Ecoulements instationnaires à l'intérieur de moteurs à pistons

ECOLE CENTRALE DE LYONLABORATOIRE DE MECANIQUEDES FLUIDESLABORATOIRE DE RECHERCHEAssocié au C. N. R. S.

36. Avenue Guy de CoHongue 69130 ECULLY (FRANCE)

N° d'ordre:E.C.L. 82-07 Année 1982THÈSEprésentée devantL'ECOLE CENTRALE DE LYONpour obtenirle grade de DOCTEUR-INGENIEURporAlain GERBERECOULEMENTS INSTATIONNAIRESA L'INTERIEUR DE MOTEURS A PISTONSSoutenueie 23 SEPTEMBRE 1982 devant la Commission d'ExamenM. MATHIEU J. PrésidentMM. EYZAT P.TRINITE M.MARTIN M.BIDAULT M.CHARNAY G.Exami nateurs-íECOLE CENTRALE DE LYONBIBLIOTHEQUEBP 163 F-69131 ECULLY CEDEX

EKCHIAN A., MOULT D.P. (1979),FiLow vLuLLa.tLon tady o the. £ntaiae. pkoc.eo o an e)LnaÁ.combw!Uon e.rig.ú'te..S.A.E. Congress and Exposition (février), Cobo Hall, Detroit.RASK R.B. (1979),LaoeA Voppe Aneiiionie.te)z. m&eme.n-t4 Ln an e'tna combu.onevig-Lne..S.A.E. Congress and Exposition (février), Cobo Hall, Detroit.LUCAS G.G., BRUNT M.F., ANTON R. (1979),The. ae.c..t ooquLh on chaite. twthu2e.ne.e. a.nd (anie. p'wpc.gwt.LonLn an S.l. e.ng..Lne..I.M.E. Conference on Fuel economy and emissions of lean burnengines (juin), I.M.E. Londres.[2Lf] WAKISAKA T., HAMAMOTO Y., OHIGASHI S., HASHIMOTO M. (1979),Me.aou'te.men.-t6 oa't 4wi.L and ¿to twthuLe.nc.e. chccte.n.LLc4Ln the. e.ytLnde.'i o an LntenaJ e.onbutLon e.nLne..I.M.E. Conference on Fuel economy and emissions of lean burnengines (juin), I.M.E. Londres.[25] LAWTON G., RENDER M.E.J., ELMORE K.G. (1979),Po'unance. o a .niaL& .6 aaL.e. .twthuL.e.nc.e. 9e.ne'ui.ton. -én a. )wta/typL6.ton e.ng-Lne.I.M.E. Conference on Fuel economy and emissions of lean burnengines (juin), I.M.E. Londres.[261 MATTAVI J.N., GROFF E.G., VIATEKUNAS F.A. (1979),Tu.thLe.ne.e. &vne mo.t,on and combutLon charnbeA 9e.ome...t&4j.Ththz.-Ln a. £ean-c.ornbu4Lovt e.nj-Lne..I.M.E. Conference on Fuel economy and emissions of lean burnengines (juin), I.M.E. Londres.COLE J.B., SWORDS M.D. (1979),OptLc.aI_ 4.tLLde, o -the. Zow Le.&d ..Ln a nio.ton.e.d E6 e.ngne..I.M.E. Conference on Fuel economy and emissions of lean burnengines (juin), I.M.E. Londres.GIRGIS N.S., TIDMARSH D.H. (1979),ModeJ2.Lng -the. e.e.c-t o comb t,Lon ehambe.'L con-LgwL.a-tLovL oneiigLne. pe.on.niance..I.M.E. Conference on Fuel economy and emissions of lean burnengines (juin), I.M.E. Londres.ABOU-ELLAIL M.M.M., ELKOTB M.M. (1979),Pìe.dí..ct,on and rne.a.6wi.eme.n-t o ow and he.a-t ane £n moto'.e.ddLe..o e2 e.nine .6WíJLf ehwnbe.o.Faculty of Engineering, Le Caire.JOHNSTON S.C., ROBINSON C.W., RORKE W.S., SMITH J.R.,WITZE P.O. (1979),App...Lcat.Lon o La.se. d.thgno4.tLc6 .to an Lnje.c.te.d e.ng.ne.S.A.E. Congress and Exposition (février), Cobo Hall, Detroit.

HOHENBERG G., HARDENBERG H. (1979),A new metJwd son. .the. ana.eyL ochanibe,'. o V-Le4e2 en9-.ne.the aL'r. 4wuJtL £n the c.ornbu4on13e congrès international des machines à combustion, Vienne.SPROSTON J.L., WOODS W.A. (1979),RoU-ap UO)LteX wLth 4Lk. Ln I. C.VLeA.EUROVISC, Unsteady Turbulent Boundary Layers and Shear Flows(avril), Liverpool.ROBERT M. (1979),E,tade de qqae owc.e d' ejuz.ewr.o davi,ó La d& JtmJjwJj..on dapo.cívt-t mot hauSt dernotewzo à. pLttono.Journal de Mécanique Appliquée, vol. 3, n° i.[3Lf] JOUSSERANDOT P., PANNIER R. (1980),IeJLerLe.e de La o'tme de La tite du. pLton WL Le mow.'einen..tde 9a.z à. L'admon et à. L' &ahctppemen.t, da La cjwjnb're deeombu4tíon de.mo.teWi.RENAULT, note de service n° 861/1882 (octobre).[351 RICARDO Consulting Engineers (1980),AnaLyi.Lo o ¿teady Low4 ..teto on £rt&.t and exhaut po1-tÓ.DP 80/1123 (juillet).[36] WITZE P.O. (1980),A e'tLtLc.aL compaLson o ko-t-ue anemorne-t&y and LceA VoppLexVeLo c..Lniet&y ok I. C. eng.ótes appLLcatLono.S.A.E. Congress and Exposition (février), Cobo Hall, Detroit.[371 ARQUES P. (198u),VLopenLon de4 c.yeLe.o de pe.ion da.nz an niotew. à. a.Uunia.gecaommand.ENTROPIE n° 92, page 19.[38] MORSE A., WHITELAW J.H., YIANNESKIS M. (1980),The. LnLaevice o 4wí.n on the SLow chaa te .

BICEN A.F., VLACHOS N.S., WHITELAW J.I-t. (1980),The. C/LCa.tLOn and dco.tiuLctLon o votLe.eo Ln wu.te.a.dy ows.Letters in Heat and Mass Transfer, vol. 7, pp. 77-82.RAMOS J.I., GAMY A., SIRIGNANO W.A. (1981),.S.tudy o .twthwe.nc.e LvL a. mo.tr».e.d oWL-4-tJwIe. £n.WuiaL wmbu4tLonAIAA Journal, vol. 19, ne 5 (mai).[L1.L+J WITZE P.O. (1981),Compa.'L4on beiwe.e.n me.a.zwLeme.n-t and anal.yoL4 o !Ld mot.LonLn ¿nteAna.e c.ombu.4fLon e.n9Lne6.Report for the Engine Combustion Technology Project (octobre).RICARDO Consulting Engineers (1981),Lc.wi. VoppfLe.n.. VeZo cme..te4 me.a.ow.e.me.n-t6 on a. mo.tote.d dL'z.e.c..ti..nje.e..t.Lon. Vee2 engLne..DP 81/983 (juillet).ARCOUMANIS C., BICEN A.F., WHITELAW J.H. (1982),Meemen-t6 .Zn a. mo.toite.d ow o.t'wIae. 'ee.Lp'r.oe.a..t.útg modeLeitgcíne..Journal of Fluid Engineering, vol. 104/235 (juin).WITZE P.O. (1982),La.oeA. Ve ciinei/Ly .Ln e.n9íne4.Optical diagnostics in internal combustion engines, Lecture 5(juin), Livermore, Californie.DIWAKAR R. (1982),ULìte.ct-.njcctLon 4a,tL.Le.d eJwge. e.ngLne e.ompw t.Lort4 4thmpwve.d 4ubmodeL .twthul..eri.c.e. and waLt he.a..t tto1Çe.'t..S.A.E. Congress and Exposition (février), Detroit.NAMAZIAN M., HEYWOOD J.B. (1982),FLow n ..the. on-yLndvt-'..Ln ce.vLe.e o a. 4paJz-LgnLtLone.rtgne ee.c.t on hyditocaxbon e.n e. ¿c.Lencij andpOvJv1-.S.A.E. Congress and Exposition (février), Detroit.DURST F., MELLING A., WHITELAW J.H. (1976),Ptc2pte4 and p'tcae. oAcadem. Press.Lce-VoppLeA- AnemorneJy.15)J DURST F. (1978),Sd.Ze4 o pa..n.tL ci e. motLon by Lao e.L VoppLv. .te.duvLqu.e.4.Dynamic Measurements in Unsteady Flows (septembre),I.M.S.T. Marseille.[52] MELINAND J.P., CHARNAY G. (1978),V.L,.L.taL anaL 4 Lo o L. V. A. e.ow'ite.'. .4.Lgn.aLo .Ln a. o e.paìwte.dbou.ndc.y t.aye.'t.Dynamic Measurements in Unstready Flows (septembre),I.M.S.T. Marseille.

[53] MELINAND J.P., GERBERA., CHARNAY G. (1981),Me4we. de. v.teioe4 dan4 LUt cyLó.d.'t.e. de. mote.WL. et dc.n4 ¿e.d.LèdìLe. 'te.ctanguLaL'te. pc..t a mom..tJLLe Vopp..v. à. Lase)z..11e TaiDle Ronde L.D.A., Université Paris XII, Créteil (mars).{5L] MARIE J.L., CHARNAY G., BATAILLE J. (1982),ve4tLgcti..ojl o twtbuLe.n.c.e. ¿n wo-pkaoe. dL'.pe/i.4e.d ow u4.itg¿a4e,'z. Vopp/e. anemome.tty.International Symposium on Applications of Laser-DopplerAnemometry to Fluid Mechanics (juillet), Lisbonne.f55] Proceedings of the L.D.A. Symposium (1975),The. Ace.ww..e.y o FLow Me.a4uxeine.n. by Lae VoppLe.it Me..titod4.Copenhague.PARANTHOEN P., PETIT P.. (1979),Iri.aeìice de ¿a wnthic..tLon e.n.t'Le. ¿e. Ca.peWL e4e-6 4u.ppOJt.tA4Wt. Lo. me,wte. de icta-tion de. .emp&wtuxe dc.n4 un écouLe.-me.nt i.WLbwe.e.nt e.e.c.-tu.ée. à. L'a,Lde. d'un .he)tmomt&e à.Letters in Heat and Mass Transfer 6, pp. 311-320.BRISON J.F., CHARNAY G., COMTE-BELLOT G. (1978),6.tance.CaLcuL de4 t'i.anò e..'i_to .theJun.que e.nt'te 6L.bn chaad e,t 4u.b4t'a..tpw. un modèLe. à. de.u..x dme.on. pví.on de. ¿a /l.éporLoe.dynainLqu.e. de 4onde uefl.e.mt. J. Heat Mass Transfer, vol. 22, pp. 111-119.MATHIEU J. (1959),Cor t&.Lbu.tLorz. à. L' é.tu.de. a&w.tkvim.Lqae. d' un je..t pLan évoLuo.n..ten p)té4e.nC.e. d'u.rte paAo.Thèse de Docteur ès Sciences, Université de Grenoble.[5g] MATHIEU J., JEANDEL D. (1975),P.'z.e.d..Lc-t-Lori rnethod' 6ot ..twthuLe.n-I.V.X.Lecture series 76.JLow6.COMTE-BELLOT G.,Ewue.me.itt4 twtbiit.ejto.Cours de D.E.A. de Mécanique, Ecole Centrale de Lyon.HUNT J.C.R. (1982),A xevÁ..ew o -the ÍJteoiy o /Lap.LdLy dLtote.d &buLeivt .owoand Lt6 c.ppVct4t.on4.Fluid Dynamics Transactions, vol. 9.REYNOLDS W.C. (1982),TwthuLe.nce mode.LUn. o ¿n e.yLLvi.deA Low4.Conference on Optical Diagnostics in Internal Combustion Engines,Lecture 10 (juin), Livermore, Californie.

[631 DOUAUD A. (1980),Tubweeue e-t cwmb&tLort dan4 £e,o nio.tewuJournées de 1'A.U.M. 1980.ctfiwictge. wmmand.[614] CHABERT L., MELINAND J.P., FEUGA L., CHARNAY G. (1979),Ae,'wdynamLquc. Lnvtne de dambn.eA de. combwtLon : c.h.anipctitodynamiqu..e. peìunane.nt en waiL d'un wndwLt h&c.oZdc2 e-td'u..vie. 4oupctpe. d'ctd&.4Lon ("Banc. vowte").Contrat Renault/Métraflu 1978-1979.

ECOLE CENTRALE DE LYONDIRECTEURDIRECTEUR ADJOINTA. MOIROUXR. RICKEDEPARTEMENTS DtENSEIGNEMENT ET DE RECHERCHEMATHEMATIQUES-INFORMAT1QUE-SYSTEMESPHYSIQUE-CHIMIEMETALLURGIE PHYSIQUE-MATERIAUXELECTRONIQUEELECTROTECI-INIQUEMECAN1QUE DES SOLIDESMECAN1QUE DES SURFACESMECANIQUE DES FLUIDES ET ACOUSTIQUEMACHINES THERMIQUESCONCEPTION ET DEVELOPPEMENT DE PRODUITSC.M. BRAUNER1F. MAITREP. CLECHETJ. CURRANP. GUIRALDENQD. TREHEUXJ..]. URGELLP. VIKTOROVITCHPh. AURIOLA. FOGGIAF. SIDOROFF1M. GEORGESJ. SABOTJ. DIMNETJ. MATHIEUG. COMTE-BELLOT (Mile)JEANDELX. LYSM. BRUNR. RUSSIERDELALANDE

Cete. tade. a. -t 'a.Ue. CUL Lahona.toL'r.e. de. McctnLqae.de FLwLde. de. L'Ec.oLe. Ce.nt'z.aLe. de. Lyon, en .'e2atLovi avec La. RgLe.Na-tLoriaee. de.o LJLne, RenauLt et Le4 Etabf e.man RenauLt VëhÀcw2eolndu4txLeL.J'e.xpnúne. ma p'wonde. giwtL.tn.de. à. Morz4-Le.wt Le. P'we.oze.uxJ. MATHIEU qw4 m'a. pe'unL d'e.e.ctiie ce. t'a.va.L. dctvto on La.bon..a..toíjteet qwL a acce.pt d't'te. Le. P'-Lde.nt de. ce. Jwty.Je. n.emeiLc-Le. vLvemen-t MctdemoJoe.Ue Le. Po3ee.wLG. COMTE-ELLOT, Víecte.w. de. L'L!.E.R. de. McanLqu.e. de. L'Un..LvexLtCLaude. Be.nojtd - Lyon I don.t L'e.n4e.Lgne.me.nt de. La .tujthule.nce. m'a. é'to't-t wtíiLe..MorLe.wt P. EVZAT, V.xe.c;te.wde. Re.che,'z.che. à. L'InotLtwtF'ta.nçaLo du. PtjwLe., MoiiLe.w't M. TRINITE, Ma-t-t're. de. Re.chexche. auC.N.R.S. e..t Mon&Le.wt M. MARTIN, P'w3e44e.w. à. L'EcoLe. de.o MneA de.Nancy ovit b..Le.n vouLu. acce.p-te de. jugex ce .t&avcJl e,t me. ovz-t L' honne.wLde. pa/rt.Lc.Lpe.n. au Jwty. Je. Le.o en jie,tc,Le. 4ncxe.me.rL-t e.,t Le.un.e.xp'i-úie. rna gn.a..tLtude..Je. keìne.1.c4íe.ga2e.me.nt Moníe.ux M. BIVALJLT, lvu.e.WLà. La VL'te.ct

Je ne wta-s oubUeìL Mctdemoí eUe O. PERROÑNET e-tMzdejnoLeUe C. &JRÑET qwíí ont ampe.einent pwt-t.LcLp . £cz ìnL6e en oeLwn.ede. ce. rnérnoJjte ; qu.'eL&e4 4o..Len,t a wt.eo de rna. '.econnaLance.Jeen patí.cuLLex Me4&&wt A.BRERAT, F. MOREL e-t P. VUTHEIL, powt£'accu.eLe e-t £'ade qu.'uJ rn'ovit toujow 'exv.me/Lc.Le enn ¿' ense.rnb.&e du. Pe,onneL du. La.bon.øtoíjte

TABLE DES MATIERESCHAPITRE IINTROVUCTIONiCHAPITRE IIETUVE BI8LIOGRAPH1Ç2ßE 3CHAPITRE IIIINSTALLATIONS V'ESSAIS ET METHOVES EXPERÏMENTALE.S 11BANC D'ESSAIS DES MOTEURS ALTERNATIFS 111.1. V_Lptí..on grI)LaJe du. banc. il1.2. VeocLp-t-Lon de.z rnoteWt-o nonocyfLrid&e2 12I .3. Mod ¿cwUorz4 appoJi-tëe4 aux monocytLnd'te4 12DETECTION DES GRANDEURS PHYSIQUES 1311.1. Anmoni&tLe. Lceìr. ee,t Vopp.ee.n. V..

