Convective Heat Transfer in a Pneumatic Hybrid Engine

International audienceSeveral previous studies have proven that pneumatic hybridization of an internal combustion engine is a technically viable and cost-efficient alternative to electric hybridization. Because the heat transfer process remains a first order factor while the engine operates in a motored or pneumatic mode without combustion, an accurate instantaneous heat transfer model is required in order to predict the in-cylinder pressure. This study shows that the original Woschni model is not suitable for describing the shape of the measured instantaneous heat flux versus crank angle while the engine operates in a motored pneumatic mode, because of the extinction of tumble motion near Top Dead Center (TDC). A modified form of the Woschni model is therefore proposed here that better describes the instantaneous heat flux during compression and expansion strokes, applicable to pneumatic and motored with fuel cut-off modes. First, the new constant parameter model is identified from experimental measurements performed in various motored mode conditions. Next, the pneumatic supercharged mode without combustion (ignition not performed) is investigated with the new model using the same identification values as for the motored mode. This study shows that the modified model remains fully applicable to the supercharged mode, despite of a certainly modified in-cylinder aerodynamic structure created by the opening of the charging valve under a high pressure rati

Un modèle de combustion à allumage par compression basé sur la physique et la chimie tabulée : des modes de combustion contrôlés par la chimie jusqu’aux modes contrôlés par le mélange

International audienceThis paper presents a new 0D phenomenological approach to predict the combustion process in multi injection Diesel engines operated under a large range of running conditions. The aim of this work is to develop a physical approach in order to improve the prediction of in-cylinder pressure and heat release. Main contributions of this study are the modeling of the premixed part of the Diesel combustion with a further extension of the model for multi-injection strategies. In the present model, the rate of heat release due to the combustion for the premixed phase is related to the mean reaction rate of fuel which is evaluated by an approach based on tabulated local reaction rate of fuel and on the determination of the Probability Density Function (PDF) of the mixture fraction (Z), in order to take into consideration the local variations of the fuel-air ratio. The shape of the PDF is presumed as a standardized β-function. Mixture fraction fluctuations are described by using a transport equation for the variance of Z. The standard mixture fraction concept established in the case of diffusion flames is here adapted to premixed combustion to describe inhomogeneity of the fuel-air ratio in the control volume. The detailed chemistry is described using a tabulated database for reaction rates and cool flame ignition delay as a function of the progress variable c. The mixing-controlled combustion model is based on the calculation of a characteristic mixing frequency which is a function of the turbulence density, and on the evolution of the available fuel vapor mass in the control volume. The developed combustion model is one sub-model of a thermodynamic model based on the mathematical formulation of the conventional two-zone approach. In addition, an extended sub-model for multi injection is developed to take into account interactions between each spray by describing their impact on the mixture formation. Numerical results from simulations are compared with experimental measurements carried out on a 2 liter Renault Diesel engine and good agreements are found.Ce papier présente une nouvelle approche 0D phénoménologique pour prédire le déroulement de la combustion dans les moteurs Diesel à injection directe pour toutes les conditions d’utilisation usuelles. Le but de ce travail est de développer une approche physique en vue d’améliorer la prédiction de la pression cylindre et du dégagement d’énergie, avec un nombre minimum d’essais nécessaires à la calibration. Les contributions principales de cette étude sont la modélisation de la phase de pré-mélange de la combustion et une extension du modèle pour les stratégies d’injections multiples. Dans ce modèle, le taux de dégagement d’énergie dû à la combustion pour la phase pré-mélangée est relié à un taux de réaction moyen du carburant. Ce taux de réaction moyen de carburant est évalué à l’aide d’une approche basée sur un taux de réaction local de carburant tabulé et la détermination d’une fonction de densité de probabilité (PDF) de la fraction de mélange (Z). Cette PDF permet de prendre en compte la distribution de richesse existante dans la zone pré-mélangée. L’allure de cette PDF présumée est une β-fonction standardisée. Les fluctuations de la fraction de mélange sont décrites avec une équation de transport pour la variance de Z. La définition standard de la fraction de mélange, établie dans le cas de flammes de diffusion, est ici adaptée à une combustion pré-mélangée de type Diesel pour décrire l’inhomogénéité de la richesse dans le volume de contrôle. La chimie détaillée est décrite au travers de la tabulation du taux de réaction relatif à la flamme principale et du délai d’auto-inflammation relatif à la flamme froide, ces tabulations sont fonction de la variable d’avancement c, du taux de gaz brûlé ainsi que des grandeurs thermodynamiques telles que la température et la pression. Le modèle de combustion de diffusion est basé sur l’évaluation d’une fréquence de mélange qui est fonction du taux de turbulence dans la chambre et fonction de la masse de carburant vapeur disponible. Ce modèle de combustion est l’un des sous-modèles inclus dans le modèle thermodynamique de chambre de combustion basé sur une approche 2 zones différentiant gaz frais et gaz brûlés. De plus, un sous-modèle concernant la multi-injection a été développé pour prendre en compte les interactions entre les jets et pour décrire l’impact de la multi-injection sur le mélange air/carburant. Les résultats numériques ont été comparés aux mesures réalisées sur un moteur Diesel Renault de 2 litres. Pour l’ensemble des points de fonctionnement explorés, une bonne correspondance a été obtenue entre les résultats issus des simulations et les mesures expérimentales

