Volvo Powertrain France Romain LE FORESTIER – Benoît LOMBARD Conf Conf é é rence rence SIA / CNAM SIA / CNAM – – Distribution variable Distribution variable – – 27 mars 2007 27 mars 2007 1 DISTRIBUTION ELECTROHYDRAULIQUE / DISTRIBUTION ELECTROHYDRAULIQUE / CARACTERISTIQUES FONCTIONNELLES ET CARACTERISTIQUES FONCTIONNELLES ET AVANTAGES AVANTAGES VOLVO POWERTRAIN FRANCE VOLVO POWERTRAIN FRANCE Romain LE FORESTIER Benoît LOMBARD
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DISTRIBUTION ELECTROHYDRAULIQUE / CARACTERISTIQUES …turbo-moteurs.cnam.fr/publications/pdf/conference4_2007.pdf · 2012. 5. 7. · Mechanical actuation versus hydraulic actuation
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DISTRIBUTION ELECTROHYDRAULIQUE / DISTRIBUTION ELECTROHYDRAULIQUE / CARACTERISTIQUES FONCTIONNELLES ET CARACTERISTIQUES FONCTIONNELLES ET
AVANTAGESAVANTAGES
VOLVO POWERTRAIN FRANCEVOLVO POWERTRAIN FRANCE
Romain LE FORESTIER
Benoît LOMBARD
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Plan de la prPlan de la préésentationsentation
Introduction: les diffIntroduction: les difféérents types de systrents types de systèèmes de commande de soupapesmes de commande de soupapes
Architecture du systArchitecture du systèème HVAme HVA
FlexibilitFlexibilitéé du systdu systèème HVAme HVA
Performances du systPerformances du systèème HVAme HVA
Concept du moteurConcept du moteur
RRéésultats dsultats d’’essaisessais•• Combustion pHCCI par utilisation du cycle MillerCombustion pHCCI par utilisation du cycle Miller
•• Utilisation du swirl variableUtilisation du swirl variable
•• Optimisation de lOptimisation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappementchappement
•• Frein moteur 2 tempsFrein moteur 2 temps
ConclusionsConclusions
RemerciementsRemerciements
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Plan de la prPlan de la préésentationsentation
Introduction: les diffIntroduction: les difféérents types de systrents types de systèèmes de commande de soupapesmes de commande de soupapes
Architecture du systArchitecture du systèème HVAme HVA
FlexibilitFlexibilitéé du systdu systèème HVAme HVA
Performances du systPerformances du systèème HVAme HVA
Concept du moteurConcept du moteur
RRéésultats dsultats d’’essaisessais•• Combustion pHCCI par utilisation du cycle MillerCombustion pHCCI par utilisation du cycle Miller
•• Utilisation du swirl variableUtilisation du swirl variable
•• Optimisation de lOptimisation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappementchappement
•• Frein moteur 2 tempsFrein moteur 2 temps
ConclusionsConclusions
RemerciementsRemerciements
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Distribution Distribution mméécaniquecanique
ArbreArbre àà camescames latlatééralral ouou en en têtetête
FlexibilitFlexibilitéé du du systsystèèmeme HVAHVACalageCalage angulaireangulaire et et durdurééee des des loislois de de levlevééeses de de soupapessoupapes
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CalageCalage angulaireangulaire et et durdurééee dd’’ouvertureouverture des des loislois de de levlevééeses de de soupapessoupapesLevLevéée de soupapese de soupapesVitesse de dVitesse de déépose de soupapespose de soupapes
FlexibilitFlexibilitéé du du systsystèèmeme HVAHVA
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CalageCalage angulaireangulaire et et durdurééee dd’’ouvertureouverture des des loislois de de levlevééeses de de soupapessoupapesLevLevéée de soupapese de soupapesVitesse de dVitesse de déépose de soupapespose de soupapesNombre dNombre d’’ouvertures de soupapes par cycleouvertures de soupapes par cycle
FlexibilitFlexibilitéé du du systsystèèmeme HVAHVA
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CalageCalage angulaireangulaire et et durdurééee dd’’ouvertureouverture des des loislois de de levlevééeses de de soupapessoupapesLevLevéée de soupapese de soupapesVitesse de dVitesse de déépose de soupapespose de soupapesNombre dNombre d’’ouvertures de soupapes par cycleouvertures de soupapes par cycleTemps dTemps d’’ouverture de soupapesouverture de soupapes
FlexibilitFlexibilitéé du du systsystèèmeme HVAHVA
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CalageCalage angulaireangulaire et et durdurééee dd’’ouvertureouverture des des loislois de de levlevééeses de de soupapessoupapesLevLevéée de soupapese de soupapesVitesse de dVitesse de déépose de soupapespose de soupapesNombre dNombre d’’ouvertures de soupapes par cycleouvertures de soupapes par cycleTemps dTemps d’’ouverture de soupapesouverture de soupapesProfil dProfil d’’ouverture de soupapes admissionouverture de soupapes admission
