Academic literature on the topic 'Culasse du moteur'

Calcul du champ acoustique par résolution numérique de l’équation de Helmholtz à l'aide de la fonction de green. Étude de modifications de la culasse et conséquences sur le bruit. Vérification expérimentale

L'etude porte sur la modelisation du champ de temperature de la culasse d'un moteur diesel en regime de fonctionnement stabilise. Afin de caracteriser les fluctuations cycliques de temperature, la reponse d'un mur d'epaisseur finie, soumis a des conditions aux limites periodiques cote gaz et a de la convection forcee ou de l'ebullition nucleee cote eau, est etudiee. Des conditions d'echange equivalentes sur un cycle sont degagees, aussi bien pour les materiaux metalliques que pour des materiaux a faible diffusivite thermique tels que les ceramiques. Ces conditions d'echange equivalentes sont utilisees dans la modelisation tridimensionnelle du champ de temperature moyen dans la culasse. C'est une methode de differences finies qui est utilisee, dans une geometrie simplifiee. Une attention particuliere est portee sur les echanges de chaleur soupape-siege. Les resultats de calcul sont compares a des mesures effectuees sur un moteur diesel suralimente a prechambre d'origine automobile. L'accord n'etant pas entierement satisfaisant, la modelisation est utilisee pour determiner les parametres sensibles. Il est ainsi mis en evidence le role des resistances thermiques de contact et celui des disparites spatiales des transferts de chaleur gaz-paroi

Le present travail de these est issu d'un projet d'etude de la direction de la mecanique de renault. Dans le domaine de la modelisation et du calcul numerique en mecanique des structures, le but de ce travail a ete de mettre en place une methodologie pour l'analyse de l'etancheite des moteurs d'automobile constitues de l'assemblage visse culasse-joint de culasse-bloc cylindres. La methodologie repose sur l'approche hierarchique de la modelisation elements finis et du calcul numerique. Deux echelles de modelisations ont ete etablies : une echelle locale pour les analyses locales en contraintes et pour l'etude du comportement propre du joint de culasse d'une part, et une echelle globale pour les analyses de deformations globales de l'assemblage d'autre part. Le memoire presente dans le premier chapitre le probleme de l'etancheite au joint de culasse, sa conception de type metallique multifeuille avec revetement et son comportement elastoplastique particulier. Le second chapitre expose et discute de la methodologie d'approche hierarchique, son principe et son application au calcul des assemblages visse de moteurs. La modelisation du fonctionnement du moteur est decrite au troisieme chapitre. Les differents modeles issus de l'approche hierarchique ont ete calcules, et leurs resultats numeriques sont presentes et discutes dans le quatrieme chapitre. L'etude de la modelisation du joint de culasse a fait l'objet du developpement d'un element fini specifique : element de plaque, sensible a l'ecrasement suivant son epaisseur, par la prise en compte de la deformation normale transverse ou pincement. Ce travail est presente en annexe, avec la formulation elements finis et les validations numeriques. Les resultats obtenus par les differents modeles mis en uvre dans l'approche hierarchique ont permis d'etablir et d'affirmer la strategie d'analyse de l'etancheite au joint de culasse.

Les problèmes de pollution liés au secteur automobile sont connus depuis les années 1940. Les Etats-Unis ont été les premiers impactés à cause du "boom" automobile de l'entre-deux guerres, et ont mis en place les premières lois anti-pollution en 1960. Faisant suite à ces directives et aux deux chocs pétroliers, différents engagements de limitations d’émission pris au niveau planétaire sont nés depuis une vingtaine d’années. Le Protocole de Kyoto et les directives de l'Union Européenne (norme Euro 6c actuellement en vigueur) en sont les principales illustrations récentes. Cette thèse s’inscrit dans la continuité des travaux entrepris il y a presque cinquante ans, afin de poursuivre les efforts en matière de réduction de consommation et de pollution des véhicules automobiles. Elle propose ainsi une méthode de visualisation rapide avec les moyens informatiques actuels, du comportement aéraulique interne dans la culasse et la chambre de combustion des moteurs thermiques. L’objectif est de pouvoir prévoir ces variations de manière fiable et rapide à l’aide d’outils de simulation numérique, afin de limiter la fabrication, la quantité et le coût des prototypes à tester
Pollution problems related to the automotive sector have been known since the 1940s. The United States was the first to be impacted by the automotive "boom" of the inter-war period, and introduced the first anti-pollution laws in 1960. Following these directives and the two oil shocks, various commitments for global emission limitations have been born for some 20 years. The Kyoto Protocol and the European Union directives (Euro 6c currently in force) are the main recent illustrations. This thesis is in line with the work undertaken almost fifty years ago in order to continue efforts to reduce consumption and pollution of motor vehicles. It thus proposes a method of rapid visualization with the present computer means, of the internal aeraulic behaviour in the cylinder head and the combustion chamber of the spark-ignition engines. The goal is to be able to predict these variations reliably and quickly using numerical simulation tools, in order to limit the manufacture, quantity and cost of the prototypes to be tested

Le but de ce travail est l'elaboration de modeles numeriques permettant d'analyser le serrage d'un moteur en s'interessant aux problemes d'etancheite de l'assemblage culasse - joint de culasse - carter cylindres. Pour comprendre les mecanismes d'etancheite, la modelisation du joint doit etre detaillee et integrer les non - linearites geometriques, de materiau et de contact. Un premier modele parametrique, base sur les proprietes d'axisymetrie des geometries, a permis d'analyser le fonctionnement du joint et de determiner une tension de serrage optimale assurant l'etancheite de l'assemblage et limitant les deformations du moteur. Une seconde modelisation associant au modele detaille de joint, des modeles globaux de culasse et de carter cylindres est mise en place. Pour rendre performante cette modelisation, plusieurs strategies doivent etre elaborees. La premiere est d'utiliser un schema de resolution explicite. Les formulations du schema sont presentees et comparees au schema implicite. Un cas test montre que l'utilisation d'un schema explicite permet de diminuer fortement les temps de calculs tout en conservant une precision suffisante dans les resultats. Une seconde strategie est de reduire le nombre de degres de libertes des modeles en construisant des modeles hybrides a geometrie et rigidite equivalentes. Ce modele permet ainsi d'analyser le comportement de chacune des toles dans l'assemblage afin d'aborder par le calcul : la complexite de la mise au point de l'etancheite et la mise en evidence de zones critiques.