CHAPITRE IVSTRUCTURE VES ECOULEMENT.S INTERNES 21INTRODUCTION 2].EVOLUTION TEMPORELLE DES ECOULEMENTS 2211.1. Lei couLe.me.n..t moye.n4 22a.) Me.wtes dctn Le. e.y!ndte 22b) Me..owLe, dctn.o La. c.hainbn.e. de. conbwUovi 23I 1.2. Champ dei !ctu.atLoru de. v!teo e. 24a.) Me..ow.e, dcLv14 Le. cyL-irid&e. 24b) Mewt.e da.vv La. c.hambn..e. 25INHOMOGENEITES SPATIALES 26ill.). lvthornognLt.4 da.vt1.s Le. c.y....Lnd'te. 26111.2. IrthomognLto davu La ch.ambe. de. cornbwt-Lon 27INFLUENCE DE LA VITESSE DE ROTATION DU MOTEUR 271V.]. Ecou eine.vt6 moye.n4IV.2. V-teoe.o uctwzn,te..o 29CONCLUSIONS 29CHAPITRE VCÄRACTERISAT1ON VES 1NSTATJONNARITES 31I. CARACTERISATION DE L'INSTATIONNARITE CYCLE A CYCLE A L'AIDE DEMOYENNES TEMPORELLES 311.1. Moye.nne.o .teinpo'.e.Ue4 e. e.c-tu.e4 à. pc»t. dei nieW.e..oob.te.nfte a.u. La.oe... 321.2 . Moye.nne tenpo'.e..Ue,! e.e.c,tue4 à. pwWi de.i., me4Wte4ob.te.riae2 a.u. Çu2 e.ha.ad 321.3. Ca et t'qae..o de. L'inta-tLonnaxLt cyc.Le. à. c.yc2e. 33

II. CARACTERISATION DES INSTATIONNARITES A PETITES ECHELLES -TURBULENCE 3511.1. Co' oton -t.e.mpo'LeL& 35a.) RappeL. ca de. .' .e.ouine.n-t at.Lorjvja»te. 30b) Cc de. £' c.ou2eme.n..t óttwUonncJjLe. p'wp'Le. a.0 mo.te.wL 3011.2. Eche2.Pe .Lntg'i.aLe.4 de. .teinp4 de. £Lz t.wthweence. 311.3. Eche..&e n g't.c..&e de. £One.wi de. £ct .twthule.nca 39CHAPITRE VICOMPARAISONS V'ECOULEMENTS STATiONNAIRES ET INSTAT1ONNAIRES 41DISPOSITIF DE MESURE 41RESULTATS DE MESURES AU BANC MOTEUR RVI 120 - 145 4211.1. Evo.wt-íovu .te.inpo'eLee 4211.2. Evo.wt.o..ó 4pccJe2 4211.3. Compoitejne.rì,t pc.n. e.ULLe.JL de. £'coweeine.vz..t rfloye.vi . ¿aeOflp/e..o4JOn 43COMPARAISONS DE L'ECOULEMENT STATIONNAIRE (BANC VOLUTE)DE LECOULEMENT IÑSTATIONNAIRE (BANC MOTEUR) 44111.1. Compataon de4 p'w1L de vteó4e4 Ìnoye.n.ne4 44111.2. Compwuton4 deA p/wL6 de..o a.-t - 4fpeA 45ETCHAPITRE VIICONCLUSIONS 46

NOTATION SaDfacteur de calibration (anémométrie laser)diamètre du cylindreEindice de moyenne d'ensemblef C ) fonctionFréquence DopplerIIntensité de fluctuationiLnuméro de cycleéchelle intégrale de longueur1 entraxe de bielleLNnRrTtUuVyVPWwlevée de soupapevitesse de rotation du moteurnombre de cyclescorrélation temporellerayon de vilebrequinindice de moyenne temporelletempscomposante axiale de la vi.tessefluctuation de vitesse axialecomposante radiale de la vitessefluctuation de vitesse radialevitesse du pistoncomposante tangentielle de la vitessefluctuation de vitesse tangentielleopérateur moyenneopérateur écart-type

opérateur de fluctuation cycle à cyclexyzdirection axialedirection radialedirection tangentielleangle moteurintervalle angulairecXtaux de compress ionlongueur d'ondediamètreOangle entre deux rayonséchelle intégrale de tempsvitesse angulaireAB REVI AT IONSA.O.A.A.O.E.P.M.B.P.M.H.R.F.A.R.F.E.R.V.I.Avance Ouverture AdmissionAvance Ouverture EchappementPoint Mort BasPoint Mort HautRetard Fermeture AdmissionRetard Fermeture EchappementRenault Véhicules Industriels

iCHAPITRE IIWTROVUCTIONLa caractérisation complète des écoulements à l'intérieur deschambres de combustion de moteurs alternatifs à pistons apparaît commeun travail à moyen terme étant donné la complexité extrême du problème.En effet, à l'intérieur du cylindre, il faut prendre en compte la tridimensionnalité,la compressibilité et l'instationnarité des champsaérodynamiques. Une approche sans lacune doit envisager un milieudiphasique et le phénomène de combustion.Aussi, la démarche adoptée consiste en une approche par étapessuccessives. Notre but est de connaître expérimentalement les écoulementsdans les cylindres et les chambres de combustion de moteurs à pistonsmais sans combustion. Le mouvement résulte donc d'un entraînement extérieur.En fait, il s'agit du prolongement d'une étude conduite en régime permanentet fluide incompressible visant à simuler la phase d'admission du cyclemoteur [1].A échéance, une contribution à la réduction des consommationsen carburant et des diverses pollutions doit être apportée. A l'heureactuelle, des moyens expérimentaux bien adaptés au problème tellel'anémométrie laser permettent d'envisager raisonnablement notre sujet.Par ailleurs, l-es développements des méthodes numériques de prédictionvers des situations tridimensionnelles accompagnent naturellement cesexpériences.Dun point de vue global, des géométries de moteurs identiquesà celles existant dans les fabrications de série industrielle, donc non

2élémentaires, sont considérées.aisément accessibles avec l'installationexpérimentale, tout particulièrementdotée de conditions aux limites nonNéanmoins, des aspects fondamentaux sontpermanentes.Après une étude bibliographiquede l'installation d'essaisinterne (chap. IV) et les divers effetsanalysés sur un moteur à allumageécoulements stationnaire et instationnaire estréalisée pour une géométriede moteur Diesel (chap. VI).(chap. II) et la présentation(chap. III), la structure de l'aérodynamiqueinstationnaires (chap. V) sontcommandé. Enfin, une comparaison entre

3CHAPITRE IIETUVE BIBLiOGRAPHIQUEDans ce chapitre, seules les études expérimentales traitantde l'aérodynamique interne dans les moteurs alternatifs font l'objetd'une analyse. Au niveau de la présentation, nous avons choisi d'utiliserdes tableaux et un ordre chronologique, les premières publications datantde 1974. Les montages expérimentaux, les méthodes de mesures et les principauxrésultats sont rassemblés sous une forme condensée.Des analyses thématiques ont déjà été données antérieurement{8»+4]. Pour l'essentiel, la classification introduite distingueles études effectives sur les moteurs et les travaux sur des configurationstrès simplifiées. Dans le premier cas, les influences des géométriesd'admission {13,19,22,25,3'#,37,'+O], de la forme et des dimensions dechambre [6,18,23,2LF,26,28], du taux de compression [5,6,7], de lacombustion [2,8,lLf,l8,23,26] et du régime moteur [6,19,23,2'+,28,30,'+5]sont discutées. Les autres études traitent, par exemple, de l'analogiehydraulique [21,31+i, des transferts thermiques [31»+8], des différentsimbrulés [32,L+9] et de la détermination du Point Mort Haut [33].Au niveau des méthodes de mesure, l'importance de l'anémométrieà fil chaud s'est réduite au profit de l'anémométrie laser et de lacinématographie rapide.Globalement, il appara1t que les points de mesure dans les chambresde combustion sont en général en petit nombre (une dizaine environ).Les moteurs testés sont le plus souvent des machines expérimentales conçuespour le bon accès des appareils de mesure et rares sont les essais surmoteurs de série sans modification des géométries.

4- BiBLIOGRAPHiE de 1914 a 7911 -Alésage x Course (um)Auteurs : Références : Montages expérimentaux : Taux de compression : Dispositifs de mesures : Mesures et résultatsRégimes utilisés (tr/mrBAXER,HUTC1IINSON,KHALIL,WHITELAW2Simulation station- : . 300 x /naire de l'admission. /Configuration axisy- /métrique.Possibilité de swirlà l'entrée.Laser + analyseurs defréquences.Comparaison d'écou-:laments avec etsans combustion.Mise en évidencede zones de recirculation.DENT,DERHAM3 : . Moteur Diesel à injectiondirecte.101,6 x 104,8.16 : 1.500, 1 000 et 1 500.Fil chaud platine 30Iridium.s : . Etude du "swirl"et du "squish" âl'admission et àla compression.TSUGE,KIDO,RATO,NOMIYAMA4Simulation instation-: . 50, 100, 150 mm.naire de l'admission. : /Piston percé créant : . Vitesse pistonde la turbulence. : 1,4 5,3 in/s.Fil chaud.0 5 m, 2,/a - 200.Mesure de la décroissancede laturbulence provoquéepar le mouvementdu piston.JAMES, 5LUCASMoteur PETTER Wii cylindre.Plusieurs configurationsde chambres4 à effet de squish,1 cylindrique.85 x 82,5.Squish : 3,9 : i5,29 : i t 6,49 :et 8,88 : i. ¡Cylindrique : 5,21 : 1:700, 950, 1 200, 1 450:Fil chaud 0 10 jim,platine 10 5 Rhodiumi/a - 220.Influence des diversesconfigurationsde chambresur l'écoulementen S points de lachambre.Fréquences de turbulenceen général< 700 Hz.DEN'r,SALAMA6 ¡ .2inoteurs:i) Chambre en coin,A effet de squish.2) Chambre cylindrique,dans le pieton.104 x 90.93,7 x 72,4.9 : 1.8,9 : 1.1 000, 1 200,1 000, 2 000,i 5:3 500:Fil chaud.Rappels de turbulence.Premières mesuresde turbulence dansun moteur réel,analyse d'échelles.:LANCASTER : 7 Moteur WAURESKA CFR. : . 82,5 x 114,3. Fil chaud Mesures de vitesses:Variable. 0 10 im platine, en 3 pointa.i 000, 1 500, 2 000. 10 5 Rhodium. Introduction d'unei/a - 200.analyse instationnaire.Influence des para-:mètres de fonction-:nement sur la torbulence.I'ABACZYNSKI: 8 / / / Turbulence et corn-/ bustion turbulente/ dans les moteursanalyse bibliographiqued'avant 1976.:

5- 8I8LIOGRAPKIE PE 1971 -Alésage x Course (mm)Auteurs ¡ Références : Montages expérimentaux : Taux de compression : Dispositifs de mesures Mesures et résultatsRégimes utilisés (tr/mn)¡ DALE 9 / / / Application de/ l'anémométrie laser:/ à effet Doppler auxmoteurs ¿ combustioninterne.HUTCHINSON : 102 montages : : . 1) 7 X 7Moteur PETI'ER PJ1,: 2) 75 x 60.Diesel, i cylin- : 7dre. . 1) 450 et 550.1 hublot à la ¡ 2) 200.place de l'injecteur.Montage en plexiglas.soupapecentrale.Laser + compteur.Essais de mesurespar anémométrielaser.Comparaison expérienceavec calculs.JAGADEESAN, 11 : Moteur Diesel à in- : . 80 X 110.MURThY jection directe. 12 : 1.1 cylindre. : . 800 1 500.Fil chaud0 10 Im, platine.20 % IridiumL/d - 200.Mesures du vecteurVitesse dans 2plans.Influence de lavitesse de rotstion,du masque dessoupapes et du tauxde compression.WITZE 12 : Moteur WISCONSIN 76.2 x 82,6.1 cylindre 7,25 : 1.culasse en L 500 2 500.Fil chaud : Mesures de l'écou-0 6,3 im platine s lement en 12 points:Iridium, Lid = 238. s du cylindre et dela chambre. ¡Mise en évidence dela turbulence,échelles.Influence de lavitesse de rotation.

6- 5I8LIOGRAPHIE VE 1918 -Alésage x Course (rmn)Auteurs : Références : Montages expérimentaux : Taux de compression : Dispositifs de mesures Mesures et résultatsRégimes utilisés (tr/mn)WITZE13 : Moteur WISCONSIN,1 cylindre.Culasse en forme deL.i hublot dans laculasse.76,2 x 82,6.5,1 : 1.600.Laser + compteur.Fil chaud0 6,3 m platine,iridium, &/d - 238.Cinéma rapide(5 000 images/s)Mesure en i pointde la vitesse tangentielle.Discussion sur lesdifférentes anémométries.Anémométrie laserà effet Dopplerapplicable auxmoteurs à combostioninterne.DYER,WITZE14 . Simulation de lachambre de combustion: propagationd' une f lairgee dansune bombe.///Laser + compteur.Caméra rapide(ambroscopie).Ecoulements sanset avec combustioncomparés (laser).Evolution temporeliede la fiamme(caméra).YEOMAN 15 / / / Application deianémométrie laser:& effet Doppleraux moteurs à combustioninterne.Métrologie.oesMAN, 16 Moteur 7 75 x 60. Laser + compteur. Confrontation avecLLING, Configuration axisy- 3 : i. calcul théoriqueWHITELAW, métrique. io et 200. (différences finies):WAT)INS Orifice ou conduit Structure des écou-:d'admission toujours lements dans les 2ouvert.phases.Admission et échappe-:ment seulement.WIGLEYetHANS17 : . Simulation stationnairede l'écoulement& l'admission.2 culasses testées.Levée de aoupape fixe(7,5 ums).7/Laser + analyseur defréquences.Champ tridimension-:nel complètementmesuré.Comparaison des2 culasses.

7- BIBLWGRAPHIE VE 1919 -Alésage x course (mm)Auteurs : Références : Montages expérimentaux : Taux de compression : Dispositifs de mesures Mesures et résultatsRégimes utilisés (tr/mn)ASANUMA : 18etOBOKATAMoteur è allumagecommandé refroidi parair, i cylindre.Soupapes sur le côté.:Chambre à squish ouauxiliaire.2 hublots diamétralementopposés, dansle cylindre.72 x 59. : Laser + suiveur deSquish : 2,8 : 1, : fréquences.auxiliaire : 4,3 : 1,ou 4,7 : 1.209, 217 et 500.Comparaison desécoulements dansles 2 types dechambres.Comparaison desmodes entraXnéset en combustion.Recherche sur lemeilleur ensemencementpour lesmesures laser.zBRANDL, 19REVERENRIC,CARI'ELLIERI :DENTMoteur Diesel à injectiondirecte AVLtype 520, 1 cylindre.:Conduit d'admissionhélicoi:dai ou tangentiel.120 x 120. Fil chaud, sonde A 218 : 1. fils à 100e l'un de1 100, l'autre.1 700, 2 400.Comparaison desécoulements dans lacavité du pistoninduite par les 2types de conduitd'admission.Corrélation desmesures d'aérodynamiqueavec desessais moteurs.RATTORI: 20 Simulation : souffle-GOTO rie.: :OMIGASI4I:Equipement pour allumaged'une fiamme.///Visualisation Schlierem: . influence des pata-4 mètres, en particulier6e la vitessede l'air surl'allumage parbougie.EKCHIAN, z 21 : Simulation de moteur.:MOULTConfiguration axisymétrique.Fluide - eau.Phase d'admission.81 x (60 à 110). : Appareil photographique:345, 750, 1 500,2 500. z rapide (40 à i 000images/seconde).Etude de la stabilitédes tourbilionsà l'admissionen fonction desparamètres geométriques.Critères de stabilité.RASE 22 z . Moteur OMAN, A 2 cy- : . 90,5 X 76,2. Laser + compteur. Mesure de la vilyndresopposés. z 7 : 1. tesse tangentielleCulasse en forme deL.: . 270, 400 et 800. selon 2 diamètres.1 hublot dans la Cu- Mise en évidencelasse.de variations cycleà cycle.Comparaison de mesuresen modeentramé et encombustion.LUCAS, 23BIJNT,MflN2 moteurs ? à allu- : . 1)mage commandé, 1 cy- : 2)lindre. : . i)4 configurations : 2)possibles de squi.h'.: . 1)110 x 80.70 x 70.8,5 : 1.8 z 1.et 2) : 750, 1 000et 1 500.Fil chaud 10 Um,platine,10% rhodium,l/d-200sondes de ionisationInfluence des diverseffete de"squish" sur lesécoulements turbulents.Corrélations desessai, aérodynamiqueset en combustion.

