Transfert de chaleur dans un piston d’un moteur à combustion interne

Transfert de chaleur dans un piston d’un moteur à combustion interne

École supérieure de technologies industrielles – Annaba
Département du second cycle

Filière : Génie Mécanique
Spécialité : Énergétique

Mémoire Présenté en vue de l’obtention du diplôme de Master
Analyse de transfert de chaleur dans un piston d’un moteur à combustion interne

Présenté par : Kriter Yahia

Année universitaire : 2020

Remerciements

Résumé :

Dans un moteur à combustion interne, le piston est un des parties principales du cycle de combustion. Dans le processus d’augmentation de l’efficacité et de la puissance du moteur, thermique et les charges statiques sur le piston augmentent, ce qui garantit la fiabilité problèmes et panne du composant avant l’achèvement de son cycle de vie.

Les pistons doivent être légers pour ne pas doivent utiliser beaucoup de contrepoids sur le vilebrequin pour équilibrer et ainsi de suite, maintenez le poids du moteur au minimum. En outre, un plus lourd le piston générera beaucoup plus de vibrations qu’un piston plus léger.

Un autre facteur à prendre en compte est la dilatation thermique du matériau, car pour améliorer l’efficacité, l’espace de tolérance entre la paroi du cylindre et le piston doit être minimal. Mais à en même temps, nous devons nous assurer que le piston est thermiquement solide et suffisamment solide pour supporter les charges.

Abstract :

In an internal combustion engine, the piston is a major part of the combustion cycle. In the process of increasing the efficiency and power of the engine, thermal and static loads on the piston increase, which guarantees the reliability problems and failure of the component before the completion of its life cycle.

Pistons should be light so that they don’t have to use a lot of counterweight on the crankshaft to balance and so on, keep engine weight to a minimum.

Also, a heavier piston will generate much more vibration than a lighter piston. Another factor to take into account is the thermal expansion of the material, because to improve efficiency, the tolerance space between the cylinder wall and the piston must be minimal.

But at the same time, we have to make sure that the piston is thermally strong and strong enough to withstand the loads.

Liste Des Figures
Figure I.1 : schéma de l’ensemble cylindre-piston-culasse
Figure I.2 : Le piston
Figure I.3 Présentation des forces dues à la pression des gaz
Figure I.4 Représentation de l’échange thermique par convection
Figure I.5 Grippage par surchauffe (concentré sur la tête du piston)
Figure I.6 Traces de chocs
Figure I.7 Fusions
Figure I.8 Marquage asymétrique du piston
Figure II.1 Point mort haut et point mort bas du piston
Figure II.2 Le modèle du piston réalise avec SOLIDWORKS
II.5.3 Les dimensions du piston réalisé
Figure II.4 Le modèle du piston importé sur COMSOL Muliphysics
Figure II.5 Maillage
Figure II.6 La température dans la surface du piston
Figure II.7 Les isothermes sur la surface du pistonListe Des Figures
Figure I.1 : schéma de l’ensemble cylindre-piston-culasse
Figure I.2 : Le piston
Figure I.3 Présentation des forces dues à la pression des gaz Figure
I.4 Représentation de l’échange thermique par convection
Figure I.5 Grippage par surchauffe (concentré sur la tête du piston)
Figure I.6 Traces de chocs
Figure I.7 Fusions
Figure I.8 Marquage asymétrique du piston
Figure II.1 Point mort haut et point mort bas du piston
Figure II.2 Le modèle du piston réalise avec SOLIDWORKS
II.5.3 Les dimensions du piston réalisé
Figure II.4 Le modèle du piston importé sur COMSOL Muliphysics
Figure II.5 Maillage
Figure II.6 La température dans la surface du piston
Figure II.7 Les isothermes sur la surface du piston

Liste Des Tableaux
Tableau II.1 Résultats obtenus
Tableau II.3 Contenu matériel de d’alliage d’aluminium 6061