Influence du nitrate d'hexyle et de la température de l'air admis sur les délais d'inflammation des huiles végétales dans un moteur diesel

Le but de ce travail est de vérifier l'influence, d'une part, d'u améliorant d'indice de cétane - le nitrate d'hexyle -, et d'autre part, de la température de l'air admis sur les délais d'inflammation des huiles végétales dans un moteur diesel à chambre de turbulence. Les résultats révèlent que dans un moteur sensible aux conditions rencontrées par le carburant au moment de l'injection : - 8 % environ de nitrate d'hexyle sont nécessaires aux huiles végétales courantes pour avoir les mêmes valeurs de délai d'inflammation que le gazole, - les huiles présentant les délais les plus longs, avec une température d'admission de 25 deg C. retrouvent les valeurs de délais du gazole lorsque l'air est admis à 105 ¼C (+80 deg C

Analyses des consommations énergétiques des tracteurs en usage réel : application aux chantiers d'épandage

National audienceAfin de réduire la facture énergétique de l'agriculture, il faut pouvoir améliorer l'efficacité des machines utilisées, mais aussi celle des méthodes de productions agricoles. À partir d'une campagne d'expérimentations sur le travail d'épandage, les auteurs nous montrent ici comment produire des indicateurs pertinents pour évaluer la performance énergétique d'une opération agricole

Un quartier antique de Brocomagus/Brumath (7-9 rue du Général Rampont), Bas-Rhin

L’urbanisme de la capitale de cité des Triboques, Brumath/Brocomagus, est relativement mal connu et la plupart de ses monuments publics ne sont pas localisés. L’habitat est très partiellement documenté par quelques fouilles récentes restées inédites à ce jour.L’intervention archéologique réalisée en 2009 rue Rampont apporte des données nouvelles et précises sur le développement spatial et chronologique d’un secteur central de l’agglomération. Les premières installations, qui s’inscrivent entre la fin du Ier siècle av. J.-C. et le début du Ier siècle ap. J.-C., posent la question de l’origine de la ville et des modalités de son développement. Le caractère urbain est nettement perceptible à partir des années 30/40 de notre ère avec la mise en place d’un quartier d’habitation et de thermes publics. L’organisation parcellaire fait l’objet de restructurations dans la seconde moitié du Ier siècle avant de devenir stable du IIe siècle à la fin du IIIe siècle. Les terrains ne sont plus bâtis au cours de la première moitié du IVe siècle, à part le bâtiment des thermes, partiellement occupé. Une nouvelle organisation d’habitat se met en place dans la seconde moitié du IVe siècle jusqu’au ve siècle, témoignant du dynamisme tardif de l’agglomération.The urbanism of the capital of the Triboci, Brumath/Brocomagus has provided new and detailed data on the spatial and chronological development of the centre of the conurbation. The first installations, dating to the end of the 1st century BC and the beginning of the 1st century AD question the origins of the town and how it subsequently developed. The urban structure is clear from as early as 30/40 AD with the founding of a residence quarter and public baths. The plots are reorganised in the second half of the 1st century before stabilising from the 2nd to the 3rd century. No additional plots are built on from the first half of the 4th century, except for the baths which were only used in part. A new organisation of the settlement is put into place during the second half of the 4th to the 5th century and attests a late dynamism of the conurbation.Über das Stadtgefüge von Brumath/Brocomagus, dem Hauptort der civitas der Triboker, weiß man relativ wenig und nur wenige öffentliche Bauwerke sind lokalisiert. Das Siedlungswesen ist nur in geringem Maße durch einige neuere noch unveröffentlichte Ausgrabungen dokumentiert.Die archäologische Intervention, die 2009 in der Rue Rampont vorgenommen wurde, hat neue genaue Informationen zur räumlichen und zeitlichen Entwicklung eines zentralen Sektors von Brocomagus geliefert. Die ersten Siedlungsspuren aus der Zeit zwischen dem Ende des 1. Jh. v. Chr. und dem Beginn des 1. Jh. n. Chr. werfen die Frage nach dem Ursprung und den Umständen der Entwicklung der Stadt auf. Der städtische Charakter ist ab 30/40 n. Chr. deutlich erkennbar, als ein Wohnviertel und öffentliche Thermen gebaut werden. Die Parzellenorganisation wird in der zweiten Hälfte des 1. Jh. neugeordnet, vom 2. bis Ende des 3. Jh. besteht sie unverändert fort. In der ersten Hälfte des 4. Jh. weisen die Grundstücke, abgesehen von den teilweise weiter genutzten Thermen, keine Bebauungspuren mehr auf. In der zweiten Hälfte des 4. Jh. und bis zum 5. Jh zeugt eine Neuorganisation des Wohnraums von der späten Dynamik der Ortschaft

Contrôle moteur à l'allumage (estimation/prédiction de la masse et de la composition du mélange enfermé dans le cylindre)