¡79 (tte) 8Alésage x Course (mm) : sAuteurs : Références z Montages expérimentaux : 'I'aux de compressionRégimes utilisés (tr/mn>WAKISAXA, ¡ 24 : . Moteur â allumage : . 125 x 110.HAMAMOTO, : : commandé, i cylindre.: 7UHIGASHI, : . i hublot dans le ¡ . 600, 900, i 200.HASHIMOTO : : piston.Fil chaud 0 5tungstène.L/d - 240.Appareil photo.Mesures ponctuellesde vitesses combinéesavec photographiesde l'écou-zlenient.Influence des para-:mètres géométriques:sur la turbulence.iiLAWrON,EL.MORI,;NDRK25 s . Moteur WANKEL NSU . s rotatif, 1 rotor. s. /i i qën4ratsur da tuF- i 3 000 - 4 000.i bulanca dana la eon- is duit d'adaisalon, sFil chaud.Influence du générateurde turbulencesur le fonctionnementdu moteur.Observation dedispersions cycleâ cycle.MATI'AVI,GROFF,MATEKUNAS26 : . Moteur transparent : . 92,1 x 76,2. . Cinéma rapide.dessiné par BOWDITUL: . 6,85 : 1. : . Fil chaud.2 formes de chambres : . 1 200, 1 600, 2 000.à effet de squishouverte.Corrélation entremesures en modeentraîné et visuallsationde lapropagation de laflamme.Comparaison desculasses.COLE, 27 . Moteur RICARDO E6 à ¡ . 7 X ? Laser (corrélation de z . Champ des vitessesSWORDS allumage commandé. z . 7 z 1. photons). z à 9 mis en-dessus4 hublots dans le : . 400, 800 et 1 200. du plan de culasse.:cylindre.Influence de lavitesse de rotation:sur les écoulements:Etude de la turbulenceâ la compres-:sion.GIROIS, : 28 : Moteur CHRYSLER : : 7 X 7 : Fil chaud.TIDMARSH : : . 4 cylindres (2 en- : . 8,6 1.traînent les 2 au- : . 1 000, 1 250, 1 500,tres). s 2 000, 2 250 et 3 000.:2 chambres de cornbustionpossibles.Comparaison des 2 ¡chambres de combustion.Importance de laturbulence.¡ . i modèle de pré- ¡diction proposé.ABOU-ELLAIL: 29 z Moteur Diesel â 2 cy- : 7 x 7 Fil chaud. Confrontation desELKOTB lindres (1 cylindre z . 17 : i. Caméra rapide. mesures expérimenentrafnel'autre). : 1 500. tales avec code deChambre sphère. calcul (différences:Admission tangen-finies)tielle.,JOHNS'FON,ROBINSON,RORKE,SMITH,WITZE30 z . Moteur WIScONSIN : . 76 x 83.i cylindre, culasse : . 5,7 : 1.en forme de L. : . 460, 690, 920.i hublot dans laculasse.Laser (Doppler +Raman).Caméra rapide.Description des diversespossibilitéss de mesures à l'intà- ¡s rieur du cylindre.HOHENBERO,HARDENBERG31 : Simulation stationnaire.Thermocouples.sEvaluation des écou- ¡lements mcyens pardes estimations ther- ¡iniques.SPROSTON, 32 s Simulation hydraulique.: . 63,4 X 178,2. Visualisation. Etude de la forma-WOODS s. /s tion de tourbil- zz. / lone à la paroi zs per le piston ¡ zs application èl'évacuation des ¡: gaz brulés. ¡ROBERT 33 : 1) Moteur Diesel : 1) 7 X ? Métrologie, essen-6 cylindres. s 7 tiellement pour la2) Moteur UP Renault. : 1500 tr/mn. ¡ dLermirsatjoxz du2) ? X 7 P.M.1I.12 1.

9- 8I8L1OGRAPtq1E VE 1980 -Alésage x Cougse (me)Auteurs : Références : Montages expérimentaux : Taux de compressionRégimes utilisés (tr/mn)Dispositif s de mesuresMesures et résultatsJOUSSERANDOT:PANNIER34 : Simulation de moteur.Cylindre en plexiglas.Fluide eau.Maquette 2D : largeurpiston 1 96 sen.Compression simuléepar augmentation deniveau d'eau.3 000 tr/mn.Visualisation photographique(filetsfluides colorés).Analyse dee visualisationspour 8 formmu:de pistons différents:RICARDO35 :Simulation stationnaire: . 150 Imu x /Cylindre transparent. :. /Fluide = air.:. /"Vane swirlmeter"impulse swirlmeter".Mesure du "swirl",comparaison desappareils de mesures.Calcul des besoinsen air d'un moteur.WITZE36 : Moteur WISCONSIN é : . 76,2 x 82,6.charge stratifiée et â : . 5,1 : 1.injection directe. : . 600 tr/mn.i cylindre, culasse enforme de L.i hublot dans la culasse.Laser + compteur.Fil chaud, 0 6,3 implatine, 20 % iridium,RId 238.Comparaison de mesuresau laser etau fil chaud.Discussion des diversescorrectionsappliquées au filchaud.ARQUES37 : . Moteur Kouchoul,2 cylindres réunispar un orifice detransfert.Mouvements des pistonsdécalés de25 degrés.1er cylindre : 50 : 12me cylindre : 8 : 1.300 â 1 200.2 fils chaud froidDétermination devitesses et d'échangesde chaleurdans l'orifice, etinfluence sur variationsde pression.Application auxdispersions descycles.MORSE,WRITELAW,YIANNESKIS38 : . Simulation de moteur : . 75 x 60.cylindre en plexiglas: . 2 : 1.Configuration axisy- : . 200.métrique, soupapefixe.Laser + compteur.Mesures des 3 composantesde vitessedans tout lecylindre.2 formes de volutestestées.Comparaison avecdes calculsWITZE39 : . Moteur WIS)NSIN âcharge stratifiée Ainjection directe,I cylindre, culasseen forme de L.i hublot dans laculasse.76,2 x 82,6.5,4 : 1.1 200.Laser + compteur.Influence de l'orien-:tation d'un masquede soupape sur lesvitesses de rotationd'écoulement et surles niveaux de turbu-:lence.GANY,LARREA,SIRIGNANO40 : . Simulation de moteur : . 76,7 X 76,2.cylindre en plexiglas: . 7 : 1.Configuration axisy- : . 31,25.métrique.Laser + suiveur de f ré-:quences.Vitesses axiales ettangentielles danstout le cylindre,jans soupape, avecsoupape fixe et avecsoupape en mouvement.:CORCKILL,BULLOCK,WIGLEY41 : . Moteur â charge stra-: . 7 X ?tjfiée à deux cham- : . 7bree. : . 2 000 tr/mn.1 hublot dans culasse:Laser + analyseur enfréquences.Fil chaud 0 10 Um,Platine. 10 % Rhodin:RId - 225 - 250.Vitesses radialeset tangentiellesdans une section.Comparaison desrésultats laser etfil chaud. 3Corrélations avecdes essais en corn- ibustion.RICEN, 42 : . Simulation instation-: . 75 X 60. Laser. Obtention des profils:VLACHOS, naire : moteur trans-: . 2 : 1. de vitesses moyennesWHITELAW parent en plexiglas. : . 200. dans 9 sections.Orifice d'admissioncentré imposant un

lo- BIBLIOGRAPHIE VE 19S1 -Alésage x Course (me)Auteurs : Références : Montages expérimentaux : Taux de compression : Dispositifs de mesures : Mesures et résultatsRégimes utilisés (tr/mn)RA!V3S.GANYetSIRIGNANO43 : . Simulation de moteurcylindre en plexiglas:Soupape axisymétrique.76,7 x 76,2.7 z 1.31,25.Laser + suiveur defréquences.Vitesses axialeset tangentiellesdans tout le cylindreavec etsans mouvement desoupape.Comparaison aveccalcul théorique.WITZE 44 / / / Confrontation d'expériencesantérieuresavec des codes decalcul.RICARDO 45 : . Moteur E16 Diesel à : . 120,65 x 139,7. Laser + suiveur de Description de l'éinjectiondirecte. : . 16,3 : 1. fréquences. coulement dans lai hublot dans cu- : . 960, 1 440 et 2 400. cavité du piston.lasse.- BIBLIOGRAPHIE VE 1982 -Alésage x Course (mm)Auteurs : Références : Montages expérimentaux : Taux de compression : Dispositifs de mesures : Mesures et résultatsRégimes utilisés (tr/mn)ANCOMANIS, : 46RICEN,WHITELAWMontage expérimentaltransparent en plexi-:glas.Soupape axisymétriqueutile à l'admissionet l'échappement:Piston plat ou avecchambre.75 x 94.3,5 z 1.200.Laser + compteur defréquences.Description del'écoulement suivantla forme dupiston.Analyse selon lesdifférentes phases.:WITZE 47 / / /Conférence sur lesméthodes optiquesapplicables aux moteursà combustioninterne.DIWAI(AR 48 / / /Calculs comparés avecdes travaux antérieursEtude de transfertsthermiques.NAMAZIAN,HEYWOOD:¡49 : Simulation de moteur,: piston carré.82,6 X 114,3.4,8 1.z5,2 z 2.Caméra rapid..Etude de. écoulements:prè. de. segment..Effet sur les imbrulés.

11CHAPITRE IIIINSTALLAT1OISJ V'ESSAIS ET METHOVES EXPERIMEtJTALESI. BANC D'ESSAIS DES MOTEURS ALTERNATIFSL'installation employée s'apparente à un ttbanc moteur"classiquement utilisé dans les industries automobiles. Pour l'essentiel,elle est constituée du moteur à piston de l'essai et d'une machineélectrique destinée à l'entraînement. Tout l'équipement est conçu pourles mesures à l'intérieur du cylindre, les relevés de performances etde consommation n'étant pas envisagés.1.1. DESCRIPTION GENERALE DU BANC (fig. 1)Un moteur alternatif comportant un seul cylindre est particulièreinentadapté à notre étude à cause d'une bonne accessibilitégénérale. Cette configuration a l'avantage pratique d'être souventemployée pour des essais industriels. Aussi, deux moteurs monocylindresdécrits au paragraphe 1.2 ont été successivement testés.Pour nos essais, la machine électrique CEM, d'une puissancemaximale 130 kW et d'un couple 420 mN, entraîne le moteur à piston. Lapossibilité inverse est prévue avec une fonction génératrice de courant.La transmission s'effectue au moyen d'une courroie crantée avec unedémultiplication possible de deux et un coefficient de sécurité de 2,1.Afin- d'atténuer les vibrations, l'ensemble du matériel reposesur une table rainurée liée à un socle en béton armé et isolée du solpar des amortisseurs. Avec une masse totale supérieure à 10 tonnes, lafréquence propre est voisine de 3 Hz.

121.2. DESCRIPTION DES MOTEURS MONOCYLINDRESL'instationnarité des écoulements gazeux dans le cylindre(chapitres IV et V) est étudiée sur un moteur à essence équipant unevoiture de série. A titre complémentaire, une confrontation entre desessais sur moteur et des résultats en régime permanent utilise unegéométrie de moteur Diesel conçue pour les véhicules industriels.Le moteur à essence et à allumage commandé est un monocylindre(fig. 2a) d'alésage 77 mm, de course 84 mm, utilisé en quatre cylindressur la voiture Renault 16 IS. Il se caractérise par des conduitsd'admission et d'échappement quasi rectilignes, par une chambre decombustion de forme hémisphérique disposée dans la culasse et par unpiston plat. Les schémas des tubulures d'admission et d'échappementsont précisés par la figure 2b.De taille beaucoup plus importante (alésage 120 mm,course 145 mm), le monocylindre Diesel fabriqué par Renault VéhiculesIndustriels présente une culasse plate et une chambre de combustionincluse dans le piston (fig. 3). Le taux volumétrique s'établit àenviron 17.Une pompe interne ou un circuit externe d'huile, avecréglage de la pression et du débit, assure la lubrification. De même,une pompe et un échangeur extérieurs refroidissent le moteur.1.3. MODIFICATIONS APPORTEES AUX MONOCYLINDRESAccéder optiquement à l'intérieur des cylindres nécessite1 'implantation de hublots transparents en quartz. Leurs dimensionsmaximales (Ø 14 et 20 mm) sont limitées par des seuils de résistancemécanique. Les figures 2 et 3 indiquent les implantations de ceshublots le long du cylindre et plus particulièrement au voisinage duplan de culasse.Le montage de ces hublots s'est avéré délicat, outre lesproblèmes de résistance mécanique du quartz sollicité par la pression

13dans le cylindre, il faut assurer l'étanchéité de l'eau de refroidissement.Le compromis pour l'effort de serrage a été obtenu empiriquement.Il. DETECTION DES GRANDEURS PHYSIQUESLa caractérisation expérimentale de l'aérodynamique internedes moteurs à pistons est obtenue essentiellement avec un anémomètrelaser à effet Doppler différentiel. Toutefois, à titre complémentaire,pour le moteur de voiture, des mesures ont été effectuées à l'aidedel'anémométrie à fil chaud, cette sonde étant installée à l'emplacementsoit de la bougie, soit du capteur de pression.11.1. ANEMOMETRE LASER A EFFET DOPPLER DIFFERENTIEL (fig. 4)Cette technique a fait l'objet de nombreuses présentations[o,5l,52,53,54,55 }. Pratiquement, le volume de mesure, situé àl'intersection de deux rayons de lumière cohérente générés par unmême laser, est constitué de franges d'interférences. Une particulesolide, portée par le fluide à la vitesse U et traversant le volumede mesure, émet une lumière modulée à la fréquence DopplerqueU= axftelleU = composante de la vitesse, perpendiculaire à labissectrice intérieure des deux rayons laser dans leplan des rayons.B = À/2sin(ei) facteur de calibration, valeuravecconstante pour une longueur d'onde Aet un angle e constants.À -= 514,5 . lo ni longueur d onde du laser Argon.e= angle entre les deux rayons incidents.Un compteur calcule les fréquences Doppler et effectue laconversion en vitesse par la relation précédente, après avoir validéles signaux reçus (méthode des 5 et 8 périodes) par rapport au bruit de fond.

14La cha1ne anémométrique laser comprend les éléments suivantsla source lumineuse monochromatique cohérente générée par un laserSpectra-Physics à Argon (raie verte de longueur d'onde À = 514,5 . 109mde puissance 2,5 W);l'ensemble ôptique DISA 55 X de séparation en deux rayons du faisceauinitial et de focalisation au point de mesurela ellule de Bragg DISA 55 N 10, permettant la détection des vitessesvoisines de zéro avec leurs signes, par décalage en fréquence d'un desrayons incidentsle photomultiplicateur captant les signaux lumineux émis, et lestransformant en signaux électriquesle compteur DISA 55 L 90 chargé de traiter l'information issue duphotomultiplicateur et fournissant la fréquence du signal Dopplerl'ordinateur HP 1000 de stockage et de traitement des données del'acquisition.la mémoire rapide METRIX de stockage à 2 MHz sur 2 kmots.L'ensemencement en particules est possible de deux façonsdifférentes. Du dioxyde-phtalate (Do.P.), par barbotage sous faiblepression d'air, permet d'obtenir des particules liquides d'un diamètrecompris entre 1 et 5 pm. L'utilisation d'un nébuliseur médical rendles mames services, avec une moindre pollution, car le liquide employéest alors de l'eau.Deux appareils supplémentaires mesurent simultanément laposition angulaire du vilebrequin et la pression des gaz à l'intérieurdu cylindre. La première information est délivrée par un codeur optiquede position (marque GRAY, modèle CO 77 D) avec une résolution angulairede 0,7 degré. Un capteur depression à effet piézo-électrique(marque AVL, type 12 QP 300 CV ou S QP 500 CA) enregistre le deuxièmeparamètre.

