Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La législation européenne en matière de pollution limite les émissions de CO2 des voitures. Lorsqu'on analyse le fonctionnement des moteurs, il apparaît que la formation et les traitements des émissions polluantes sont essentiellement associés à des processus thermochimiques complexes fortement dépendants des paramètres thermiques. L’aspect énergétique des transferts thermiques au sein des moteurs est donc de plus en plus un élément dimensionnant.
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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
-
Ludovic TOMASELLI : Responsable Métier Adaptation Échanges Thermiques et Transferts Fluides PSA Peugeot Citroën - Direction Plates-formes techniques et Achats
INTRODUCTION
La situation européenne en matière d’émissions de CO2 (représentative de la consommation) par les voitures particulières est conditionnée par l’engagement des constructeurs dans le cadre de l’ACEA (Association des constructeurs européens d’automobiles) visant à limiter ces émissions à 120 g/km d’ici 2012.
L’analyse de la surconsommation des moteurs à combustion interne corrobore le caractère prédominant des paramètres thermiques associés aux trajets de courtes distances inférieures à 3 km (47 % de l’utilisation courante d’un véhicule) conduisant à une surconsommation de 80 % par rapport à un trajet de 10 à 50 km.
À cela s’ajoutent les législations antipollution. Grâce à l’amélioration des technologies d’injection, à une meilleure connaissance des phénomènes de combustion et à l’avènement des systèmes de post-traitement, les émissions polluantes ont été réduites progressivement et ne représentent aujourd’hui que le dixième du niveau des années 1980. Là encore, la formation et les traitements des émissions polluantes sont essentiellement associés à des processus thermochimiques complexes fortement dépendants des paramètres thermiques (la tendance est à l’utilisation généralisée d’éléments de catalyse nécessitant des températures de fonctionnement supérieures à 300 ˚C).
L’aspect énergétique des transferts thermiques au sein des moteurs est donc de plus en plus un élément dimensionnant de ces machines.
Cette étude se compose de deux articles :
-
[BM 2 900] Analyse des transferts énergétiques dans les moteurs automobiles ;
-
Modélisation thermique des moteurs- Outils numériques généraux Modélisation des transferts thermiques dans les moteurs automobiles.
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Échanges énergétiques gaz/parois
En anglais
1. Analyse énergétique
la liste des symboles et notations est rappelée en fin d’article.
Les performances d’un moteur à combustion interne, ou, plus généralement, de toute machine thermique, dépendent de la bonne répartition de l’énergie primaire (mélange carburé) dégagée durant la phase de combustion. Cette répartition entre énergie mécanique utile et pertes est conditionnée par les choix d’architectures et le contrôle des paramètres thermiques régissant le système.
L’analyse énergétique par application du premier principe de la thermodynamique et de l’équation de conservation de l’énergie, appliqués au système ouvert qu’est la chambre de combustion, permet de comprendre les transformations de l’énergie et de définir des notions qui seront utilisées tout au long de l’article.
L’application du premier principe de la thermodynamique au volume V de la chambre de combustion (figure 1) s’écrit :
avec :
- E :
- énergie totale du système
- W :
- énergie mécanique produite
- Q :
- quantité de chaleur échangée avec l’extérieur du système.
L’énergie E du système est la somme des énergies interne, cinétique et potentielle. Dans les moteurs à combustion interne, les énergies cinétique et potentielle sont négligeables devant les autres énergies. L’énergie interne massique est égale par définition à :
où cV correspond à la capacité calorifique massique à volume constant du fluide considéré, h son enthalpie massique, ρ sa masse volumique, p la pression et T la température.
Appliquée au système ouvert qu’est la chambre de combustion, l’équation...
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Analyse énergétique
BIBLIOGRAPHIE
-
(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.
-
(2) - SITKEI (G.), RAMANAIAH (G.V.) - A rational approach for calculation of heat transfert in Diesel engines - . SAE Paper no 720027, 1972.
-
(3) - BORMAN (G.), NISHIWAKI (K.) - Internal combustion engine heat transfert - . Progress in energy and combustion science, Vol. 13, pp. 1-46, 1987.
-
(4) - OVERBYE (V.D.), BENNETHUM (J.E.), UYEHARA (O.A.), MYERS (P.S.) - Unsteady heat transfer in engines - . SAE Trans., Vol. 69, pp. 461-194, 1961.
-
(5) - SEAL (W.J.), TAYLOR (D.H.C.) - Spatial variation of heat transfer to piston and liners of some medium speed Diesel engines - . Proc. Inst. Mech. Eng., Vol. 185 17/71, pp. 203-218, 1971.
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