en fr Modelling and dynamic characterization of inlet and exhaust manifolds of internal combustion engines Modélisation et caractérisation dynamique des circuits dadmission et déchappement des moteurs à combustion interne Report as inadecuate




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1 Energétique des MCI LMA+LHEEA - Laboratoire de Mécanique Appliquée, Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Energétique et Environnement Atmosphérique

Abstract : The flows in intake and exhaust manifolds of internal combustion engines play a major role in determining the different volumetric, scavenging and trapping efficiencies, indicated power, performance, emissions and establishing the flow field within the engine cylinder. When the gas flows unsteadily through these systems, both frictions, pressure and inertial forces are present. The relative importance of these forces depends on gas velocity and the size and shape of such systems. Traditionally, these flows were studied by means of the 1D gas dynamics equations where, the 3D phenomenon of the flow and the pressure wave-s deformation, turbulence and viscosity were ignored or neglected. The thermodynamic 0D approach was also used and where the important effect of fluid inertia related to the size of manifold components was ignored. In this study, the filling and emptying method, was completely revised and a new method Inertial Capacitive Method ICM, based on the thermodynamic formulation of the filling and emptying method and on the fundamental equation of momentum conservation, is developed. The objective is then to take into account the fluid inertial effects on the fluid behaviour without the use of one-dimensional 1D code due the computational times. In this objective, a computational fluid dynamics analysis is made in order to calculate the tuning parameters of the -inertial capacitive method- corresponding to the new model. In this study, it appears that the ignored inertial effects from the formulation of the filling and emptying method is the reason why this latter becomes only appropriate for the compact manifolds. To validate the new model, experimental investigation is carried out on a single-cylinder four-stroke engine. The volumetric mass flow rate of the engine is then calculated with the new model. The result is compared to the experimental one and a correct agreement is obtained.

Résumé : Les écoulements dans les circuits d-admission et d-échappement des moteurs à combustion interne jouent un rôle majeur pour la détermination des différents rendements volumétrique, de balayage et mécanique, la puissance indiquée, les performances, les émissions et en établissant le champ d-écoulement dans le cylindre. Lorsque les gaz s-écoulent transitoirement à travers ces systèmes, l-ensemble des forces de frottement, de pression et d-inertie de gaz sont présentes. L-importance relative de ces forces dépend de la vitesse du gaz et les dimensions et les formes de tels systèmes. Traditionnellement, ces écoulements sont étudiés au moyen des équations de dynamique des gaz unidimensionnelles 1D où, le phénomène tridimensionnel de l-écoulement et la déformation des ondes de pression, la turbulence et la viscosité sont ignorés ou négligés. L-approche thermodynamique 0D a été aussi utilisée où l-effet important d-inertie de fluide lié aux dimensions des composantes de ces circuits d-admission et d-échappement a été ignoré. Dans cette étude, la méthode de vidange remplissage, a été complètement révisée et une nouvelle méthode Méthode Inertielle Capacitive MIC, basée sur la formulation thermodynamique de la méthode de vidange remplissage et sur l-équation fondamentale de la conservation de la quantité de mouvement, est développée. L-objectif est ensuite de tenir compte des effets d-inertie de fluide sur le comportement de fluide ou de l-écoulement sans utilisation du code unidimensionnel 1D à cause du long temps de calcul. Pour cet objectif, des analyses de calcul CFD ont été élaborées afin de calculer les paramètres de calage de - la méthode inertielle capacitive - correspondant au nouveau modèle. Dans cette étude, il est apparu que les effets d-inertie ignorés de la formulation de la méthode de vidange remplissage sont les causes pour que cette dernière soit valable uniquement pour les circuits compacts d-admission et d-échappement de MCI. Pour valider le nouveau modèle, une investigation expérimentale a été réalisée sur un moteur monocylindrique à quatre temps. Le débit volumétrique du moteur est ensuite calculé avec le nouveau modèle. Le résultat est comparé à celui issu de l-expérimental et un bon accord a été obtenu.

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Keywords : Internal Combustion Engines intake and exhaust systems CFD unsteady flows filling and emptying method fluid inertia effects modelling experimental technique numerical methods.

Mots-clés : méthodes numériques Moteurs à Combustion Interne systèmes d-admission et d-échappement calcul CFD écoulements transitoires méthode de vidange-remplissage simulation effets d-inertie de fluide modélisation technique expérimentale méthodes numériques.





Author: Mustapha Bordjane -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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