Le contrôle des moteurs à allumage commandé est devenu capital pour satisfaire la législation sur les émissions polluantes tout en garantissant un bon agrément de conduite. L'objectif était d'estimer la masse et la composition des gaz dans le cylindre d'un moteur à partir de lois physiques afin d'assurer un meilleur contrôle des phases transitoires en prenant en compte les gaz résiduels et les gaz recirculés. La quantité de gaz résiduels a été caractérisée à l'aide de deux expériences et d'un code de calcul. Un modèle a été validé expérimentalement et intégré à un observateur prédicteur bouclé qui permet de prédire la pression et la température dans le collecteur. Les prédictions des différents flux de gaz et des espèces chimiques présents dans le cylindre en sont alors déduites. L'observateur à été validé expérimentalement et en simulation. De plus, un algorithme permettant d'estimer la masse de gaz frais et brûlés à partir de la pression cylindre a été proposé pour obtenir l'information cycle à cycle et cylindre à cylindre.ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocSudocFranceF

Huiles végétales : biocombustible diesel. Incidence des aspects thermiques liés au type de moteur sur la combustion

Les huiles végétales ont déjà été utilisées comme carburant des moteurs diesel, mais leur emploi a toujours été limité par des problèmes d'encrassement et de durée de vie des moteurs. En étudiant les mécanismes d'évaporation des gouttes d'huile végétale et de gazole, il apparaît que ceux-ci sont similaires. Mais la température nécessaire à l'évaporation d'une goutte d'huile végétale est beaucoup plus importante que pour le gazole. Il apparaît également qu'en augmentant la température des gaz et des parois de la chambre moteur, les différences de développment de la combustion entre huiles végétales et gazole deviennent indiscernables. D'après ces enseignements, nous pouvons proposer des critères d'adaptation d'un moteur Diesel au fonctionnement des huiles végétales en tant que carburant

Etude théorique et expérimentale d'un nouveau concept de moteur hybride thermique-pneumatique

Ce travail présente une étude théorique et expérimentale portant sur le concept de Moteur Hybride Pneumatique ( MHP). En première approche, un modèle 0D d un MHP monocylindre, incluant un sous-modèle cinématique original pour l actuateur entièrement variable muant la soupape de charge, est présenté puis exploité. La modélisation 1D de la dynamique des gaz dans chaque tubulure est traitée, incluant différents modèles de Condition Limite de Soupape (CLS), basées sur la méthode des caractéristiques et issues de la littérature. Il est montré que ces CLS ne sont pas adaptées à la modélisation d un MHP : existence de chocs numériques, problème de non-convergence et mise en défaut face à des relevés expérimentaux. Un modèle original de CLS, évitant ces problèmes et demeurant basé sur la méthode des caractéristiques, est alors développé puis validé expérimentalement à la foi sur bancs d essais moteurs et de dynamique des gaz à la soupape. Une étude expérimentale des échanges de chaleur convectifs, en mode pneumatique et sans combustion, est conduite et débouche alors sur une modification nécessaire de la corrélation standard de Woschni, afin de correctement décrire l extinction du mouvement de tumble en fin de course de compression. Une exploitation de la plate-forme de simulation 1D de MHP monocylindre, incluant l ensemble des éléments développés, est finalement conduite afin de déterminer les phasages optimums d ouverture et de fermeture de la soupape de charge, pour différents mode et conditions opératoires. Cette étude, nécessaire à de futures simulations de cycles routier, confirme d une part, la viabilité du concept et d autre part, montre l importance que revêt la prise en compte de la cinématique de l actuateur soupape et de la dynamique des gaz dans la tubulure de charge.This work presents an experimental and theoretical study on the concept of Pneumatic Hybrid Engine (PHE). In a first approach, a 0D model of a single cylinder PHE, including an original kinematic sub-model of the fully variable actuator that moves the charging valve, is presented and exploited. Then, the 1D modelling of the gaz dynamics inside each pipes is treated, including several valve boundary conditions (VBC), based on the method of characteristics and issued from literature. It is shown that these VBC are not suitable for a PHE modelling : numerical shocks, non-convergence and contraticted when compared to measurements. An original VBC, avoiding these problems and still based on the method of characteristics, is then developed and experimentally validated on both engine and valve gas dynamics tests benches. An experimental study on the convective heat transfer, in pneumatic mode without combustion, is conducted and leads to a necessary modification of the standard Woschni correlation in order to correctly describe the decay of the tumble motion near the end of the compression stroke. The 1D simulation platform, including all components developed, has finally been conducted in order to determine the optimum timings for the charging valve opening and closing, for different modes and operating conditions. This study, necessary for future driving cycle simulations, first confirms the viability of the PHE concept and second, shows the importance of taking into account the kinematic capability of the charing valve actuator and the gas dynamics inside the charging pipe.ORLEANS-SCD-Bib. electronique (452349901) / SudocSudocFranceF

Capteurs et stratégies d'estimation-prédiction pour les nouvelles générations de contrôle moteur (application au moteur à allumage commandé)

ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocSudocFranceF