Étude et développement d’un modèle numérique pour la simulation de l’hybridation pneumatique du moteur diesel à l’aide d’un moteur électrique PDF Download

Author: Sami Ayadi
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« La production de l’énergie électrique dans les collectivités éloignées représente un défi technologique qui doit tenir compte des exigences environnementales en termes d’émissions des GES et des coûts de la production tout en assurant une continuité d’approvisionnement énergétique des consommateurs. Parmi les ressources utilisées dans ces zones, on trouve les énergies renouvelables et les générateurs Diesel. Ces derniers fonctionnent souvent en faible charge caractérisée par de mauvaises performances et des coûts d’exploitation et de production élevée. Le but de ce mémoire est l’étude et le développement d’un modèle numérique pour la simulation d'hybridation pneumatique. Les résultats obtenus peuvent être exploités afin d’améliorer le fonctionnement des générateurs Diesel et d’augmenter le taux de pénétration des énergies renouvelables dans le système énergétique des collectivités éloignées. Pour cette raison, nous avons organisé notre travail en quatre phases principales. La première est une revue de la littérature qui s’est intéressée en premier lieu aux fonctionnements du moteur Diesel puis à l’hybridation pneumatique et ses différentes technologies récentes. Dans la deuxième phase, nous avons étudié la suralimentation traditionnelle dans le but de tirer ses avantages et ses inconvénients. Quant à la troisième étape, nous avons étudié deux configurations d’hybridation par assistance électrique pour choisir la meilleure d’entre elles. Enfin, nous avons développé notre modèle d'hybridation pneumatique par l’utilisation d’un moteur électrique sur un moteur Diesel de cylindrée 3.1 litres.Les résultats ont montré des améliorations de la puissance et du couple du moteur ainsi qu’une diminution significative de la consommation du carburant. L’intégration de cette technique dans le système énergétique des collectivités éloignées permet de réduire la consommation globale de l’énergie. L’énergie nécessaire pour le fonctionnement du turbocompresseur électrique vient de l’excès de l’électricité, souvent dissipée, qui est stockée au préalable dans des batteries à décharge profondes. -- Mot(s) clé(s) en français : moteur Diesel, hybridation pneumatique, turbocompresseur électrique, modélisation1D, performances, charges faibles. »--

Author: Issam Ben Amar
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« Durant les deux dernières décennies l’environnement industriel a fortement évolué. Désormais on n’est plus dans l’époque où la demande dépassait l’offre. Actuellement, l’offre est nettement supérieure à la demande, les clients, sont de plus en plus exigeants, et réclament le choix, la qualité, et des délais raisonnables pour les produits qu’ils achètent. Cette situation a abouti à une complexification de la production. Les entreprises cherchent à améliorer et à mieux gérer leurs productions tout en diminuant les coûts : il s’agit donc de mieux produire. Parmi les éléments qui méritent une attention particulière, on peut citer les générateurs Diesel. C’est dans ce cadre que s’inscrit mon Projet de mémoire qui vise l’amélioration de l’efficience du Moteur Diesel en appliquant un système de suralimentation basés sur l’utilisation de l’air comprimé par un compresseur électrique afin d’obtenir le rendement optimal de moteur en diminuant la consommation de carburant et en améliorant les performances et le comportement dynamique. Le but consiste à concevoir un outil informatique facilitant la conception d'une amélioration des générateurs Diesel et d’augmenter le taux de pénétration des énergies renouvelables dans le système énergétique des collectivités éloignées qui permet d'afficher les différents paramètres et diverses exploitations. -- Mot(s) clé(s) en français : moteur diesel, hybridation pneumatique, turbocompresseur électrique, puissance, couple, charges, consommation. »--

