Les deux chapitres précédents ont souligné le rôle croissant joué par le contrôle moteur et le système d’air dans les moteurs modernes. En effet, les actionneurs du système d’air permettent de contrôler les espèces qui sont introduites dans le cylindre. L’estimation de ce paramètre est crucial pour le bon déroulement de la combustion. En outre, l’approche fondée sur modèles a un fort intérêt en termes de réduction des temps de développement et des coûts associés. En conséquence, la présente thèse portera sur la modélisation des composants pour le système d’air moteur. Les principaux travaux porteront sur les points suivants :
– La modélisation des phénomènes physiques se produisant au travers des restrictions de la chaîne d’air du moteur. Ce paramètre est crucial afin d’assurer la prédictibilité des modèles et du contrôle moteur qui en découle.
– La maîtrise du temps de calcul des modèles, ce qui assure l’attractivité et l’efficacité de l’approche par modèles plutôt que entièrement expérimentale.
– Le compromis entre la précision des modèles et la corrélation expérimentale requise pour atteindre ce niveau de précision. De nombreux modèles se basent sur des recalages expérimentaux afin d’allier précision du modèle et temps de calcul réduit. Cette étape introduit des coûts ainsi que du temps de développement supplémentaires.
Il a été décidé de concentrer la thèse sur les éléments qui sont commandés via des actionneurs de manière à contrôler la composition des flux gazeux entrant / sortant du cylindre. Cela signifie que les dispositifs de post-traitement ne seront pas inclus dans la présente étude. Toutefois, les turbocompresseurs, les restrictions et les modèles de soupapes seront au centre des développements de cette thèse
Structure de la thèse : Le présent document a été organisée en deux parties principales : 1 : Échanges gazeux au sein des turbocompresseurs :
La première partie technique de la thèse portera sur les modèles moyens (0D) du turbocompresseur.
Le premier chapitre présente l’étude bibliographique effectuée sur les modèles moyens des turbocompres-seurs dédiés aux applications automobile. Les principales structures de modèles de turbocompresseur sont détaillées. Les avantages et les limites des modèles introduits sont analysés en regard de la problématique de développement de lois de commande et de mise au point.
Le dispositif expérimental utilisé pour l’étude des turbocompresseurs dans cette thèse est détaillé dans le deuxième chapitre. Une étude du niveau de la précision des capteurs est également proposée. Le but de ces tests de turbocompresseurs a été d’identifier certains phénomènes physiques et d’obtenir des données en vue de valider les modèles développés.
Le troisième chapitre introduit les modèles de turbines radiales et de compresseurs radiaux proposés dans cette thèse. Les développements mathématiques et les hypothèses thermodynamiques associées sont dé-taillées. les résultats des modèles sont testés sur trois turbocompresseurs différents et comparés aux résultats de modèles de la littérature. La validation finale est obtenue à partir d’une comparaison entre les résultats du modèle proposé et les données expérimentales.
Le quatrième chapitre traite de la modélisation des échanges thermiques dans les turbocompresseurs automobiles. En effet, une partie non négligeable de la chaleur à la turbine est transférée au compresseur, modifiant ainsi l’équilibre thermodynamique du turbocompresseur.
2 : Les échanges gazeux à travers les processus de flux de restrictions :
La deuxième partie technique de la thèse est consacrée à la modélisation des restriction de la chaîne d’air moteur.
Le premier chapitre présente l’étude bibliographique effectuée. Les principaux modèles de restrictions sont présentés et leurs performances en termes de précision, de prédictibilité et de temps de calcul sont analysés. Les principaux schémas numérique introduits dans la littérature afin de résoudre le problème aux limites sont également introduits. Enfin, la notion de correction d’entropie est introduite.
Dans un deuxième chapitre, le dispositif expérimental dédié à l’étude des restrictions est détaillé. Les modèles aérodynamiques multi-dimensionnels sont également introduites dans ce chapitre. Les résultats de ces calculs multi-D seront utilisés, dans certains cas, comme ’référence’.
Le troisième chapitre présente les développements proposés au sujet des schémas numériques itératifs numérique afin de résoudre le problème des conditions limites. Ces schémas numériques ont un fort impact sur le temps de calcul et sur la précision des résultats.
Le sujet du quatrième chapitre est la modélisation mathématique des restrictions de la chaîne d’air moteur. Les modèles proposés sont détaillés, ainsi que leur processus de résolution. Les équations et les hy-pothèses introduites afin de construire les modèles ont une influence directe sur la précision du modèle. Les équations ont également un impact sur les schémas numériques mis en place pour résoudre le problème aux
I-9 conditions limites.
Enfin, les résultats des modèles sont comparés aux résultats expérimentaux. Cette validation est effec-tuée dans le cas d’écoulements permanents et transitoires. Cela permet de distinguer l’influence des modèles mathématiques de ceux des schémas numériques. L’accent est mis sur le niveau de précision atteint sans in-troduire de coefficient correctif expérimental. Les performances en termes de temps de calcul sont également étudiées.
Publications :
– ’Implementing turbomachinery physics into data map-based turbocharger models’. G. Martin, V.Talon, P. Higelin, A. Charlet, C. Caillol.SAE Int. J. Engines 2(1) : 211-229, 2009.
– ’Physics-based diesel turbocharger model for control purposes’. G. Martin, V.Talon, T. Peuchant, P.
Higelin, A. Charlet. SAE paper 2009-24-0123, 2009.
– ’Pressure ratio-based method for non-isentropic inflow valve boundary conditions resolution’. G. Mar-tin, P. Brejaud, P. Higelin, A. Charlet.SAE paper 2010-01-1052, 2010.