Déplacement Parfait

 Description du modèle

Ce modèle extrême représente un balayage idéal de la chambre de combustion où les gaz brulés doivent être chassés de la chambre durant le croisement des soupapes. Les fractions massiques de gaz frais et gaz brulés sont constantes durant le balayage dans chaque zone et sont respectivement 1 et 0 pour la zone (1) ; 0 et 1 pour la zone (2). Les gaz admis par les soupapes d’admission subissent une séparation selon l’espèce, l’air frais entre dans la zone (1) et les gaz brulés refoulés puis réaspirés entrent dans la zone (2). Les gaz traversant les soupapes d’échappement proviennent exclusivement de la zone (2) (Figure 113).

Figure 113 : Modèle de Déplacement Parfait de Balayage Gaz Brulés non refoulés dans la tubulure d’admission

Gaz Brulés refoulés en Backflow dans la tubulure d’admission et puis admis dans la chambre Gaz Frais admis dans la chambre

Application du bilan massique de gaz frais pour les deux zones (f et b dénotent les gaz frais et les gaz brulés respectivement, et a et e dénotent les soupapes d’admission et les soupapes d’échappement respectivement) :

= −

^𝑉 (Équation 55) , ℎ , 𝑋 , ℎ , , , , ℎ , 𝑋 , , ,

144 Où dm1f représente le débit de gaz frais entrant par les soupapes d’admission et est exprimé par :

= ∗ 𝑋

(Équation 56)

Application du bilan massique de gaz brulés pour les deux zones :

= −

^𝑉 (Équation 57)

Où dm2 représente le débit de gaz brulés provenant des gaz du Backflow d’admission et le débit de gaz brulés traversant les soupapes d’échappement :

= + ∗ 𝑋

(Équation 58)

 Résultats

Figure 114 Champ de fraction de gaz résiduels simulée par le modèle de Déplacement Parfait comparé aux données expérimentales

145 La fraction de gaz résiduels simulée par le modèle de déplacement parfait présenté montre deux plages de points (Figure 114). La première plage est à un niveau très faible de gaz

résiduels (0.2% – 4%), et représente un balayage extrême de la chambre de combustion. Les

gaz admis sont séparés automatiquement selon leur espèce au niveau des soupapes d’admission. Ainsi, les gaz brulés refoulés par Backflow dans la tubulure d’admission seront stockés dans la zone II de gaz brulés ce qui leur permet de quitter rapidement la chambre sans être emprisonnés après le croisement. D’après cette approche, il est remarqué que les gaz du Backflow ont une énorme influence sur la composition du contenu du cylindre et sont responsables d’une grande partie des gaz résiduels. La deuxième plage de points représente des valeurs de gaz résiduels plus élevés et proches des données expérimentales. Ces points se caractérisent par un Backflow de gaz brulés de la tubulure d’échappement dans le cylindre ayant lieu avant l’EVC. Ce comportement est fortement lié à la faible pression d’admission qui est à l’origine de la faible pression dans le cylindre à la fin du croisement, ce qui permet un écoulement inverse à travers les soupapes d’échappement (Figure 115).

Figure 115 Evolution des débits massiques d admission et d échappement ainsi que les masses d air et de gaz brulés dans la chambre pendant un cycle moteur Modèle Déplacement

146 Le nombre de points sous-estimés est donc le plus élevé (82 points) alors que les points bien estimés et surestimés sont beaucoup moins nombreux (14 points et 4 points respectivement). De la même manière que le modèle MP, les points du modèles DP seront divisés pour chacun des paramètres (régime, pression d’admission et VVT) pour présenter l’effet direct de ce paramètre sur la précision de l’estimation du modèle et comparer les estimations à celles du modèle MP.

Régime

Les résultats de séparation par régime (Figure 116) montrent que le régime n’a pas d’influence directe sur l’estimation du modèle DP pour toutes les zones de points et le modèle MP est plus précis quel que soit le régime du moteur (sauf pour N = 3500).

Figure 116 A gauche : Champ de fraction de gaz résiduels simulée par le modèle de Déplacement Parfait pour les 5 régimes moteur comparé aux données expérimentales. A droite : Nombre de points de sous-estimation, surestimation et de bonne estimation pour chaque régime

des modèles DP et MP par rapport à l expérimental.

Pression

Par rapport à la pression d’admission, le modèle DP semble être affecté de la même

façon que le modèle MP (Figure 117) : L’erreur de l’estimation s’aggrave avec l’augmentation

de la pression d’admission. Le nombre de points bien estimés s’annule à P = 1 bar alors que celui des points sous-estimés atteint le maximum (25/25). Il est remarqué que quelle que soit la pression d’admission, la précision du modèle MP est relativement plus élevée que celle du modèle DP.

147 Figure 117 A gauche : Champ de fraction de gaz résiduels simulée par le modèle de Déplacement Parfait pour les pressions d admission comparé aux données expérimentales. A droite : Nombre de points de sous-estimation, surestimation et de bonne estimation pour chaque

pression d admission des modèles DP et MP par rapport à l expérimental VVT

Dans un troisième temps, l’analyse de l’effet VVT est réalisée (Figure 118) : aucun effet n’est remarqué sur la précision de l’estimation pour la modèle DP. De même, le modèle MP est plus précis par rapport au modèle DP dans toute la plage de réglage de la VVT.

D’après cette analyse le modèle DP n’a fourni aucune amélioration dans l’estimation de la fraction de gaz résiduels par rapport au modèle MP pour tous les points appartenant au champ de fonctionnement du moteur. Cela est dû principalement aux hypothèses extrêmes supposées dans la modélisation de l’échange gazeux aux soupapes. En effet, la séparation des espèces admises dans la chambre provoque un balayage parfait à travers les soupapes d’échappement. Cela empêche l’emprisonnement des gaz brulés résiduels au moment de la fermeture des soupapes d’admission et entraine une sous-estimation de la fraction de gaz résiduels.

148 Figure 118 A gauche : Champ de fraction de gaz résiduels simulée par le modèle de Déplacement Parfait pour les 5 ouvertures de VVT comparé aux données expérimentales. A droite : Nombre de points de sous-estimation, surestimation et de bonne estimation pour chaque

VVT des modèles DP et MP par rapport à l expérimental

Dans le document Caractérisation Expérimentale et Modélisation 0D/1D de la Quantité de Gaz Résiduels dans un Moteur à Allumage Commandé (Page 145-150)