Author: Haithem Iben Abdallah
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Category : Diesel electric power-plants
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« La production d’électricité dans les collectivités éloignées est un défi technique qui doit prendre en considération des exigences environnementales en termes d’émissions des GES et des coûts de la production. Les principales ressources utilisées dans ces zones sont les énergies renouvelables éoliennes et les génératrices diesel. Le fonctionnement de ces génératrices est souvent en faible charge caractérisée par des performances médiocres et des coûts d’exploitation et de production élevés.Le but de ce mémoire est l’étude et la conception d’un modèle mécanique d’hybridation pneumatique d’un moteur diesel C15 par assistance électrique. Les résultats obtenus peuvent être utilisés pour déterminer le rendement optimal de générateurs diesel et de réduire la consommation des énergies fossiles dans le système énergétique des collectivités éloignées. Pour cette raison, le projet de notre recherche est organisé en quatre principaux chapitres. Le premier est une revue de la littérature qui s’est intéressée au fonctionnement du moteur diesel à quatre temps. Dans la deuxième étape, nous avons étudié la suralimentation classique puis d’autres techniques modernes d’hybridation pneumatique dans l’objectif d’identifier les avantages et les inconvénients. Quant au troisième chapitre, nous avons exécuté la modélisation et la simulation de notre modèle d’hybridation pneumatique par assistance électrique d’un moteur diesel C15. Enfin, au quatrième chapitre, nous avons effectué la conception de deux configurations d’hybridation par assistance électrique pour choisir la meilleure d’entre elles pour un moteur diesel C15 de cylindrée 15,2 litres. L’interprétation et l’analyse des résultats ont dévoilé une augmentation de la puissance de moteur diesel et du couple aussi, ainsi qu’une réduction significative des émissions des GES et de la consommation spécifique du carburant surtout pour les bas régimes de fonctionnement. Également, la conception mécanique en 3D des modifications à apporter au moteur diesel et les discussions de différents scénarios ont démontré la faisabilité technique de l’hybridation pneumatique par assistance électrique en toute sécurité. -- Mot(s) clé(s) en français : Moteur diesel, hybridation pneumatique, assistance électrique, conception, étude, performances, modélisation. »--

Author: Ahmed Ziyadi
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« Ce mémoire est le résultat d’une recherche visant à développer un modèle de moteur Diesel à l’aide du logiciel commercial GT-POWER. Le modèle peut tester certaines hypothèses pour optimiser le fonctionnement du moteur en utilisant des techniques de l’hybridation pneumatique. Une source externe d’air comprimé peut être utilisée pour réduire la consommation de carburant du moteur Diesel, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre. Les résultats attendus peuvent être utilisés dans les régions éloignées du nord du Canada où le coût de livraison de l’énergie aux consommateurs est beaucoup plus élevé. Pour réaliser ce projet, nous avons proposé une méthode bien déterminée. Cette méthode permettra de minimiser le coût du travail expérimental et facilitera une meilleure compréhension du comportement du procédé dans différentes conditions, permettant une modélisation prédictive structurée et efficace. Des simulations ont été réalisées sur un modèle créé avec le logiciel GT-POWER du moteur Diesel Caterpillar C15 avec 6 cylindres de 410 kW (550 ch) et une vitesse de pointe de 1800 tr/min. Les résultats obtenus confirment la faisabilité et l’efficacité de la méthode. Les résultats des simulations ont montré que le modèle associé au logiciel GT-POWER, pouvait fournir les validations nécessaires pour justifier les modifications de conception du moteur dans le but de préparer un banc d’essai. -- Mot(s) clé(s) en français : moteur Diesel, hybridation pneumatique, suralimentation, turbocompresseur, puissance, couple, charges, rendement. »--

Author: Ghazi Mhadhbi
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« Les effets néfastes des émissions des automobiles sur l’environnement ont entraîné des restrictions sévères afin de le préserver. Les difficultés rencontrées lors de l’amélioration du rendement du moteur Diesel, résultent principalement de son fonctionnement inefficace à différents régimes. La distribution variable peut être une alternative d’amélioration de ces moteurs grâce à la réduction de la consommation de carburant, et l’amélioration des performances. Cette étude sera consacrée à l’expérimentation de cette distribution grâce à une approche base sur une simulation numérique en utilisant le logiciel GT-POWER. Cela va être réalisé essentiellement grâce à des simulations de variation de levé de soupape et de l’angle de l’ouverture et de la fermeture de soupape selon le régime. La première partie sera consacrée à l’étude des moteurs diesel. Ensuite, nous allons passer à une modélisation du circuit d’admission et d’échappement. Puis, la troisième partie sera dédiée à la conception des techniques de distribution variable. Enfin, nous allons réaliser une évaluation du moteur Diesel. -- Mot(s) clé(s) en français : moteur diesel, distribution variable, modélisation 1D, performances, GT-Power. »--