FlexibilitFlexibilitéé du du systsystèèmeme HVAHVA
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Plan de la prPlan de la préésentationsentation
Introduction: les diffIntroduction: les difféérents types de systrents types de systèèmes de commande de soupapesmes de commande de soupapes
Architecture du systArchitecture du systèème HVAme HVA
FlexibilitFlexibilitéé du systdu systèème HVAme HVA
Performances du systPerformances du systèème HVAme HVA
Concept du moteurConcept du moteur
RRéésultats dsultats d’’essaisessais•• Combustion pHCCI par utilisation du cycle MillerCombustion pHCCI par utilisation du cycle Miller
•• Utilisation du swirl variableUtilisation du swirl variable
•• Optimisation de lOptimisation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappementchappement
•• Frein moteur 2 tempsFrein moteur 2 temps
ConclusionsConclusions
RemerciementsRemerciements
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Performances du Performances du systsystèèmeme HVAHVAComparaisonComparaison des des loislois de de levlevééeses de de soupapessoupapes avec un avec un systsystèèmeme de de commandecommande
par par arbrearbre àà camescamesMechanical actuation versus hydraulic actuation at low engine speed
Mechanical actuation versus hydraulic actuation at high engine speed
bas rbas réégimegime
haut rhaut réégimegime
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Précision en position d’ouverture: +/- 2 crdegRépétabilité en position d’ouverture: 3 crdeg
Précision en position de fermeture: +/- 3 crdegRépétabilité en position de fermeture: 3 crdeg
Précision en levée: +/- 0,2 mm (<3,5mm)+/- 0,5 mm (>3,5mm)
Répétabilité en levée: 0,8 mm
Temps d’ouverture: < 3 ms Temps de fermeture: < 3 ms
Performances du Performances du systsystèèmeme HVAHVAPrPréécisioncision et et rrééppéétabilittabilitéé ((moyennemoyenne et et éécartcart--type type àà 100 cycles 100 cycles consconséécutifscutifs))
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Comparatif Comparatif éénergnergéétique des systtique des systèèmes de distributionmes de distributionConsommationConsommation
- Levée ajustable- Temps d’ouverture ajustable- Durée d’ouverture ajustable
- Levée continûment variable- Temps d’ouverture continûment variable- Durée d’ouverture continûment variable- Nombre d’ouvertures par cycle- Forme variable de lois de levées
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Introduction: les diffIntroduction: les difféérents types de systrents types de systèèmes de commande de soupapesmes de commande de soupapes
Architecture du systArchitecture du systèème HVAme HVA
FlexibilitFlexibilitéé du systdu systèème HVAme HVA
Performances du systPerformances du systèème HVAme HVA
Concept du moteurConcept du moteur
RRéésultats dsultats d’’essaisessais•• Combustion pHCCI par utilisation du cycle MillerCombustion pHCCI par utilisation du cycle Miller
•• Utilisation du swirl variableUtilisation du swirl variable
•• Optimisation de lOptimisation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappementchappement
•• Frein moteur 2 tempsFrein moteur 2 temps
ConclusionsConclusions
RemerciementsRemerciements
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Concept moteur Concept moteur –– HVA TGV Simple HVA TGV Simple éétage tage -- EGREGR
Moteur: Diesel 11 litreMoteur: Diesel 11 litre360hp 360hp àà 1800 tr/min; 1750 Nm 1800 tr/min; 1750 Nm àà 1200 tr/min1200 tr/minSystSystèème dme d’’injection: Common Rail amplifiinjection: Common Rail amplifiééBosch Bosch ““APCRS BAPCRS B--samplesample””--6x745cc/30sx1406x745cc/30sx140°°Piston: rapport volumPiston: rapport voluméétrique de 16trique de 16Turbo: gTurbo: gééomoméétrie variable simple trie variable simple éétagetageCommande de soupapes Commande de soupapes éélectrolectro--hydrauliquehydraulique
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Architecture du systArchitecture du systèème HVAme HVA
FlexibilitFlexibilitéé du systdu systèème HVAme HVA
Performances du systPerformances du systèème HVAme HVA
Concept du moteurConcept du moteur
RRéésultats dsultats d’’essaisessais•• Combustion pHCCI par utilisation du cycle MillerCombustion pHCCI par utilisation du cycle Miller
