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RÉSUMÉ
Cet article porte sur la modélisation thermique des moteurs et plus principalement sur les simulations numériques. Dans un premier temps, les conditions limites liées au frottement sont ainsi évoquées, et l’ensemble de l’architecture logicielle globale est prise en compte (flux thermiques et liens informatiques entre modèles). L’exploitation des simulations informatiques, notamment les simulations des écoulements, de la combustion et de l’intégration du modèle de combustion au modèle d’architecture, sont ensuite présentées. Pour terminer, une analyse physico-chimique des alliages magnétiques doux industriels est proposée (modèle simplifié, constantes électromagnétiques, imperfections des alliages, etc).
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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 Adaptation Moteur chez PSA Peugeot Citroën
INTRODUCTION
Le dossier porte sur la phénoménologie des transferts thermiques dans les moteurs à combustion interne. Son prolongement décrit la modélisation du moteur dans son intégralité à l’exception des conditions limites : les flux transmis aux parois par la combustion (traité en ) et les flux générés par frottement. Rappelons que le but final de cette série 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 présent dossier va donc s’attacher à présenter en premier lieu les conditions limites liées au frottement puis à bâtir à l’aide du concept nodal un réseau thermique et fluidique global permettant de faire des simulations centrées soit sur la combustion, soit sur l’analyse des flux thermiques transitant dans le moteur et plus généralement des simulations mettant en situation le moteur dans son intégralité. Sont alors accessibles toutes les grandeurs énergétiques concernant un groupe motopropulseur, à savoir : les débits fluides dans chacun des circuits, la température en tout point des parois et des fluides, les flux échangés sur toute surface, et, ce qui est nouveau dans une telle approche, la consommation instantanée du moteur.
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1. Architecture logicielle globale
Le dossier , portant sur la modélisation de la combustion dans les moteurs Diesel automobiles, a montré que les données calculées par le modèle thermodynamique permettent d’obtenir, de manière instantanée, les courbes de température de combustion, pression dans le cylindre et flux thermique aux parois. De même, le dossier , portant sur la modélisation de l’architecture énergétique du moteur lui-même, a montré que l’on pouvait décrire finement sur le plan thermique le moteur soumis à l’action pilotée de différents circuits de refroidissement. Le modèle thermodynamique de combustion et le modèle d’architecture thermique du moteur doivent alors être couplés au niveau des parois de la chambre de combustion pour la modélisation des transferts de chaleur provenant des gaz de combustion et généré par les frottements piston/segments/cylindre (cf. ).
Malgré les amplitudes de flux thermiques importantes, les inerties et les épaisseurs des parois de chambre filtrent ces amplitudes. Ainsi il n’est généralement plus perçu de fluctuations de température au-delà de 0,1 mm de la séparation gaz/paroi. Aux interfaces entre modèle thermodynamique de combustion et modèle d’architecture, il est alors justifié de ne s’attacher qu’aux évolutions du flux thermique moyennées sur le cycle.
Il est alors possible d’émettre l’hypothèse simplificatrice d’invariance de la température de paroi Tp durant le cycle thermodynamique, soit :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HABSCHI (F.) - Étude expérimentale et numérique des transferts de chaleur en contact lubrifié localisé en vue d’une application aux moteurs. - Thèse de Doctorat de l’Université de Paris VI (1992).
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(2) - TOMASELLI (L.) - Amélioration de la consommation et de la dépollution des moteurs thermiques automobiles par optimisation des systèmes de refroidissement. - Thèse de Doctorat de l’Université de Poitiers (2000).
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