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)
-
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 ;
-
une réduction du volume d'air en aval du compresseur afin de réduire les temps de réponse (« time to torque ») ;
-
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) ;
-
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) ;
-
une augmentation des performances thermiques et la limitation des échauffements parasites en aval de l'échangeur ;
-
l'ajout de fonctionnalités actives (boîtier papillon, doseur d'air, vanne EGR, volet de swirl, désactivation de cylindre, etc.) ;
-
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.
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KEYWORDS
energy | automotive | internal combustion engines | charged air cooling
VERSIONS
- Version courante de juin 2023 par Laurent ODILLARD
DOI (Digital Object Identifier)
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Impact de la température en aval de l'échangeur de suralimentation1. Présentation
Cet article s'applique au domaine des moteurs à combustion interne deux temps et quatre temps à allumage commandé (essence) ou à compression (diesel) suralimenté.
La fonction principale de la « ligne d'air de suralimentation » est d'acheminer l'air en provenance du compresseur jusqu'à la culasse. Sa fonction secondaire est d'abaisser la température en aval du compresseur afin d'augmenter la masse volumique de l'air (améliorer le remplissage moteur). Le domaine d'étude est détaillé sur la figure 1.
Le tableau des notations et symboles est situé en fin d'article.
1.1 Enjeux actuels et futurs du motoriste
L'évolution des normes antipollution et des cycles d'homologation fait apparaître de nouveaux besoins, notamment en termes :
-
de consommation de carburant : le niveau d'émission cumulé de CO2 est maintenant au cœur des préoccupations des motoristes, puisqu'un seuil limite d'émission dépendant de la masse est maintenant imposé au constructeur, tel que (voir [BM 2 507]) :
![]()
( 1 )
avec :
- M :
- (kg) masse du véhicule,
- M0 :
- = 1 372 kg à partir de 2012,
- a :
- = 0,0457.
-
d'un cycle d'homologation plus contraignant : les zones de fonctionnement du moteur sur cycle seront effectivement des points plus chargés et à plus haut régime afin d'être plus représentatifs d'un profil de roulage réel (figure 2) ;
-
d'un...
( 1 )
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
(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)
-
(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).
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(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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