thesis

CONTRIBUTION A LA MODELISATION UNIDIMENSIONNELLE DES SOUPAPES DE MOTEURS A COMBUSTIONINTERNE. ETUDES EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE

Abstract

Modelling internal combustion engine requires a good comprehension of emptying and filling ofcylinders with air or gas mixture. Thus, a bibliographical study of the different phenomena interfering onthese parameters and of the corresponding models is made. A review of the different experimental deviceseen in the literature is also done.Tests in stationary conditions using a manufactured cylinder head are then conducted. The analysis ofthese results is made using the three main valve models: Barré de St-Venant, Benson and Blair. The study ofthe assumptions of these models having showed their equivalence in the case of a flow exiting a pipe, theimpact of different assumptions on the experimental results is analysed in detail. The three models assuminga stationary flow through the valve, some dynamic tests are then performed. These experimental data arethen compared to simulation results from the models. Differences between the three models in the case offlow entering the cylinders appear and are analysed.Last but not least, the assumption of non thermal flow through the valve is investigated. High temperaturetests are performed. Tests conditions did not allowed highlighting the importance of thermal losses, a newmodel taking in account the thermal transfers is proposed. Its theoretical study allows evaluating the impactof these transfers on emptying and filling of the cylinders.La modélisation des moteurs à combustion interne nécessite une compréhension fine de la vidange et duremplissage en air ou en mélange des cylindres. Pour ce faire, une analyse bibliographique des différentsphénomènes intervenant sur ces paramètres et des modèles apparentés est faite. Une revue des différentsmoyens d’essais de la littérature est également effectuée.Des essais en condition stationnaire sur une culasse issue d’un moteur produit en série sont ensuiteeffectués. L’analyse de ces résultats est faite au regard des trois principaux modèles de soupape : Barré de St-Venant, Benson et Blair. L’étude des hypothèses de ces trois modèles ayant montré leur équivalence enécoulement sortant d’une tubulure, l’accent est mis sur l’impact des différentes hypothèses sur les résultatsexpérimentaux. Les trois modèles prenant pour hypothèse un écoulement stationnaire au col de la soupape,des essais instationnaires sont ensuite effectués. Ces données sont ensuite comparées à des résultats desimulation issus des trois précédents modèles. Les différences entre les trois modèles en écoulement sortantd’un cylindre et rentrant dans une tubulure apparaissent et sont analysées.Enfin, l’hypothèse d’absence de transferts thermiques est remise en cause. Des essais à haute températuresont pour cela effectués. Les conditions d’essais ne permettant pas quantifier correctement ces transfertsthermiques, un modèle d’écoulement au travers des soupapes prenant en compte les transferts thermiques estproposé. Son étude théorique permet d’évaluer l’impact de ces transferts sur la vidange et le remplissage ducylindre

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