Contribution au développement d’outils numériques d’analyse exergétique pour l’optimisation des groupes motopropulseurs de véhicules automobiles

= Contribution to the development of exergy analysis numerical tools for the optimisation of automotive vehicle powertrains

• Auteur / Autrice : Osoko Fredy Shonda
• Direction : Philippe Haberschill
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon (Villeurbanne, Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Exergie

Résumé

Les objectifs ambitieux que se sont fixés les constructeurs automobiles en matière de réduction des émissions de CO2 nous amènent à l’étude de systèmes de récupération d’énergie ou de nouveaux concepts d’hybridation. Cela implique l’intégration de modèles de plus en plus complexes d’organes physiques ainsi que des lois de gestion de l’énergie adéquates. L’analyse exergétique des groupes motopropulseurs en régime transitoire devient indispensable dès qu’il s’agit d’utiliser, de convertir et de stocker plusieurs formes d’énergie (mécanique, pneumatique…) afin de déterminer le potentiel de réduction de la consommation de diverses architectures de véhicule (thermique, hybride pneumatique, hybride électrique). À cette fin, nous avons développé une bibliothèque numérique, respectant le principe de la modélisation bond-graph, de capteurs de flux d’exergie et de modèles de composants physiques modifiés afin d’intégrer les termes d’accumulation et de destruction de l’exergie. Cette bibliothèque est utilisée pour déterminer l’exergie des gaz d’échappement selon tout le plan de fonctionnement du moteur thermique (charge-régime). Il en résulte les limites théoriques de tous systèmes de conversion de l’énergie disponible aux différents points de la ligne d’échappement. Par ailleurs, les éléments de la bibliothèque « exergie » ont été utilisé pour quantifier les pertes et destruction d’exergie au sein d’un véhicule hybride pneumatique pour différents cycles de roulage. Le modèle intègre les aspects thermiques du réservoir d’air, ce qui impactent la consommation de carburant. On dispose ainsi d’un critère supplémentaire pour comparer des systèmes de récupération d’énergie entre eux

The ambitious commitment of automotive manufacturers to reduce CO2 emissions leads us to the study of energy recovery systems or new hybridisation concepts. It implies the integration of more and more complex physical components as well as adequate energy management strategies. Since we deal with the use, the conversion and the storage of many types of energy (e. G. Mechanical, pneumatic…), the transient exergy analysis of powertrains becomes essential for the determination of the eventual fuel saving corresponding to a diversity of vehicle architectures i. E. Thermal, pneumatic hybrid, electric hybrid. Therefore, we developed a numerical library that complies with the bond-graph modelling principle and is made up of exergy flow sensors and models of physical components that are modified in a way to include the terms of exergy storage and destruction. We use this library to determine the exergy of exhaust gases over all the operating points of the thermal engine (with respect to the engine load and rotary speed). Thus, we obtain the theoretical limits of the energy conversion at different measurement points of the exhaust line. Beside, we also used the “exergy” library in order to quantify the wastes and destructions of exergy within a pneumatic hybrid vehicle over different driving cycles. The model includes the thermal aspects of the air tank that affect the fuel consumption. Thus, we benefit from an additional criterion for the comparison of energy recovery systems to each other