Essais & Simulations n°115

Dossier
Incertitudes de mesure
Moteur automobile
Mesure de la microrugosité de pièces mécaniques
en milieu industriel : méthode d’estimation de
l’incertitude de mesure et de la conformité
L’amélioration des performances des moteurs à combustion interne implique une réduction significative
des pertes par frottement. On l’obtient en général par une amélioration des états de surface
mécaniques. Actuellement, dans un environnement industriel moins favorable qu’en laboratoire, il est
nécessaire de maîtriser des spécifications de microrugosité inférieures à 0,25 µm. On propose une
nouvelle méthode statistique d’estimation des incertitudes concernant l’état de surface des paliers d’un
vilebrequin qui permet de définir sa conformité associée à un niveau risque spécifié.
1. INTRODUCTION ET OBJECTIFS
A l’issue d’une opération de « toilage
», la rugosité des paliers d’un
vilebrequin de moteur automobile
peut être mesurée le long des génératrices
de ses surfaces cylindriques
à l’aide d’un rugosimètre à contact
(figure 1).
Figure 1 : Vilebrequin en vue de dessus
Résumé
Improvement of internal combustion engines performances implies a significant
reduction of friction mechanical losses. This one can be currently obtained
by an improvement of the mechanical surface textures. Today, in an
industrial environment less favourable than in a laboratory, it is necessary
to master specifications of microrugosity under 0.25 µm. We propose a new
statistical method for estimating the uncertainties relative to the surface
texture of crankshaft bearings that permits to define its conformity associated
to a specified risk level.
Key-words : combustion engine, crankshaft, bearing, micro-rugosity, uncertainty
measurement, conformity proof;
Parmi le grand nombre de paramètres
qui permettent de caractériser
le profil de rugosité d’une surface
[ZAN-03], certains d’entre eux sont
plus adaptés au contexte de la microrugosité.
Il s’agit essentiellement
de la hauteur moyenne du profil (R z
)
et du taux de longueur portante (R k
).
Par suite de son caractère énergétique,
la moyenne quadratique (R q
)
est utilisée pour caractériser le bruit
de fond susceptible de perturber les
mesures. Tous ces paramètres, ainsi
que les méthodes de mesure permettant
de les estimer, font l’objet de
plusieurs normes [ISO].
En matière de microrugosité, la mise
en œuvre des mesures se heurte à
de nombreuses difficultés (taille du
palpeur, angle de mesure, accès
aux zones à mesurer, importance
des bruits de fond…).
En outre, l’estimation des incertitudes
de mesure ne peut entrer strictement
dans le cadre conventionnel
des recommandations existant en
matière de métrologie [GUM-100].
S’agissant d’un contexte industriel,
ceci a motivé la recherche de solutions
permettant de garantir que les tolérances
spécifiées soient satisfaites.
Mots-clé
moteur automobile, vilebrequin,
palier, microrugosité, incertitude
de mesure, preuve de conformité;
Le processus de validation des caractéristiques
du dispositif et de la
méthode de mesure adoptés par
PSA, largement détaillé dans [LER-
13], s’est déroulé en quatre étapes
successives rappelées ci-après :
• Evaluation des bruits de fond « statique
» et « dynamique »,
• Mesures sur deux étalons de type
D1 (étalons à profil unidirectionnel irrégulier
et répétitifs suivant la norme
NF EN ISO 5436-1),dont la qualité
métrologique est attestée par un certificat
du [PTB],
• Mesures d’inter-comparaisons sur
un seul vilebrequin,
• Evaluation des incertitudes et garantie
de conformité ;
Cet article se limite à la dernière
étape, concernant la méthode d’évaluation
des incertitudes et de la garantie
de conformité.
2. PROBLEMATIQUE DES INCER-
TITUDES DE MESURE
L’estimation des incertitudes de mesure
affectant les paramètres d’un état de surface
est une tâche relativement ardue.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 51