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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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Transferts thermiques
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3. Puissance de frottement
Comme on peut le voir sur la figure 2 (sous forme d’énergie), la puissance transmise au piston par la combustion du mélange carburé, la puissance indiquée P i, n’est pas entièrement disponible sur l’arbre moteur sous forme de puissance mécanique efficace P e. Les pertes correspondant au passage entre la puissance indiquée et la puissance utile sont généralement regroupées sous l’appellation de pertes par frottement P tf.
Comme nous l’avons expliqué précédemment, il est plus aisé de parler en pression moyenne, on parlera alors pour les frottements de pression moyenne de frottement pmf pour étudier la puissance de frottement P tf. Dans la suite de cet exposé nous nous intéresserons uniquement à la pmf, seule à être affectée directement par les paramètres thermiques.
La part de puissance indiquée perdue en puissance de frottement dans un moteur à combustion interne est loin d’être négligeable. Cette part varie entre 10 % de la puissance indiquée à pleine charge et jusqu’à 100 % dans les phases de démarrage où de charge nulle ; elle est également caractéristique de l’architecture du moteur. La puissance de frottement affecte principalement la puissance à pleine charge et la consommation. L’approche analytique de la théorie des frottements met en évidence les paramètres dimensionnants que sont le régime de rotation et la température de l’huile de lubrification, caractérisant la qualité de lubrification (le couple n’a que peu d’influence sur les frottements).
Nous ne nous étendrons pas sur les multiples calculs relatifs aux calculs de frottements (Stribeck , Cole et Alkilas ...
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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.
-
(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.
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(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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