Débitmétrie d'air dans la ligne d'admission d'un moteur diesel suralimenté : Caractérisation des phénomènes aérauliques au niveau du débitmètre

par Kévin Robert

Thèse de doctorat en Physique. Énergétique

Sous la direction de Pierre Paranthoën.

Soutenue en 2005

à Rouen .

mots clés

• Ligne d'admission basse pression
• Aérodynamique interne
• Acquisition phasée
• Débitmètres
• Automobiles -- Propriétés acoustiques
• Aérodynamique
• Acoustique
• Vélocimétrie laser Doppler
• Anémomètres à fil chaud

Résumé

Pour les moteurs Diesel, la maîtrise de débitmétrie d'air est un enjeu majeur pour atteindre les futures normes européennes d'émissions de polluants. En coopération avec le laboratoire de recherche CNRS CORIA UMR 6614 et le CERTAM, RENAULT a mené une étude expérimentale dont les objectifs sont d'analyser et de comprendre les champs de vitesse d'écoulement d'air au niveau du débitmètre. Des essais ont été réalisés en soufflerie et sur banc moteur pour caractériser l'influence de la géométrie amont débitmètre (boîtiers, filtres à air, tube rectiligne, grille d'homogénéisation) et du point de fonctionnement du moteur (régime moteur, charge, vitesse de rotation de la roue compresseur, ouverture de la vanne EGR) sur les phénomènes aérodynamiques d'écoulement d'air. Les vitesses ont été mesurées à l'intérieur du système d'admission d'air par anémométrie Doppler laser (ADL) et par anémométrie fil chaud. La synchronisation des mesures de vitesses ADL et fil chaud avec une référence cyclique des phases d'admissions d'air du moteur a permis de reconstruire les évolutions phasées des vitesses locales et débitantes et de quantifier la stabilité des vitesses locales par analyse de la variance. Ainsi, la connaissance des caractéristiques d'écoulement d'air d'admission ont facilité la conception de la ligne d'admission pour améliorer les mesures de débit massique par le débitmètre. En outre, des travaux complémentaires d'optimisation de l'exploitation du signal délivré par le débitmètre d'air par le logiciel de contrôle moteur ont permis d'améliorer le comportement des organes moteur.

Titre traduit

Mass air flow metering inside the intake manifold of a turbocharged Diesel engine. Characterization of air flow phenomena inside the air mass sensor

Résumé

For Diesel engine, air flow metering is a key point to meet the future European pollutant regulations. In cooperation with the research laboratory CNRS CORIA UMR 6614 and the CERTAM, RENAULT led an experimental study whose objectives are to analyse and to understand the air flow velocity field inside the hot-film air mass sensors (HFM). Tests have been carried out on a flow bench and on an engine test bench to characterize the influence of HFM upstream shape devices (vehicle air filters, straight pipe, homogeneous grid) and the exhaust gas recirculation valve opening) on air flow phenomena. Velocities have been measured inside the air intake system by laser Doppler anemometry (LDA) and hot wire anemometry (HWA). Data synchronization between LDA and HWA velocity measurements and a reference of the air intake engine cycle was applied to reveal local and flowrate phase velocity and to quantify the local velocity stability by standard deviation analysis. As a result, the knowledge of air intake flow characteristics helped the design of low pressure devices in order to improve mass air flow measurements by the HFM sensor. Besides, associated improvements of mass air flow signal processing in the engine control unit resulted in an enhancement of engine devices behaviour.