Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Le modèle parfait d'un moteur doit permettre de suivre son évolution temporelle thermique, ainsi que sa consommation en carburant. La modélisation du moteur est ici décrit dans son intégralité et en particulier celle de la combustion, dont les éléments clés sont rappelés en détail. Par la suite, le modèle thermodynamique à une zone, puis le modèle thermodynamique à plusieurs zones (modèle à deux zones et modèle à zones multiples de gaz brûlés) sont très largement étudiés. Pour terminer, une étude de l’architecture du logiciel de combustion est proposée, à l’aide de certains aspects, tels que la modélisation du remplissage et de la vidange du cylindre à travers les soupapes, la loi de combustion, ou encore l’exploitation du modèle de combustion.
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The perfect engine model should make it possible to follow its thermal evolution over time as well as its fuel consumption. The modeling of the engine is described here in its entirety and in particular that of its combustion, whose key elements are described in detail. After which, the one-zone thermodynamic model, then the multi-zone thermodynamic model (two-zone model and multi-zone model for waste gases) are studied in depth. In conclusion, a study of the combustion software architecture is proposed, using certain aspects, such as the model of the cylinder being filled and emptied through the valves, the law of combustion, and the combustion model in operation.
Auteur(s)
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Alain ALEXANDRE : Responsable Analyse Système au Laboratoire d’Études Thermiques de l’ENSMA
-
Ludovic TOMASELLI : Ingénieur chef de projet PSA
INTRODUCTION
Le dossier Analyse des transferts énergétiques dans les moteurs automobiles portait sur la phénoménologie des transferts thermiques dans les moteurs à combustion interne. Ce dossier, complément du dossier Modélisation thermique des moteurs- Outils numériques généraux, décrit la modélisation du moteur dans son intégralité à l’exception des conditions limites et en particulier de l’apport en flux provenant de la combustion interne dans les cylindres. Rappelons que le but final est une modélisation énergétique globale d’un moteur Diesel permettant de mettre en situation un moteur complet muni de ses boucles de refroidissement. Ce modèle, associé à un profil de mission et à un environnement externe en température, doit permettre de simuler l’évolution temporelle thermique du moteur ainsi que sa consommation en carburant pour une architecture et un pilotage des boucles de refroidissement donnés.
Le dossier Modélisation thermique des moteurs- Outils numériques généraux a montré quel était le choix possible pour analyser sur le plan thermique et fluidique le moteur dans sa globalité. Le concept nodal y a été retenu ; il permet de transposer l’intégralité des équations à traiter en un réseau de conductances, capacités et sources analogue à un réseau électrique. Il est nécessaire d’y adjoindre, dans le même esprit, l’effet thermique lié à la combustion et aux frottements. Le présent dossier va donc décrire une méthode simple et efficace de prise en compte des sources thermiques liées à la combustion.
Cette modélisation des sources de chaleur internes au moteur peut par ailleurs être utilisée séparément de la modélisation proposée au prix de modifications légères.
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Conclusion4. Architecture du logiciel de combustion
Le choix d’un type de modèle thermodynamique afin de simuler la phase de combustion dans un moteur dépend donc du but poursuivi par l’étude. Dans le cadre précis de ce dossier, la modélisation doit être prédictive. Elle a pour but la simulation des échanges thermiques entre chambre de combustion et parois de chambre ; aucune modélisation de la formation des polluants n’est demandée. Il est alors normal de s’orienter vers une approche à une zone pour la modélisation de la combustion, approche qui paraît la plus simple à mettre en œuvre tant du point de vue scientifique qu’informatique.
L’architecture du logiciel s’articule suivant le schéma de la figure 6. Elle est basée sur une programmation en langage FORTRAN compilée et interfacée au modèle d’architecture moteur.
Dans la suite de ce paragraphe, vont être détaillés les éléments théoriques utilisés pour la modélisation du remplissage et de la vidange ainsi que pour la loi de combustion utilisée.
4.1 Modélisation du remplissage et de la vidange du cylindre à travers les soupapes
L’application des modèles thermodynamiques à l’ensemble du cycle moteur nécessite de connaître les débits de gaz entrant et sortant du cylindre. Il est important de bien évaluer ces débits, car ils conditionnent la masse présente dans le cylindre pendant les phases fermées du cycle et donc la combustion.
Le remplissage et la vidange de la chambre de combustion résultent de deux effets :
-
l’écoulement compressible dû à la différence de pression de part et d’autre de la soupape, prépondérant lors des phases de forte dépression ou de suppression dans la chambre ;
-
l’écoulement incompressible dû au déplacement du piston, prépondérant lors des phases de forte levée de soupape.
Les écoulements réels dans les tubulures d’admission et d’échappement sont des écoulements pulsés et très complexes. Pour simplifier les calculs, l’écoulement des gaz sur les soupapes...
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Architecture du logiciel de combustion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BLUMBERG (P.N.), LAVOIE (G.A.), TABACZYNSKI (R.J.) - Phenomenological models for reciprocating internal combustion engines. - Progress in energy and combustion science (1979).
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(2) - RYAN (T.W.), LESTZ (S.S.) - The laminar burning velocity of isooctane, n-heptane, methanol, methane and propane at elevated temperature and pressures in a presence of dillutent. - SAE Paper No 800103 (1980).
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(5) - LE CORRE (O.), ROUSSEAU (S.), SOLLIEC (C.) - One zone thermodynamic model simulation of a stationnary spark ignition engine : static and dynamic performances. - SAE Paper No 982694 (1998).
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(6) - TORREDEME...
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