Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les moteurs automobiles modernes ont considérablement évolué au rythme imposé par la limitation des émissions polluantes et par la baisse de la consommation de carburant. Aussi, le système d'admission d'air s'est énormément complexifié, devenant un sous-ensemble regroupant des fonctions très diverses imposant l'utilisation d'un ou plusieurs échangeurs thermiques, d'actionneurs, de capteurs et de pièces de formes diverses qu'il faut savoir modéliser et dimensionner. Cet article propose un tour d'horizon des technologies actuelles et des prochaines évolutions.
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The modern automotive engines are involved at the same time than the pollutant emission norms exigency and the fuel consumption reduction request. In consequence, the intake system had been hugely improved, been a complex system with many various functions which required the usage of one or more heat exchanger, of active systems, sensors and some specific parts which must be designed, simulated and sized. This article gives an overview of the current and of the next technologies applied on the intake system.
Auteur(s)
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Laurent ODILLARD : Ingénieur Avance de phase Thermique moteur Valeo Systèmes thermiques
INTRODUCTION
Lors de l'introduction des refroidisseurs d'air de suralimentation dans les années 1990, l'échangeur était dimensionné comme un simple composant défini par sa puissance thermique et sa perte de charge, fonction du débit d'air d'admission et de la vitesse de l'air en face avant du véhicule.
Les dernières améliorations des moteurs en matière de réduction de la consommation et de leur conformité avec des normes antipollution de plus en plus exigeantes ont poussé à une augmentation du besoin de refroidissement des gaz de suralimentation. L'introduction du cycle harmonisé WLTC (Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle) accentuera cette tendance par la nécessité d'une augmentation du taux de gaz recyclés (EGR – Exhaust Gas Recirculation) sur des points moteur plus chargés.
La tendance au « downsizing » et au « downspeeding » des moteurs contraint clairement les motoristes à une meilleure intégration de la fonction de refroidissement des gaz en aval du compresseur pour laquelle de nouvelles exigences et fonctionnalités se font sentir, telles que :
-
une importante diminution de la perte de charge afin d'augmenter la pression en amont des soupapes d'admission : cela équivaut à une augmentation de la pression de suralimentation ;
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une réduction du volume d'air en aval du compresseur afin de réduire les temps de réponse (« time to torque ») ;
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une stabilité de la température en aval de l'échangeur : elle doit être moins dépendante des conditions de roulage (vitesse véhicule) et de la stratégie de dépollution (taux EGR haute et basse pression) ;
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la possibilité de contrôler la température en aval de l'échangeur en fonction des points de fonctionnement moteur, de la stratégie de dépollution (problématique de condensation en EGR basse pression, régénération du filtre à particules) ou de vie du moteur (amélioration des démarrages à froid, réduction du « light off » catalyseur) ;
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une augmentation des performances thermiques et la limitation des échauffements parasites en aval de l'échangeur ;
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l'ajout de fonctionnalités actives (boîtier papillon, doseur d'air, vanne EGR, volet de swirl, désactivation de cylindre, etc.) ;
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une compatibilité avec l'ensemble des plateformes véhicule du ou des constructeurs.
Ce besoin d'intégration de la fonction refroidissement des gaz de suralimentation pousse à étudier l'ensemble des composants de la sortie compresseur aux soupapes d'admission comme un système multicomposant appelé « module d'admission » ou « ligne d'air de suralimentation ».
Le présent article traitera de la modélisation des composants de la ligne d'air d'admission, des différentes architectures connues et présentera les principales voies d'amélioration des architectures actuelles.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
energy | automotive | internal combustion engines | charged air cooling
VERSIONS
- Version courante de juin 2023 par Laurent ODILLARD
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Présentation5. Conclusion
Le développement d'une ligne d'air de suralimentation requiert de plus en plus une importante transversalité des compétences : thermique, fluidique, moteur, combustion, véhicule, contrôle moteur, thermique habitable... Le besoin de simuler le véhicule complet, et non pas les sous-ensembles indépendamment, fait aujourd'hui évoluer le cœur de métier de chaque équipementier.
Un travail de développement plus en amont et collaboratif entre l'OEM et ses sous-traitants est nécessaire afin d'intégrer l'ensemble des fonctions, d'en maîtriser leur coût, leur masse et leur fiabilité. Cette évolution des méthodes de travail est devenue indispensable pour une meilleure intégration du moteur dans son environnement véhicule et dans les différentes plateformes qu'il équipera.
Évidemment, les futures normes de réduction de la pollution (réduction des émissions de polluants, réglementation de nouveaux polluants, réduction de la consommation sur cycle plus exigeante...) mettront les ingénieurs en face de nouveaux défis, passant par l'amélioration des process, des matériaux (plastique pour la résistance aux températures et pressions plus élevées, aluminium pour la résistance à la corrosion) et par la maîtrise de technologies nouvelles associées à des moyens de simulation encore plus performants.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GRISSTEDE (I.), FRANOSCHEK (S.), SEYLER (M.), HOYER (R.), NOACK (H.), BASSO (S.), MÜLLER (W.), HANAU (W.) - Robust NOx after treatment systems for diesel pass-cars beyond EU6. - Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology (2012).
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(2) - ROSE (D.), HEIBELS (A.K.), GEORGE (S.), WARKINS (J.), GOLOMB (N.), WARREN (C.) - A new generation high porosity DuraTrap® at for integration of deNOx functionalities. - Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology (2012)
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(3) - KÖNIGSTEDT (J.), ASSMANN (M.), BRINKMANN (C.), EISER (A.), GROB (A.), JABLONSKI (J.), MÜLLER (R.) - The new 4.0-l V8 TFSI engines from Audi. - Internationales Wiener Motorensymposium (2012).
-
(4) - NEUSSER (H.-J.), KAHRSTEDT (J.), JELDEN (H.), ENGLER (H.-J.), DORENKAMP (R.), JAUNS-SEYFRIED (S.), KRAUSE (A.) - Volkswagen's new modular TDI® generation. - Internationales Wiener Motorensymposium (2012).
-
(5) - KAHRSTEDT (J.), DORENKAMP (R.), KUIKEN (S.), GREINER (M.), KÜHNE (I.), NIGRO (G.), DÜSTERDIEK (T.), VELDTEN (B.), THÖM (N.) - The new 2.0 l TDI® to fulfill...
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