•• Utilisation du swirl variableUtilisation du swirl variable
•• Optimisation de lOptimisation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappementchappement
•• Frein moteur 2 tempsFrein moteur 2 temps
ConclusionsConclusions
RemerciementsRemerciements
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Architecture du systArchitecture du systèème HVAme HVA
FlexibilitFlexibilitéé du systdu systèème HVAme HVA
Performances du systPerformances du systèème HVAme HVA
Concept du moteurConcept du moteur
RRéésultats dsultats d’’essaisessais•• Combustion pHCCI par utilisation du cycle MillerCombustion pHCCI par utilisation du cycle Miller
•• Utilisation du swirl variableUtilisation du swirl variable
•• Optimisation de lOptimisation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappementchappement
•• Frein moteur 2 tempsFrein moteur 2 temps
ConclusionsConclusions
RemerciementsRemerciements
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ContexteContexteConcepts de combustionConcepts de combustion
Moteurs à allumage commandé (Gasoline,
Otto)
Moteurs à allumage par compression
(Diesel)
Homogeneous Charge Compression Ignition
(HCCI)
Partly Homogeneous Compressed Combustion
Ignition (pHCCI)
Spark Assisted Compression Ignition
(SACI)Gasoline HCCI
+ Bon rendement
+ Très bas NOx
- Contrôle de la combustion
- Densité de puissance
+ Propre avec catalyseur 3 voies- Mauvais rendement à basse
pHCCI: Un nom parmi dpHCCI: Un nom parmi d’’autres pour la combustion bas NOx/ basses suies dans les autres pour la combustion bas NOx/ basses suies dans les diffdifféérents types de zone de combustionrents types de zone de combustion
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Utilisation de lUtilisation de l’’effet Miller en modifiant le Retard de Fermeture effet Miller en modifiant le Retard de Fermeture àà ll’’Admission (RFA), ce qui Admission (RFA), ce qui revient revient àà modifier la durmodifier la duréée de d’’ouverture des soupapes admissionouverture des soupapes admission
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1
Intake and Exhaust Valve liftsMechanical classic lifts vs. Camless lifts
La plage de rapport volumLa plage de rapport voluméétrique trique effectif varie de 10 effectif varie de 10 àà 16 en Miller 16 en Miller prpréécoce comme en Miller tardifcoce comme en Miller tardif
A25. Impact sur la pression cylindre A25. Impact sur la pression cylindre au point mort haut en rau point mort haut en rééglage Miller glage Miller prpréécoce: 90coce: 90°° vilebrequin de durvilebrequin de duréée e dd’’ouverture au lieu de 160ouverture au lieu de 160°°
0
10
20
30
40
50
60
70
80
-60 -40 -20 0 20 40 60Crank angle degree
Cyl
inde
r Pre
ssur
e [b
ar]
ReferenceEarly MillerInjector pulse
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Balayage de durBalayage de duréée de d’’ouverture de soupape admission sur A25 1200 tr/min ouverture de soupape admission sur A25 1200 tr/min –– 25% de charge25% de chargeTous les autres paramTous les autres paramèètres sont maintenus constantstres sont maintenus constants
BSFC
-5
0
5
10
15
70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Intake valve opening duration [°CA]
rela
tiv B
SFC
[%]
NOx
-40
-30
-20
-10
0
10
20
70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Intake valve opening duration [°CA]
Rel
ativ
e N
ox [%
]
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Balayage de durBalayage de duréée de d’’ouverture de soupapes admission sur B25 et C25ouverture de soupapes admission sur B25 et C25LevLevéée e ééchappement, calage de lchappement, calage de l’’injection, position TGV, pression dinjection, position TGV, pression d’’injection sont maintenus injection sont maintenus constantsconstants
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B25 1500 rpm - 418 Nm; Optimization around initial Miller optimum setting
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
-4 -2 0 2 4 6 8 10 12
Main Timing [°CA BTDC]
Rel
ativ
e S
oot [
%]
Main Timing Swingreference w/o Miller before optimizationreference w/o Miller after optimization
B25 1500 rpm - 418 Nm; Optimization around initial Miller optimum setting
010203040506070
-4 -2 0 2 4 6 8 10 12Main Timing [°CA BTDC]
Rel
ativ
e S
NO
x [%
]
Main Timing Swingreference w/o Miller before optimizationreference w/o Miller after optimization
B25: Main Timing swing on Late Miller setting
0
100
200
300
400
500
600
700