1511.2. UTILISATION D'UN FIL CHAUD (fig. 5)L'emploi d'une sonde à fil chaud à l'intérieur d'une chambrede combustion de moteur automobile pose tout particulièrement des problèmesde résistance mécanique. Le choix s'est porté ici sur le tungstène,matériau éprouvé aux températures élevées. Le principe de mesure adoptéest celui du fil chaud à température constante.La cha1ne a pour éléments- une sonde supportant un fil chaud en tungstène, de diamètre 10 hm etde longueur 5 mm- une alimentation (à tension constante) DISA 55 DO 1 reliée à la sonde;- un convertisseur analogique-digital PRESTON (12 bits, fréquenced'acquisition maximale 100 kHz) chargé de transformer l'informationcontinue en valeurs discrètes enregistrées par l'ordinateur;Un étalonnage par un tube de Pitot de la sonde à fil chaudest effectué à pression et température ambiantes. Les fréquencesd'acquisition choisies sont de 5 000 ou 10 000 Hz suivant les vitessesde rotation du moteur, elles autorisent une définition temporelle del'écoulement semblable à celle de la résolution du codeur angulaire liéau vilebrequin.Les possibilités d'accès à l'intérieur de la chambre sontfacilitées par la présence de deux alésages dans la culasse, l'un destiné& l'emplacement de la bougie, l'autre au capteur de pression.La nature de la détection fait l'objet du paragraphe IV.

16III. TRAITEMENTS DES SIGNAUX DE MESUREAprès une présentation des aspects périodiques spécifiquesà. l'installation, les moyennes statistiques d'ensemble sont définies.Celles-ci constituent la base des analyses présentées dans les chapitresrv et VI. Néanmoins, quelques moyennes temporelles sont envisagées dansle chapitre V.111.1. PERIODICITE MECANIQUE DU MOTEUR A PISTONLe système piston-bielle-vilebrequin transforme le mouvementlinéaire du piston en mouvement de rotation du vilebrequin. Lorsque lavitesse angulaire de ce dernier est constante, le déplacement du pistonsuit une loi de vitesse (fig. 6)V(t) - r x rsin(wt) sin(2wt)L 2 \JRìr)2 sin2(t)V(t) = vitesse instantanée du piston,r = rayon du vilebrequin,avecL= entraxe de bielle,C)= 27TN/50 vitesse de rotation angulaire du moteuren rd/s,N = vitesse de rotation du moteur en tr/mn,t = temps.La relation n'est pas purement sinusoîdale, mais restepériodique avec un mode fondamental à la fréquence N/60 (Hertz). Ledeuxième terme de la relation est de fréquence deux fois plus élevéeque Te premier mais reste à des amplitudes plus faibles (fig. 6). Ii apour effet de décaler les amplitudes maximales selon le rapport ./rUn tour de rotation du vilebrequin suffit à connattre le mouvement dupiston. Cependant, le fonctionnement du moteur "à quatre temps" faitintervenir l'ouverture et la fermeture des soupapes qui nécessitentdeux tours de vilebrequin pour leur réalisation avec une période égaleà secondes. Le passage du temps à la rotation cX du vilebrequin estdonné para =wt (2tN/50)xt

17111.2. REPERAGES ANGULAIRES UTILISES (fig. 7)Le cycle usuel comprend quatre phases. L'admission et lacompression caractérisent le premier tour du vilebrequin, la détenteet l'échappement le deuxième. Par convention, l'angle de départ constituele début de l'admission, et coThcide avec la fin de l'échappement.Les dénominations IrPoint Mort Haut" (P.M.H.) et "Point MortBas (P.M.B.) définissent les positions extrémales, respectivement hauteet hasse, du piston. Les soupapes d'admission (A.) et d'échappement (E.)s'ouvrent (O.) et se ferment (F.) en avance (A.) ou en retard (R.) visà vis des points morts. Elles expliquent la présence des termes R.F.E.,R.F.A., A.O.E., A.O.A. dans le cadre de la figure 7.Le système de distribution des gaz rend l'écoulement encoreplus instationnaire car l'ouverture et la fermeture des soupapes nesuivent pas des lois simples (voir par exemple figurel2).111.3. DEFINITION DES MOYENNES STATISTIQUES D'ENSEMBLELa périodicité mécanique introduite autorise le calcul devitesses moyennes d'ensemble, à chaque instant a du cycle moteuret sur n réalisations.(a) IEfl i1U(i,a)vitesse moyenne d'ensemble à l'angle moteurvitesse instantanée à l'angle OEdu cycle noi= nombre de cycles dans l'acquisition considéréeLe procédé employé consiste à calculer statistiquement lamoyenne des valeurs de vitesse au même instant de chaque cycle successifet implique un nombre n de cycles suffisamment grand (plus que 100 engénéral , en moyenne 1 000).

18Ensuite, les fluctuations sont essentiellement caractériséespar le calcul des écarts-types u - 12UI =VU2() =fli1Le calcul des quantités moyennes et turbulentes d'ensembles'effectue tous les 0,7 degré d'angle, ce qui représente 1 024 valeurspour le cycle. En réalité, ce nombre est plus faible pour les pointsde mesure situés dans le cylindre à cause du passage du piston auxPoints Morts Hauts (P.M.H.).IV. DISCUSSIONS DES METHODES EXPERIMENTALES DANS LE CAS DES MOTEURS APISTONSIV.l. ANEMOMETRIE LASER A EFFET DOPPLERLa difficulté principale de l'application de l'anémométrielaser aux moteurs à pistons réside dans la qualité optique du signallumineux reçu par le photomultiplicateur. Deux paramètres essentielsconditionnent les résultats.Premièrement, le positionnement du photoniultiplicateurnécessite une méthodologie particulière. Lorsque le moteur tourne,le point de mesure à l'intérieur du cylindre reste difficile à percevoir.Aussi, un réglage statique est-il utflisé en injectant à travers lasoupape d'admission dans le cylindre, une forte concentration de particulesd'ensemencement.La propreté des hublots en quartz constitue le deuxièmeparamètre, du fait de la remontée d'huile de lubrification sur leshublots. Les remèdes choisis ont été la diminution de la pressiond'huile, le rapprochement du hublot au plus près de la tangente ducylindre et l'adoption de segments racleurs appropriés. De plus, laqualité du signal s'améliore nettement quand la température de l'huileest suffisamment élevée ( 50°C). Dans le cas du moteur Diesel, aprèsun certain temps de fonctionnement (' 5 mn), un dépt noiràtre appara1t

19sur la face interne du hublot. L'injection de 2 ou 3 gouttelettesd'huile par le conduit d'admission contribue au nettoyage, mais lemeilleur remède reste le démontage. Ces réglages décrits sont essentielscar un hublot sale introduit un signal lumineux erroné, surtout auniveau des fréquences (fig. 8).Sur le plan de la mise en oeuvre, l'observation des signauxpar la mémoire rapide, le choix des divers gains, de la bande passanteet de la fréquence de Bragg, conditionnent la qualité des résultats.Un autre problème caractérise l'application de l'anémométrielaser dans les moteurs à pistons. En effet, à l'intérieur du cylindrerègne un milieu aérodynamique très inhomogène. Ainsi, des différencesimportantes du nombre de particules apparaissent selon l'emplacementdes points de mesure mais également suivant les différentes phases dumoteur. Les écarts peuvent atteindre un rapport de 20 à 30 entre lesphases d'admission et de détente (fig. 9). En l'absence de combustion,il n'est pas apparu de problème particulier au niveau de la formationdu point de mesure, les deux rayons se coupant, mame en présenced'inhomogénéités d'indices optiques du milieu.IV.2. MESURES AU FIL CHAUD A TEMPERATURE CONSTANTEDétecter un signal lié à une vitesse de fluide au moyen d'unfil chaud, à l'intérieur du cylindre, est connu comme un problème trèscomplexe [ 3, 5, 6, 7, 36,411. Les variations de pression et de températureinfluent nettement sur le signal enregistré tout particulièrementau point mort haut (fig. 10).Une étude systématique de la métrologie fil chaud pour cetype d'application n'est pas notre objectif. Pour renforcer la détectionde la vitesse, la température du fil (,.i9O) a tout d'abord été portéenettement au-delà de la température maximale atteinte par l'air (.s6o').Seulement le faible rapport longueur/diamètre du fil ("o 300) n'est pasfavorable à de telles augmentations, à cause des pertes de quantités dechaleur par conduction dans les broches [6,57].

20Un processus couramment utilisé par les expérimentateurs dela bibliographie est d'effectuer une correction empirique en températureet en pression dans la loi d'échange du fil Nuf(Re ) . En comparantdes mesures au laser et au fil chaud, t1ITZE [36] montre que ce procédépeut être insuffisant à cause des fortes variations thermiques rencontrées.La démarche adoptée ici repose sur l'observation de la figure 10où une certaine relation appara1t, vers le P.M.H., entre signal depression et signal fourni par le fil chaud. Une correction simpleconsiste à rajouter au signal brut une quantité proportionnelle à lapression, rendant les vitesses autour du P.M.H. de l'ordre de grandeurdes amplitudes mesurées juste avant et après les variations de pression.Cette procédure ne donne pas les écoulements moyens exacts mais nemodifie pas la turbulence, car le signal proportionnel à la pression etrajouté à la vitesse fluctue très peu (< 0,5 %).IV.3. COMPARAISONS DES ANEMOMETRIES LASER ET FIL CFIAUD DANSLEUR APPLICATION AUX MOTEURS A PISTONSDans la bibliographie, deux auteurs mentionnent des mesuresd'aérodynamique interne avec les deux types d'anémométrie. Il s'agitdes travaux de WITZE [13,36] aux laboratoires SANDIA et de CORCKILLet al [41] aux établissements AERE HARWELL. L'utilisation des deux typesde détection dans notre étude, associée aux conclusions bibliographiques,conduit aux constatations suivantesLe laser est avantageux car il ne perturbe pas le milieu fluide, larelation entre la vitesse et la fréquence mesurée est linéaire et ladétection de chaque composante de vitesse avec son sens est aisée.Cependant, la présence de bruit de fond dans le signal, l'accèsoptique généralement réduit et le caractère aléatoire d'arrivée desdònnées constituent les inconvénients essentiels.Le fil chaud est apprécié pour la continuité du signal obtenu.Par contre, la fragilité et les difficultés d'étalonnage rendent sonutilisation délicate pour les applications moteurs.

21CHAPITRE IVSTRUCTURE VES ECOULEMENTS INTERNESI. INTRODUCTIONNous nous proposons, dans ce chapitre, d'exposer les résultatsexpérimentaux obtenus dans le cylindre et dans la chambre de combustiondu moteur de la voiture RENAULT 16 TS décrit précédemment (chapitre III).L'accessibilité optique du monocylindre et plus particulièrementla présence des deux hublots diamétralement opposés permet l'utilisationde l'Anémométrie Laser à effet Doppler en diffusion avant. Cependant, ladimension réduite des fenetres et les problèmes métrologiques évoquésau chapitre III limitent notre analyse à deux points situés dans le ftdu cylindre. C'est pourquoi, afin d'explorer la zone non optiquementaccessible que constitue la chambre de combustion, le choix s'est portésur l'anémométrie à fil chaud.Les expériences ainsi réalisées donnent des informations à lafois quantitatives et qualitatives sur le comportement des écoulementsgazeux à l'intérieur du cylindre et de la chambre. L'évolution temporelle(paragraphe II), l'inhomogénéité spatiale (paragraphe III) desécoulements et l'effet du paramètre "vitesse de rotation du moteur"(paragraphe IV) sont analysés.

22II. EVOLUTION TEMPORELLE DES ECOULEMENTS11.1. LES ECOULEMENTS MOYENSa.) Mewte da..n, Le. aLnd't.e..Comme indiqué sur la figur& 11, la situation géométrique despoints de mesure autorise la mesure des composantes axiale et radialede la vitesse. Par convention, les valeurs axiales sont positives de laculasse vers le piston, le sens positif pour les radiales étant déduitdu précédent par la rotation d'angle + .&..Pour un régime de rotation N de 500 tr/mn, et des enregistrementssuccessifs des deux composantes pendant 8 minutes, nous effectuonsdes moyennes d'ensemble sur 2 000 cycles (figsl2. etl3 ). Les tracésdonnent une première idée du comportement général des écoulements selonles différentes phases.A l'admission des gaz, les déplacements du piston et de lasoupape conditionnent essentiellement les vitesses moyennes.La phase de compression est le siège d'amplitudes plus faiblespratiquement indépendantes de la remontée du piston.L'analyse de la fin du cycle semble plus délicate. Cependant,son intértest, dans notre étude, minimisé du fait de l'entraînementextérieur du moteur. En effet, dans le cas d'un fonctionnement réelles évolutions de la pression et de la température induites par lacombustion modifient sans aucun doute les écoulements de détente etd'échappement.A partir de ces premières courbes, deux représentations pluscomplètes de l'évolution temporelle de l'écoulement ont été .tracées.La figure 1 donne le vecteur de composantes UE et VE auxdifférents ins-tants du cycle repérés par l'angle moteur . Le modulecorrespondant est disponible sur la figure suivante.

23A l'admission, le remplissage du cylindre s'effectue environjusqu'à loo degrés d'angle moteur et le jet issu du conduit présenteun angle de pénétration de 13° par rapport à la verticale descendante.Une très forte liaison entre mouvement du piston et écoulement apparaît.On observe la quasi coincidence des maxima des vitesses du fluide(84° pour et 7Vpour ) et de la vitesse du piston (76°) (fig.l5 )ainsi qu'une prépondérance de la composante axiale devant la composanteradiale . Pour a supérieur à 1200, un quasi équilibre apparaîtavec conservation d'une direction constante du vecteur vitesse.La décroissance en module du vecteur vitesse observée dès lemilieu de la phase d'admission continue pendant toute la phase de compression(fig.1S ). Le mouvement de l'air plutot radial au début de cettephase devient progressivement axial avec un sens contraire à celui dumouvement du piston (fig.14 ). On observe donc un écoulement de recirculationau voisinage du plan de culasse.Après le passage du piston au point mort haut, les comportementsdeviennent beaucoup plus complexes. Pendant la phase de détente (figs 16et 17) les sens des mouvements du piston et de l'air sont opposés audébut puis identiques ensuite. L'ouverture de la soupape d'échappementintroduit, au point de mesure considéré, un accroissement brusque desvitesses. Au voisinage du point mort bas, le piston ayant une vitessenulle, les mouvements radiaux sont privilégiés.b) MewLe, da3 ti c,hambn.e. de. e.ombut,Lon.Il est important de rappeler à ce niveau l'inconvénient del'anémométrie à fil chaud constitué par le manque d'informations surla direction et le sens des vitesses mesurées (cf. chapitre III, § IV.3).Toutefois, un premier examen des signaux délivrés par des fils chaudsplacés sur les axes de la bougie et du capteur de pression (figs 18et 1J) permet de retrouver l'ordre de grandeur des vitesses et l'alluregénérale des courbes.Les très forts maxima de vitesse correspondent à l'ouverturedes soupapes, les points de mesure étant immédiatement au voisinage deces pièces.

2411.2. CHAMP DES FLUCTUATIONS DE VITESSEa.) Me,uj.eA dan Le. ctjUndxe..Les figures 12 et 13 présentent les écarts-types u etdes vitesses axiales et radiales définis à partir des moyennes d'ensembleselon le procédé décrit au chapitre III.A l'admission, les valeurs les plus élevées de uet v'sont centrées régulièrement sur les zones de gradient des vitesses moyennesIJE et VE [58,59]. Par contre, à la compression, uet v gardentdes valeurs sensiblement constantes non négligeables devant des valeursmoyennes (1,5 m/s, UE" 1 m/s, 1,5 m/s, VE 1,5 mIs). Deuxremarques peuvent contribuer à la compréhension de cette évolutionparticulière pendant la compressionUne approche du type "turbulence de botte" sans vitessemoyenne porteuse pourrait etre retenue [60] étant donné la petitessedes moyennes UEet VE . Cependant, il conviendrait de vérifier cettehypothèse dans tout le domaine et de prendre en compte les effets decompressibilité. Or, HUNT [61] a montré par le calcul, avec uneapproche de distorsion rapide, que le déplacement du piston peut plusque doubler les valeurs efficaces des fluctuations initiales.Ces valeurs relativement importantes de uet v soulèventla question du choix des moyennes utilisées [7,62]. Dans notre cas,l'utilisation de moyennes d'ensemble introduit dans les fluctuationsles variations à basse fréquence entre différents cycles successifs.Comme il sera vu au chapitre suivant, cette contribution parasitereste limitée à moins de 10 %.Durant les phases de détente et d'échappement, les écartstypesuet v représentés sur les figures 12 et 13 évoluent avec plusde complexité qu'en début de cycle comme déjà indiqué pour les vitessesmoyennes.

