Comment fonctionne le volant d'inertie : performance moteur expliquée

Le volant d'inertie est l'un des composants les plus importants du moteur automobile. C'est un dispositif mécanique conçu pour stocker l'énergie de rotation (énergie cinétique). Elle est proportionnelle au carré de sa vitesse de rotation et de sa masse.

Qu'est-ce qu'un volant d'inertie ?

Roue massive nécessitant une force importante pour tourner sur son axe. Elle résiste aux variations de vitesse de rotation par son moment d'inertie. Pour modifier l'énergie stockée, il faut augmenter ou diminuer sa vitesse. Elle continue de tourner tant qu'une force importante ne l'arrête pas.

Une grande quantité d'énergie cinétique est emmagasinée lors de la rotation. Cette énergie est ensuite utilisée pour démarrer le moteur ou accélérer.

Aujourd'hui : définition, construction, fonctions, principe de fonctionnement et symptômes d'un volant d'inertie défectueux.

Construction du volant d'inertie

Pour sa robustesse, il est généralement en acier sur paliers conventionnels. Les volants à haute densité d'énergie utilisent des composites en fibre de carbone et des paliers magnétiques, tournant jusqu'à 60 000 tr/min (1 kHz).

Fonctions du volant d'inertie

Présent sur presque tous les véhicules pour de multiples raisons :

Équilibrage du moteur :

Les pistons sont décentrés par rapport au vilebrequin -> vibrations et oscillations. Chaque piston tire à un angle différent. Le volant, par sa masse, supprime les mouvements latéraux. Le moteur est stabilisé et équilibré sur ses supports, réduisant les vibrations globales.

Démarrage du moteur :

Les dents du volant s'engrènent sur le démarreur. Le démarreur est commandé par la clé : au démarrage, il entraîne le volant. Dès que le moteur tourne, la combustion maintient la rotation. Le pignon de Bendix du démarreur se retire pour laisser le volant tourner librement.

Réduction des contraintes sur la transmission :

En stabilisant le mouvement moteur, il lisse le régime et réduit l'usure des composants de la transmission. Limite aussi l'usure entre l'arbre de boîte et l'arbre de transmission (liaison par joint de cardan).

Lissage du régime moteur :

Le vilebrequin convertit le mouvement du piston en rotation, mais c'est saccadé (puissance par impulsions). La masse du volant apporte de l'inertie qui maintient le vilebrequin en rotation entre deux explosions de piston -> régime constant, moteur souple.

Manipulation du poids :

Le poids du volant détermine la performance. Conçu selon le véhicule.

Volants lourds : permettent au moteur de travailler sous charge sans caler. Camions, remorques. Volants légers : voitures de sport, utilitaires légers.

Principe de fonctionnement

Simple et intéressant : il stocke l'énergie pour le véhicule. Comme une batterie mécanique stocke l'énergie chimique, le volant stocke l'énergie cinétique.

Plus la vitesse est haute, plus l'énergie stockée est grande. Un moment d'inertie plus élevé = plus massif. Mais il est plus efficace de tourner plus vite que d'augmenter la masse : un volant léger à haute vitesse stocke deux fois plus d'énergie qu'un volant lourd à basse vitesse. Donc privilégier volant léger et rapide. Pour véhicules lourds (camions, fourgons, remorques) transportant des charges, le volant lourd reste adapté car ils ne cherchent pas la vitesse maximale.

Attention : si la vitesse augmente trop, le matériau peut ne pas tenir la force -> rupture.

La vidéo ci-dessous explique le fonctionnement du volant d'inertie :

Symptômes d'un volant d'inertie défectueux

Patinage de l'embrayage :

Se produit au changement de rapport en roulant. Le rapport peut patiner. Aucun couple n'est transmis aux roues -> embrayage usé. Le patinage use aussi le volant. Bruit de grincement possible, surchauffe du plateau de pression et autres pièces de l'embrayage -> gauchissement et fissuration.

Traînage de l'embrayage :

Similaire au patinage, mais l'embrayage ne se désengage pas complètement. Grincements à divers niveaux au passage des rapports. Peut empêcher d'engager la première à l'arrêt. Problème pas directement du volant mais du palier ou de la douille dans l'ensemble volant/vilebrequin.

Odeur de brûlé :

Produite quand l'embrayage fonctionne mal. Causée par un volant défectueux ou un conducteur inexpérimenté. Les garnitures d'embrayage sont conçues pour réduire le bruit. Mal utilisées, elles génèrent beaucoup de chaleur par friction -> odeur acre perceptible.

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Vibration de la pédale d'embrayage :

Vibrations ressenties sur la pédale ou le plancher -> ressorts du volant défaillants. Ces ressorts absorbent normalement les vibrations de l'embrayage.

Claquement d'embrayage (chatter) :

Difficulté à engager l'embrayage. Il saute sur le volant en l'accrochant et le relâchant répétitivement. Sensation de saut/vibration au relâchement. Peut survenir sur n'importe quel rapport, souvent au démarrage. Volant voilé possible cause.

Diagnostic délicat : disque, plateau ou butée peuvent être usés, cassés, voilés ou contaminés par l'huile -> mêmes symptômes.

Ceci termine l'article « Principe de fonctionnement du volant d'inertie ». J'espère que vous avez acquis les connaissances. Merci de commenter et partager cet article avec d'autres étudiants techniques. Merci !