-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30Crank angle degree
RO
HR
[J/°C
A]
0
2
4
6
8
10
12
Inje
ctor
pul
se a
nd in
ject
ion
rate
ROHR filt. Timing 10°BTDCROHR filt.referenceROHR filt. Timing -3°BTDCInjection rate Main Timing 10°BTDCInjection rate Main Timing 2°BTDCInjection rate Main Timing -3°BTDCInj. Pulse Main Timing 10°BTDCInj. Pulse Main Timing 2°BTDCInj. pulse Main Timing -3°BTDC
Balayage du calage de lBalayage du calage de l’’injection sur B25 en rinjection sur B25 en rééglage Miller tardif : 230glage Miller tardif : 230°° CA de durCA de duréée e dd’’ouverture au lieu de 160ouverture au lieu de 160°°Position TGV, pression dPosition TGV, pression d’’injection sont maintenus constantsinjection sont maintenus constants
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B25 1500 rpm - 418 Nm; Optimization around initial Miller optimum setting: 230°CA intake valve opening duration instead of 160°CA
3
20
-1-2
4
-3°CA
6°CA 8°CA10°CA
-100-80-60-40-20
0204060
-100 -50 0 50
SNOx [%]
Rel
ativ
e So
ot [%
]
Main Timing Swingreference w/o Miller before optimizationreference w/o Miller after optimizationEGR swing with Main Timing -3°CA BTDC
Late Miller 230°CA inlet valve opening dur. after opt., Main Timing -3°BTDC -64 -82 +14 393
B25 - 1500 rpm 418 Nm - 4.8 bar BMEP
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B50 1500 rpm - 50% load; Optimization around initial B25 Miller optimum setting: 230°CA intake valve opening duration
1650 bar
2000 bar
4°CA BTDC2°CA0°CA-5°CA
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60
Relative SNOx [%]
Rel
ativ
e S
oot [
%]
reference B50 w/o MillerPrail increase starting from B25 Miller settingsMain Timing SwingEGR swing at -5°CA Main Timingreference B50 w/o Miller
1er: Augmentation de la pression d1er: Augmentation de la pression d’’injection sur B50 en rinjection sur B50 en rééglage Miller tardifglage Miller tardif2nd: Balayage du calage de l2nd: Balayage du calage de l’’injectioninjection33èème: Augmentation de lme: Augmentation de l’’EGREGR
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B50. Late Miller setting, late Main Injection, high EGR
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60Crank angle degree
Cyl
inde
r pre
ssur
e [b
ar]
0
100
200
300
400
500
600
Rat
e O
f Hea
t Rel
ease
[J/°C
A]
and
Inje
ctio
n ra
te [m
m3/
ms]
Cylinder pressure; 2000 bar injection pressure; Timing -5°BTDCInjector pulseRoHRInjection rate
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Conclusion sur la combustion pHCCIConclusion sur la combustion pHCCIpar utilisation de lpar utilisation de l’’effet Millereffet Miller
Le couplage entre un faible rapport volumLe couplage entre un faible rapport voluméétrique effectif, un taux dtrique effectif, un taux d’’EGR EGR relativement relativement éélevlevéé, et un fonctionnement proche de la st, et un fonctionnement proche de la stœœchiomchioméétrie permet trie permet dd’’atteindre des conditions atteindre des conditions ““pas de NOx/ pas de suiespas de NOx/ pas de suies””La combustion pHCCI nLa combustion pHCCI n’’est possible quest possible qu’’au prix dau prix d’’un rendement de combustion un rendement de combustion relativement mauvais et drelativement mauvais et d’’une augmentation de CO et HCune augmentation de CO et HCLes valeurs de suies les plus basses sont obtenues quand la combLes valeurs de suies les plus basses sont obtenues quand la combustion ustion ddéémarre aprmarre aprèès la fin de ls la fin de l’’injectioninjectionLa baisse simultanLa baisse simultanéée des NOx et des suies semble être la combinaison de des NOx et des suies semble être la combinaison d’’un un bon prbon préé mméélange dlange dûû àà un long dun long déélai dlai d’’autoauto--inflammation, et dinflammation, et d’’une tempune tempéérature rature locale de combustion due au manque dlocale de combustion due au manque d’’oxygoxygèèneneCes conditions Ces conditions «« pas de NOx/ pas de suiespas de NOx/ pas de suies »» ne sont pas atteignables ne sont pas atteignables àà 50% de 50% de charge même si le compromis NOx/ Suies est amcharge même si le compromis NOx/ Suies est amééliorlioréé par rapport par rapport àà la la rrééfféérence sans Millerrence sans MillerCette combustion pHCCI est aussi intCette combustion pHCCI est aussi intééressant pour ce qui concerne le ressant pour ce qui concerne le traitement des gaz dtraitement des gaz d’é’échappement, et notamment lchappement, et notamment l’’utilisation dutilisation d’’un SCRun SCR
