Application of a New 1D Combustion Model to Gasoline Transient Engine Operation

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Résumé -Réduction d'un modèle de combustion 3D en vue d'obtenir un modèle 0D physique permettant de simuler le dégagement d'énergie, le cliquetis et les émissions de polluants des moteurs à allumage commandé -Actuellement, l'une des principales préoccupations de l'industrie automobile concerne la réduction progressive des émissions de polluants et de la consommation de carburant tout en améliorant les performances et l'agrément de conduite des véhicules. Pour satisfaire ces exigences, le moteur automobile a évolué en une dizaine d'années en un système très complexe combinant de nombreux composants de haute technologie avec des stratégies de contrôle très élaborées. L'optimisation et le contrôle de ce système sont alors devenus de véritables challenges pour les constructeurs automobiles. Dans ce contexte, les outils de simulation du groupe motopropulseur se sont démocratisés et peuvent aujourd'hui être utilisés à toutes les étapes de développement des moteurs, du choix de l'architecture au développement des stratégies de contrôle et à la calibration. Cependant, pour être efficaces, ces outils nécessitent des modèles sophistiqués, en particulier dans les cylindres où se produisent les processus de combustion et de formation de polluants. Ce papier présente un modèle 0D physique de combustion dédié à la prédiction du dégagement d'énergie, du cliquetis et des polluants dans les moteurs à allumage commandé. L'originalité du modèle réside dans le fait qu'il est basé sur la réduction du modèle de combustion 3D E-CFM (Extended Coherent Flame Model) développé à l'IFP. Le formalisme CFM distingue deux zones: les gaz frais et les gaz brûlés qui sont séparés par un front de flamme et sont entièrement décrits par leurs masse, température et composition. Le modèle 0D proposé dans ce travail est une évolution importante du modèle CFM-1D déjà publié. Il permet le calcul du taux de consommation des gaz frais en se basant sur la surface de flamme turbulente. Cette surface est calculée en utilisant un prétraitement géométrique de la chambre de combustion associé à une réduction de l'équation 3D pour la densité de surface de flamme. La formation du CO est calculée à la fois au travers du front de flamme et dans les gaz brûlés en utilisant un schéma cinétique réduit tandis que les NOx sont estimés par le modèle de Zel'dovitch étendu. Le calcul du délai de cliquetis est effectué dans la zone 'gaz frais' en décrivant l'évolution d'un précurseur d'auto-inflammation et une corrélation simple est utilisée pour estimer l'intensité du cliquetis correspondante. Le modèle complet est validé avec des données expérimentales concernant un ensemble de points de fonctionnement stabilisés d'un moteur monocylindre. Des variations paramétriques autour des réglages optimaux du moteur sont également réalisées. Un bon accord avec les expériences est observé, montrant l'intérêt de réduire les modèles de CFD 3D afin de construire des modèles 0D prédictifs pour la simulation du système moteur dans son ensemble.

Section: Combustion Modellingmentioning

confidence: 99%

Section: Fresh and Burnt Gases Properties Computationmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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On the Reduction of a 3D CFD Combustion Model to Build a Physical 0D Model for Simulating Heat Release, Knock and Pollutants in SI Engines

Richard

Bougrine

Font

et al. 2009

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“…For additional information about the elements of the libraries, please refer to [16] for all the AMESim libraries, and to [17,18] If we extract from the NEDC cycle, the EUDC cycle (the part in the doted frame in Fig. 7), we can notice in Figure 8 the good correlation between simulation results and vehicle measurements on these values, notably in terms of dynamical behaviour.…”

Section: Two-stage Turbocharger Diesel Engine Simulator With Hp Egr Cmentioning

confidence: 91%

A Simulation Study of the Impact of LP EGR on a Two-Stage Turbocharged Diesel Engine

