Etude expérimentale de l'aérodynamique interne des moteurs : mise en oeuvre de diagnostics d'analyses spatio-temporels pour un écoulement de rouleau compressé

par Mathieu Voisine

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Jacques Borée et de Lionel Thomas.


  • Résumé

    La connaissance des mouvements aérodynamiques dans la chambre de combustion est un enjeu majeur pour optimiser le rendement des moteurs à combustion interne, et réduire les émissions polluantes. Les travaux présentés analysent l'aérodynamique interne d'un moteur essence de taux de rouleau d'ordre 1 à l'aide de la vélocimétrie par image de particules (PIV). Des améliorations sont apportées au moyen d'essai et des bases de données importantes sont rassemblées, pour certaines à haute cadence. Nous analysons d'abord les phases d'admission et de compression. Nous montrons que la combinaison (fortement instationnaire) des jets de soupapes longe la paroi du cylindre et impacte le piston pendant la phase d'admission. Ceci se traduit par la génération d'une structure tourbillonnaire complexe au point mort bas. La structuration de l'écoulement de rouleau au cours de la compression puis la déstabilisation de celui-ci sont ensuite caractérisées. Cette analyse est appuyée par le développement et l'application d'outils novateurs. Ainsi, une détection Lagrangienne des lieux d’étirement privilégiés (FTLE) identifie la propagation et le développement du jet dans la chambre et la forte instationnarité de cette phase. Enfin, une décomposition orthogonale en mode propre appliquée à des données PIV haute cadence dans un plan de la chambre de combustion permet de séparer des caractéristiques spatio-temporelles très différentes lors de la phase de rupture et de classifier les écoulements en fonction de leur niveau de rupture au point mort haut. La méthodologie statistique proposée permet donc de quantifier la robustesse d'un concept de chambre aux variations cycle à cycle de l’écoulement interne.

  • Titre traduit

    Experimental study of internal combustion engine aerodynamics, development of spatio-temporal diagnosis to analyze a compressed tumbling flow


  • Résumé

    The knowledge of aerodynamic flows inside the combustion chamber of internal combustion engine is essential to optimize its efficiency and reduce pollutant emissions. In this thesis, we study the aerodynamic flows in a gasoline engine with a tumble ratio of order 1 by particlie image velocimetry (PIV). Test bench is improved and a large number of databases were established, also including high speed measurements. First, intake and compression phases are analyzed. We show that the combined valves jets follow the cylinder wall and impact the piston during intake phase. This movement represents a complex rolling structure at bottom dead center. Evolution of the tumble structure during compression and his breakdown are then determined. An inn ovative tool is developed to support analysis. Thus, the Lagrangian detection of large straining region (FTLE) identifies the propagation and the development of the jet inside the cylinder, and high instabilities during this phase as well. Last, a proper orthogonal decomposition is applied on a high speed PIV database acquired in the pent-roof chamber. This decomposition allows to separate different spatio-temporal features during breakdown, and to classify flows according to theirs breakdown levels at top dead center. The statistical method suggested is used to quantify the robustness of a chamber concept to the cycle to cycle fluctuation of an internal combustion engine flow.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (201 p.)
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu'au 29 avril 2015
  • Annexes : Bibliogr. 142 réf.

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