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Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les moteurs automobiles modernes ont considérablement évolué au rythme imposé par l’évolution de la limitation des émissions polluantes et par la baisse de la consommation de carburant. Aussi, le système d’admission d’air s’est énormément complexifié, devenant un sous-ensemble complet regroupant des fonctions très diverses imposant l’utilisation d’un ou de plusieurs échangeurs thermiques, d’actionneurs, de capteurs et de pièces de formes diverses qu’il faut savoir modéliser et dimensionner. Cet article propose un tour d’horizon des technologies actuelles et des prochaines évolutions.
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The modern automotive engines are involved at the same time than the pollutant emission norms exigency and the fuel consumption reduction request. In consequence, the intake system had been hugely improved, been a complex system with many various functions which required the usage of one or more heat exchangers, of active systems, sensors and some specific parts which must be designed, simulated and sized. This article gives an overview of the current and of the next technologies applied on the intake system.
Auteur(s)
-
Laurent ODILLARD : Ingénieur Avance de phase Thermique Moteur - Valeo Système Thermique, La Verrière, France
INTRODUCTION
Lors de l’introduction des refroidisseurs d’air de suralimentation dans les années 1990, l’échangeur était dimensionné comme un simple composant simplement défini par sa puissance thermique et sa perte de charge, fonction du débit d’air d’admission et de la vitesse de l’air en face avant du véhicule.
Les dernières améliorations des moteurs en matière de réduction de la consommation et de leur conformité aux normes antipollution de plus en plus exigeantes ont poussé à une augmentation du besoin de refroidissement des gaz de suralimentation. L'introduction du cycle harmonisé WLTC (Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle), puis du cycle RDE (Real Driving Emissions), accentuera cette tendance par la nécessité d'une augmentation du taux d’utilisation de gaz recyclés (ou dilution externe plus communément désignée par le sigle EGR pour Exhaust Gas Recirculation) sur des points moteur plus chargés.
La mobilité neutre en CO2 est la phrase clé de l'industrie automobile contemporaine. Passer d'une mobilité carbonée à une mobilité neutre ne peut se faire à très court terme ; c'est la raison pour laquelle les constructeurs et les équipementiers travaillent encore à l’amélioration des motorisations thermiques afin de réduire leur impact carbone. À l'avenir, le CO2 et plus généralement les gaz à effet de serre devront être évalués en prenant en compte le cycle de vie global du berceau à la tombe. Mais pour le moment, seul le CO2 provenant du tuyau d'échappement est pris en compte. C'est la raison pour laquelle le rendement énergétique du Moteur à Combustion Interne (MCI) doit être à nouveau amélioré lorsque celui-ci est encore nécessaire, ou simplement mis à l’arrêt lorsqu'un autre dispositif a la capacité d’assurer à lui seul la propulsion. Ceci constitue la règle d'or des futurs groupes motopropulseurs hybrides.
Les moteurs Diesel toujours très compétitifs sur ce sujet sont désormais techniquement prêts à se conformer aux futures réglementations sur les émissions ; les technologies SCR, le Water Charge Air cooling(WCAC) couplé à l'EGR basse et haute pression sont aujourd'hui largement répandus sur le marché et participent pleinement à la résolution des faiblesses du Diesel. Quoi qu'il en soit, le débat actuel autour des restrictions d’usage de ce type de motorisation a obligé les constructeurs et les équipementiers à travailler sur le moteur à essence, afin de renforcer le potentiel de la technologie des MCI à allumage commandé, mais également à documenter la possibilité d’utiliser des carburants alternatifs (éthanol, gaz, carburants synthétiques « e-fuel », hydrogène).