Sommaire
RemerciementI
Liste Des FiguresII
Liste Des TableauxIII
RésuméIV
Introduction générale1
CHAPITER I Etude bibliographique
I.1Description générale d’un moteur à pistons2
I.2Le piston2
I.2.1. Composants du piston2
I.2.2. Materiaux utilisé dans la fabrication des pistons4
I.2.3. Fonction du piston5
I.3. Les Charges appliquées sur le piston6
I.3.1. Pression des gaz6
I.3.2. Températures7
I.3.3. Contraintes thermiques7
I.4. Dommages des pistons et leurs causes8
I.4.1. Dommages de la tête de piston8
I.4.2. Dommages au niveau de la jupe du piston10
I.5.Généralités sur le transfert de chaleur11
I.5.1Introduction11
I.5.2Définitions11
I.5.3Modes de transfert de chaleur12
I.5.4Stockage d’énergie13
I.5.5Génération d’énergie13
CHAPITRE II Simulation thermomécanique du piston
II.1. Le logiciel COMSOL Multiphasiques16
II.1.1. Introduction16
II.1.2. Création d’une géométrie pour l’analyse17
II.1.3 Les matériaux18
II.1.4. L’interface de transfert de chaleur18
II.2. Le logiciel SOLIDWORKS19
II.2.1 Les advantages du logiciel SOLIDWORKS19
II.3. Etude de transfert de chaleur dans un piston moteur : (Exemple d’un article scientifique)20
II.3.1. Les résultats obtenus20
II.3.2. Définitions21
II.4. Exemple d’une étude des déformations d’un piston par simulation22
II.4.1. Résultats obtenus22
II.4.2. La conclusion du travail23
II.5. Etude de transfert de chaleur en régime stationnaire23
II.5.1. Réalisation du model de piston avec SolidWorks24
II.5.2. Importation du modelé de pisto en COMSOL Mulitiphysics26
II.5.3. Maillage26
II.5.4. Résultats obtenus27
II.5.5. Discussions des résultats27
Conclusion28
Références
Bibliographiques
Conclusion29

Introduction générale :

Le piston est une des pièces les plus chargées du moteur, il a pour fonction de transmettre l’énergie mécanique au vilebrequin via la bielle. Il est muni de trois segments qui lui permettent d’assurer l’étanchéité aux gaz de combustion.

Le piston est l’une des parties les plus importantes dans un moteur pour cela ma connaissance de la répartition de la température dans le piston et la chemise d’un moteur à essence est d’une immense utilité pour le concepteur pour calculer la résistance à la fatigue, les contraintes thermiques et de mieux sélectionner le meilleur matériel de construction du piston.

Ainsi, ce travail se concentrera sur la distribution de température et le taux de transfert de chaleur qui sont d’une grande importance en particulier dans les moteurs.

En raison des difficultés pratiques liées à la mesure de la température et des taux de transfert de chaleur à différents endroits du piston et de la chemise, il est nécessaire d’adopter des méthodes analytiques et numériques pour évaluer les taux de transfert de chaleur à travers le piston et la chemise dans des conditions variables du moteur.

Le manuscrit est structuré en deux chapitres. Le premier donne une vue d’ensembles des déferrent parties qui forment le piston ainsi les déformations qui peuvent avoir lieu au niveau de chaque partie et leurs causes, aussi on va présenter des généralités sue le transfert de chaleur.

Le second chapitre est consacré à donner une vue générale sur les logiciels COMSOL Multiphysicc et SOLIDWORKS, aussi la présentation de certains articles scientifique intéressent qui contient des études de transfert de chaleur et les déformations sur un modèle de piston d’un moteur à combustion interne avec une conclusion des résultats obtenus dans ces études.

Enfin une réalisation d’une étude de transfert de chaleur dans un piston en régime stationnaire avec présentation des principales étapes suivis et des résultats.