25Après de faibles valeurs au milieu de la phase de détente(400 à 450 degrés d'angle moteur), l'augmentation des quantités uet vpeu avant l'ouverture de la soupape d'échappement (A.0.E.) estnon négligeable. En fait, la formation de fines gouttelettes mises enévidence par WITZE [13] à la fin de la détente pourrait expliquer cettecroissance de la turbulence.Dès l'ouverture de la soupape d'échappement (A.0.E.), unécoulement fortement cisaillé doit apparattre en provoquant l'augmentationdes fluctuations. Mais celle-ci est de courte durée car, dèsle Point Mort Bas (P.M.B.), les quantités u et diminuent de façoncaractéristique.Dans le seul but d'une meilleure compréhension, nous effectuonsle tracé,pour les deux phases d'admission et de compression,du vecteur de composantes (u ,v)(fig.2O). Ainsi, lorsque l'angleformé par l'abscisse et le vecteur est de 45°, les quantités u etsont égales. Afin de respecter la géométrie du système et de resterproche de la représentation vectorielle des écoulements moyens, lacomposante axiale uest portée par l'ordonnée et la radiale v parl'abscisse. Les écarts-types étant des valeurs positives, seuls ladirection et le modüle (fig.20) du vecteur ont de l'importance.La distribution régulière de et son inclinaison de 45° indiquentune présomption à l'isotropie du champ des fluctuations. Le comportementdu vecteur à la détente et à l'échappement est globalementidentique à celui des deux premières phases mais reste plus désordonné(fig. 21).b) MewLe. da.tu ¿z ch.ambL'évolution temporelle des écarts-types (en deux pointsde la chambre), présentée sur la figure 19, pendant l'admission,montre deux extrema toujours liés aux gradients de vitesse moyenne.Par contre, aucune remarque sQre n'est possible pour les troisdernières phases.Les quantités présentées sont en général plus faiblesque celles obtenues par anémométrie laser (cf. § iI.1.a). Les différencesde métrologie peuvent toujours intervenir, mais dans ce cas laraison première réside dans l'éloignement voulu des points de mesure.

26III. INHOMOGENEITES SPATIALESDes limitations au niveau de la détection ont réduitl'exploration spatiale à deux points relativement proches l'un del'autre.111.1. INHOMOGENEITES DANS LE CYLINDRELes deux points choisis pour l'étude de l'inhomogénéité spatialedans le cylindre sont situés l'un au-dessus de l'autre, à2 millimètres d'intervalle (fig.11 ), le point le plus bas étantcelui où ont été réalisées toutes les mesures présentées jusqu'ici.Malgré la proximité spatiale, les évolutions des vitessessont différentes (fig. 22 ), tout particulièrement à l'admission. Danscette phase, le point le plus bas se trouve dans une zone d'écoulementsdébitants alors que deux millimètres au-dessus,l'écoulement axialdemeure essentiellement opposé au déplacement du piston. Des vitessesaxiales très petites existent pendant 60 degrés d'angle moteur (de 60a 120 degrés) pour le point le plus haut. Durant les autres phases, lesdeux points semblent se trouver dans un mame écoulement dominant. Cependant,quelques différences d'amplitudes et un faible décalage temporelpersistent.La figure 23 permet la comparaison des écarts-types aux deuxpoints considérés. Contrairement aux observations précédentes, lesdifférences de comportement de la turbulence entre ces deux points sont limitées.A l'admission, au point le plus haut où le mouvement moyenaxial est faible, les fluctuations atteignent une valeur importantequi décroît ensuite à la compression.En conclusion, la région proche du plan de joint de culassesemble être une zone de forts gradients pour les vitesses moyennesaxiales où l'écoulementreste très turbulent.

27111.2. INHOMOGENEITES DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTIONLa mesure des vitesses par anémométrie à fil chaud dans lachambre de combustion a lieu en quatre points situés sur l'axe ducapteur de pression et en deux points disposés sur l'axe de labougie (fig. 18). Les intervalles choisis sont toujours de 5 mm. Quatreinstants représentatifs de la phase d'admission (= 45, 90, 135et 1800) sont examinés (fig.24 ).Une très forte inhomogénéité spatiale est encore observéemême pour ces points de mesure situés au voisinage immédiat de laparoi. L'écoulement entrant dans la chambre semble se structurer sousla forme d'un jet pariétal particulièrement visible dans l'axe ducapteur de pression. Les écarts-types confirment cette analyse.IV. INFLUENCE DE LA VITESSE DE ROTATION DU MOTEUR NTrois vitesses de rotation N, 500, 1 000 et 1 500 tr/mn ontfait l'objet d'une analyse complète avec le relevé par anémométrie laserdes composantes axiales U et radiales V de la vitesse au cours ducycle et au point des paragraphes II.1.a et II.2.a (X = 14 mm,Y = 35 mm, Z = 4 mm). La plage de variation de N a été élargie pourla composante axiale entre 250 tr/mn et 2 250 tr/mn.IV.1. ECOULEMENTS MOYENSLes résultats obtenus indiquent, pour les trois régimesétudiés, une conservation du mouvement moyen pour les deux premièresphases Admission-Compression (fig. 25), et un comportement plusdésordonné lors des phases Détente-Echappernent (fig. 26).Plus précisémentA l'admission, l'évolution du vecteur est globalementla même pour les trois régions, plus particulièrement dans le voisinagede = 750, où l'on observe des directions identiques. Cependant, il

28ne semble pas exister de relation simple entre l'augmentation de modulede (+ 37 % entre 500 - 1 000 tr/mn ; + 10 % entre 1 000 - 1 500 tr/mnàa = 75°) et le régime de rotation du moteur. Nous noterons de plus,dès l'ouverture de la soupape d'admission, l'évolution particulièrede l'écoulement qui s'accélère d'autant plus rapidement que le moteurtourne plus vite.A la compression, comme dans la phase précédente, lemouvement moyen se conserve aux différents régimes, mais sans proportionnalitéavec la vitesse de rotation du moteur (modules identiquesentre 500 et 1 000 tr/mn ; + 30 % entre 1 000 - 1 500 tr/mn pour lesvaleurs maximales). Quel que soit le régime, l'écoulement tend à prendreune direction axiale privilégiée, dans le sens opposé au déplacementdu piston.A la détente, seule une zone située entre aet = 450° se conserve et s'amplifie avec N. Une augmentation dumodule des vecteurs directement proportionnelle à N est observée endébut de phase.A l'échappement, le mouvement moyen, dans le sens opposéà la remontée du piston, s'accentue quand le régime augmente.Une synthèse est donnée par la figure 27 volontairementlimitée à la phase d'admission et au moduleUE de la composante axiale.Il apparaît encore, pour ce point de mesure situé dans le cylindre,un manque de liaison immédiat entre Oet N . Pour plus de conclusion,il conviendrait de disposer de toutes les vitesses dans une sectiondroite du cylindre afin de faire porter la comparaison sur un débitinstantané.A titre complémentaire, une analyse dans la chambre de combustionsur l'axe du capteur de pression a été réalisée. Le point de mesurese situant dans le jet issu de la soupape d'admission, une quasiproportionnalité entre UE et N s'observe (fig. 28).

29IV.2. VITESSES FLUCTUANTESDe la même manière que pour les mouvements moyens, nous avonschoisi une représentation vectorielle pour juger de l'influence de lavitesse de rotation du moteur sur la turbulence (figs 29, 30). Le vecteurreprésenté a pour composantes u(écart-type axial) et vE'(écart_typeradial).Durant les phases Admission-Compression, l'allure généraledes courbes reste la même quelle que soit la vitesse de rotation dumoteur. Néanmoins, le début de la phase d'admission est marqué, quandN crott, par une augmentation de la turbulence à prédominance axiale.Les phases Détente et Echappement présententla mêmeparticularité que les deux précédentes, c'est-à-dire une évolutiongénérale qui semble peu affectée par les variations de régime. Cependant,les perturbations directionnelles sont nombreuses et augmentent quandle régime croît mettant en évidence, à haut régime (1 500 tr/mn), unedominance radiale vers le Point Mort Bas.V. CONCLUSIONSLes mesures réalisées dans le cylindre (anérnométrie laser àeffet Doppler) et dans la chambre de combustion (fil chaud) nous ontpermis de mettre en évidence un certain nombre de résultats expérimentaux,représentatifs de l'écoulement moyen et fluctuant à l'intérieurdu moteur.En résumé,- L'ouverture des soupapes, particulirement à l'Admission,génère des mouvements à prédominance axiale. Les zones d'écoulementsdébitants deviennent, dès la compression, d'importantes zones derecirculation s'amplifiant avec le régime du moteur.- Dans la chambre de combustion, les vitesses moyennes élevéessont associées à des fluctuations limitées, alors que dans le cylindre,

30et plus précisément dans la zone proche du plan de culasse, l'existencede forts gradients introduit une augmentation de la turbulence.- De fortes inhomogénéités spatiales règnent à l'intérieurde tout le domaine étudié.- Enfin, la vitesse de rotation du moteur semble affectersensiblement la structure de l'écoulement dans le cylindre.

31CHAPITRE VCARACTERISATIOM VES INSTATIOHNARITESLes mouvements d'air mesurés au laser dans le cylindre (fig.31 )ou au fil chaud dans la chambre de combustion (fig.32) font appara1tredes différences de comportements d'un cycle à l'autre. Cette observationest encore plus marquée pendant les phases de compression et de détente,c'est-à-dire quand les deux soupapes sont fermées. Outre la turbulenceclassique de la mécanique des fluides stationnaire, la non répétitivitédes cycles doit etre considérée et chiffrée.I. CARACTERISATION DE L'INSTATIOMNARrTE CYCLE A CYCLE A L'AIDE DE MOYENNESTEMPORELLESL'observation de cycles successifs incite à rechercher desvaleurs représentatives propres à chaque cycle. Effectuer des moyennestemporelles dans chacune des réalisations constitue un moyen de comparerles cycles entre eux. Le calcul de la moyenne temporelle s'effectuecomme suitiavec les notations suivantesUT(i,,L.\) moyenne temporelle, au cycle î , à partir del'angle O , sur l'intervalle angulaireiU ( i,13 ) = vitesse instantanée enregistrée au cycleà l'angle 3

32Avec cette définition, étudions l'évolution de lamoyennetemporelle 1 i, a,Acx ) en fonction du numéro i des cycles successifs,pour un angle moteur a = 600 et trois intervalles angulaires(10, 60, 2400). L'observation s'effectue d'abord pour les mesuresobtenues au laser, puis au fil chaud.1.1. MOYENNES TEMPORELLES EFFECTUEES A PARTIR DES MESURESOBTENUES AU LASERLa figure 33 représente les moyennes temporelles d'un cycleà l'autre, pour une vitesse de rotation de 500 tr/mn. Les amplitudesdes variations atteignent 3,4 ; 2,4 et 2 m/s, pour , respectivementégal à 10, 60 et 240 degrés. Ainsi, même pour une grande partie du cycle,la convergence vers une valeur nulle n'a pas lieu. Il appara1t ici desperturbations à l'échelle de temps du cycle, donc à des fréquences trèsfaibles (8 Hz dans ce cas) vis-à-vis des fréquences habituellementélevées de la turbulence en mécanique des fluides (de l'ordre de 1 000 Hz).Pour une vitesse de rotation du moteur plus élevée, l'évolution cycliquedes moyennes temporelles conserve la même tendance, avec évidemment desamplitudes plus élevées (fig. 34).1.2. MOYENNES TEMPORELLES EFFECTUEES A PARTIR DES MESURES AUFIL CHAUDLes phénomènes de biais inhérents aux mesures laser incitentà effectuer le même traitement sur les mesures fil chaud. Le caractèrealéatoire d'arrivée des particules d'ensemencement dans le volume demesure constitue une première source de biais. Le déroulement du cyclemoteur lui-même a tendance à favoriser la population en particules dansle cylindre à certains moments, par exemple l'ouverture des soupapes,et crée une deuxième source de biais.En un point situé dans la chambre de combustion, au voisinagede l'emplacement du capteur de pression, les évolutions cycle à cycledes moyennes temporelles présentent des variations semblables à cellesdu paragraphe 1.1 précédent (fig. 35). Quoique les phénomènes de biais

33soient supprimés, les variations cycle à cycle des moyennes temporellespersistent avec les me-sures au fil chaud. L'information est égalementgéométrique car elles ont lieu autant dans le cylindre que dans lachambre de combustion.L'observation de l'évolution temporelle de la vitesse au coursd'un cycle fait appara1tre deux types de fluctuations (fig. 36). Lorsqueles soupapes sont ouvertes, les fortes variations temporelles observéessont typiques de la turbulence en mécanique des fluides. Il s'agit desgrandes amplitudes autour de la valeur moyenne à fréquences élevées.Lorsque les soupapes restent fermées, c'est-à-dire aux phases de compressionet détente, les fluctuations à amplitudes et fréquences élevéesn'apparaissent pas, et l'écoulement dans son ensemble peut s'écarterfortement de la moyenne statistique.1.3. CARACTERISTIQUES DE L'INSTATIONNARrTE CYCLE A CYCLELe calcul des moyennes temporelles peut être étendu sur lecycle complet, avec pour chaque cycle i, la quantité Ti)telle que720U(i)U1(1,O,72O)1 ) U(i,9)720 °L'évolution de U(i )en fonction du paramètreidonneles mêmes résultatsque précédemment (fig. 37). Les mesures obtenues au fil chaud dans lachambre de combustion offre l'avantage de la continuité complèteun cycle.surUn essai de quantification de l'instationnarité cycle à. cyclepeut être fait en comparant les moyennes U(i ) successives à. une valeurreprésentative des n cycles de l'acquisition. Cette quantité typiquedéfinie de la manière suivanteesttti =n 720) U(i1)720 i1 0

34avec les notations suivantesUtotai= valeur moyenne globale caractéristique de l'acquisition;U(i,)= vitesse instantanée à l'angle du cycle in= nombre de cycles enregistrés.Elle représente la moyenne temporelle de toutes les valeurs des n cyclesde l'acquisition. Elle est d'ailleurs identique à la moyenne de toutesles valeurs(j)carUn720i i) U(i,)total - n 720 On 720Utot;liin[i720cx=Ou(i,a)]Utot&l=(í)Dans le cas de la figure 37 , la moyenne totale U a pourtotaLvaleur 8,44 rn/s. Quoique le nombre de cycles enregistrés (ici 190) soittrop faible pour une analyse en fréquence, une période approximative del'ordre de 3 à 4 cycles appara1t, correspondant à une fréquence de3 à 4 Hz à la vitesse de rotation utilisée (ici 1 500 tr/mn). Le moyend'évaluer la variation cycle à cycle est de calculer l'écart-typeA -des diverses valeurs moyennes U a partir de Utot1et d'en déduire le taux de fluctuation I.Aj_ULiLOtLLflni1U01U0)21112

35Les valeurs de l'écart-type et du taux de fluctuation dansl'exemple de la figure 37 sont respectivement de 0,116 rn/s et de 5,5 %.Les résultats montrent l'importance de la variation cycle à cycle aupoint de mesure considéré.Pour une information spatiale, desmesures situées dans lachambre de combustion et sur l'axe du capteur de pression subissent lesmêmes traitements (fig. 38). Les valeurs obtenues confirment le résultatprécédent car elles indiquent un taux de fluctuation cycle à cycle comprisentre 5 et 7 %. Cette variation de cycle à cycle paraît ainsi non négligeable,et peut être une des origines des variations de combustion d'uncycle à l'autre observées depuis longtemps dans les moteurs à explosion,surtout ceux à allumage commandé [63].Afin de conna1tre la contribution de chacune des phases ducycle moteur à ce phénomène, le traitement déjà utilisé est appliquéséparément à l'admission, la compression, la détente et l'échappementavec présentation des vitesses moyennes et des écarts-types propres àchaque phase. Les résultats, résumés sur la figure 39, montrent que lesvariations cycle à cycle sont les plus importantes à la compression età la détente, c'est-à-dire au moment où les soupapes sont toutes lesdeux fermées.II. CARACTERISATION DES INSTATIONNARITES A PETITES ECHELLES - TURBULENCE11.1. C0RRELAT0NS TEMPORELLESLes mesures effectuées au fil chaud dans la chambre de combustionpermettent de calculer des corrélations temporelles. Le nombre sansdimension R(t,t+ T), appelé "coefficient de corrélation temporelle",informe sur la dépendance des évènements aléatoires aux instants t ett +t. Les variables aléatoires considérées ici sont les quantités u(t)et u(ti-')déterminées de la manière suivanteu(t)U(t)- Ufluctuation de vitesseU (t)-------.vitesse instantanée à l'instant t- vitesse moyenne statistique

