Sensitivity of the compressed tumble motion and of the cycle to cycle variations to engine’s air filling parameters
Sensibilité d’un écoulement de rouleau compressé et des variations cycle à cycle associées à des paramètres de remplissage moteur
Résumé
This experimental work concerns a sensitivity study of the in-cylinder flow in a spark-ignition engine and of the cycle to cycle variations (CCV) by comparing three variations of boundary conditions related to the optimisation of air filling conditions. In the reference case, the three dimensional tumble flow is characterized during the intake and compression phases. A earlier intake cam phase increases the mass flow rate at inlet valves and amplifies the fluctuations immediately after the start of intake phase. The tumble ratio is much lower at mid-compression phase. The fluctuating energy at top dead center is reduced. A longer engine stroke leads, at the end of compression phase, to a shift of mean flow and to a very distinct evolution of the fluctuating velocity, due to the different confinement from the point of view of the engine internal flow. Finally, the modification of intake duct design changes the flow intensity and reorganizes in depth the flow structure. Moreover, to describe the transfer into turbulence, two methodologies of classification in groups of flow structures, by spatial correlation then by clustering, are proposed. A phase-averaged analysis of the statistics of group content and inter-group transitions shows that CCV can be associated with different sets of trajectories during the second half of the compression phase. The conditional statistics are computed to analyse the data in each group, which leads to a triple decomposition. It is important to point out that this more accurate evaluation of CCV is applicable to very large sets of experimental or numerical data.
Ce travail concerne l’étude expérimentale de la sensibilité de l’écoulement du mo- teur et de ses variations cycle à cycle (VCC) à trois variations des conditions aux limites liée à l’optimisation du remplissage moteur. Dans la configuration standard, l’écoulement tridimensionnel de rouleau (« tumble ») est décrit pendant les phases d’admission et de com- pression. Un phasage plus précoce de la loi de levée d’admission augmente le débit de masse aux soupapes et amplifie les fluctuations dès le début de l’admission. L’intensité du rouleau est beaucoup plus faible à phase mi-compression. L’énergie fluctuante au point mort haut est plus faible. Une course rallongée du moteur conduit, en fin de compression, à un bas- culement de l’écoulement moyen et à une évolution très différente des vitesses fluctuantes, due au confinement différent vue par l’aérodynamique du moteur. Enfin, la modification des conduits d’admission entraîne une variation de l’intensité et une structuration fondamen- talement différente de l’écoulement. En outre, pour décrire le transfert vers la turbulence, deux méthodologies de classification des structures de l’écoulement en groupe par corrélation spatiale, puis par « clustering » sont adaptées. L’analyse statistique du contenu des différents groupes et des transitions entre groupes permet de montrer que les VCC sont associées à différentes trajectoires dans l’espace des groupes. Des statistiques conditionnelles sont calcu- lées pour analyser les données de chaque groupe et permettent de définir une décomposition triple. Ces caractérisations plus précises des VCC sont très générales et applicables à des grandes bases de données expérimentales ou numériques.
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