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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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Lire l’articleAuteur(s)
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Alain ALEXANDRE : Responsable Analyse Système au Laboratoire d’Études Thermiques de l’ENSMA
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Ludovic TOMASELLI : Ingénieur chef de projet PSA
INTRODUCTION
Le dossier portait sur la phénoménologie des transferts thermiques dans les moteurs à combustion interne. Ce dossier, complément du dossier , 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 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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Architecture du logiciel de combustionArticle inclus dans l'offre
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3. Modèle thermodynamique à plusieurs zones
3.1 Modèle à deux zones
Le modèle à deux zones représente la phase de combustion de façon plus réaliste que le modèle à une zone. La chambre de combustion est en effet divisée en deux zones distinctes lors de cette phase, la zone séparant les gaz frais des gaz brûlés s’apparente alors à un front de flamme (figure 4).
La température de chaque zone est supposée uniforme. Si cette hypothèse sur la température est justifiée pour les gaz frais, elle est en revanche discutable pour les gaz brûlés, puisqu’il existe en réalité un gradient de température significatif entre les deux zones. La composition dans chaque zone, est généralement supposée constante pour les gaz frais, alors que les gaz brûlés sont considérés à l’équilibre thermodynamique. La pression est supposée uniforme dans toute la chambre. Les transferts de chaleur entre les deux zones sont habituellement négligés.
L’application à chaque zone de l’équation de la conservation de l’énergie peut s’écrire :
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BIBLIOGRAPHIE
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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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