36On remarquera que dans entrent en compte les variationscycle à cycle. Cette influence reste inférieure à 10 %, comme observéau paragraphe I.ct) RaeLo Ca4 de. L oufLeinen;t 4.tat-LonnaL'te..Pour un écoulement stationnaire et ergodique, la vitesseest indépendante du temps, et la moyenne statistique peut être remplacéepar la moyenne temporelle. Dans ce cas, le coefficient de corrélations'écritR( t,t +T)= u(t) .u(t+T)Le produit u(t) * u (t'r) doit donc être moyenné sur nréalisations de la même expérience, pour avoir une signification statistique.La probabilité des deux variables aléatoires u(t) et u(t+T)ne dépend pas explicitement des instants t et t+'t, mais seulementde leur différenceR(t,t-t--r) R('r)La moyenne temporelle remplace ainsi la moyenne statistique carti2u(t).u(t)=fTu(t).u(t+T)dtffr)et permet de travailler sur une seule réalisation de l'expérience.b) Ca4 de. L 'eowe.me.n..t vzita-tLonnaLte. 'toe. au mo.te.wt.En écoulement instationnaire, les procédures statistiques sontun outil privilégié. Pour appliquer la notion de corrélation temporelleà l'aérodynamique interne, une hypothèse et une définition s'imposent.En effet, les quatre phases du cycle constituent une unitétemporelle de base de fonctionnement du moteur. Si l'on admet l'hypothèse,pour la turbulence, de l'indépendance d'un cycle vis-à-vis desautres, alors chaque cycle constitue une réalisation indépendante del'expérience. Le calcul des corrélations temporelles s'effectue alorsde la manière suivantea) u() .Vuap. Vua+&)1

37avec u(a). u(a+ a) inu ( ,) = U(i / ci) U()fluctuatjon de vitesse à l'angledu cycle ;ouU(i,cx)= vitesse instantanée à l'angleOE du cycleiU (cx) =vitesse moyenne d'ensemble à l'anglen = nomire de cycles considérés (suffisamment grand).Les quantités utilisées pour adimensionnaliser u(). u(OE+a)sont lesvaleurs d'ensemble Vj4x)qui représentent respectivementles écarts-types aux angles moteuret tX+.Il est impossible de s'affranchir de ces deux informationscomme en écoulement stationnaire où aCed2 serait égal à u(+ a)L'étude de la dépendance en et en s'avère alors nécessaire.Cependant, le comportement de R(.+ oc) en fonction deLtdépend essentiellement de chacune des phases du cycle du moteur. Eneffet, la décorrélation est rapide pour des angles appartenant auxphases d'admission et d'échappement alors que la turbulence reste pluslonguement corrélée pendant les phases de compression et de détente,les courbes R(f(L) tendant moins rapidement vers O (fig.IO).L'évolution du coefficient des corrélations R(, +en d'autres points montre que les conclusions précédentes se conserventdans l'espace (fig.41 ). Les mesures aux quatre points situés à l'emplacementdu capteur de pression confirment que, à l'admission (angle choisiici = 45°), la décorrélation est rapide alors qu'à la compression(ici = 225°), la turbulence reste corrélée plus longuement.

3811.2. ECHELLES INTEGRALES DE TEMPS DE LA TURBULENCEAfin de rendre compte globalement des corrélations entre lesévènements turbulents, les échelles de temps caractéristiques ont étécalculées. L'aire de la courbeRfu,+a)f(4c) représente l'échellede temps @Tintégrale, c'est-à-dire l'ordre de grandeur des duréesde passage des structures turbulentes en un point. Aux angles moteursconsidérés (= 900, 270°, 450° et 6300) dans chaque phase du cycleà la figure 40 , les échelles de temps intégrales respectives sonterde 0,42, 1,87, 2,89 et 0,69 millisecondes. Elles confirment que lamémoire de la turbulence est plus importante quand les soupapes sontfermées, c'est-à-dire à la compression (e1 1,87 ms) et à la détente(e1= 2,89 ms). L'évolution de eTen fonction de l'angle moteurest indiquée sur la figure 42. L'ordre de grandeur des échellestemporelles est de 0,5 ms quand les soupapes sont ouvertes (admissionet échappement), et de 2 ms quand les soupapes sont fermées (compressionet détente). A titre de comparaison, les études effectuées parCHABERT [1 ii montrent que les échelles de temps intégrales dans unécoulement stationnaire à l'intérieur d'un cylindre de moteur Dieselsont comprises entre 0,3 et 0,8 ms. Ces valeurs recoupent bien cellede 0,5 ms déterminée ici en soupape ouverte car CHABERT simule laphase dadmission avec des conditions semblables pour l'écoulement.Les mêmes constatations demeurent à tous les régimes derotation du moteur ( e1 admission et échappement > e.1,compression etdétente). De plus, les échelles temporelles décroissent quand le régimedu moteur augmente (fig. 43). A l'admission (ici = 450), la décroissanceest monotone, mais à la compression (ici = 225°) la variationest beaucoup plus rapide entre 250 et 1 000 tr/mn puis s'affaiblitaux régimes supérieurs.Cependant, si, au lieu de considérer l'échelle temporelle,nous utilisons l'échelle angulaire à l'aide du changement . = (Qton observe des valeurs constantes à l'admission et également à la compressionà partir de 1 000 tr/mn (fig. 44). L'ordre de grandeur de ceséchelles est de 4 degrés d'angle moteur à l'admission et de 11° à lacompression. Aux faibles régimes du moteur (de 250 à 750 tr/mn), la

39mémoire de la turbulence à la compression devient très importante,de l'ordre de 200 d'angle moteur.Les résultats du calcul des corrélations temporelles montrentque l'hypothèse de 1'indépendance des cycles est à peu près vérifiée.En effet, la décorrélation de la turbulence à la fin de l'échappementest extrêmement rapide, le temps intégral de la turbulence ne correspondqu'à 4 degrés d'angle moteur. L'interaction entre deux cyclessuccessifs est très faible et rend cohérent le calcul des corrélationstemporelles.Donc, la turbulence générée à l'admission influe peu sur celleexistant pendant la compression. Par contre, il n'en est pas de mêmepour les mouvements moyens.11.3. ECHELLES INTEGRALES DE LONGUEUR DE LA TURBULENCEQuand l'écoulement est stationnaire, il est possible dedéduire les échelles intégrales de longueur à partir des échellesintégrales de temps. L'hypothèse de "Taylor" permet de relier lalongueur et le temps par une grandeur caractéristique de l'écoulement,ici la vitesse moyenne localeLiJ xL= échelle intégrale de longueur,avecéchelle intégrale de temps,U = vitesse moyenne au point considéré.L'hypothèse suppose que la turbulence est gelée pendant untemps assez long () pendant lequel elle est. convectée par lavitesse moyenne. Dans les conditions d'écoulement du moteur, cettehypothèse n'est pas garantie. Néanmoins, cette procédure peut êtreemployée pour connaître l'ordre de grandeur des longueurs caractéristiques(fig.4S ). L'évolution en fonction den'est pas simpleavec tendance à l'accroissement quand les soupapes sont fermées. Lesrésultats à l'admission (1,5 < L < 6,5) coIncident bien avec les tra-(mm)vaux de CHABERT [1 1 donnant des échelles de longueur comprises entre 2et 7 mm pour des conditions stationnaires.

40L'influence du régime de rotation du moteur sur les échellesintégrales de longueur n'est pas particulière à l'admission mais sembleassez faible à la compression à partir de 1 000 tr/mn (fig.L.5).Evidemment, toutes ces conclusions, ainsi que l'utilisationdu terme de turbulence, doivent être considérées globalement en raisonde la description choisie au paragraphe 11.1. De plus, l'importancedes fluctations u devant les valeurs moyennes D (souvent dans unrapport 0,2 à 0,5) pourrait conduire dans l'avenir à une rediscussionde la décomposition en moyenne et fluctuation.

41CFIAPTRE VICOMPARAISONS V'ECOULEMENTS STATIONNAIRES ET INSTATIONNAIRESI. DISPOSITIFS DE MESURECHABERT, MELINAND, FEUGA et CHARNAY [64] ont obtenu, en 1979,une caractérisation des écoulements stationnaires générés par leconduit d'admission hélicoidal (fig.47) du moteur Diesel R.V.I. 120-145.L'installation utilisée était un "Banc Volutes" (fig.48 ) simulant laphase d'admission. Cette soufflerie comporte un ventilateur aspirantde l'air à travers le conduit et un caisson intermédiaire jouant lerole de chambre de tranquillisation. Un cylindre en plexiglas en avalde la culasse permet l'utilisation de 1 'anémométrie laser pour lesmesures de vitesse. L'écoulement a été décrit finement sur une longueursupérieure à un diamètre avec un débit de 109 m3/h et une levée desoupape de 4 min. Les résultats mettent en évidence la bidimensionnalitéde l'écoulement et la présence d'importantes zones de recirculation.Afin de rendre compte des effets instationnaires dûs ausystème soupapes-piston-bielle-vilebrequin, le moteur Diesel R.V.I. 120-145 équipé de la culasse déjà utilisée au banc volutes fait l'objetd'une étude spécifique.Une description détaillée a été donnée dans le chapitre III ( I).Les définitions des axes de coordonnées Oxyz, ainsi que les directionset sens des composantes de vitesse axiale U, radiale V et tangentielle Wsont les mêmes dans les deux manipulations (fig. 49). Les mesures devitesses instationnaires sur le moteurentra1né, pour une vitesse de rotation de 1 000 t/mn.R.V.I. 120-145 ont lieu en mode

42II. RESULTATS DE MESURES AU BANC MOTEUR R.V.I. 120-145Les champs aérodynamiques instationnaires sont relevés surdeux diamètres situés dans deux plans distants de 28 et 77 mm du plande culasse avec une direction donnée par la figure 3. Une analysedans le temps et dans l'espace est proposée.11.1. EVOLUTIONS TEMPORELLESElles consistent à représenter les différentes moyennesd'ensembles t4 , et turbulentes V', en fonction de l'instantd'observation dans le cycle. Par commodité, on adopte des tracés enfonction de l'angle moteur a . Cette méthode permet de bien apprécierl'importance des mouvements dans chaque phase.Un exemple de représentation est fourni par la figure 50,aux points situés à 75 mm de la paroi sur les deux diamètres explorés.Le passage du piston au point mort haut entraîne la disparition de ladétection par occultation visuelle pendant 80 degrés sur un tour devilebrequin pour le diamètre le plus proche du plan de culasse et de160 degrés pour l'autre. En ces points de mesure, nous constatonsd'importantes variations temporelles des vitesses. Les contributionsdes composantes axiale U et tangentielle W paraissent du même ordre.11.2. EVOLUTIONS SPATIALESL'analyse spatiale de l'écoulement serait très lourde avecla description précédente. Nous choisissons donc la représentationspatiale de l'écoulement, à différents instants au cours du cycle. Lesévolutions des vitesses axiales et tangentielles sur les deux diamètres,rassemblées surune même figure,montrent le type de comparaison envisageable.L'angle moteur est de a = 900, correspondant à une observationau milieu de la phase d'admission (fig. 51). Les amplitudes des vitessesmoyennes axiales sont généralement plus petites que celles desvitesses tangentielles WE . La volute d'admission des gaz,hélicoldale,favorise les mouvements tangentiels. Par ailleurs, les amplitudes desvitesses, sur le diamètre situé à X = 28 mm, sont plus faibles que celles

43sur le diamètre d'abscisse X = 77 mm. L'hypothèse de conservationdu débit n'est pas mise en défaut, car, probablement, l'inhomogénéitédes mouvements dans le cylindre rend les profils de vitesse différentsd'un diamètre à l'autre d'une mjne section.Les quantités et semblent moins inhomogènes dansl'espace sauf au voisinage des parois (fig. 51). Quels que soient lacomposante et le diamètre considérés, les valeurs sont importantes visà-visdes grandeurs IT et .Mame lorsque les quantités moyenness'annulent, les écarts-types restent élevés et à peu prés identiquesà ceux obtenus ailleurs.11.3. COMPORTEMENT PARTICULIER DE L'ECOULEMENT MOYEN A LACOMPRESSIONL'écoulement moyen pendant la compression intéresse toutparticulièrement les motoristes, car il conditionne la combustiondans les moteurs Diesel en fonctionnement réel. Contrairement à laphase d'admission (11.2), les mouvements des gaz à la compressionprésentent des caractéristiques bien marquées. Les figures 52 et 53concernent respectivement les vitesses moyennes tangentielles etaxiales.Entre le début de la phase de compression, à l'angle moteur= 1800, et le moment où la mesure est encore possible (c'est-à-direpresque en fin de compression, aux angles moteurs a = 310° et = 2700c'.pour les deux niveaux choisis), les vitesses tangentielles varient quasilinéairement le long des deux diamètres explorés (fiq.52). Cettepropriété est vérifiée dès le début de la compression (cL = 1800) pourle diamètre le plus éloigné du plan de joint de çulasse, les effetsaérodynamiques dûs à la proximité de la soupape étant alors amoindris.Ainsi, l'hypothèse de rotation en bloc des gaz à l'intérieurdu cylindre, très souvent utilisée par les ingénieurs Diesélistestrouve une confirmation directe. Les centres de rotation restent trèsproches de l'axe du cylindre (y = 60 mm). Les vitesses angulaires

44équivalentes, relevées sur les deux diamètres et à trois instants,sont comprises entre 2 000 et 3 000 tr/mn, soit 2 à 3 fois le régimedumoteur.Des amplitudes beaucoup plus faibles caractérisent les vitessesmoyennes axiales, surtout au voisinage du plan de culasse où les valeursn'excèdent pas 6 rn/s. Cette observation, déjà entrevue à l'admission,confirme la prépondérance des écoulements tangentiels générés par laforme hélicoidale du conduit d'admission des gaz. De plus, l'orientationaxiale n'est pas constante dans le temps et dans l'espace.ru. COMPARAISONS DE L'ECOULENENT STATIONNAIRE (BANC VOLUTE) ET DEL'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE (BANC MOTEUR)Plusieurs résultats antérieurs incitent à mener des comparaisonsplus fines entre les écoulements observés sur le banc volute et sur lebanc moteur. En effet, les échelles intégrales de temps restent globalementdu même ordre de grandeur dans les cas stationnaire et instationnaire(II. 2, cft. V). De même, l'importance des quantitésV,Vpropres aux fluctuations vis-à-vis des grandeurs moyennesUetVse retrouve dans les deux situations ( 11.2, ch. VI) E7,.12I. Sur leplan pratique, une telle comparaison concerne particulièrement lesmotoristes qui utilisent le banc volute pour concevoir les culasseséquipant les moteurs de série.111.1. COMPARAISONS DES PROFILS DE VITESSES MOYENNESLes moyennes statistiques des vitesses mesurées dans lesécoulements stationnaire et instationnaire sont comparées sur lesfigures 54 et 55. Pour la composante tangentielle VÇ les distributionsle long des diamètres apparaissent tout à fait ressemblantes d'un casà l'autre (fig. 54). Une première comparaison porte sur le profiltransversal relevé dans le moteur pendant la phase d'admission (c = 800)à 28 mm du plan de culasse et sur les profils de vitesses stationnairescorrespondant à X = 25 et 40 mm. Le même accord se retrouve plus enaval dans le cylindre C X = 77 et 80 mm). Pour la composante axiale(fig. 55 ), on notera néanmoins une très mauvaise concordance des profilsles plus éloignés du plan de culasse. Pour ce qui est des amplitudes, le

45Ainsi, même avec le. piston et les soupapes en mouvement,les vitesses moyennes tangentielles au milieu de l'admission sontconvenahlement simulées par celles mesurées en écoulement stationnaire.Pour les vitesses axiales, l'analogie demeure au début de la phased'admission (a = 50°) mais semble altérée plus après (a = 90°). Uneinfluence du mouvement axial du piston et des différences de levéesde soupapes pourraient être incriminées.111.2. COMPARAISONS DES PROFILS DES ECARTS-TYPESLes figures 56 et 57 rassemblent respectivement les comparaisonsdans les directions y et x. Les ressemblances sont moins marquéesque pour les mouvements moyens mais restent significatifs. Les écartstypesmesurés au banc moteur prennent en considération des fluctuationssemblables à la turbulence mesurée au banc volute mais tiennent compteégalement des mouvements instationnaires et éventuellement de variationscycle à cycle. De plus, l'ordre de grandeur identique des quantitésturbulentes et des valeurs moyennes constitue un autre résultat importantà tirer de ce travail expérimental

