Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le modèle parfait d'un moteur doit permettre de suivre son évolution temporelle thermique, ainsi que sa consommation en carburant. La modélisation du moteur est ici décrit dans son intégralité et en particulier celle de la combustion, dont les éléments clés sont rappelés en détail. Par la suite, le modèle thermodynamique à une zone, puis le modèle thermodynamique à plusieurs zones (modèle à deux zones et modèle à zones multiples de gaz brûlés) sont très largement étudiés. Pour terminer, une étude de l’architecture du logiciel de combustion est proposée, à l’aide de certains aspects, tels que la modélisation du remplissage et de la vidange du cylindre à travers les soupapes, la loi de combustion, ou encore l’exploitation du modèle de combustion.
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The perfect engine model should make it possible to follow its thermal evolution over time as well as its fuel consumption. The modeling of the engine is described here in its entirety and in particular that of its combustion, whose key elements are described in detail. After which, the one-zone thermodynamic model, then the multi-zone thermodynamic model (two-zone model and multi-zone model for waste gases) are studied in depth. In conclusion, a study of the combustion software architecture is proposed, using certain aspects, such as the model of the cylinder being filled and emptied through the valves, the law of combustion, and the combustion model in operation.
Auteur(s)
-
Alain ALEXANDRE : Responsable Analyse Système au Laboratoire d’Études Thermiques de l’ENSMA
-
Ludovic TOMASELLI : Ingénieur chef de projet PSA
INTRODUCTION
Le dossier Analyse des transferts énergétiques dans les moteurs automobiles portait sur la phénoménologie des transferts thermiques dans les moteurs à combustion interne. Ce dossier, complément du dossier Modélisation thermique des moteurs- Outils numériques généraux, décrit la modélisation du moteur dans son intégralité à l’exception des conditions limites et en particulier de l’apport en flux provenant de la combustion interne dans les cylindres. Rappelons que le but final est une modélisation énergétique globale d’un moteur Diesel permettant de mettre en situation un moteur complet muni de ses boucles de refroidissement. Ce modèle, associé à un profil de mission et à un environnement externe en température, doit permettre de simuler l’évolution temporelle thermique du moteur ainsi que sa consommation en carburant pour une architecture et un pilotage des boucles de refroidissement donnés.
Le dossier Modélisation thermique des moteurs- Outils numériques généraux a montré quel était le choix possible pour analyser sur le plan thermique et fluidique le moteur dans sa globalité. Le concept nodal y a été retenu ; il permet de transposer l’intégralité des équations à traiter en un réseau de conductances, capacités et sources analogue à un réseau électrique. Il est nécessaire d’y adjoindre, dans le même esprit, l’effet thermique lié à la combustion et aux frottements. Le présent dossier va donc décrire une méthode simple et efficace de prise en compte des sources thermiques liées à la combustion.
Cette modélisation des sources de chaleur internes au moteur peut par ailleurs être utilisée séparément de la modélisation proposée au prix de modifications légères.
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Modèle thermodynamique à une zone
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1. Modélisation de la combustion
Depuis les années 1960-1970, la modélisation mathématique des moteurs à combustion interne et la simulation de leur fonctionnement se sont fortement développées. Les enjeux de cette approche, complémentaire à celle traditionnellement basée sur l’expérimentation, sont principalement une réduction de la consommation spécifique et des rejets de polluants .
Différents types de modèles mathématiques permettent de simuler le fonctionnement des moteurs à combustion interne, qu’ils soient à allumage commandé ou à allumage par compression. Ces modèles peuvent être regroupés au sein de deux catégories principales : les modèles orientés commande et les modèles physiques (figure 1).
Les modèles orientés commande décrivent le moteur sous la forme d’un système de type entrées/ sorties. Ils ont été développés afin de simuler de nouvelles stratégies de contrôle moteur.
Les modèles physiques représentent les phénomènes qui se produisent dans les moteurs du point de vue soit de la mécanique des fluides, soit de la thermodynamique. Au sein de ces modèles, il faut d’abord distinguer les modèles dimensionnels basés sur les équations de Navier-Stokes et l’équation de la conservation de l’énergie sous forme différentielle dans l’espace. Ces modèles font appel à d’importantes ressources informatiques et sont généralement utilisés pour le développement...
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Modélisation de la combustion
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BLUMBERG (P.N.), LAVOIE (G.A.), TABACZYNSKI (R.J.) - Phenomenological models for reciprocating internal combustion engines. - Progress in energy and combustion science (1979).
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(2) - RYAN (T.W.), LESTZ (S.S.) - The laminar burning velocity of isooctane, n-heptane, methanol, methane and propane at elevated temperature and pressures in a presence of dillutent. - SAE Paper No 800103 (1980).
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(3) - RAMOS (J.J.) - Internal combustion engine modelling. - Hemisphere publishing corporation (1989).
-
(4) - GHOJEL (J.) - Analytical heat release function for DI Diesel engines. - 4th Asian-Pacific international symposium on combustion and energy utilization (1991).
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(5) - LE CORRE (O.), ROUSSEAU (S.), SOLLIEC (C.) - One zone thermodynamic model simulation of a stationnary spark ignition engine : static and dynamic performances. - SAE Paper No 982694 (1998).
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(6) - TORREDEME...
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