Optimisation de la ligne d’admission d’air de moteurs suralimentés à allumage commandé

Benefit of air intake optimization for new turbocharged gasoline engine

• Auteur / Autrice : Vincent Raimbault
• Direction : David Chalet, Michael Bargende
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, Thermique, Combustion
• Date : Soutenance le 11/09/2019
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Céline Morin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Chalet, Michael Bargende, Céline Morin, Pascal Stouffs, Antonio Sciarretta, Stéphane Guilain, Jérôme Migaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Stouffs, Antonio Sciarretta

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compressibilité

Gaz, Dynamique des

Compresseurs de suralimentation

Dioxyde de carbone

Pollution -- Lutte contre

Moteurs -- Systèmes de commande

Stoechiométrie

Mots clés libres

Moteur à allumage commandé

Dynamique des gaz

Écoulement compressible

Lambda 1

Brio

Cliquetis

Spark-ignition engine

Gas dynamic

Compressible flow

Lambda 1

Low end torque

Knock

Résumé

Ces dernières années les ventes de moteurs à allumage commandé sont croissantes. Pourtant les exigences en termes d’émissions de CO2 et d’émissions polluantes sont devenues plus contraignantes, taxant lourdement les dépassements. De plus le cycle d’homologation a évolué vers un élargissement de la fenêtre d’utilisation du moteur ou les émissions sont réglementées. La réduction de cylindrée « downsizing » opérée ces dernières années a permis de réduire les consommations notamment grâce à la réduction des pertes par pompage. Les performances ont pu être maintenues par l’adoption de système de suralimentation et notamment du turbocompresseur. Celui-ci présente toutefois une lacune à bas régime où il ne peut fournir une réponse instantanée et où la pression desuralimentation est limitée. De même à plus haut régime le fort taux de compression utilisé pour augmenter le rendement du moteur rend difficile le contrôle du cliquetis. Cette thèse s’est focalisée sur l’utilisation des ondes de pression pour améliorer la réponse du moteur à bas régime. Tout d’abord avec des outils de simulation puis en validation sur banc moteur. Une seconde partie a permis de développer une architecture de ligne d’admission d’air permettant de réduire la température d’admission afin d’augmenter la résistance au cliquetis et d’augmenter l’avance à l’allumage. La température d’échappement est ainsi réduite. Celle-ci est un élément dimensionnant de la stratégie moteur qui a maintenu, dans ces travaux, un mélange stoechiométrique afin de limiter les émissions polluantes.

The last years have witnessed a strong increase of the sold spark ignition engines. Furthermore the new regulations are formally constraining pollutant emissions and CO2 with high fines. In the same time the new homologation driving cycle extends the engine operating conditions where the emissions need to be controlled. The downsizing has been a strong lever over the last years to improve the fuel consumption with reduction of the throttling and thus the pumping losses. With the downsizing, the turbocharger has been widely adopted to maintain the output performance. The implementation of turbocharger challenges the time to torque and the low end torque at low engine speed. In the same time the increase of boost pressure associated to high compression ratio confront the knock controls at maximum power operating conditions. This thesis focuses on acoustic boosting with volumetric efficiency enhancement to improve the low end torque and the time to torque. Firstly a simulation model allows taking into account the combustion behavior as well as the turbocharger characteristics. The intake geometry has been optimized to enhance the engine response time and low end torque. The second part deals with the pressure wave action used to reduce the intake temperature and thus improve the knock resistance being beneficial for exhaust gas temperature reduction. The interaction between the waves created the different cylinder is demonstrated. The test has confirmed the power increase while maintaining lambda 1 and thus keeping the three way catalyst efficient.