Étude de l'aérodynamique interne des moteurs essence à cycle de Miller

Internal aerodynamic study of Miller cycle gasoline engines

• Auteur / Autrice : Marcellin Perceau
• Direction : Philippe Guibert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 11/03/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Le Rond d'Alembert (Paris ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Régis Marchiano
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Borée, Stéphane Guilain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Higelin, Luis Le Moyne
• DOI : 10.70675/8d0d8f99zd921z4b83zba3bze750c6aa8516

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moteurs à combustion interne

Aérodynamique

Vélocimétrie par images de particules

Mots clés libres

Moteur à combustion interne

Cycle de Miller

Aérodynamique

Dual-PIV

POD

Interpolation de champs de vitesses

Clustering

Loi asymétrique

Internal Combustion Engine (ICE)

Miller cycle

Aerodynamics

Résumé

Le cycle de Miller est utilisé pour améliorer le rendement par détente prolongée. Celle-ci étant réalisée en diminuant le taux de compression effectif par fermeture prématurée des soupapes d’admission. Le mouvement aérodynamique, interne aux cylindres, cesse donc d’être entretenu avant que le piston n’atteigne le point mort bas. Or, ce mouvement est essentiel au fonctionnement d’un moteur. Il permet tout d’abord d’effectuer un bon mélange entre l’air et l’essence puis d’accélérer la phase de combustion par génération de turbulence. Une première partie de la thèse a été consacrée à l’estimation des bénéfices apportés par l’utilisation d’un cycle de Miller. Cette étude a été menée en modélisant le cycle par une approche zéro dimensionnelle. Un modèle complet, prenant en compte l’aérodynamique interne et son effet sur la phase de combustion, a donc été réalisé. Il a permis de montrer que le cycle de Miller est plus efficace que le cycle d’Otto. Une deuxième partie été consacrée au montage d’un banc moteur à cylindre transparent. Il a été muni d’un système de mesure de champs de vitesses par vélocimétrie laser (Dual-PIV) qui a la particularité de pouvoir mesurer deux champs de vitesses par cycle moteur tout en conservant le nombre de cycles important pouvant être observés par les systèmes classiques. Il permet également d’avoir le lien temporel entre deux champs instantanés d’un même cycle. Les essais ont ensuite été menés afin d’observer l’effet d’un décalage temporel et d’une asymétrie de la loi de levée des soupapes d’admission sur l’écoulement.

The Miller cycle is used to improve efficiency by prolonged expansion. This is achieved by reducing the effective compression ratio by closing the intake valves prematurely. The aerodynamic movement, internal to the cylinders, ceases to be maintained before the piston reaches bottom dead center. However, this movement is essential to the operation of an engine. It allows first of all to make a good mixture between the air and the gasoline and then to accelerate the combustion phase by generating turbulence.A first part of the thesis was devoted to the estimation of the benefits of using a Miller cycle. This study was conducted by modeling the cycle by a zero dimensional approach. A complete model, taking into account the internal aerodynamics and its effect on the combustion phase, has been realized. It allowed to show that the Miller cycle is more efficient than the Otto cycle.A second part was devoted to the assembly of a transparent engine test bench. It was equipped with a system of measurement of velocity fields by laser velocimetry (Dual-PIV) which can measure two velocity fields by engine cycle while preserving the number of important cycles which can be observed by the traditional systems. It also allows to have the temporal link between two instantaneous fields of the same cycle. The tests were then carried out in order to observe the effect of a temporal shift and an asymmetry of the intake valve lift on the flow.