Gautier

Albrecht

Chasse

et al. 2009

Résumé -Étude par simulation de l'impact de l'EGR BP sur un moteur Diesel à double étage de suralimentation -Depuis quelques années, les projets de développement moteur ont pour obligation de relever des défis de plus en plus difficiles : réduire les émissions de polluants à la source tout en maintenant, voire en réduisant la consommation de carburant. Pour essayer de résoudre ce problème, de nombreuses technologies ont été étudiées et certaines permettent d'offrir au moins une partie de la solution. Parmi celles-ci, l'utilisation de turbocompresseurs semble un des meilleurs compromis à l'heure actuelle. Plusieurs technologies de turbocompresseurs et de boucles d'air associées peuvent ensuite être utilisées et, parmi celles-ci, la double suralimentation série semble être l'une des plus prometteuses. Allant de pair avec ces systèmes de suralimentation, les circuits d'EGR restent le meilleur compromis coût/efficacité à court et moyen terme pour respecter les normes d'émissions de polluants. Par ailleurs, les circuits d'EGR haute pression ne sont plus l'unique solution pour recirculer les gaz d'échappement vers les cylindres, puisque l'utilisation de plus en plus répandue de filtres à particules permet de réduire l'un des inconvénients majeurs de l'EGR basse pression : la fiabilité du compresseur et du refroidissement de l'air de suralimentation. Dans ce contexte, il est alors difficile d'évaluer de manière intuitive l'impact de chaque boucle d'air envisageable sur les performances moteur et les conséquences sur les stratégies du contrôle moteur associé. Il devient alors nécessaire d'utiliser des outils de plus en plus avancés, comme la simulation en général, et la simulation système en particulier. Dans cet article, nous présentons la manière dont la simulation système peut être mise à profit pour la compréhension de problèmes technologiques aussi bien que ceux liés au contrôle moteur. Cette approche est illustrée à travers l'étude de l'impact de l'EGR BP dans le cas spécifique d'un moteur Diesel à double étage de suralimentation. En effet, les impacts sur l'architecture de la boucle d'air ainsi que sur les performances moteur sont présentés et analysés à l'aide de résultats de simulation obtenus à partir d'un simulateur du même moteur, mais disposant soit d'un circuit EGR haute pression, soit d'un circuit EGR basse pression. En parallèle, les spécificités du contrôle pour ce type de moteur à double étage de suralimentation sont rappelées. L'impact de l'utilisation d'un circuit d'EGR basse pression sur ces stratégies de contrôle est ensuite analysé et une solution pour adapter ces lois de contrôle est finalement proposée. Abstract

“…For the spark ignition engines, the CFM-1D model is used [20]. This combustion model is based on the CFM combustion model [16] developed at IFP in the IFP-C3D code, presented in the next section.…”

Section: The Ifp-engine Librarymentioning

confidence: 99%

Multiscale Engine Simulations using a Coupling of 0-D/1-DModel with a 3-D Combustion Code

Bohbot

Miche

Pacaud

et al. 2009

Résumé -Simulations multi-échelles de moteur à combustion interne par couplage de modèle 0D/1D avec un code de combustion 3D -La réduction des émissions polluantes et de la consommation de carburants des moteurs à combustion interne nécessite le développement de nouveaux concepts utilisant des modes de combustion non conventionnels (e.g. HCCI, CAI). Pour réduire les temps de développement et évaluer les bénéfices attendus de ces prototypes, la simulation système est couramment utilisée et permet de simuler le comportement de l'ensemble du moteur et de tous les sous-systèmes qui le composent (Turbo, circuit EGR, etc.). Cette approche système 0D/1D utilise des modèles physiques phénoménologiques nécessitant des bases de données expérimentales afin de fixer les valeurs des différents paramètres des modèles. Toutefois, ces données ne sont pas toujours disponibles. Pour résoudre ce problème, une solution consiste à combiner les approches systèmes et la simulation 3D. En effet, la simulation système peut être utilisée pour simuler la boucle d'air et l'injection de carburant afin de fournir les données nécessaires à la simulation 3D de la chambre de combustion. Cette utilisation conjointe de la simulation système et de la simulation 3D permet d'améliorer la précision des simulations moteurs. Pour cela, deux méthodologies ont été développées et sont décrites dans ce papier. La première méthode est basée sur un prétraitement de simulation 3D afin de générer une cartographie numérique et expérimentale de la combustion qui peut être utilisée par les modèles phénoménologiques 0D. La deuxième méthodolo-gie utilise un couplage temporel direct entre le simulateur 0D/1D et le code de combustion 3D. Ces deux méthodologies de couplage sont décrites et appliquées sur des configurations moteurs afin de démontrer l'intérêt de ces simulations couplées. Abstract -Multiscale Engine Simulations using a Coupling of 0-D/1-DModel with a 3-D Combustion Code -Requirements for the reduction of both pollutant emissions and fuel consumption mean that there is a need to design of new engine concepts (e.g. HCCI, CAI, etc.). To reduce the time of the development