendrons comme valeur : 1000 tours par minutes.

27


cylindre

bielle

Chaine cinématique en 1° vitesse

Date: 20/10/2004 Intervenants: MMrs Balmon Compagnone Vernerey Nacoury

23 d


19 d 51 d

44 d

8 d

32 d

1°

Embrayageà cône

Rou

e de

1 m

ètre

de

diam

ètre


Arbre Secondaire

Arbre Primaire

Prise Constante

Rapport en division de vitesse: 23 x 19 x 8 51 x 44 x 32

0.04 signifie concrêtement: 1 tour moteur = 0,04 tour de roue

0,04

Rapport en multiplication de couple: 51 x 44 x32 23 x 19 x 8

25 signifie concrêtement: 1 mdaN moteur = 25 mdaN sur 2 roues Soit 12.5 mdaN sur chaque roue motrice

25

28


cylindre

bielle



23 d


28 d

51 d

36 d

8 d

32 d

2°

Embrayageà cône

Rou

e de

1 m

ètre

de

diam

ètre


Arbre Secondaire

Arbre Primaire

Prise Constante


0.08 signifie concrêtement: 1 tour moteur == 0,08 tour de roue

0,08


12,5 signifie concrêtement: 1 mdaN moteur = 12,5 mdaN sur 2 roues Soit 6,25 mdaN sur chaque roue motrice

12.5

29


cylindre

bielle



23 d


36 d

51 d

28 d

8 d

32 d

3°

Embrayageà cône

Rou

e de

1 m

ètre

de

diam

ètre


Arbre Secondaire

Arbre Primaire

Prise Constante


0.14 signifie concrêtement: 1 tour moteur == 0,14 tour de roue

0,14


7,14 signifie concrêtement: 1 mdaN moteur = 7,14 mdaN sur 2 roues Soit 3,57 mdaN sur chaque roue motrice

7,14

30


cylindre

bielle

Chaine cinématique en Marche Arrière


23 d

Pignon intermédiairede marche Arrièrecommandé par unlevier spécifique

36 d 28 d

19 d 51 d

28 d

36 d44 d

8 d

32 d Rou

e de

1 m

ètre

de

diam

ètre


1° vitesse

Arbre Secondaire

Prise Constante

Rapport en division de vitesse: le nombre de dents du pignon intermédiairen’affectant pas la valeur du rapport de transmission, ( car il est à la fois Menant etMené) le rapport est 0,04 Rapport en multiplication de couple: 25

31


Calcul de la vitesse de la voiture:

La formule est: V = N x Rbv x Rch x (ΠxD) x 0,06

OU: V= vitesse de la voiture en Kms/heure N= régime du moteur en tours par minute (arbitrairement fixé à 1000 trs/mn)

Rt= rapport de boite de vitesse (2 engrenages)Rch= rapport de chaine (1 engrenage)ΠxD= développement de la roue de 1 mètre de diamètre0.06= correction d’unités ( multiplication par 60 pour transformer lesminutes en heure et division par 1000 pour transformer les mètresen kilomètres)

Vitesse en 1°:

1000 x (23/51x19/44) x (8/32) x (3.14x1) x 0.06 = 9,17 kms/h

Vitesse en 2°:

1000 x (23/51x28/36) x (8/32) x (3.14x1) x 0.06 = 16,48 kms/h

Vitesse en 3°:

1000 x (23/51x36/28) x (8/32) x (3.14x1) x 0.06 = 27.12 kms/h

Vitesse en marche arrière: la commande étant au point mort un levier est déplacé afind’engager un pignon intermédiaire sur l’engrenage de 1° vitesse composé des pignons ayant: 19 et 44 dents.

Or le nombre de dents du pignon intermédiaire n’intervient pas dans le calcul du rapport dela transmission, on peut affirmer que la vitesse en marche arrière est comme en 1° vitesse:

Vitesse en marche arrière: 9,17 kms/h

32

PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le DIFFERENTIEL

Une forte interrogation fût celle d’un mécanisme étrange concernant le montage du pignon moteurde chaîne de transmission. La présence d’un mécanisme à « cliquets » pour actionner ce pignon à suscité de grandes discussions .Un éventuel démontage étant proscrit notre tâche n’était pas facilitée. Nous nous sommes orientés vers le besoin de désolidariser ce pignon pour éviter le ripage de la roue extérieure en virage.

Rappels sur la nécessité d’un différentiel:

Les 4 roues d’un véhicule s’inscrivant sur une trajectoire courbe (virage) suivent chacune un tracé « individuel » comme le montre le schéma suivant. On constate facilement ce fait quand unvéhicule se déplace sur le sable ou la neige: 4 traces apparaissent…….

