Multi-physics modeling of the intake line of an internal combustion engine
Modélisation multi-physique de la ligne d’admission d’un moteur à combustion interne
Résumé
The competition among carmakers to introduce the most innovative solutions is growing day by day. Since few years, simulation is being used widely in automotive industries. Concerning the study of gas dynamics and pressure wave’s propagation in the intake system of an internal combustion engine, whichhave a significant effect on engine behavior, a precise modelling is needed in order to obtain good results. The main objective of the methodology presented in this PhD thesis, is to shorten the simulation time in order to study the behavior of an internal combustion engine, while conserving a good accuracy level. The pressure waves are studied using frequency approach. This latter is based on a transfer function, which links the relative pressure and the air mass flow rate upstream the intake valve. A multi-physics coupling model in the simulation code was established. The model validation was conducted using precision criterion on volumetric efficiency and on instantaneous pressure upstream of the intake valve. The results showed good accuracy level. In terms of computational time, the transfer function methodology is faster than the native one-dimensional non-linear code. This methodology can be an alternative method for modeling the intake geometry of an IC engine.
La concurrence entre les constructeurs automobiles pour introduire les solutions les plus innovantes est de plus en plus importante. Depuis quelques années, la simulation est largement utilisée dans le domaine d’automobile. Concernant l’étude de la dynamique des gaz et de la propagation des ondes de pression dans le système d’admission d’un moteur à combustion interne, qui ont des effets significatifs sur le comportement du moteur, une modélisation précise est nécessaire afin d’obtenir de bons résultats. L’objectif principal de la méthodologie présentée dans cette thèse est de réduire le temps de simulation permettant d’étudier le fonctionnement de moteurs à combustion interne tout en conservant un bon niveau de précision. Les ondes de pression ont été étudiées en utilisant une approche fréquentielle. Cette dernière est basée sur une fonction de transfert, qui relie la pression relative au débit masse d’air en amont de la soupape d'admission. Un couplage multi-physique avec le logiciel de simulation a été établi. La validation du modèle a été effectuée à l'aide d'un critère de précision relatif au rendement volumétrique et à la pression instantanée en amont de la soupape d'admission. Les résultats ont montré un bon niveau précision. En termes de temps de calcul, la méthodologie de la fonction de transfert est plus rapide que le code de simulation natif. Cette méthodologie peut être une méthode alternative pour modéliser la géométrie d’admission d'un moteur à combustion interne.
Origine : Version validée par le jury (STAR)