Etude aérodynamique 3D des culasses de moteurs à allumage commandé

Réf. Stage R1030R/2017/n° 1

Stage - Energétique

Localisation : Hauts-de-Seine

Début : entre janvier et septembre 2017
Durée : de 4 à 5 mois
Indem. : Oui

IFP Energies nouvelles

IFP Energies nouvelles est un organisme public de recherche, d’innovation industrielle et de formation intervenant dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Sa mission est d'apporter aux acteurs publics et à l'industrie des technologies performantes, économiques, propres et durables pour relever les trois grands défis sociétaux du 21e siècle : changement climatique et impacts environnementaux, diversification énergétique et gestion des ressources en eau. Son expertise est internationalement reconnue.

IFP Energies nouvelles poursuit 5 priorités stratégiques, indissociables et complémentaires dans l'accomplissement de sa mission d’intérêt général :

  • Produire à partir de sources renouvelables des carburants, des intermédiaires chimiques et de l'énergie
  • Produire de l’énergie en réduisant l’impact sur l’environnement
  • Développer des transports économes et à faible impact environnemental
  • Produire à partir de ressources fossiles des carburants et intermédiaires chimiques à faible impact environnemental
  • Proposer des technologies respectueuses de l'environnement et repousser les limites actuelles des réserves d'hydrocarbures

Son école d'ingénieurs, partie intégrante d'IFP Energies nouvelles, prépare les générations futures à relever ces défis.

Etude aérodynamique 3D des culasses de moteurs à allumage commandé

L'apparition de normes d'émissions de polluants de plus en plus sévères pour les moteurs automobiles entraîne l'utilisation de systèmes de combustion de plus en plus complexes.

Leur mise au point nécessite des outils d'analyse précis, qui permettent:

  • de comprendre les différents phénomènes qui se produisent lors de la combustion ;
  • d'évaluer et de comparer les performances de ces différents systèmes de combustion ;

L’aérodynamique interne de ces nouveaux système de combustion est une des problèmatiques importantes venant dicter certains choix architecturaux.

Pour un système de combustion à allumage commandé (fonctionnant avec un carburant de type gaz ou essence), le mouvement aérodynamique à privilégier est le tumble. Celui-ci est un mouvement de rotation des gaz admis autour d'un axe perpendiculaire à celui du cylindre. Il permet d'améliorer l'homogénéité du mélange air carburant induit et d’augmenter me niveau de turbulence nécessaire à la bonne propagation du front de flamme en fin de compression. La maîtrise du tumble est donc un paramètre important pour définir un système de combustion à allumage commandé performant et propre. Lors du dévelopement d'un nouveau système de combustion l’intensité du tumble cible doit être définie en fonction du cahier de charges. Ensuite, le concepteur doit pouvoir choisir l'architecture culasse qui permettra d'atteindre cette cible. Cette tâche n'est pas aisée lorsque des phénomènes physiques complexes sont en jeu.

C'est pourquoi la simulation occupe une place prépondérante dans la chaîne de conception d'un moteur. Les résultats de ces simulations guident les concepteurs dans leurs choix technologiques pour atteindre les performances données par le cahier des charges de l'étude.

IFPEN utilise différentes règles métiers pour aider le metteur au point de systèmes de combustion ainsi que le concepteur à définir le tumble cible ainsi que l'architecture à privilégier. Ces règles métiers reposent principalement sur l'expérience des acteurs en charge du développement du système de combustion et sur la vaste base de données existantes à l'IFPEN.

Dans le but d'ouvrir le champ d'investigation et d'innovation pour optimiser un système de combustion il est nécessaire de faire évoluer ces méthodes par l'utilisation d'outils de simulation 3D qui permettent de prendre du recul par rapport au périmètre de développement connu afin de pouvoir proposer des solutions en rupture.

Le but du stage est de faire progresser IFPEN sur la compétence conception de culasse. A partir de modèles de calcul 3D stationnaires existants (représentatifs d’un banc aérodynamique qui calcule la perméabilité et l’aérodynamique d’une culasse) et d’une méthodologie basée sur le plan d’expérience, il faudra permettre le développement de géométries de conduits optimisées.

Plus précisément, au travers de cette méthodologie le concepteur devra pouvoir aboutir à une géométrie du conduit d’admission répondant aux critères du système de combustion et aux contraintes architecturales de la culasse (encombrement, refroidissement, …).

Dans un second temps l’application de cette méthodologie dans un autre contexte aura pour objectif de proposer des géométries de conduits d’admission en rupture, tant au niveau de la forme que des performances. Cela ouvrira l’éventail de solutions à proposer pour un cahier des charges donné et offrira la possibilité de découverte d’architecture en rupture avec les culasses conventionnelles.

Profil recherché :

3ème année d’école d’ingénieur à dominante Mécanique des Fluides, Énergétique.

  • Connaissances en moteur automobile requises.
  • Goût pour la simulation numérique indispensable.
  • Connaissance de CATIA, ANSYS Workbench, Fluent est un plus.
  • Ouverture d’esprit et force de proposition.

Contact

IFP Energies nouvelles
Julien TROST
1&4, avenue de Bois-Preau
92852 Rueil-Malmaison cedex
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