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Plan de la prPlan de la préésentationsentation
Introduction: les diffIntroduction: les difféérents types de systrents types de systèèmes de commande de soupapesmes de commande de soupapes
Architecture du systArchitecture du systèème HVAme HVA
FlexibilitFlexibilitéé du systdu systèème HVAme HVA
Performances du systPerformances du systèème HVAme HVA
Concept du moteurConcept du moteur
RRéésultats dsultats d’’essaisessais•• Combustion pHCCI par utilisation du cycle MillerCombustion pHCCI par utilisation du cycle Miller
•• Utilisation du swirl variableUtilisation du swirl variable
•• Optimisation de lOptimisation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappementchappement
•• Frein moteur 2 tempsFrein moteur 2 temps
ConclusionsConclusions
RemerciementsRemerciements
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Effet du swirlEffet du swirlIntake and Exhaust Valve lifts
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Trois types dTrois types d’’essais ont essais ont ééttéé rrééalisaliséés:s:
Balayage de levBalayage de levéée de d’’ouverture de soupapes admission pour les ports ouverture de soupapes admission pour les ports nn°°1,5,9,13,17,21 (côt1,5,9,13,17,21 (côtéé admission, ou ports courts) sur 9 points de fonctionnement: A25admission, ou ports courts) sur 9 points de fonctionnement: A25, , A50, A100, B25, B50, B100, C25, C50, C100A50, A100, B25, B50, B100, C25, C50, C100
Balayage de levBalayage de levéée de d’’ouverture de soupapes admission pour les ports nouverture de soupapes admission pour les ports n°°3, 7, 11, 15, 3, 7, 11, 15, 19, 23 (côt19, 23 (côtéé ééchappement, ou ports longs) sur 9 points de fonctionnement: A25,chappement, ou ports longs) sur 9 points de fonctionnement: A25, A50, A50, A100, B25, B50, B100, C25, C50, C100A100, B25, B50, B100, C25, C50, C100
Balayage dBalayage d’’EGR sur lEGR sur l’’optimum doptimum dééfini prfini prééccéédemmentdemment
Effet du swirlEffet du swirl
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La culasse sLa culasse séérie du MD11 rie du MD11 àà un un niveau de swirl trniveau de swirl trèès bas: 0.5 s bas: 0.5 ààcomparer avec la valeur 1.85 pour le comparer avec la valeur 1.85 pour le moteur Renault Trucks dci11moteur Renault Trucks dci11
Effet du swirlEffet du swirl
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Effet du Effet du swirlswirl
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Balayage de levBalayage de levéée de d’’une des 2 soupapes dune des 2 soupapes d’’admission: exemple sur A50admission: exemple sur A50
A50 1200 tr/min - 875 Nm Effet du swirl
levée 2 mm7 mm
levée 8 mm
5mm
0
20
40
60
80
100
120
95 100 105 110 115 120NOx relatifs [%]
Suie
s re
lativ
es [%
]
réferenceBalayage levée soupape pour la n° 3,7,11,15,19,23Valve Lift Swing for valve n° 1,5,9,13,17,21réference
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Balayage EGR Balayage EGR àà la levla levéée admission optimum: exemple sur A50e admission optimum: exemple sur A50
A50 1200 tr/min - 875 Nm Effet du swirl
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
40 50 60 70 80 90 100 110Nox relatif [%]
Suie
s A
VL41
5S re
lativ
es [%
]
Réference avant balayage EGRBalayage EGR, soupapes 1, 5, 9,13, 17, 21 à 5 mmRéference après balayage EGR
A50 1200 tr/min - 875 Nm Effet du swirl
99.5
100.0
100.5
101.0
101.5
102.0
40 50 60 70 80 90 100 110NOx relatif [%]
Con
som
mat
ion
rela
tive
[%]
Réference avant balayage EGRBalayage EGR, soupapes 1, 5, 9,13, 17, 21 à 5 mmRéference après balayage EGR
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Conclusion sur A50:Conclusion sur A50:IntIntéérêt net a utiliser du swirl variable sur A50rêt net a utiliser du swirl variable sur A5040% de suies en moins 40% de suies en moins àà même niveau de NOx sans pmême niveau de NOx sans péénalitnalitéé en consommationen consommationPas dPas d’’impact significatif sur la pression cylindre ou le dimpact significatif sur la pression cylindre ou le déégagement de chaleurgagement de chaleur
Effect of swirl on cylinder pressure and ROHR on A50
0
20
40
60
80
100
120
-60 -40 -20 0 20 40 60Crank Angle degree
Cyl
inde
r pre
ssur
e [b
ar]
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Rat
e O
f Hea
t Rel
ease
[J/°C
A]
Reference cylinder pressureCylinder pressure with swirlROHR filt.ROHR filt.