Author: Mohamed Ali Djemal
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« Ce mémoire porte sur le développement d’un simulateur pour le moteur Diesel en vue d’étudier l’impact de la pression à l’admission sur les performances et le comportement dynamique du moteur. L’approche proposée est structurée en plusieurs étapes combinant la modélisation du cycle thermodynamique, la création du modèle sur le logiciel Gt-Power, la simulation, et enfin, l’analyse des résultats et l’influence de la pression de l’air à l’admission sur les performances du moteur. Cette combinaison permet, d’une part de minimiser les coûts des efforts expérimentaux et, d’autre part, une modélisation prédictive structurée et efficace qui permettra de définir les conditions nécessaires pour obtenir un fonctionnement optimal de notre modèle. Le premier chapitre présente une introduction générale, le principe de fonctionnement du moteur Diesel, et les caractéristiques fondamentales du cycle thermodynamique. Dans le deuxième chapitre, on présentera les principaux sous-systèmes du moteur diesel, ensuite, une étude bibliographique sur les différentes techniques de détection de défauts. Le troisième chapitre est consacré à la modélisation du cycle thermodynamique dans la chambre de combustion. Pour cela, on a utilisé l’approche de modélisation zéro dimensionnel (0D) qui est une méthode très utile pour prédire les caractéristiques de fonctionnement d’un moteur. Dans la quatrième partie, une présentation du logiciel GT-Power, les spécifications techniques du banc d’essai, la construction et la validation du modèle, et enfin les configurations des paramètres nécessaires pour la simulation. Le dernier chapitre présente une comparaison entre les résultats obtenus après la simulation. La validation expérimentale des résultats obtenus a été réalisée sur un moteur Baudouin Diesel 6 cylindres de 331 kW (450 HP) et une vitesse maximale de 1800 tr/min. Les résultats obtenus ont permis de confirmer la faisabilité et l’efficacité du modèle. -- Mot(s) clé(s) en français : Simulateurs Diesel ; Cycle thermodynamique ; GT-power ; Modélisation zéro dimensionnel (0 D) ; Modèle prédictif. »--

Author: Rémi Dubouil
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La réduction de la consommation de carburant et des émissions de dioxyde de carbone par les transports, notamment automobiles, conduit au développement de groupesmotopropulseurs (GMP) plus économes. Parmi les technologies existantes, l'hybridation électrique des moteurs à combustion interne s'est fortement développée ces dernières années. La minimisation de la consommation d'un GMP de type hybride électrique requiert notamment la connaissance de l'impact des différents transferts thermiques y ayant lieu, notamment après un démarrage à température ambiante. Dans ce contexte, la thèse présentée dans ce mémoire a pour objet l'étude par simulation des transferts thermiques au sein des différents organes du GMP (moteur à combustion interne, moteur électrique, batteries). Elle repose tout d'abord sur un examen bibliographique détaillé des différentes architectures hybrides électriques, des transferts thermiques et les modèles associés, et des différentes stratégies de fonctionnement. Le développement d'un modèle zéro-dimensionnel d'un GMP hybride prenant en compte les différents transferts thermiques est ensuite présenté. Les choix des différents modèles de transferts thermiques sont présentés et justifiés, en termes de précision et de temps de calcul. Pas la suite, l'impact des transferts thermiques est étudié grâce au simulateur, notamment en termes de consommation instantanée et cumulée sur différents cycles de conduite. L'impact des transferts thermiques pour différents niveaux d'hybridation est également quantifié. Finalement, plusieurs études paramétriques et prospectives sont réalisées à la fin de ce mémoire, permettant d'envisager des moyens de réduction de la consommation de carburant

Author: Mohamed Naceur Zidi
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« Ce mémoire porte sur le développement d’un simulateur pour le moteur Diesel en vue d’étudier les performances et le comportement dynamique du moteur Diesel. Il présente les résultats d’une exploration sur l’effet des paramètres de combustion et les paramètres du moteur diesel sur le cycle thermodynamique en vue de développer une approche prédictive intégrée de la pression et la température. L’approche proposée est structurée en plusieurs étapes combinant la modélisation du cycle thermodynamique, la simulation, et les réseaux de neurones artificiels pour aboutir à un modèle prédictif global de la pression et la température. Cette combinaison permet, d’une part de minimiser les coûts des efforts expérimentaux et, d’autre part, de favoriser une meilleure compréhension du comportement du procédé sous différentes conditions pour une modélisation prédictive structurée et efficace. La première étape a permis de développer et valider expérimentalement un modèle de simulation sur GT-power. La seconde étape a permis l’utilisation des réseaux de neurones pour modéliser le cycle thermodynamique afin de réduire le temps de simulation. Finalement, tous les paramètres ayant les effets les plus significatifs sur le cycle thermodynamique ont été intégrés dans un modèle prédictif global en utilisant un modèle neuronique. La validation expérimentale de résultats obtenus a été réalisée sur un moteur Baudouin Diesel 6 cylindres de 331 kW (450 hp) et une vitesse maximale de 1800 tr/min. Les résultats obtenus ont permis de confirmer, la faisabilité et l’efficacité de l’approche. -- Mots clés : Simulateurs Diesel ; Cycle thermodynamique ; GT-power ; Modélisation zéro dimensionnel (0 D) ; Modèle prédictif ; Réseau de Neurones. »--

