Bibliographie & annexes
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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
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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 des transferts thermiques dans les moteurs automobiles.
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Puissance de frottement
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2. Échanges énergétiques gaz/parois
Une partie importante de la puissance dégagée par la combustion du mélange carburé est perdue par échanges thermiques entre le gaz et les parois du moteur et se retrouve dans le liquide de refroidissement (puissance de l’eau). Cette part est variable suivant le point de fonctionnement et l’état thermique du moteur. Ces échanges sont de types convectif et radiatif et s’opèrent en différents lieux du moteur. En premier lieu au sein de la chambre de combustion entre gaz de combustion et parois de chemise, de culasse et de piston, mais également au sein de la culasse avec les gaz d’admission et d’échappement.
2.1 Échanges entre gaz de combustion et parois de chambre
Les échanges de chaleur entre les gaz (gaz frais et gaz de combustion) et les parois de chambre sont composés d’un terme convectif et d’un terme radiatif.
• Le terme convectif est par définition fortement dépendant des conditions aérodynamiques qui règnent au sein de la chambre de combustion.
L’analyse des pertes énergétiques aux parois de la chambre de combustion laisse apparaître la prédominance des paramètres aérodynamiques et du gradient thermique entre gaz et parois. Le flux thermique surfacique échangé en moyenne sur le cycle thermodynamique est de l’ordre de 1 MW · m−2 à 4 000 tr/min en pleine charge.
Outre les mouvements des gaz dus à la translation du piston, caractérisés par les vitesses instantanée v p et moyenne du piston
définies par :
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Échanges énergétiques gaz/parois
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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