Le banc d’essais automobile

II.1.1.1 Description du banc

Le premier moteur est un moteur à allumage commandé quatre cylindres suralimenté, à injection directe et double déphaseur d’arbre à came, connu sous la dénomination H5Ft. Ses principales caractéristiques sont données dans le Tableau 2.

Injection Directe (mélange homogène)

Nombre de cylindres 4 Cylindrée 1200 cc Course 73,1 mm Alésage 72,2 mm Bielle 130,72 mm Rapport volumétrique 9,25:1

Nombre de soupapes 4 par cylindre

Echappement Déphaseur d’arbre à came (0-40°)

Admission Déphaseur d’arbre à came (0-40°)

Tableau 2 : Caractéristiques principales du moteur H5Ft

Le moteur est installé sur un banc d’essais HORIBA TITAN D250 Dynas 3 dont le régime de rotation et le couple maximum sont respectivement de 8000 tr/min et 400 Nm. La régulation des températures de fluide (eau, huile, RAS) est effectuée au moyen d’un module Compact Rio. Un calculateur ouvert contenant des cartographies de type « série » est utilisé afin de contrôler le moteur, ce qui fournit la possibilité de modifier les paramètres de contrôle-moteur. La Figure 18 montre le H5Ft au banc d’essais.

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Figure 18 : Le moteur H5Ft au banc d'essais

II.1.1.2 Instrumentation et campagnes de mesures

Afin de pouvoir étudier le fonctionnement du moteur, un certain nombre de capteurs ont été installés. Ceux-ci peuvent être séparés en deux catégories, les mesures basses et hautes fréquences, ces dernières étant acquises au cours du cycle moteur et cadencées par un codeur angulaire.

Le Tableau 3Tableau 4 liste les grandeurs mesurées à basse fréquence ainsi que les moyens de mesure associés. Différentes mesures de température sont effectuées :

▪ Température de gaz à l’admission (type T) ▪ Température de gaz à l’échappement (type N)

▪ Températures d’entrée et de sortie du liquide de refroidissement (type T)

En plus de ces mesures, les paramètres calculateurs (avance à l’allumage, positions des déphaseurs d’arbre à cames etc.) sont enregistrés.

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Quantité mesurée Moyen de mesure Modèle / marque

Couple Couple mètre ^{Torque measuring flange}

F1i-650 Consommation de carburant Balance à carburant AVL 733S

Composition des gaz à

l’échappement ^{Analyseur de gaz HORIBA MEXA 7100}

Richesse / Excès d’air ^{Sonde lambda}

proportionnelle ^{Sonde LSU}

Température Thermocouples TC Direct (types T, K et N) Débit volumique de liquide

de refroidissement ^{Débitmètre à ultrasons BAMO BAMOFLONIC}

Régime moteur Encodeur rotatif BAUMER IVO 1000 tops/tr

Tableau 3 : Instrumentation du H5Ft pour les mesures basse fréquence

Concernant les mesures hautes fréquences, la pression cylindre est mesurée dans les quatre cylindres au moyen de bougies instrumentées. Les pressions moyennes sont mesurées à l’admission et à l’échappement des cylindres 1 à 3 tandis que le cylindre 4 est équipé de capteurs de pression rapides. Le Tableau 4 liste les capteurs de pressions utilisés pour l’instrumentation du cylindre 4. Les gammes ainsi que les incertitudes des différentes mesures sont données dans le Tableau 5.

Quantité mesurée Moyen de mesure Modèle / marque

Pression cylindre Capteur piézoélectrique ^{Kistler Type 6115B} Bougie instrumentée Pression admission Capteur piézorésistif ^{Kistler Type 4049B}

Refroidi par eau Pression échappement Capteur piézorésistif ^{Kistler Type 4049B}

Refroidi par eau Tableau 4 : Instrumentation du H5Ft pour les mesures haute fréquence

Une campagne de mesure a été réalisée afin de caractériser l’influence du régime moteur, de la charge, de la richesse, de la température d’eau et d’huile et de l’avance à l’allumage sur les transferts thermiques aux parois de la chambre de combustion. Comme nous le verrons par la suite, l’influence de la masse enfermée dans le cylindre est particulièrement forte ; c’est pourquoi il a été choisi de décroiser complètement les soupapes afin de s’affranchir du phénomène de balayage. Les soupapes d’admission et d’échappement ne sont donc ici jamais ouvertes simultanément. Les autres paramètres de contrôle moteur sont ceux issus de la cartographie « série ».

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Quantité mesurée Gamme de mesure Incertitude de mesure

Excès d’air 0,65 – 10,12 0,007 @ 1,016 / 0,01 @ 0,8

Thermocouple type T -185 - 300 °C ±0,5 °C

Thermocouple type K 0 - 1100 °C ±1,5 °C

Thermocouple type N 0 - 1150 °C ±1,5 °C

Consommation de carburant 0 - 160 kg.h-1 ±0,16 kg.h-1

Régime moteur 0 - 10000 tr.min-1 ±0,36 ° vilebrequin Pression cylindre 0 - 200 bars ≤ ±0,6 bar (choc thermique) Pression admission 0 - 5 bars ≤ ±0,3% de la pleine échelle Pression échappement 0 - 5 bars ≤ ±0,3% de la pleine échelle

Tableau 5 : Caractéristiques des capteurs utilisés sur le banc d’essai automobile.

Quatre points de fonctionnement mettant en jeu deux régimes moteur ont été sélectionnés, deux dans la zone « atmosphérique » et deux en fonctionnement suralimenté. Les régimes et charges des points sont donnés dans le Tableau 6.

Point de fonctionnement Régime moteur (tr/min) Pression moyenne effective (bar) 1 2000 7 2 2000 13 3 4000 7 4 4000 13

Tableau 6 : Points de fonctionnement H5Ft

Pour chaque point de fonctionnement, des variations de température de liquide de refroidissement et d’huile, d’avance à l’allumage et de richesse sont effectuées en maintenant le couple produit par le moteur constant. Ceci est accompli en ajustant la position du papillon et/ou de la wastegate du turbocompresseur.

La température de liquide de refroidissement et d’huile est régulée à 30, 60 et 90°C en gardant une avance à l’allumage fixe. L’avance à l’allumage est retardée de 5° et 10° sauf dans le cas du point 4 (3,5° et 7°) afin de ne pas dépasser 950°C en entrée turbine, en régulant les températures de fluide à 90°C. Les points de mesures associés à ces balayages sont donnés dans le Tableau 7. Il convient de noter que du fait de limitations du système de refroidissement, les températures d’huile des points de fonctionnement 3 et 4 à basse température sont légèrement plus élevées que celle du liquide de refroidissement.

Pour chaque point de mesure du Tableau 7, un balayage de richesse, de 1,05 à 1,25 par pas de 0,05 est réalisé. Le nombre total de points de mesure est donc de 20x5 = 100.

52 Point de fonctionnement Température de consigne d’eau et d’huile (°C) Avance à l’allumage (°vil Av. PMH) 1 30 17,25 60 17,25 90 17,25 90 12,25 90 7,25 2 30 12,5 60 12,5 90 12,5 90 7,5 90 2,5 3 30 21,75 60 21,75 90 21,75 90 16,75 90 11,75 4 30 14,5 60 14,5 90 14,5 90 11 90 7,5

Tableau 7 : Balayages de température d'eau et d'huile et d'avance à l'allumage pour les essais H5Ft