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EnglishRÉSUMÉ
Le modèle de comportement numérique est devenu un outil incontournable dans la mise au point des moteurs thermiques. Cet article applique cette approche à un moteur Diesel injection directe. Après une introduction sur la problématique de la simulation numérique dans le processus d’ingénierie, chaque modèle (moteur, système de refroidissement et lubrification) est décrit et illustré. Cet outil gère les transferts thermiques et les circulations fluides. Il permet à la fois l’étude précise de la sensibilité aux paramètres de contrôle de la fonction refroidissement, et le développement de stratégies de contrôle-commande et de régulation associées au système de refroidissement.
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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 : Ingénieur chef de projet PSA
INTRODUCTION
Le dossier portant sur la phénoménologie des transferts thermiques dans les moteurs à combustion interne se devait d’être complété par les techniques numériques capables de concevoir un modèle de prédiction de la thermique globale du moteur soumis à une action externe (couple et vitesse de déplacement). En effet, la mise au point des stratégies de régulation, la détection préventive d’éventuelles surchauffes lors d’un profil de mission particulier et la consommation font que le modèle de comportement numérique devient un incontournable de la mise au point des moteurs et plus largement des chaînes de traction modernes. Les paramètres de refroidissement moteur ont un impact non négligeable sur ces facteurs, notamment pendant les phases de démarrage à froid. La notion de pollution, non traitée ici, est tout naturellement fonction des mêmes critères. Cette approche va se subdiviser en trois dossiers portant sur la construction et la validation d’un outil numérique permettant la simulation du comportement thermique transitoire d’un moteur à combustion interne, ici appliqué à un moteur Diesel injection directe. Seront abordés tour à tour la création d’un outil numérique général gérant les transferts thermiques et les circulations fluides autres que la combustion , la combustion et la validation globale du modèle proposé .
Présentement, après avoir rapidement situé la problématique de la simulation numérique dans le processus d’ingénierie, la construction de l’outil préconisé sera décrite et plus particulièrement le premier module décrivant l’ensemble du modèle d’architecture moteur, des systèmes de refroidissement et de lubrification. Chaque étape de la construction du modèle sera illustrée par des vues détaillant à la fois la discrétisation du système et les corrélations utilisées pour décrire les phénomènes d’échanges ou de génération de flux d’énergie. À cet effet, l’analyse scientifique développée dans le dossier servira de référence.
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1. Outil numérique de modélisation
1.1 Différentes approches de modélisation
Afin de mieux cerner l’impact des paramètres thermiques sur les prestations consommation et chauffage habitacle dans un moteur à combustion interne automobile, il convient de se doter d’un outil de simulation numérique. Cet outil d’analyse des phénomènes thermiques transitoires a deux fonctions. La première est de permettre l’étude précise de la sensibilité aux paramètres de contrôle de la fonction refroidissement, mis en évidence dans le dossier , sur les échanges énergétiques et équilibres thermiques au sein du moteur. Sa deuxième fonction est l’aide au développement de stratégies de contrôle-commande et de régulation associées au système de refroidissement.
Historiquement, la simulation numérique est intimement liée au développement de l’informatique et a fait ses premiers pas dans l’industrie automobile dans les années 1970 où elle intervient dans de nombreux domaines techniques. On note, par ailleurs, que la diversité des domaines d’étude est la raison principale de la multiplicité des concepts numériques (tableau 1).
Cette diversité des concepts fait que le positionnement de l’analyse numérique dans le processus d’ingénierie est multiple (figure 1).
La simulation numérique peut être d’abord utilisée comme un outil prédictif. Dans cette configuration, elle est d’une aide précieuse pour les développements en avance de phase ou de début de projet, là où aucune maquette physique n’existe. Elle permet alors de définir les bases d’architecture du système développé et ainsi d’orienter précisément la main du concepteur. Cette phase prédictive est largement utilisée dans tous les domaines techniques.
Dans une seconde phase, l’outil numérique devient un outil d’analyse. Dans ce cas, des maquettes physiques et fonctionnelles existent et leurs manipulations en essais alimentent des modèles permettant l’analyse des phénomènes physiques et l’optimisation...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LAGONOTTE (P.), BROUSSELY (M.), BERTIN (Y.), SAULNER (J.B.), PETITEAU (S.) - La théorie des réseaux appliquée à la réduction de modèle thermique des machines thermiques. - EF’99, Lille (1999).
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(2) - SAULNIER (J.B.) - La méthode nodale : ses progrès et ses limites. - Journées d’études GUT-SFT (1989).
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(3) - SAULNIER (J.B.), ALEXANDRE (A.) - La modélisation thermique par la méthode d’analyse nodale. - Revue générale de thermique, no 280, p. 363-371 (1985).
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(4) - SAULNIER (J.B.), ALEXANDRE (A.), MARTINET (J.) - L’utilisation des logiciels en modélisation thermique : deux exemples d’application. - Revue générale de thermique, no 230, p. 97-109 (1981).
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(5) - KAPLAN (J.) - Modelling the spark ignition engine warm-up process to predict component temperature. - Master of Science, MIT department of mechanical engineering (1990).
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