46CHAPITRE VIICONCLUS IONSCe travail sur les écoulements dans les cylindres et leschambres de combustion de moteur à pistons a été abordé expérimentalement.L'objectif était de recueillir un premier ensemble complet demesures associé à des interprétations de base, pour un moteur entraînéextérieurement.Du point de vue expérimental , nous avons recherché unediversité des détections et des caractérisations. En plus de la mesurede la pression dans le moteur, les vitesses de fluides sont obtenues paranéniométrie laser et estimées par anémométrie à fil chaud. De rnme pourles traitements, il a surtout été introduit des moyennes d'ensemble maisaussi des moyennes temporelles. Les fluctuations de vitesse sont décritespar des valeurs efficaces conventionnelles, des écarts de cycle à cycleet des échelles intégrales.Trois caractéristiques et conclusions essentielles se dégagentde l'ensemble de l'étudeLes deux géométries utilisées sont identiques en tout pointà celles existant dans les moteurs fabriqués en série. De la sorte, lesrésultats obtenus sont directement utilisables dans le milieu industrielautomobile.Pour les écoulements, des différences d'un cycle à unautre sont mises en évidence, même sans combustion. Ainsi, il apparaît,

47en plus des fluctuations de type turbulent, des instabilités àgrandes échelles de temps, contribuant pour 5 à lo % aux amplitudestotales.3) En ce qui concerne la phase d'admission, les résultatsdes essais dans le moteur et d'essais antérieurs en régime permanentapparaissent coThcider. Si l'analyse de ce fait reste à approfondir,sur le plan pratique l'utilisation d'essais stationnaires pour lesvolutes d'admission se trouve justifiée.allumage commandéA un autre niveau, nous avons relevé dans le moteur à- de fortes inhomogénéités spatiales du champ de vitesses,aussi bien dans le cylindre que dans la chambre de combustion- pour les fluctuations de vitesses, des échelles intégralesde temps indiquant que la turbulence générée à l'admission influe peusur celle existant pendant la compression, ce qui n'est pas le cas desmouvements moyens- à l'intérieur du cylindre, un champ aérodynamique qui nesemble pas se conserver lorsque la vitesse de rotation moteur varie.Dans le cas du moteur Diesel pendant la phase de compression,un mouvement de rotation presque uniforme de l'air est nettement mis enévidence dans tout le cylindre.Les prolongements naturels de ce travail sont évidemmentmultiples. Au niveau des interprétations, un recours à des analysesdimensionnelles est à envisager. En ce qui concerne l'expérience,l'extension du domaine de mesure passe par le perfectionnement des accèsoptiques.

hublotsmoleurpl stontrans mi ssiOrsocleFig. i - Banc d'essais des moteurs à pistons. Aérodynamiqueinterneṃoteur electrique

240orifice pour capteur de pressionorifice pour bougie/Culasse!/'VEorificepour HublotPMBCOCylindrePistonDETAIL DES VOLUTESADMISSION - ECHAPPEMENT/ECHAPPERENT i ADMISSIONFig. 2a- Cylindre et chambre de combustion du moteur de la voitureRENAULT 16 TS. Implantation des hublots.

gilf'e-- s-,_a1,; ;CarburateurCulasse032mm/EN8OEchappeinentFûtCylindre /Potd' échappementit'I'a------1JCaissonensemencemtImEnsemencement (D,.. )r.Fig.2b - Conditions externes de fonctionnement ; tubulures d'admission et- I 4-. t?rrrTrrr lIZ InC

culbuteurscul asse(_.admissi onéchappementfhublotscylindreembrèvements de soupapehublotchambrede combustion-- e!- - -'\%ov.-A s--. M"pistonFig. 3 - Cylindre et chambre de combustion du moteur de camion Rvi 120-145.

ANÉMOMETRIE LASER "DOPPLER" TRAITEMENT DIGITALy CELLULE i MOTEURDE BRAGGI 1-MONOCYLINDRECOMPTEURDISA55 L90MEMOIRERAPIDEMETRIXLASER 5W HOPTIO.CAPTEUR DEPRESSIONORDINATEURHP 1000"MOTEUREN TRAIN E"MOTEURELIIC-TRIQ1UECODEUR DEPOSITION(Lcc=.7!)STOCKAGEFi2.4 - Aérodynamique interne des moteurs à pistonsà effet Doppler.Anémométrie Laser

MOTEURMONOCYLINDREfil,SondechaudANEMOMETREDISA 55D01CONVER-TISSEUR A-D"PRESTO N"1CAPTEUR DEPRESSIONORDINATEURHP 1000MOTEUREL$C-TRI Q!UECODEUR DEPOSITION(L\ct=7°)IifTOCKAGEJFig. 5 - Aérodynamique interne de moteurs à pistons : Anémométrie à filchaud.

15Vitessedu PIStOfl(m/s)105o-590 i:' 270 6O 450oangle moteur-lo15Vitesse du piston (Modes i et 2)15 (mis)lo5o_____de_____90 iÌ'i1'60 45e moteur-5-1019. rrde-15A --1ntiön tmoore11e de la vitesse du piston. Les 2 modes.

t'4 U vitesse (m/s)IIIiII£I, I___ IÀLeve de" Isouape L5IIIIAOE481°IIsIqIsIsI,sIsangle oteur :(mm)A0Aj699°I-loMHO°RMB18OMHz36OMB5LO'PMH72O°Admission_>CompressionDétenteEchppe ment >Fig. 7 - Repérages angulaires utilisés. Vitesse du piston et levées desoupapes.

fIfLJiHUBLOT PROPREiI1vI11'IdlHUBLOTSALEFig. 8 - Signaux Doppler suivant les conditions expérimentales (hublotpropre ou sale)

Nombre departicus/interva11e de Q,70e1

AVITESSE INS TANTA NEEFIL CHAUD (mis)PRESSION(bars)1510.i...:ç.PressionIvs.Jss.-10-s''t ,Isf._II5.,.sP1)hI:'t'¡ IeJoIs,k< ECHAPPEMENT )o- Influence de la pression sur le signal mesuré par le fil chaud.

EErHublotcotétransmissionCul ssePoint de mesurex=l2mmy=3SmmZPlan de jointd - cu lasseyPoint de mesurex=l4rnmy=35mmz= 14mmHublot cotédistributionPistonPMBWIBieLleTuCylindre vude dessusHqbLotycptéalimentationhuileFig. 11 - Situation géométrique des points de mesure par anémométrie laserdans le cylindre.

20loeIIIRF4239°jLev4esouj apeIedeIIss1i- ---- i IIsteurI.sIIIIIsIsIsIaxiale. Moyenne d'ensembleUE Vitesse -20I IIII21°s IssO'MHMBMHAdmission + Compression >fVALEUR MOYENNEDetente'ENSEMBLEMBPMHEcha p pementHVitesse axiale. Valeur RMS d'ensembleRFE 210RFAw239°(mis)PMB PMH PMB PMH- VALEUR RMS D'ENSEMBLE'ic,' 12 - rcmncqnt i1 c1 1 iit ail rcrint X = 14 mm V =

Vitesse radiale. Moyenne d'ensemble (m/s)VE20 RE 21° RF2lolo201H ,4dmisson B compressionH Détente MBEchapperÌnt HI I VALEUR MOYENNE D'ENSEMBLE IVEoPMHIVitesse radiale. Valeur RMS d'ensembleo21-qPMBRFA2'ssssssssesssssssssssssesssssi(m/s)VALEUR RMS D 'ENSEMBLEsAOE-481°;s Is IssssIssss IsAOA699°pssssss,s,.5% sit..'"'1''eseseesssI, essssss-s 5 ssangle moteurs,__ -- .- I - -_...,-a -'PMHPMBIsssFig. 13 - Composante radiale de la vitesse au point X = 14 mm,/ = 35 mm,

=UEVecteur vitesse VEVAPoint de mesureadmission23 o40khappme ntIl\216 rn/s \22mi '1.65m/s \O.85m, \Om/sV1-O.85m/s '4-1.65m/s ,=-22m/s \2i6nvaltp/sLevée deIoupape L5unités:1UoY1rnì101J t(mm)\\ IVI'ADMISSIONCOMPRESSION.30 15 60 75 90 105 120 135 150 165 ibo 195 210 225 210 255 270 285 300Fig. 14 - Evoluti temporelle de l'écoulement représentation vectorielle. Point X= 14 mm, 3(= 35 mm, Z = 4 mm.N = 500 tr/mn. Admission-Compression.

VP(vitessedupiston ).3nge moeur30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 10 195 210 225 240 255 270 285 300Fig. 15 - Evolution temporelle des amplitudes axiale , radiale etdu module du vecteur vitesse . Point X = 14 mm,/= 35 mm, Z = 4 mm.. N = 500 tr/mn. Admission-Compression.

-*U/ecteur vitesse vjPointdeE mesureal mission240/"chappementit'.\L2.16m/sV,-22mi\1.65m/sVO.85rn,V Om/sSm/s V-1.65 rn/sVjz -22m/s V-2.16mìt1lomm)DETENTEVECHAPPEMEN Tunités :i rn/sV> O1U>O+lm/sLevée desoupape L5Yw4'OS 420 435 5O 465 480 495 510 525 Ej40 5'55 5'70 5'85 6'ÙO 615 6Á30 45 6O &75Fig. 16 - Evolution temporelle de l'écoulement représentation vectoriellePoint X = 14 = 35 mm, Z = 4 mm.N = 500 tr/mn. Détente-Echappement.

-3405 420 435 450 465 480 495 510 525 540 555 570 585 600 615 630 645 660 675Fig. 17 - Evolution temporelle des amplitudes axiale et radialeet du module du vecteur vitesse . Point X = 14 mm,= 35 Z = 4 H = 500 tr/mn. Détente-Echappement.

Coupe A-A.saxe bougieEchellei\Vue de dessusvolantt ransmission"__ sCoteoupapeechappernent- . . . hCote distribution'e,ACapteASoupapeadmissionFig. 18 - Situation géométrique des points de mesure. Anémétrie à filchaud dans la chambre de combustion.Points 1, 2, 3, 4 dans l'axe du capteur de pression.Points 1, 2 dans l'axe de la bougie.

J\U,V' (m/s)taaIaaRFE 2t° RF29°IaIafaa,tI$IIssIaIaIseI eta$$ aiaes,a s tasaI'IsIDUÑ0E481°CAP!EUR DPRESSIONsIsa$ siaIaIIIIeIaAOi699°IIIssp 9 Irjrt:sISIsas1RFE- 21°o sU, Vrn/s)IRFA239°IIssOE'48t°FIL DANS L'AXE DE LAs BOUGII.ssssDDVI I j IsOseOA0A699°eISIJIaIstj.i as.Ii$G.a it sI i s 1d 5L.,II sII I s sI s IO I e s$--- I_w__. sf s I sss72EFig. 19 - Signaux délivrés par le fil chaud. Moyennes et écarts-typesd'ensemble sur 200 cycles. Point n° 2 dans l'axe de la bougieet du capteur de pression. N = 1 500 tr/mn.

Vecteur-.,, u' =mesure¿=2.16 m,t V:2.2m,t V4ß5mi frOB5rnd Om, V-OE85m,t V-1.65m,tIV-22m/s-2.16m,k(mm)dreconvv4unitesV1mìt1m/sADMISSIONCOM PRESSIONLevée de spupape45 60 75 90 105120 135 150 165 180 195 210225 240 255 270 285 300 315Evolution temporelle du vecteurv, v, Vo2+v2 (m/s)ADM ISSION.v;1L VÜ2v2COMPRESSION04cC, angl.e moteurI n n -60 75 90 105 120 135 150 165 10 195 210 225 240 255 270 285 300Evolution temporelle des modules.Fig. 20 - Evolution temporelle des fluctuations: représentation vectorielleet amplitudes. Point X = 14 mm, = 35 smi, Z = 4 mm.N = 500 tr/mn. Admission-Compression.

Vecteur turbulent vPoint de mesureu. iThtitU iiIV2.16miV22m,t V:1ß5m, V=OßSmit'zQm/sp0%-O25m.t V?.1ß5m/tDETENTEECHAPPEMENT11i/AiiL(mm) V 1m_direction deOVV9Evolution temporelle du vecteurV:-2.2rrt/ V-2.16m,tLeve desou pipeU5 /420 435 450 465 480 /.95 510 525 E,0 555 570 585 600 615 3U 545 bbU bE CHAPPEMENTa0 angle motur1.05 4201.35 450 465 1.80 495 510 525 Si0 555 570 585 600 615 630 61.5 660 675Evolution temporelle des modules.Fig. 21 Evolution temporelle des fluctuations: représentation vectorielle

JE(m/s) axiale)Em 21°RFA=239°A0E481°AOA69)IIIIspttgeIIIVìtee du pistoneItIIpIs i IsseIsIsIIisIIs.PIIsseJ..ADMISSIONPoint de cordonnées x = 12 mmi, y = 35 mm et z 4COMPRESSIONDETENTE *z ECHAPPEMENT720UE(m/s) axialePoint de coordonnées :x = 14 mm, y = 35 mm et z = 4 mmFig. 22 - Inhomogénéités spatiales des écoulements. Comparaison des

)frlaxiale (mis)PFE 210seI . Ișss . seI=0s. '.L..iIIRF239csSsi. .%. i'.,1 e 5b. i SsIt . 5ssi. ss.s.5 .s I 4..I, sṣIIIses5.sseSes180. .PPoint deiIIIIIIsS..SSOE=48 1ssssss. s.iSse.ssIe:ssss..II: s:.iui . '. SS.IS5.,%S'i'.1; .aSsS?...bs'Sisss.! i I. ,. ,angle moteur60 PB40coordonnées : x = 12ssAÇA699°mm, y = 35 mm et z = 4 mmss:sIsIIssIseIss720°ADMISSIONCOMPRESSIONDETENTEECHAPPEMENTopriaxiale (mis)FE= 21'seIIeIIstItispIstttOIeIeeOOIIS. .I s'fs18RF2. 9°IIIssSiIsIIssesssIssI$i.oIII.SsIIIIIIISsAOEB4S 1°55S i..4 5-s..sIes. ssSI.5 - a:' :S s' ssSee,.SIa.Ie,,.s I eI s.i tIi ..b - ':'ioses.?..f% 's,anqie moteurAc699°Point de coordonnées x = 14 mm, y = 35 mm et z 4 mmsFi.23 - Inhomogénéités spatiales des écoulements dans le cylindre.Comparaison des fluctuations axiales en deux points distantsde 2 mm.n X = 14 mm. Y 35 mm. Z = 4 mm.

FIL chaud30 (m/s)AXE DUCAPTEUR DEloVF[ chaud(m/s).a 15oa 90òa135*a:180'20PRESSIONQ-10N*-.----------*3points de 1.mesure (.ilmm)points de 4mesure20NNAXE DE LA BOUGIE 5NN2 >.points demesureio2points demesureFig. 24 - Inhomogénéités spatiales des écoulements dans la chambre decombustion.Points 1, 2, 3, 4 du capteur de pression.Points 1, 2 à la bougie.Admiaic,r N = I CÛ

Vecteurite1se VVPjt de mesureliii:2i6 mi :O85m,t \Om, V1-OE85mi \fr..1ß5mi :-2.2rn/s \-2.16rva°loLevée deADM ISSIONoupape L5iités:1toT 1miCOM P RE SS IONj N500 tr/m ncr3Q 1.5 60 75 90 105 120 135 150 165 lB0 195 210 225 260 255 270 285 3orVEV;1..32rT.t V:4.4Orr V:3.29TTV V1.69rrVs Vm,t V:-169m/s V:-3.29m, \:-L.LOr V.L32 rrVs11Levée de soupape L5lo(mm)ADMISSIONCOMPRESSIONi rn/sunités :j0>0i rn/sN :1000 tr/mn45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 286 303 3f5*/"ILSm.4 \S6m, V-4S4m V-2SI.rr vbm# V:.2SI.m, V-494m.' V-6.6mì V:-L:.'4 0L5d'i'', I'Levée+ADMISSIONCOM PRESS IONN=l500tr/mna'I30 45 60 75 90 105 120 136 160 165 180 195 210 226 240 255 270 285 3'OFig. 25 - Influence de la vitesse de rotation N (tr/mn) du moteur.

