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Analyse de pièces moteur de Formule I

Dans ce rapport, une analyse de réingénierie d'une soupape d'un moteur sportif est réalisée. En premier lieu, il est nécessaire de décrire le fonctionnement d'un moteur essence à quatre temps afin d'en déduire les ordres de grandeurs de la pression et de la température dans la chambre de combustion durant les différentes phases de fonctionnement du moteur. Ces quantités physiques vont permettre d'estimer et appréhender l'importance des contraintes auxquelles les soupapes sont soumises. La démarche adoptée pour effectuer notre analyse a suivi la liste structurée des défaillances potentielles les plus courantes d'une soupape.

Ainsi, les diverses analyses réalisées ont concerné :

- L'analyse dynamique d'une soupape en vue d'estimer la pression de contact entre le siège et la tête de la soupape lors de la fermeture de celle-ci.

- L'analyse vibratoire afin d'identifier :

• La fréquence de résonance du système de soupape/culasse quand celui-ci est fermé.
• La fréquence propre de la soupape lors de sa levée pour effectuer le dimensionnement du ressort de rappel de la soupape pour qu'il ne soit pas excité par les harmoniques d'accélération lors du déplacement de la soupape.

- L'analyse structurelle permettant d'évaluer :

• Les contraintes dans la soupape lorsque le guide n'est pas aligné axialement au siège.
• Les contraintes dans la soupape lorsque le guide est désaligné angulairement par rapport au siège.

-L'analyse de lubrification de la tige de la soupape afin de déterminer si le film d'huile est rompu entre le guide et la tige. Pour ce faire, on a eu recours à une modélisation de contact de type Winkler. Ce modèle suppose que le contact peut être modélisé par un tapis de ressorts uniformément répartis.

Toutes ces analyses ne relèvent aucun problème au niveau du dimensionnement et du choix du matériau de la soupape. En d'autres termes, notre analyse de réingénierie a confirmé la cohérence des choix effectués par les constructeurs de moteur de F1.