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Étude de la variation cyclique de combustion d'un moteur à allumage commandé à partir des températures d'échappement

Morey, Francis (2009). Étude de la variation cyclique de combustion d'un moteur à allumage commandé à partir des températures d'échappement. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire porte sur l'étude de la variabilité cyclique des températures d'échappement d'un moteur à allumage commandé. Pour différents points de fonctionnement du moteur, la variabilité cyclique de la température d'échappement est comparée à la variabilité cyclique de combustion. La température d'échappement est mesurée à la sortie du port, environ à 10 cm de la soupape d'échappement, et la variabilité cyclique de combustion est déterminée à partir de la fluctuation de la pression moyenne effective. Ce mémoire tente d'établir le lien entre la variabilité cyclique des températures d'échappement et la variabilité cyclique de combustion. Un capteur de température placé à la sortie du port d'échappement permettrait d'obtenir de l'information supplémentaire sur la stabilité de combustion du moteur. Celui-ci pourrait ainsi permettre d'influencer, via le calculateur, les paramètres de fonctionnement du moteur afin de maintenir le moteur dans un régime d'opération optimum. D'autres travaux ont été réalisé sur le sujet mais toujours en utilisant des méthodes de reconstruction de la température d'échappement à la sortie de la chambre à partir de la lecture de deux thermocouples de diamètres différents. Les principaux travaux réalisés au cours de ce mémoire utilisent directement la température mesurée à partir de thermocouples de petits diamètres (25.4 et 50.8 |xm) sans techniques de compensation de température. Deux articles ont été rédigés sur le sujet lors de l'étude. La première partie de l'étude porte sur l'étude de la variabilité cyclique des températures d'échappement à partir d'un capteur de température isolé (habituellement utilisé dans les turbines à gaz) et d'un boitier de post-traitement du signal développé par la compagnie Nexum Research Corporation de Kingston en Ontario. La deuxième partie du mémoire porte sur l'étude de la variabilité cyclique des températures d'échappement à partir de la lecture de thermocouples de petits diamètres insérés à la sortie du port d'échappement. Dans la deuxième partie, un algorithme de reconstruction du signal de température à partir de la lecture de deux thermocouples de diamètres différents a aussi été exploré. L'hypothèse principale utilisée pour les deux parties de ce mémoire est qu'il y a une corrélation positive entre la variabilité cyclique de combustion et la variabilité cyclique des températures d'échappement. Les résultats obtenus à l'aide du capteur de température isolé montrent qu'il y a une corrélation entre la variabilité cyclique du signal obtenu du capteur de température et la variabilité cyclique de combustion lorsque des groupes de cycle successifs sont utilisés afin de calculer les coefficients de variation. Par contre, le signal du capteur est sensible au régime de fonctionnement du moteur comme le montre les tests réalisés à différentes vitesses de rotation et couples moteur. Les travaux réalisés lors de la deuxième partie montrent premièrement les limites d'une méthode de reconstruction utilisée afin de déterminer la variabilité cyclique des températures d'échappement. Par la suite, les résultats obtenus montrent qu'il existe un lien entre les coefficients de variation de la pression moyenne effective et celui de la température maximale lorsque des groupes de cycles successifs sont utilisés. Aussi, un lien est observable lorsque les valeurs de température maximale et de pression moyenne effective pour chaque cycle sont utilisées. La corrélation est toujours meilleure entre les paramètres de température et la variabilité cyclique de combustion lorsque celle-ci est plus élevée. En conclusion, la variabilité cyclique de combustion se reflète dans la variabilité cyclique des températures d'échappement pour les tests réalisés avec différents rapports air carburant, différentes avances à l'allumage et différentes avances à l'injection. L'intensité de la corrélation dépend du test réalisé. Ainsi, lorsque le régime d'opération du moteur est stable, comme lors de la variation du couple à vitesse constante et de la vitesse de rotation à couple constant, les résultats obtenus sont moins significatifs.

Titre traduit

Study of the cycle to cycle variations of combustion of a sparkignited engine from exhaust temperature measurments

Résumé traduit

This thesis consists of a study of cyclic variability of exhaust gas temperature of a spark ignited engine. For different engine working conditions, the cyclic variability of exhaust gas temperature is compared to cyclic variability of combustion. Exhaust gas temperature is measured at the exhaust port exit, at about 10 cm from the exhaust valve and cyclic variation of combustion is determined from cyclic variation of the indicated mean effective pressure obtained from in cylinder pressure measurements. This thesis tends to establish the link between the cyclic variability of exhaust gas temperature and combustion cyclic variability. A temperature sensor placed at the exhaust port exit could be used to obtain additional information on the engine working conditions and its stability. The sensor could be used to infer on the engine working parameters, from an input given to the electronic control unit, to keep the engine at optimum working condition. Other studies have been done on the subject but always using thermocouple compensation techniques from the reading of two thermocouples of different diameters. The principal part of the work done in this study uses the temperature reading directly obtained from two thermocouples of very small diameter (25.4 and 50.8 )xm) without any temperature compensation techniques. Two articles have been written on the subject during the study. The first part of the work was done using a sheathed exhaust temperature sensor (usually used in gas turbines) and a signal processing technique developed by the company Nexum Research Corporation, located in Kingston Ontario. The second part of the work studies the exhaust gas temperature cyclic variability from the reading of small diameter thermocouples inserted at the exhaust port exit. During this part of the study, a temperature compensation technique from the reading of two thermocouples of different diameter was also explored. The principal hypothesis for the two parts of this thesis was that there will be a positive correlation between cyclic variability of combustion and cyclic variability of exhaust gas temperature. The results obtained from the first part of the work done with a sheathed exhaust gas temperature thermocouple was that there is a positive correlation between the variation of the signal of the temperature sensor and the cyclic variability of combustion when groups of successive cycles are used to evaluate the respective coefficients of variation. Also, the signal obtained from the sensor is sensible to the engine working conditions. The results obtained at different speed and load showed that the signal obtained from the sheathed temperature sensor could vary for a given value of combustion cyclic variability. The work done during the second part of the study shows firstly, the limits associated with a temperature reconstruction technique used to determined cyclic variation of combustion. Secondly, the results obtained from the temperature measurements show that a positive correlation exists between the cyclic variation of mean effective pressure and the cyclic variation of maximum exhaust gas température when groups of successive cycles are used to calculate the différent coefficients of variation. Also, a link exists when ail values of mean effective pressure and maximum temperature from a particular test (250 consecutive cycles) are drawn together. For both cases, the correlation is stronger when cyclic variation of combustion is higher. In conclusion, cyclic variability of combustion is reflected in cyclic variability of exhaust temperature for tests done at different air fuel ratios, different spark timing and different injection timing. The intensity of the correlation depends on the test done. When the engine operates in a stable regime, when the engine load is varied at constant speed or when the engine speed is varied at constant load, the results obtained are less significant.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr. : f. [85]-86.
Mots-clés libres: Moteurs à explosion. Moteurs à explosion Combustion. Moteurs à explosion Gaz d'échappement Température. Moteur à allumage commandé. cyclique, variabilite, variation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Seers, Patrice
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 16 août 2010 15:33
Dernière modification: 12 janv. 2017 02:06
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/70

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