CAP CAMION A ASSISTANCE PNEUMATIQUE

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1 Séminaire mi parcours Stock-e 2010 CAP CAMION A ASSISTANCE PNEUMATIQUE Iyad Balloul Renault Trucks - [email protected] Eric Bideaux INSA Lyon - [email protected] Marc Michard LMFA - [email protected]

2 Coordinateur : Renault Trucks Organismes de recherche : o Laboratoire de mécanique des fluides et d'acoustique (LMFA) o Laboratoire AMPERE Projet labélisé par le(s) pôles(s) de compétitivité : LUTB Budget (M ) Aide (M ) Nombre de personnes.ans Date de démarrage : 03/01/11 Date de fin : 30/09/13 2 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre

3 Objectifs du projet 3 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre

4 Défis scientifiques et techniques L impact du dispositif sur le frein moteur, Le contrôle de l'injection d'air de sorte qu'il n'y ait pas de retour (compromis pour assister le compresseur sans empêcher son fonctionnement) La réalisation des mesures de vitesse par PIV dans la jonction de réinjection du système CAP La gestion du compromis entre le poids du système d assistance et la réduction de consommation visée Validité de la similitude entre le banc d essais à échelle réduite et l échelle1 La gestion optimale de la loi de réinjection d'air en fonction du dimensionnement du système de stockage pour des différents trajets types. Implémentation de loi de commande performante sur un calculateur industriel 4 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre

5 Résultats majeurs escomptés Positionner durablement Renault Trucks dans le peloton des leaders en termes de qualité de produit, d économie de carburant et des émissions de CO2 le LMFA Préconisation de dimensionnement de composants de CAP par l analyse fine numérique et expérimentale du champ aérodynamique l'utilisation de Turb'Opty répondait à une logique de valorisation de logiciels développés par ou en collaboration avec le LMFA. Ampère s intéresse ici à 2 problématiques importantes dans son domaine: Intégrer des données issues de la CFD dans les modèles systèmes Développer des méthodes couplant dimensionnement des systèmes de stockage et commande optimale des systèmes hybrides Enrichir le maillage industrie-université par des collaborations à travers des applications industrialisables 5 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre

6 Programme de travail et jalons Tasks : P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P P9 P 10 P 11 P 12 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P 10 P 11 P 12 Q1 Q2 Q3 Q4 Task 1: Project preparation & management Task 2: Technical specifications -Reference vehicle and duty cycle -Candidate architectures -Supplier Contact & parts procurement -Optimal management strategy dev. -Packaging -Packaging pre-studies (candidates) -Packaging study (selected arch.) Task 3: System modeling -Concepts' modeling -Models' validation -Optimization of control -3D Models integration -Validation on GT Power Task 4: Local characterisation and CFD -Component test rig calibration -Aerodynamic tests -3D simulations with fixed geometry -Transient simulations -Pressure wave characterization Task 5: Test on engine test rig - software development - running test in Volvo cell Task 6: Concept Validation on vehicle 6 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre

7 Activités pour Ampère Approche macroscopique Système o modélisation des concepts, o caractérisation et validation des modèles (banc d essai à échelle réduite) o analyse, optimisation, et stratégies de commande o intégration des modèles 3D dans la simulation système Expérimentation Simulation numérique Volvo CAP Prototype - validation Simulation moteur Électronique embarquée Validation commande sur modèle moteur Gains énergétiques Modélisation systèmes dynamiques LMFA Couplage local macroscopique Optimisation géométrie Ampère Commande Prototype échelle réduite 7 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre

8 Modèle global du système CAP Compresseur Contre-pression de 4 bars débit imposé 200g/s Estimation successive de la vitesse de rotation du moteur CAP 8 Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre

9 Principe du banc d essais Retrouver les principales fonctionnalités o 1 piston (cyl = 350 cm 3 ) o Système de simulation des oscillations de pression (moteur 6 cylindres) o Servovalves pour réinjection et récupération o Stockage (BP/HP) o Surpression o Mesure (débit, pression, puissance) Vanne EPG Moteur Vanne de récupération Vers le réservoir de récupération Capteur "Pres" Partie réinjection Réservoir collecteur d'échappement Vanne d'alimentation Alimentation : Détendeur-régulateur et réservoir tampon Partie récupération Réservoir H.P. Stockage 9 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre

10 Perspectives au niveau de la commande Commande de la vanne de récupération o Optimisation de l énergie récupérée : prise en compte régime et charge moteur o Commande adaptative o Évaluation expérimentale Commande de la vanne de réinjection o Cartographie : pression réservoir / débit optimal moteur Gestion de la réinjection o Commande optimale de type prédictive o Évaluation sur scenarii et expérimentalement (banc d essai à échelle réduite / banc moteur) CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre

11 LMFA: Analyse aérodynamique locale de composants o vanne de réinjection du système CAP o jonction entre le flux issu du turbocompresseur et le flux de CAP Objectifs: o identification de régimes d écoulement (transsonique, ) o identification de singularités (retour turbo, tourbillons, ) o optimisation de la jonction Outils: o simulation numérique locale d écoulements (CFD) o optimisation (Turb Opty) à partir d une seule simulation o mesures locales d écoulement (PIV) 11 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012

12 Analyse locale de composants du circuit de réinjection Vanne de réinjection de CAP débit massique (g/s) ,20 0,40 0,60 0,80 1,00 ouverture de la vanne P 2 /P 1 x=1 x=0.8 x = 0.6 x = 0.4 x = 0.2 CFD LMFA + modélisation Ampère courbes caractéristiques de la vanne 12 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012

13 Analyse locale de composants Jonction turbo/réinjection CAP Plans de coupe Champ de pression statique Turb Opty: Base de données paramétrique Ecoulements secondaires 13 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012

14 Activités pour LMFA Mesures de champ de vitesse par PIV dans la jonction Flux issu de CAP Flux moteur Schéma de principe de la maquette de jonction Images de particules: image brute et corrigée 14 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012

15 Activités pour LMFA Perspectives o Confrontation avec CFD o Vérification intérêt de l augmentation du diamètre de conduite de réinjection o Préconisations sur géométrie jonction (pertes de charge, écoulement de retour turbo, ) o Phase instationnaire: établissement de l écoulement dans la jonction après ouverture de la vanne 15 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre 2012

16 Principaux résultats atteints par le projet La simulation prédit un gain en consommation de ~2.5 % sur un cycle d utilisation Pour le LMFA, le projet CAP permet d étudier et d optimiser le comportement aéraulique de composants à l aide d outils numériques originaux d optimisation et expérimentaux de diagnostic optique. Pour Ampère, le projet CAP permet d'étudier, dans un cas concret, l'intégration de données issues de la CFD dans les modèles systèmes et le développement des méthodes couplant dimensionnement des systèmes de stockage et commande optimale des systèmes hybrides 16 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre

17 Faits marquants Sélection et dimensionnement du concept technologique à tester sur banc moteur Construction du banc de test pneumatique à AMPERE, et du banc expérimental PIV au LMFA Construction de base de données CFD de paramétrisation de système d injection d air comprimé et d'un prototype de vanne permettant d'explorer les conditions d'écoulement et d'étudier les lois de commande en simulation 17 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre

18 Merci pour votre attention 18 CAP Séminaire mi-parcours Stock-e 2010 Paris, 4 Décembre