Balayage EGR Balayage EGR àà la levla levéée admission optimum: exemple sur A50e admission optimum: exemple sur A50
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A50 (optimum: port dA50 (optimum: port d’’admission court admission court àà 5 mm, port long 5 mm, port long àà 10 mm)10 mm)Suies Suies ↓↓ 40% 40% àà même NOx et même consommationmême NOx et même consommation
B25 B25 -- B50 (optimum: port dB50 (optimum: port d’’admission court admission court àà 5 mm, port long 5 mm, port long àà 10 10 mm)mm)
Suies Suies ↓↓ 25% 25% àà même NOx et même consommationmême NOx et même consommation
C25 C25 --C50 (optimum: port dC50 (optimum: port d’’admission court admission court àà 5 mm, port long 5 mm, port long àà 10 mm)10 mm)Suies Suies ↓↓ 15% 15% àà même NOx et même consommationmême NOx et même consommation
Utiliser la flexibilité du système de commande de soupapes pour faire du swirl permet de réduire
les suies en charge partielle
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Plan de la prPlan de la préésentationsentation
Introduction: les diffIntroduction: les difféérents types de systrents types de systèèmes de commande de soupapesmes de commande de soupapes
Architecture du systArchitecture du systèème HVAme HVA
FlexibilitFlexibilitéé du systdu systèème HVAme HVA
Performances du systPerformances du systèème HVAme HVA
Concept du moteurConcept du moteur
RRéésultats dsultats d’’essaisessais•• Combustion pHCCI par utilisation du cycle MillerCombustion pHCCI par utilisation du cycle Miller
•• Utilisation du swirl variableUtilisation du swirl variable
•• Optimisation de lOptimisation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappementchappement
•• Frein moteur 2 tempsFrein moteur 2 temps
ConclusionsConclusions
RemerciementsRemerciements
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La levLa levéée de soupapes admission ne de soupapes admission n’’est pas modifiest pas modifiéée dans cet essaie dans cet essai
Impact dImpact d’’une variation de lune variation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture ààll’é’échappement (AOE) sur les performances moteurchappement (AOE) sur les performances moteur
Intake and Exhaust Valve liftsMecanical classic lifts vs. HVA lifts
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Le meilleur compromis NOx/ Conso est obtenu pour une durLe meilleur compromis NOx/ Conso est obtenu pour une duréée de d’’ouverture de la ouverture de la soupape soupape ééchappement de 190chappement de 190°° (AOE = 155(AOE = 155°°, RFE = 345, RFE = 345°°))2 g/kWh (2 g/kWh (--1%) de consommation en moins par rapport 1%) de consommation en moins par rapport àà la rla rééfféérence avec 200rence avec 200°° de de durduréée de d’’ouverture (AOE = 145ouverture (AOE = 145°°))Compromis Compromis NOxNOx/Suies l/Suies lééggèèrement amrement amééliorlioréé
Impact dImpact d’’une variation de lune variation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappement (AOE) chappement (AOE) sur les performances moteur: A25sur les performances moteur: A25
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Le meilleur compromis NOx/ Conso pour une durLe meilleur compromis NOx/ Conso pour une duréée de d’’ouverture de 190ouverture de 190°°vil (AOE = vil (AOE = 155155°°, RFE = 345, RFE = 345°°) correspond ) correspond àà un maximum de PMIun maximum de PMI
Impact dImpact d’’une variation de lune variation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappement sur chappement sur les performances moteur: A25les performances moteur: A25PV_Diagram on A25 - EVO swing; EVC = 345°CA
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 20 40 60 80 100Volume [%]
Cyl
inde
r pre
ssur
e [b
ar]
cylinder pressure EVO = 135°CAcylinder pressure EVO = 145°CA; duration 200°CA; reference; HP-BMIP = 6.39 bar; BP-BMIP = 0.00 barcylinder pressure EVO = 155°CA; duration 190°CA; optimum; HP-BMIP = 6.44 bar; BP-BMIP = 0.01 barcylinder pressure EVO = 185°CAcylinder pressure EVO = 205°CAcylinder pressure EVO = 225°CA; HP-BMIP = 6.72 bar; BP-BMIP = -0.48 barMD11-547 (Serial US07)
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Le meilleur compromis correspond Le meilleur compromis correspond àà un minimum de vitesse turbo et un minimum de vitesse turbo et àà un minimum un minimum de tempde tempéérature rature ééchappement (meilleure dchappement (meilleure déétente dans le cylindre)tente dans le cylindre)
Impact dImpact d’’une variation de lune variation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappement sur chappement sur les performances moteur: A25les performances moteur: A25
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Le meilleur compromis NOx/ Conso est pour une durLe meilleur compromis NOx/ Conso est pour une duréée de d’’ouverture de soupape ouverture de soupape ééchappement de 180chappement de 180°°vil (AOE = 15vil (AOE = 15°°, RFE = , RFE = --1515°°))Gain de 2.5 g/kWh (Gain de 2.5 g/kWh (--1.3%) par rapport 1.3%) par rapport àà la rla rééfféérence (AOE = 35rence (AOE = 35°°))Compromis NOx/ Suies lCompromis NOx/ Suies lééggèèrement meilleur que la rrement meilleur que la rééfféérencerence
Impact dImpact d’’une variation de lune variation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappement sur chappement sur les performances moteur: A100les performances moteur: A100
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Pour chaque charge, un compromis NOx/ Conso peut être trouvPour chaque charge, un compromis NOx/ Conso peut être trouvééAves une durAves une duréée de d’’ouverture supouverture supéérieure rieure àà 200200°°vil, la consommation augmente car vil, la consommation augmente car la dla déétente ntente n’’est pas finie dans le cylindreest pas finie dans le cylindreAvec une durAvec une duréée de d’’ouverture infouverture inféérieure rieure àà 140140°°vil, la consommation augmente car vil, la consommation augmente car les gaz dles gaz d’é’échappement sont chappement sont rere--comprimcompriméés dans le cylindres dans le cylindre
Régime A (1200 tr/min) Balayage de durée d'ouverture de soupapes échappement, fermeture à 345°vil