Centre Instantanéde Rotation (centre du virage)

Roue AR D

Roue AR GRoue AV G

Roue AV D

déplacement

Il apparaît clairement que les 2 roues AR motricesne parcourent pas la même distance en un temps « t ».la roue extérieure AR G ( Arrière Gauche) se trouve sur le plus grand arc de cercle, alors que la roue intérieureAR D se trouve, elle, sur le plus petit arc de cercle.Si l’on imagine un tour complet de la voiture sur 360°, les 2 roues AR auront parcouru des distances différentes dansun temps égal. Conclusion logique:La roue EXTERIEURE à tourné plus vite (plus de tours)La roue INTERIEURE à tourné moins vite (moins de tours)

Monsieur LASPOUGEAS savait donc que si l’on ne respectait pas cette logique géométrique, la voiture n’accepterait pas de tourner, elle continuerait tout droit dansun virage………

Comment a-t-il résolu ce problème en ……1896..!

33


Présentation: On voit sur ces photos une vue d’ensemble du dispositif.

Pignon moteur

CliquetCommande actionnéedu tableau de bord

Barre defreinage

translation

2 crabots

baladeur

fourchette

2 crabots

baladeur

Schéma du mécanisme au repos: Le pignon est désolidarisé de l’arbre moteur. Cette possibilité correspond au maintien du levier de commande en position centrale, comme le montre le schéma suivant. Avantage: faciliter les manœuvresmoteur arrêté.

denture

pignon

rampe àcliquet

plancher

Rés

erve

d’e

au

Vers la marche avant

Vers lamarche arrière

AR AV

34


Arbre moteur

2 crabots moteur

Fonctionnement: L’explication suivante nous semble cohérente et plausible. Un démontage nous auraitsans doute conforté dans nos hypothèses mais cela n’était pas envisageable. Nous décrivons ici lefonctionnement selon 3 situations:

1° situation: Marche en Avant en ligne droite: Le levier de commande est tiré vers l’arrière ce quidéplace les 2 baladeurs (en bleu) ainsi que les 2 crabots (en rouge).Ceux-ci viennent s’engager dans leles 2 cliquets ménagés dans le pignon menant (en vert) de la chaîne de transmission La pièce noireétant solidaire de l’arbre moteur, le pignon devient lui-même moteur et la voiture roule en Avant. Les 2 roues sont alors motrices puisque cette description intéresse les 2 cotés de l’arbre moteur.

pignon

2 cliquets moteurCommande en positionmarche Avant

35


Arbre moteur

2 crabots moteur

2° situation: Marche en Avant en virage:Comme nous l’avons expliqué précédemment, dans un virage, la roue extérieure doit pouvoir tournerplus vite qu’en ligne droite, et la roue intérieure plus doucement qu’en ligne droite. C’est ce que fait naturellement la roue extérieure puisque sa liaison mécanique (rampe à cliquet) lui permet de prendre de l’avance par rapport aux 2 crabots.

pignon

2 cliquets moteurCommande en positionmarche Avant

pignon

cliquet

Force motrice venantdu crabot

pignon

le cliquet « prend de l’avance »

Force motrice supprimée

En virage donc, seule la roue intérieure reste motrice. Si le conducteur n’accélère pas, la voiture s’engagera dans le virage sans « refuser » de tourner . Le ralentissement nécessaire de la roueintérieure est assuré par le ralentissement du régime moteur. La roue extérieure pendant ce tempstourne à la vitesse imposée par le rayon de sa trajectoire. Elle reste libre en rotation.Mais lorsque la trajectoire redevient rectiligne (ligne droite), l’avance prise par la roue extérieurereste acquise et seule la roue opposée est motrice. Il faut attendre un virage opposé pour que la roueretrouve sa motricité. En conclusion: ce système permet théoriquement 2 roues motrices, maispratiquement une roue seule est le plus souvent motrice.

Remarque: Cette solution n’est pas utilisée dans nos différentiels actuels. En effet les premières réalisations permettaient déjà de garantir aux 2 roues motrices de tourner à des vitesses inégales tout en transmettant des couples rigoureusement égaux.

crabot

36


Arbre moteur

2 crabots moteur

pignon

2 cliquets moteurCommande en positionmarche Arrière

A ce stade, il nous reste 2 interrogations:1°. pourquoi la présence d’un secteur cranté à 2 positions en Avant et en Arrière sur le levier de commande2°. Quel rôle ont les 2 ressorts sur les crabots coté Marche Arrière

3° situation: roulage en marche Arrière: Le levier de commande est poussé vers l’avant ce quidéplace les 2 baladeurs (en bleu) ainsi que les 2 crabots (en rouge).Ceux-ci viennent s’engager dans leles 2 cliquets ménagés dans le pignon menant (en vert) de la chaîne de transmission La pièce noireétant solidaire de l’arbre moteur, le pignon devient lui-même moteur et la voiture roule en Arrière. Les 2 roues sont alors motrices puisque cette description intéresse les 2 cotés de l’arbre moteur.

2 encoches

ressorts

37

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLA DIRECTION

Le système de direction imaginé par Mr.Laspougeas est remarquable car à cette époque, les premiersvéhicules « autonomes » sont souvent équipés d’une roue directrice unique (type tricycle) manœuvréepar une barre horizontale appelée « queue de vache » (à la place du volant).Mr Laspougeas à construit une direction à crémaillère animée par un volant. Ce principe est toujoursutilisé sur nos voitures modernes.

