Récupération d'énergies thermiques perdues sur moteur automobiles : mise en jeu d'une approche exergétique
Institution:
Ecole centrale de NantesDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Nowadays,, because of oil price and the global warming issues, many researchers try to answer to CO2 emission regumations by improving Internal Combustion (IC) engine efficiency, today limited at best around 40%. It is commonly admitted that a large part of the energy losses in IC engine is due to heat transfert: heating coolant, oil, exhaust gases and air around the engine (under the hood). In order to improve engine efficiency, it is interesting to recover a part of the thermal energy available in exhaust gases or coolant, to produce additional work. When heat recovery is considered, a conversion of the recovered (thermal) energy into useful work, has to be done. However, only a part of therma energy is avaible to produce work, that it is the concept of energy (or available energy or availability) was introduce as a supplement to the traditional energy balance. By using the two first laws of thermodynamics, the energy balance finally allows to evaluate the maximum useful work that can be exctracted from the chemical energy content of the fuel. This Ph. D presents exergy balances for Spark-Ignition engine operating under steadystate and transient conditions. To achieve this goal several numerical models have been developed based on the simulation software LMS Imagine. Lab AMESim. First, exergy balances have been realized for a single cylinder engine. These balances have been done in unsteady-state conditions on a given operating point. The use of a simplified system has removed several questions about energy. Secondly, the approach used for the single cylinder engine has been exte"nded to a complete four-cylinder engine working in steady-state conditions. Finally, energy balances have been computed for a vehicle operating user transient conditions.
Abstract FR:
Aujourd'hui, une constante augmentation du prix du pétrole additionnée à des législations de plus en plus contraignantes en matière d'émissions de gaz à effet de serre poussent les acteurs du marché des transports automobiles à augmenter le rendement des véhicules, rendements qui atteignent au maximum péniblement les 40% à l'heure actuelle. Les efforts de recherche menés depuis de nombreuses années ont montré qu'il est possible d'augmenter encore le rendement des véhicules. L'une des méthodes, en pleine émergence, est de récupérer l'énergie mécanique et/ou électrique permettra de lancer sur le marché une deuxième génération de véhicules hybrides. Cependant, la difficulté majeur provient du fait que l'énergie thermique n'est pas une énergie dite "noble". En effet, seule une fraction de cette énergie peut être transformée en énergie utile (énergie mécanique et/ou électrique), cette fraction est appelée exergie. L'analyse exergétique a pour objectif de développer une méthode qui englobe les deux premiers principes de la thermodynamique. Cette méthode permet ainsi de tenir compte à la fois de la quantité et de la qualité de l'énergie mise en jeu. De plus, l'utilisation de l'approche énergétique offre également le possibilité d'étudier les irréversibilités d'un systèmes énergétique. L'objectif de la thèse est de réaliser des bilans énergétiques pour un véhicule fonctionnant en régime instationnaire sur des cycles réels de conduite, à l'aide du logiciel de simulation système Imagine. LAb AMESim. Dans une première phase, des bilans énergétiques ont été réalisés pour un moteur monocylindre. Ces bilans ont été effectués en régime instationnaire ppour un point de fonctionnement donné. L'utilisation d'un système simplifié a permis de lever de nombreuses interrogations autour de l'approche exergétique. Par la suite, la démarche utilisée pour le moncylindre a été étendue à un moteur multicylindre complet fonctionnant en mode stabilisé. Enfin à travers la dernière étape, des bilans exergétiques ont été réalisés pour un véhicule fonctionnant sur plusieurs cycles de conduites.