120°
130°
140°
150°160°170°
180°
190° 200° 210
NOx
Con
som
mat
ion
A25A50A75A100
Impact dImpact d’’une variation de lune variation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappement sur rchappement sur réégime Agime A
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Conclusions sur lConclusions sur l’’impact dimpact d’’une modification de la durune modification de la duréée de d’’ouverture ouverture des soupapes des soupapes ééchappementchappement
Le RFE optimum retenu est diffLe RFE optimum retenu est difféérent de celui utilisrent de celui utiliséé actuellement en sactuellement en séérierieGain de 0.7% en consommation sur cycleGain de 0.7% en consommation sur cycleUne dUne déétente plus longue dans le cylindre que la rtente plus longue dans le cylindre que la rééfféérence amrence amééliore le compromis liore le compromis NOx/ Conso notamment NOx/ Conso notamment àà charge partiellecharge partielleOn obtient aussi un meilleur compromis NOx/ SuiesOn obtient aussi un meilleur compromis NOx/ SuiesCes avantages sCes avantages s’’expliquent notamment par: expliquent notamment par:
Un meilleur processus de dUn meilleur processus de déétente dans le cylindre amtente dans le cylindre amééliorant la consommationliorant la consommationUne meilleure post oxydation des suies dans le cylindre avant lUne meilleure post oxydation des suies dans le cylindre avant l’’ouverture des ouverture des
soupapes soupapes ééchappementchappementMoins dMoins d’é’énergie sur la turbine et baisse de la vitesse turbinenergie sur la turbine et baisse de la vitesse turbine
LLééggèère baisse de la pression de suralimentationre baisse de la pression de suralimentationLLééggèère baisse du dre baisse du déébit dbit d’’air frais mais rendement volumair frais mais rendement voluméétrique meilleur (en tenant trique meilleur (en tenant
compte de lcompte de l’’EGR) ou EGR) ou ééquivalent car augmentation lquivalent car augmentation lééggèère de lre de l’’EGR due EGR due àà un meilleur un meilleur ééquilibre P3quilibre P3--P2P2
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Plan de la prPlan de la préésentationsentation
Introduction: les diffIntroduction: les difféérents types de systrents types de systèèmes de commande de soupapesmes de commande de soupapes
Architecture du systArchitecture du systèème HVAme HVA
FlexibilitFlexibilitéé du systdu systèème HVAme HVA
Performances du systPerformances du systèème HVAme HVA
Concept du moteurConcept du moteur
RRéésultats dsultats d’’essaisessais•• Combustion pHCCI par utilisation du cycle MillerCombustion pHCCI par utilisation du cycle Miller
•• Utilisation du swirl variableUtilisation du swirl variable
•• Optimisation de lOptimisation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappementchappement
•• Frein moteur 2 tempsFrein moteur 2 temps
ConclusionsConclusions
RemerciementsRemerciements
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Principe Principe dudu freinfrein moteurmoteur
RôleRôle du du freinfrein moteurmoteur sursur poidspoids lourdslourds::•• ContrôlerContrôler la la vitessevitesse moyennemoyenne du du vvééhiculehicule dansdans les les descentesdescentes selonselon la chargela charge•• RelaxerRelaxer le le systsystèèmeme de de freinagefreinage proprepropre aux aux vvééhiculeshicules ((freinsfreins àà disquedisque, etc, etc……))
ComparaisonComparaison des des diagrammesdiagrammes pVpV entreentre le mode le mode moteurmoteur et le mode et le mode freinfrein
pV- diagram - Brake mode
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
V/Vmax
Pres
sure
(bar
)
Brake mode
pV-diagram - Power mode
0
20
40
60
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100
120
140
160
180
200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
V/Vmax
Pres
sure
(bar
)
Power mode
Boucle Haute Pressure due Boucle Haute Pressure due ààla combustionla combustion
Boucle Haute Boucle Haute PressionPression par par commandecommande de de soupapessoupapes
Boucle Boucle BasseBasse PressionPression par par freinfrein sursurééchappementchappement
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4 stroke Engine Brake
0
5
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25
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35
40
45
50
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
V/Vmax
Cylin
de
r P
ressu
re [
ba
r]
2 stroke Engine Brake
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
V/Vmax
Cylind
er
Pre
ssu
re [
ba
r]
FreinFrein quatrequatre tempstempscommandecommande de de soupapessoupapes mméécaniquecanique
ComparaisonComparaison entreentre freinfrein quatrequatre temps et temps et freinfrein deuxdeux tempstemps
Boucle Haute Boucle Haute PressionPression par par commandecommande de de soupapessoupapes
Boucle Boucle BasseBasse PressionPression par par freinfrein sursurééchappementchappement
FreinFrein deuxdeux tempstempscommandecommande de de soupapessoupapes éélectrolectro--hydrauliquehydraulique
DeuxDeux boucles Haute boucles Haute PressionPression par par commandecommandede de soupapesoupape en cycle en cycle deuxdeux tempstemps
0
5
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25
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-100 0 100 200 300 400 500 600
Crank Angle Degrees
In-c
ylin
de
r P
ressu
re [
ba
r]
0
2
4
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Va
lve
Lif
t [m
m]
Cylinder Pressure Intake Lift Exhaust Lift
0
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20
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-100 0 100 200 300 400 500 600
Crank Angle Degrees
In-c
ylin
de
r P
ressu
re [
ba
r]
0
2
4
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Va
lve
Lif
t [m
m]
Cylinder Pressure Intake Lift Exhaust Lift
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ComparaisonComparaison entreentre freinfrein quatrequatre temps et temps et freinfrein deuxdeux tempstemps
La puissance de La puissance de freinagefreinage actuelleactuelle avec le avec le freinfrein quatrequatre temps correspond environ au temps correspond environ au niveauniveau de puissance de puissance moteurmoteur..