Sens de marche

Roue AV D

Barre d’accouplement

Levier dedirection

crémaillèreBarre de direction

Pignon d’attaqueCrémaillère

Les principales caractéristiques:Pignon de crémaillère: 13 dentsCrémaillère: 15 dents, longueur: 500Levier de direction: longueur: 205

Remarque: Les leviers de direction sont « pratiquement » parallèles comme le montre la photographie N°1et le schéma. Nous signalons cette remarque car de ce fait, la cinématique de direction ne respecte pas une caractéristique incontournable sur nos voitures modernes: l’épure de Jeantaud. Il s’en suit que, envirage, la roue intérieure ne « braquait pas assez » (ou la roue extérieure « braquait trop »). Mais en fait, la vitesse de la voiture étant faible ce « défaut » n’avait pas d’influence sur la tenue de route.

1210

N°1

38

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLA SUSPENSION:

Le système de suspension utilise des ressorts à lames. Cette solution à par la suite été utilisée pendant des décénies sur les véhicules de tourisme ainsi que sur les camions. Quand on sait quel était l’étatdes routes (des chemins devrait-on dire!!!) à cette époque, on imagine facilement que se déplacer neserait-ce qu’ à 20 Km/h relevait de l’exploit en terme de confort et de sécurité.Le schéma suivant montre le montage réalisé

plancher

roue

Ressortsà lames

essieu

39

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLe Freinage:

Le système de freinage est actif sur les roues arrières seulement. Le conducteur dispose d’un levier à main droite qu’il tire à lui pour freiner la voiture. Comme le montre le schéma ci-dessous, ce levieractionne une tringle qui est guidée jusqu’au frein proprement dit.Les roues AR droite et gauche sont équipées d’un système à friction dont le principe est semblable a nos systèmes à tambour qui équipent nombre d’essieux AR sur nos véhicules modernes. On peutparler d’un système « inversé » puisque l’élément tournant solidaire de la roue est ici une poulie (plutôtqu’un tambour), entouré d’une « garniture » (en cuir) qui, sous l’action de la commande vient coiffer,s’enrouler, autour de la poulie.. Il s’en suit un frottement proportionnel à la force développée par le conducteur qui à pour effet de freiner la voiture et de l’immobiliser puisque le levier de commandepeut être immobilisé par un cliquet en position freinage.

Tringle de commande

Poulie (tambour)

garnitures

freinage

garniture

Tringle de commande

Poulie(tambour) Barre transversaleAR gauche

AR droit

freinage

cliquet

40

PROJET LASPOUGEAS Métrologie

Objet des mesures: La PESEEPrincipe imaginé: Après renforcement d’une traverse en bois qui supporte le moteur et qui est vermoulue, la pesée se fera grâce à 2 pèse personnes et un cric hydraulique.

ESSIEU

ESSIEU

Crichydraulique

MADRIER

2 PESE PERSONNES

ROUE

4 mesures sont nécessaires:

ROUE AVANT GAUCHE 193 Kg

ROUE AVANT DROITE 168 Kg

ROUE ARRIERE GAUCHE 214 Kg

ROUE ARRIERE DROITE 212 Kg

Soit 361 Kg sur essieu Avant

Soit 426 Kg sur essieu Arrière

Soit au total: 787 Kg

Crichydraulique

Cette valeur doit être corrigée compte tenu du fait que les pèse personnes ne peuventpas être placés directement sous les roues .

41

PROJET LASPOUGEAS Métrologie

OBJET DES CALCULS: Correction des mesures de PESEE

ESSIEU

ROUE

Soit au total: 636.18 Kg

Cette valeur nous semble tout à fait proche de la réalité.

Voie AV= 1.42 Voie AR=1.42

Cote AV= 0,80 Cote AR=0,90

Poids sur AR Gauche: Relevé: 214 kgCorrection: 214 x (0.90 + 0.26) : 1.42 = 174,8 Kg

Poids sur AR Droit: Relevé: 212 kgCorrection: 212 x (0.90 + 0.26) : 1.42 = 173,1 Kg

Poids sur Chandelle AV Gauche: Relevé: 193 kgCorrection: 193 x (0.80 + 0.10) : 1.00 = 173.7 Kg

D’où poids sur AV Gauche: 173.7 x (1,00 + 0.26) : 1.42 = 154.12 Kg

Poids sur Chandelle AV Droite: Relevé: 168 kgCorrection: 168 x (0.80 + 0.10) : 1,00 = 151.2 Kg

D’où poids sur AV Droite: 151.2 x (1.00 + 0.26) : 1.42 = 134.16 Kg

0,260,31

42

PROJET LASPOUGEAS MétrologieLes commandes du tableau de bord

Réservoir de carburant

Levier devitesse

????????????

Pédale d’accélérateuren « tout ou rien »

Pédale d’embrayage

Frein sur2 roues AR

Action sur ledifférentiel(marche AV et AR)

Levier de marche arrière

43

Documents

Projet LASPOUGEAS Sommaire du dossier technique: Historique du projet Laspougeas 1 à 2 Les objectifs pédagogiques 3 à 5 Présentation des élèves de terminale