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RÉSUMÉ
En présentant les sous-modèles d’évolution les plus rencontrés, cet article constitue une base de travail pour l’étude de la modélisation thermodynamique zérodimensionnelle des cycles des moteurs à combustion interne. Ces sous-modèles simplifient la description des phénomènes, en introduisant inévitablement des constantes d’ajustement, des lois paramétriques de calage. Néanmoins, ils mettent en lumière les événements majeurs et permettent d’appréhender le contrôle moteur dans une approche temps réel sur véhicule.
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Philippe GUIBERT : Professeur de l’université Pierre-et-Marie-Curie - Laboratoire de mécanique physique - UMR 7068 - Université Pierre-et-Marie-Curie
INTRODUCTION
La première partie (article ) a décrit les principes et les équations de base d’une approche de modélisation zérodimensionnelle sans faire d’hypothèses particulières sur les sous-modèles d’évolution comme les transferts thermiques aux parois par exemple. Cette seconde partie présente de façon non exhaustive les sous-modèles d’évolution les plus employés dans la littérature. Nous noterons ici, principalement pour les modèles de combustion, que nous resterons sur une modélisation accès sur les moteurs à allumage commandé [2] [3] [4].
Revenons sur les équations générales décrites dans l’article précédent . Le système d’équations [5] et [6] est un système ouvert. La résolution du problème nécessite l’introduction d’équations de fermeture, lois phénoménologiques ou modèles particuliers. Un minimum de cinq sous-modèles est nécessaire :
-
un modèle cinématique décrivant le volume de la chambre (
) ;
-
un modèle de combustion définissant
;
-
un modèle de turbulence ;
-
un modèle d’échange aux parois
;
-
un modèle de composition lors de la combustion (calcul de u, h…) ;
-
un modèle de pertes des gaz dans les zones interstitielles (traité dans l’article ).
De même, pour le système d’équations (14) et (16) de l’article , un sous-modèle de transfert de masse doit être introduit. Le croisement de soupape impose aussi un modèle particulier de balayage. Il ne sera pas traité ici.
Pour chaque sous-modèle peuvent être proposées plusieurs approches et il convient à chaque fois, dans la mesure du possible, de les valider par des données expérimentales.
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Sous-modèle cinématique décrivant le volume de la chambre
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7. Conclusion
La modélisation du cycle d’un moteur à combustion interne suit deux approches qui sont désignées par les catégories pseudodimensionnelles (thermodynamiques) et multidimensionnelles. Ces deux catégories sont appliquées avec beaucoup de succès mais aussi avec des réserves respectives. Rappelons que, au-delà de la recherche d’une augmentation de performances, la réduction des émissions polluantes reste l’objectif prioritaire de ce siècle. Modélisation, expérimentation et simulations par leurs approches complémentaires vont dans le sens d’une meilleure compréhension des phénomènes physiques.
Ce document est une base de travail lorsque l’on s’intéresse à la modélisation thermodynamique zérodimensionnelle des cycles des moteurs à combustion interne. Le contenu ne prétend pas être exhaustif concernant les sous-modèles. Il met en évidence qu’il est indispensable d’introduire de la physique dans les sous-modèles pour pouvoir prétendre à des résultats proches des résultats expérimentaux. Toutefois, ces sous-modèles, par leurs écritures dégradées par rapport à une approche 3D, simplifient la description des phénomènes et introduisent inévitablement des constantes d’ajustement, des lois paramétriques de calage. Ils mettent néanmoins au premier plan les événements majeurs. Ils donnent aussi un balayage aisé de paramètres par leurs temps de calcul réduit. Leurs utilisations permettent d’aborder l’optimisation et le contrôle moteur dans une optique d’une approche temps réel sur véhicule.
La modélisation multizone maintient dans l’écriture des équations différents couplages entre les différents phénomènes physiques ; par exemple, entre l’introduction des gaz et la turbulence générée, entre cette turbulence initiée et comprimée avec la progression de la combustion, entre les mouvements aérodynamiques moyens, turbulents et les transferts thermiques. On maintient, par faute de description plus complète et pour certains sous-modèles une hypothèse d’événement quasi stationnaire et cela pour des phénomènes instationnaires. La géométrie est peu prise en compte ou bien indirectement dans certains sous-modèles (transfert thermique, profil de vitesse).
Les résultats numériques, dans la plupart des références citées, s’accompagnent d’une validation expérimentale. On...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VAN TIGGELEN (A.), DECKERS (J.) - Chain branching and flamme propagation. - 6th symposium of combustion, p. 61 (1957).
-
(2) - TENNEKES (M.) - Simple model for a small scale structure of turbulence physics of fluids. - Research note, vol. 11, number 3 (1968).
-
(3) - TENNEKES (M.), LUMLEY (J.L.) - A first course in turbulence. - MIT Press Cambridge, Massash (1972).
-
(4) - LAUNDER (B.E.), SPALDING (N.B.) - Lecture in mathematical models of turbulence. - Academic Press (1972).
-
(5) - KOMIYAMA (K.), HEWOOD (J.B.) - Prediction NOx emissions and effects of exhaust gaz recirculation in spark ignition engines. - SAE, vol. 83, p. 1458-1476 (1973).
-
(6) - BLIZARD (N.C.), KECK (J.C.) - Experimental ad theoritical investigation of turbulent burning model for internal combustion engines. - SAE 740191 (1974).
- ...
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