La tendance au Downsizing et au Downspeeding des moteurs contraint clairement les motoristes à une meilleure intégration de la fonction de refroidissement des gaz aval compresseur pour lequel de nouvelles exigences et fonctionnalités se font sentir, telles que :
-
une importante diminution de la perte de charge afin d’augmenter la pression en amont des soupapes d’admission : ceci équivaut à une augmentation de la pression de suralimentation ;
-
une réduction du volume d’air en aval compresseur afin de réduire les temps de réponse (time to torque) et diminuer le nombre de cycles moteur nécessaire à la vidange de la ligne d’air (meilleur contrôle du taux de dilution en transitoire) ;
-
une stabilité de la température aval échangeur : elle doit être moins dépendante des conditions de roulage (vitesse véhicule) et de la stratégie de dépollution (taux EGR haute, basse pression ou combiné) ;
-
la possibilité de contrôler la température aval échangeur en fonction des points de fonctionnement moteur, de la stratégie de dépollution (problématique de condensation en EGR basse pression, régénération du filtre à particule) ou de vie du moteur (amélioration des démarrages à froid, réduction du temps de light off catalyseur) ;
-
une augmentation des performances thermiques et la limitation des échauffements parasites aval échangeur ;
-
l’ajout de fonctionnalité active (boîtier papillon, doseur d’air, module EGR, volet de Swirl, désactivation de cylindre, etc…) ;
-
une compatibilité avec l’ensemble des plateformes véhicule du ou des constructeurs.
Ce besoin d’intégration de la fonction refroidissement des gaz de suralimentation demande à étudier l’ensemble des composants, de la sortie compresseur aux soupapes d’admission, comme un système multi composants appelé « module d’admission » ou « ligne d’air de suralimentation ».
Le présent article traitera de la modélisation des composants de la ligne d’air d’admission, des différentes architectures connues et présentera les principales voies d’amélioration des architectures actuelles.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles, des notations et des symboles utilisés.
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MOTS-CLÉS
modélisation refroidissement des gaz d'admission moteur à combustion interne architecture moteur boucle d'air
KEYWORDS
modelling | charged air cooling | internal combustion engine | engine architecture | air loop
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2014 par Laurent ODILLARD
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Impact de la température aval de l’échangeur de suralimentation
En anglais
1. Préambule
Cet article s’applique au domaine des moteurs à combustion interne 2 temps et 4 temps à allumage commandé (essence) ou à compression (diesel) suralimenté.
La fonction de la ligne d’air de suralimentation est d’acheminer l’air en provenance du compresseur à la culasse. Sa fonction secondaire est d’abaisser la température en aval du compresseur, afin d’augmenter la masse volumique de l’air (améliorer le remplissage moteur). Le domaine d’étude est détaillé en figure 1.
1.1 Enjeux actuels et futurs du motoriste
L’évolution des normes antipollution et des cycles d’homologation font apparaître de nouveaux besoins, notamment en termes :
-
de consommation de carburant : le niveau d’émission cumulé de CO2 est maintenant au cœur des préoccupations des motoristes, puisqu’un seuil limite d’émission dépendant de la masse du véhicule est imposé au constructeur [BM 2 507], tel que :
![]()
( 1 )
avec :
- M :
- masse du véhicule (kg),
- M0 :
- = 1 372 kg à partir de 2012,
- a :
- = 0,0457 ;
-
du cycle d’homologation plus contraignant : les zones de fonctionnement du moteur sur cycle seront effectivement des points plus chargés et à plus haut régime afin d’être plus représentatif d’un profil de roulage réel (figure 2) ;
-
d’un abaissement...
( 1 )
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Préambule
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GASTON (C.), COTTE (Ph.), ROBERT (E.), HARDY (J.P.), HERNANDEZ (B.), RENON (P.), BOURDILLON (S.) - * - . – The new RENAULT dCi 110 1.5l Diesel engine.
-
(2) - KÖNIGSTEDT (J.) et al - The new 4.0-I V8 TFSI engines from Audi. - Internationales Wiener Motorensymposium (2012).
-
(3) - KAHRSTEDT (J.) et al - The new 2.0 I TDI® to fulfill American emission standards in Volkswagens new Passat. - Internationales Wiener Motorensymposium (2011).
-
(4) - NEUßER (H.-J.) et al - Volkswagen’s new modular TDI® generation. - Internationales Wiener Motorensymposium (2012).
-
(5) - FURUKAWA (N.), GOTO (S.), SUNAOKA (M.) - On the mechanism of exhaust gas recirculation valve sticking in diesel engines. - International J of Engine Research (2014).
-
(6) - ARNAL (C.) - Study...
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