Author: Olivier Grondin
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Pages : 214

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Le travail de cette thèse a pour objet la modélisation du moteur à allumage par compression pour le contrôle et le diagnostic. Le moteur Diesel est le moteur à combustion interne le plus performant et l'un des plus propres grâce aux actionneurs modernes. Cependant, les normes anti-pollutions sont de plus en plus strictes et, aujourd’hui, la réduction des émissions nocives dépend en partie des stratégies de commande des actionneurs. C’est pourquoi, les modèles sont devenus indispensables à chaque étape du développement du contrôle moteur : synthèse des algorithmes de commande, simulation et validation. Le système considéré est un moteur Diesel six cylindres à injection directe équipé d’un turbocompresseur. Le modèle développé repose sur des lois physiques pour les cylindres, les collecteurs, le turbocompresseur et le vilebrequin. Des lois empiriques ont été choisies pour la modélisation de la combustion et des transferts thermiques afin de réduire le temps de simulation. Le modèle, programmé en langage C dans l’environnement Matlab-Simulink, est capable de prédire l’évolution des variables utiles au contrôle moteur au degré vilebrequin. Les résultats sont conformes à ceux obtenus à l’aide d’un code de calcul industriel et ils sont représentatifs des mesures réalisées sur le banc moteur expérimental. Le modèle a ensuite été implanté sur un calculateur puissant nous permettant de disposer d’un simulateur adapté aux applications temps réel. Une partie de cette étude a aussi été consacrée à la modélisation du processus de combustion à l’aide d’un modèle de représentation non linéaire : le modèle NARMAX. L’objectif est de construite un modèle capable de prédire l’évolution de la pression cylindre en exploitant d’autres mesures disponibles sur un moteur. Les coefficients du modèle NARMAX ont été identifiés directement à partir des mesures des entrées et des sorties du système. Ce type de modèle présente l’avantage d’être moins coûteux en terme de temps de calcul par rapport aux modèles physiques. Les résultats sont encourageants et montrent que l’utilisation du régime instantané comme variable d’entrée principale du modèle permet de reproduire l’allure de la pression cylindre dans le cas d’une combustion précoce.

Author: Anthony Dubreuil
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Pages : 213

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Les émissions de gaz d'échappement des moteurs à combustion interne sont soumises à des normes anti-pollution de plus en plus contraignantes. Le mode de combustion HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition), appliqué au moteur thermique, peut être une solution pour diminuer les polluants, particulièrement les oxydes d'azote et les particules. L'objectif du travail de thèse est de contribuer expérimentalement à une meilleure compréhension du processus d'initiation et de développement de la combustion HCCI dans un moteur Diesel à accès optiques. La combustion homogène a été caractérisée expérimentalement en étudiant l'effet de la température d’admission, de la composition du carburant, d’une recirculation des gaz d’échappement (EGR) reconstituée et de la présence d’espèces minoritaires à l’admission (CO, NO, CH4). Les diagnostics optiques tels que la chimiluminescence et la fluorescence induite par laser nous ont permis de mettre en évidence l’effet de l’EGR sur l'évolution, au cours du cycle moteur, de certaines espèces chimiques (formaldéhyde, OH) pendant la phase d’oxydation du carburant. Un modèle numérique, issu du code de calcul SENKIN, a été développé pour permettre la simulation d'un moteur fonctionnant en HCCI. Ce modèle nous a permis de valider les prédictions données par les schémas cinétiques, mais aussi de corréler les apparitions des espèces chimiques au cours de la combustion. Certains phénomènes relevés expérimentalement ont pu être expliqués par l’analyse de certaines réactions cinétiques prépondérantes pendant le processus HCCI.