AVecteur vitessei2.16 rn/siiV.-22rnit 1E5m/s O95m, YOm/s \-O85m1s \-1.65rn/s V-22rn/s V1-2l6rMt5.lo.I(rnrn)DETENTEN= 500 tr/mnEHAPPEMENT\Levee deunith : 1tiosoupape L¿ lmicI"-405 420 43 1.50 ¿5 480 495 510 525 4O 55 5O BbS 6X) 65 60 65 60 6/5- VL32nWLOrr V3.29rn's \.S9rrVs Vrn/s V.%.59rn/s V:-3.29rn,t -Lßn -h2 rrsoloL(mm)DETENTE1mv>ounités : '1O>oLevée de soupape L,IN =1000 tr/mnLOS 1.20 1.35 450 1.65 1.80 496 Sb 525 51.0 556 570 585 600 615 630 61.5 660- 'Ç:SL.rM \.6rr's Vë91.rM \bm/s Vf2.S4rrw's BLtT V-6.&m/s V.SLCI.DETENTEECI-tAPPEMENTLevée de soupape L55-unitkv>oloi(mm)- -JN =1 500 tr/mn1.20 435 1.50 465 ¿80 1.95 510 525 51.0 555 570 585 bJ0 615 630 61.5 650 6 5CI°

250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250Fig. 27 - Influence de la vitesse de rotation N (tr/mn) du moteur sur lesamplitudes moyennes axiales. Mesures laser. Point X = 14 mm,y = 35 mm, Z = 4 mm.

302010-250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250Fig. 28 - Influence de la vitesse de rotation N (tr/mn) du moteur sur lavitesse moyenne. Mesures fil chaud, point n° 2 au capteur depression. Admission.

.ut=v1Vecteur turbu(.yiPoint d. mesuread rnssionI23 24 /tchappem.ntIIjiLa2.16mfl »2.2mi jß5m,t VpQ*5mì Om, .-Ok5m,t 4E5mì V2.2m/s Vi41&m,tlo(mm)direct iu deou.V=Vunites:=1m,t:1 Tn/5ADMiSSIONCOM PRESSIONLevee de spupap. LjN5OOtr/mn5. 60 75.V?32YT90 105 120 135 150 165 180 195 210 .225 240 255 270 285 300 315WL4Orr \'3.29rr 1.69rn/s Vmi V-t59rv V:-329mi V-I.J.Orn,tV:.L32 rn/sp10direid - ADMiSSION COMPRESSION/où.L(mm)Levée desauDaDeun i tés: V:1mÍJ,,N=1O OOtr/mnv:lrn/s45 60 75 90 105 120 135 150 iSS 180 195 2t) 225 40 255 270 285 0 .315:6.Z.Brr 6rryt 94m 23Lrn,p m,t V-Z5Lm '-94iM Vr66m4 p.SLBm/slO. drection d ...%'ADMISSIONe 11L/Levée dqsoupape5-COMPRESSIONunités: V:1m/s/J N15DOtr/mnr cr an mr. vx ic mcn iRF 1RÛ mc 21D 225 40 I 85 300 31w j - - i* utw -- - - --cL.Fi.29 - Influence de la vitesse de rotation N (tr/mn) du moteur sur levecteur . Point X = 14 mm, = 35 mm, Z = 4 mm.Admission-Compression.

IVecteur turbuLent v,Point de mesureu:VV2.16 mt Y22mit V1E5rni sQ15mit *OmIt. O85mfl Vp1ßSmh V-2.2rn/s -216mi1tloLi(mm) vtunitéS:lm..,.V1lnvtDE TENTE._.direction de ) / 1ou =V'9 ,ECHA PPEM ENTfN =500 tr/mnLevée desoupape L3o405 420 435 450 455 4a.496 510 525 543 555 570 585 500 615 630 6.45 650 51OVL32n V&4D tT V3.29nt V-1.69rn/s mì V-1.69rn/s -329rnì V-Lflm, V-L.32 rrVspL(mm)direction de yDETENTE/1m,ttés: Vmì1ECHAPPEMENTI N=l000tr/mnLevée de soupape L55o'f /4,1 11/ 'Z, ,n inc cm c 600 615 630 645 .60 675A*5.Sm/s V4mt V251.m.' pprnis ';_S4mflDETENTEECHAPPEMENTV-6.$rn,tIN=1 500 tr/mnlo;(mm)direction deouVVFLVéÍ deunitéssoupape L5i rn/soJ / /Jl 71/ìILí 1ii 111Ìi'ii/AIA.405 420 435 450 465 480 495 510 525 .40 555 570 585 600 615 630 645 660 67Fig. 30 - Influence de la vitesse de rotation N (tr/mn) du moteur sur levecteur . Point X = 14 mm, Y = 35 mm, Z = 4 min.

Vitesse instantanée. Cycle n° iRFE= 21°RFA=239°aU (m/s)aaIseIe.seessaIIIssessIeIDI FERENCEOE-48 lCYCLEtee..'ses..'.er.asIIniIIIIIangle motesssIssssVitesse instantanée. Cyle n°RFE= 21° RF 239e3. + iA0E48 1°eu: (m/s) Issess ..s...IeIss.aaI IssIsesaIsIIIIIIIIsacyrLEI..- s u:'.5%..essssssssIsss:ii+1i añile i1f assesIseseIsSI=-( admissionleecompressiondétente_''T:échappementFig. 31 - Différences entre deux cycles successifs. Mesures laser,'.1

Vitesse instantanée. Cycle n°iRFE= 21°/s)ssIII$I4IppII1,Ies$ssseIsIICYCLEAOE=481°AO=699°- P =72dssIpsepIIeei$IststeIIaIsDiFFERENCES))))Vitesse instantanée. Cycle n°i +RFE=sssitp- I210 R=Z39'(m/s)sIsI,pIIseseIIseIssIsIItIOptik;IIOE=48 1°CLE ni+1,sIstetseIsssstIIIIsIIIIA04699IIIIIIsIsIIsIssIs$IeIIIsso)ri = ° Pi =1B° Padmissiontoinpressionodt en tePMechappernent--=72EFia. 32 - Différences entre deux cycles successifs. Mesures fil chaud,

100 200i, N° des cyclessuccessifs10UT(m/s)=6O°si2hm/sN=500tr/mnoloT(m/s)Iloot2LON° des cyclessuccessifs100 200k, N° des cyclessuccessifsFis. 33 - Evolution cycle à cycle de moyennes temporellesi X = 14 mm. V = 35 mm. 2 = 4 mm.t

201011 rn/s20tJT( ni/'s)I Aa=60°,100 200i, N° des cyclessuccessifs10mp4I7rn/sN=lBOOtr/mnot100 200k, N° des cyclessuccessifsI10(rn/s)'La=24O0Lm/s-loOjloo200 1, N° des cyclessuccessifsFig. 34 - Evolution cycle à cycle de moyennes temporelles . Point demesures laser, X = 14 =35 mm, Z = 4 mm. N = 1 500 tr/mn.

45UT(m/s)JAct=iû°35V6m/s30.050 100 i, No 15Qdes cyci.es successifs4540T(m/s)A=60°j N =l500tr/rn353m/s30o50 100 i,N° descy'successifs45.T (m/s)La=240°I40rn/s3530.O-50 100 150i, N° des cycles successifs

J (i,a)Vitesse instantanée (mis)RFE 21° RFc239°(a)A0E48 1°ssIIaaIssssssssA0A699°IspsIsIsesesIses$ss=72nglemoteur):ï ( i,)ADMISSIONCOMPRESSIONVitesse instantanée (mis)RFE 21DETENTEECHAPPEINT$essssI$IsI$ItssssDétail de l'AdmissionO$s$sIris4a s s s sW (angte moteur)p :=181Fig. 36 - Comparaison temporelle d'un cycle avec la moyenne d'ensemble.Mesures fil chaud, point n° 2 au capteur de pression.N = i 500 tr/mn.

U total=B.44 rn/sRMS =0.4 Sm/s9/o =5.5%44.rn/sI I I ¡ I I I Ilooi, N° des cycles successifs 200Fig. 37 - Evolution cyclique de la rioyenne temporelle . Mesures filchaud, point n° 2 au capteur de pression. N = 1 500 tr/mn.

10987651+32ii-21mm340Numéro des points demesure(Fil u capteurde pression)Fig. 38 - Variation cycle à cycle dans l'espace. Mesures fil chaud, dansl'axe du capteur de pression. N = 1 500 tr/mn.

302010UIÜtotalI(%)Act = 1800121 %6.7 0/015.9 %11.4%AdmissionICompressionDétente180° 3600 540°Echappement"angte moteur7200Fig. 39 - Niveaux de la variation cycle à cycle par phase. Mesures filchaud, point n° 2 au capteur de pression. N = 1 500 tr/mn.

ioa, ciIci=90°0.50..::0.L2 ms(Admission)o-0.3.90°io R (,+OEaOE+L(degrés) 180°0.5msi a=270°I(Compression )o.,-031 ¡2Ó10R(.a +),+Ldegrés)360°o.5o-0.3.45001.0(a,a+Lct):2.89 msIa=450°I- I i -+(degrés) 540°(Détente )0.501.:: 0.691630°I(Echappement)O-0.34 6300BLLci+Aa (degrés720°pi I I I I 90(degrés)I0° 15° 30° 45° 60° 75°

ioR (,i)-lo 1.50R(a,)+(degrs) 135=225° (Compression)II+(degrés) 3lI I i I0° 15° 30° 1.5° 60°750900(degrés)

3 erims)0Compression*Det nteEcha45 90 135 18G 225 270 315 360 405 450 540 585 630 675Fi9. 42 - Evolution dans le cycle de l'échelle intégrale de temps. Mesuresfil chaud, point no 2 au capteur de pression. N = 1 500 tr/mn.

1.0OT(ms)0510a.=I.5°JI(Admission)N tr/m500 1000 1500 2000 2500 30(ms) *J 225°(ComDression)N( r,Thn)500 1000 1500 2000 2500 30Fig. 43 - Influence de la vitesse de rotation N (tr/mn) du moteur surl'échelle intégrale de temps (en millisecondes). Mesures filchaud, point n° 2 au capteur de pression. N = 1 500 tr/mn.

°T (degrés)252015105oJa=L5°* *(Admission)N (tr/mn500 1000 1500 2000 2500°T (degrés)30252015105o/=225° (Compression)N (tr/m n500 1000 1500 2000 2500Fi2. 44 - Influence de la vitesse de rotation N (tr/mn) du moteur surl'échelle intégrale de temps (en degrés) . Mesures fil chaud,point n° 2 au capteur de pression. N = 1 500 tr/mn. Admission-

15k(mm)105Admission Corn ress ion EchaDoeifent90 135 180 225 270 315 360 /.05 450 495 540 585 630 675Fig. 45 - Evolution dans le cycle de l'échelle intégrale de longueur.Mesures fil chaud, point n° 2 au capteur de pression. N = 1 500 tr/mn.

Lfrnm)lo500 1000N(tr/m1500 2000 250010L(mm)*=225° (Compression)f j t LN (tr/m nl500 1000 1500 2000 2500Fig. 46 - Influence de la vitesse de rotation N (tr/mn)..-------... r:,du moteur sur

CYLI NDRE%12OMMCONDUITD'ADMISSIONSENS DELOULEMENTFig. 47 - Schéma de la volute d'admission du moteur RVI 120-145.

lage (luit:Tube atumnjumpour mesure de.pressionC6ne deraccordPirtilateurventuri.pour mesurede de'bitQCylindre- nid d'abeilles- grille antigérationCaisson detranquilisationTube Verrepour mesurelaserCulasseRéglage leve desoupapeFig. 48 - Dispositif de mesures utilisé par CHABERT [1] : "Banc volutes"(écoulements stationnaires)

LYA[v1J5SJouCYLINDIWxfENs DE 1/ECO) L EM ESOUPAPE'xi6OmrnFig. 49 - Axes de coordonnées et notationsdiamètres. Moteur RVI 120-145.utilisées. Repérage des

Vitesse tangentielle25 RFE:16 RFA:216'2OW -I155Ipm/s),l\__1's_'A D Ed. B L'x28mm- --- x77m(Position axiale)ADA:70L°1'IIp2015105o-5-lo-15-20-25-IPMH:0°Vitesse25 RFE16'H:O°(m/s)(PositionvgAdmissioPM B18 0°axialeRFA=216°Isur les diamètresy=75mmVp(vitessedu piston)P M H =360° PMBSI.0° PMH72Q'W (angle moteur)ADA=484°x:28mm1___x77mm'(Position axiale)ADA =704'B:180° PMH:360° PM8540 Pi½H72OWf tanglemotéur)E-Compression Détente Echappement-.IFig. 50 - Evolution dans le cycle des écoulements axiaux et tangentiels.Moteur RVI 120-145. Diamètres X = 28 min et X = 77 mm.N 1 000 tr/mn.

2 5Vitesses201510mo ennes yLaxe du cylindre190° (Admission,)5o-5i0152025O 20Ic0UEx=28mmx77mm * *(Position axiale)I . IY(mm)40 60 80 100 120(Position sur te diamètre)IoEcarts-types turbulentsVV(m/s)-a=90Admis s ion)x28mm *x=77mm *(Position axiale)ooI20 4OtIY(mm)80 100 120(Position sur le diamètre)Fig. 51 - Evolution spatiales des écoulements à l'admission. Valeurs

20161284o-L-8-12-16-20O(m/s)Ix =28 mm(Position axiale)20 ¿0V1/axe du cylindre1/¿-'P Compressionsa01800210°o 270°* 310°I. Y(mm)80 100 120(Position sur I.e diamètre)2015105WE(m/s)=77 mm(Position axiale)O-5-10Compressiono180°2100270°-15-20OI20 40¡ . Y(mm)80 100 120(Position sur I.e diamètre)Fig. 52 - Evolution spatiale de la vitesse moyenne tangentielle à laM,+-.,,,- i )fl.....i / r Y - V

;TATI0NNAIRES252015loSURE S5O-5-lo-15- 20-25Bo(m/s)x = 28 im= 80°/axe du cylindrex = 77 mm= 90°f Y(mrrìj.20 L.0.. E0 80 100 120(Position sur le diamètre)x = 25 mmX = 40 min1ESURESTATI ONNAIRES/X= 60 mmx = 80 mmW(rn/s)A//I,L .00.00II-LOO- 8.004eI3.-..----- --Fig. 54 - Comparaison des écoulements instationnaires et stationnaires.

252015lo5MESURES 0NSTATIONNAIRES _5-10-15-20-25oUE(m/s)x = 77 inni= 900\X = 28 inni= 500axe du cylindre,Y(mm)20 10 80 100 120(Position sur te diamètre)/x25 imnx = 40 mmx = 60 mmMESURESSTATIONNAIRESx = 80 mmFig. 55 - Comparaison des écoulements instationnaires et stationnaires.Vitesses moyennes axiales.

axe du cyt.indreE SURE SSTATIONNAIRESL.20 1.0 60 80 100 120ì17I (Position sur e diamètre)/ /-.------ ----MESURESSTATI ONNAIRES£'iI/-7I,,'IuI'i/ /x = 25 min40mmx= 60 mmx=BOmm2.00_7'''"1, I/I'fI*4I/11**i, t /', /'t40.ee/ 80.00 /Ø'm)\ f/ /- - -t' I,Fi2. 56 - Comparaisons des écoulements instationnaires et stationnaires.

108V'm/s)axe du cyhndreIESURESSTATI ONNAI RESL6x = 77 nun= 900x = 28 inni(= 70°oa,.Y(rnm)20 LO O 80 100 120(Position sur .e diamètre)iN\'3/= 25 mm= 40 mmESURES£x = 60 mm;TATI ONNAI RESX= 80 mmu (mis)/I///JII4e.eeae.eeFia. 57 - (Ömr racnc r i,mnt inctationnaires et stationnaires.

AUTORISATION DE SOUTENANVu les dispositions de l'article 3 de l'arrêté du 16 avril 1974,Vu le rapport de présentation de MessieursMATHIEUEYZATTRINITEMARTINBIDALLTCHARNAYM. RBER Alainest autorisé à présenter une soutenance de thèse pour l'obtention du titre deDOCTEUR INNIEUR, Spécialité Mécanique.Fait à Ecully, le 20 juillet 1982Le Directeur'E.C.L.ROUX

16-16oI12E (m/s)84o-4-81800Compression 210°-12o 2700* 3100-161+10ȯ io161284o-LUE(m/s)lx =77mm(Position axiale)-8a018002100-122700Compression20 440Jx=28 mm(Position axiale)axe du cylindref Y(mm)80 100 120(Position sur le diamètre)NY(mm)80 100 120(Position sur le diamètre)Fig. 53 - Evolution spatiale de la vitesse moyenne axiale à la compression.-- - .-'.-' n.-,

UNIQUEMENTECL LYON005926