L'introduction de nouvelles lois de comportement nécessite l'examen des méthodes d'intégration de ces lois; en effet, les méthodes classiques développées pour les modèles simples (plasticité parfaite, viscoplasticité type Norton) risquent de ne plus être adaptées vu la complexité des nouveaux modèles. Pour mieux répondre à cette question, nous avons développe une application de la théta-méthode dans le cas de la plasticité et de la viscoplasticité; cette méthode, malgré sa relative complexité, présente de bonnes propriétés de stabilité et de convergence. Dans la première partie, on présente trois types de modèles qui sont représentatifs des trois classes des modèles de plasticité et viscoplasticité: un modèle de plasticité, puis de viscoplasticité avec écrouissage cinématique et isotrope puis un modèle comprenant les deux types de déformation plastique et viscoplastique couplées à travers les lois d'écrouissage. Dans le second chapitre, on aborde les méthodes d'intégration pour ces trois types de modèle. Après présentation des méthodes classiques de reprojection en plasticité, on montre une adaptation de la theta-méthode au modèle de plasticité. La même démarche est entreprise pour les deux autres modèles. La comparaison des différentes méthodes d'intégration est réalisée au travers d'exemples issus de la littérature. Le troisième chapitre est consacré aux méthodes de résolution de l'équilibre global. Différents algorithmes sont présentés (rigidité initiale, Newton-Raphson, BFGS). On montre ensuite les paramètres critiques permettant le choix de l'algorithme optimal adapté au type de calcul envisagé. Dans la dernière partie, on développe une application industrielle de ce genre de modèle: il s'agit du calcul d'une culasse de moteur diesel. Cette étude s'est effectuée en collaboration avec Renault.

La fabrication des culasses automobiles en alliage d'aluminium à de nombreux avantages (légèreté, coulabilité, propriétés thermiques). En revanche, la grande sensibilité du matériau vis-a-vis de la température fait que ses propriétés mécaniques peuvent rapidement s'effondrer après un court passage à haute température : le matériau vieillit. Dans le but de prévoir par le calcul la durée de vie des culasses, il est nécessaire d’étudier le comportement et la durée de vie du matériau (l'as7u3g) sur une grande gamme de températures et de prendre en compte le vieillissement dans le calcul de la durée de vie (nécessité de connaître l'histoire thermique du matériau). Il est apparu au cours de cette étude que le mécanisme du vieillissement est thermiquement active et pilote par la température maximale. Le matériau garde en mémoire l'effet d'un passage à la plus haute température, se manifestant par un vieillissement accéléré et plus important. Ce vieillissement est modélisé de façon phénoménologique au travers d'une variable interne ajoutée dans un modèle d'élastoviscoplasticité cyclique (de type chaboche). Le modèle est identifie et valide sur des essais isothermes et anisothermes. Les essais anisothermes ont été réalisés à partir d'un montage original de type 3 barres ne nécessitant pas de machine hydraulique asservie et ou le cycle de température induit le cyclage mécanique. Un modèle d'endommagement est ensuite identifie pour prévoir la durée de vie de l'alliage. Enfin, à partir des modèles précédents, on effectue a l'aide du code zebulon, des calculs par éléments finis sur une culasse (une demi culasse comportant environ 100 000 ddl). Pour réaliser de tels calculs sur plusieurs cycles, on a recours au calcul parallèle. . . .

The studied material is an A356 Al alloy, used to produce engine cylinder heads for the automotive industry by die casting process. The material displays a quite coarse dendritic microstructure in a eutectic matrix, with a mean grains size of 25 microns, intemetallic precipitates and porosities. The tensile properties are strongly affected by testing temperature, with a quite sensitive drop of the Young's modulus, the Yield stress as the temperature was raised. The isothermal fatigue life dropped of markedly (approximately 10 times) when the testing temperature is raised from 120 to 280 °C, under strain control. From the themomechanical in-phase cyclic tests, with temperature varying from (120 to 280 oC), it was possible to observe that life is quite similar to the isothermal fatigue test at 280 oC. In this case, the more sensitive damage caused the in-phase mechanical and thermal cycle take place at the highest temperature. Relaxation tests indicated two distinct behaviors, with the temperature of 240°C being a threshold. At lower temperatures, the material hardens cyclically whereas it softens cyclically at higher temperatures. From the fatigue crack growth results, it was observed that temperature and wave shape has a strong influence on the crack growth rate as well as on the stress intensity threshold. Considering sinusoidal wave shape (10 Hz), as the temperature increased the DKth decreased and the crack propagation rate increased. However, the rate as da/dN change with temperature is quite similar, as an indicative that the micromechanism of crack growth has not changed due to the high frequency used, and it was due only to loss of mechanical strength. An elastic-visco-plastic non-isothermal constitutive law was identified for the material. For the cast material studied in this work, the mechanical behavior parameters are statistically distributed. However, it was shown that the model was able to reproduce, with a reasonable approximation, the stress - strain relationship at different temperatures, for the isothermal and anisothermal cases.