Le Le systsystèèmeme de de freinfrein deuxdeux temps temps vava permettrepermettre de de ddéépasserpasser cece niveauniveau de puissance de puissance et et dd’’augmenteraugmenter de de manimanièèrere significativesignificative le couple le couple nnéégatifgatif àà bas rbas réégime par la gime par la flexibilitflexibilitéé du du systsystèèmeme de de commandecommande de de soupapessoupapes éélectrolectro--hydrauliquehydraulique
Le gain Le gain obtenuobtenu par le par le freinfrein deuxdeux temps temps provientprovient surtoutsurtout du du remplacementremplacement de la de la boucle boucle bassebasse pressionpression du du freinfrein quatrequatre temps qui temps qui nene contribuaitcontribuait queque partiellementpartiellement ààla puissance de la puissance de freinagefreinage totaletotale par par uneune deuxideuxièèmeme boucle haute boucle haute pressionpression
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Plan de la prPlan de la préésentationsentation
Introduction: les diffIntroduction: les difféérents types de systrents types de systèèmes de commande de soupapesmes de commande de soupapes
Architecture du systArchitecture du systèème HVAme HVA
FlexibilitFlexibilitéé du systdu systèème HVAme HVA
Performances du systPerformances du systèème HVAme HVA
Concept du moteurConcept du moteur
RRéésultats dsultats d’’essaisessais•• Combustion pHCCI par utilisation du cycle MillerCombustion pHCCI par utilisation du cycle Miller
•• Utilisation du swirl variableUtilisation du swirl variable
•• Optimisation de lOptimisation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappementchappement
•• Frein moteur 2 tempsFrein moteur 2 temps
ConclusionsConclusions
RemerciementsRemerciements
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ConclusionConclusionSurcoSurcoûûttComplexitComplexitééManqueManque de de fiabilitfiabilitéé
- Gestion des températures d’échappement - Compromis polluants / conso- Récupération d’énergie- Démarrage à froid- Frein deux temps
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Plan de la prPlan de la préésentationsentation
Introduction: les diffIntroduction: les difféérents types de systrents types de systèèmes de commande de soupapesmes de commande de soupapes
Architecture du systArchitecture du systèème HVAme HVA
FlexibilitFlexibilitéé du systdu systèème HVAme HVA
Performances du systPerformances du systèème HVAme HVA
Concept du moteurConcept du moteur
RRéésultats dsultats d’’essaisessais•• Combustion pHCCI par utilisation du cycle MillerCombustion pHCCI par utilisation du cycle Miller
•• Utilisation du swirl variableUtilisation du swirl variable
•• Optimisation de lOptimisation de l’’avance avance àà ll’’ouverture ouverture àà ll’é’échappementchappement
•• Frein moteur 2 tempsFrein moteur 2 temps
ConclusionsConclusions
RemerciementsRemerciements
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RemerciementsRemerciementsCeCe projetprojet de de rechercherecherche tienttient àà remercierremercier sesses partenairespartenaires::
le PREDIT, le PREDIT, garantgarant de de sasa pertinencepertinencell’’ANRANR, le , le ministministèèrere de de ll’’IndustrieIndustrie, , ll’’ADEMEADEME et et ll’’ANVARANVAR, , soutienssoutiens financiers indispensablesfinanciers indispensables
Par Par ailleursailleurs, le , le succsuccèèss de de cece projetprojet estest partagpartagéé par par ll’’ensembleensemble des des acteursacteurs de Volvo de Volvo PowertrainPowertrain et et sesses fournisseursfournisseurs..
QuQu’’ilsils en en soientsoient toustous remerciremerciééss!!