Amélioration du NVH et de l'efficacité énergétique des moteurs diesel

Problèmes NVH et moteurs diesel

Pendant des années, les ingénieurs ont cherché à comprendre et à réduire le bruit des voitures à moteur diesel. Les NVH ont de nombreuses causes différentes qui sont difficiles à identifier pour les fabricants d'équipements d'origine (OEM) et leurs fournisseurs.

Les attentes des consommateurs en matière de voitures silencieuses continuent d'être élevées. Pour rester compétitifs, les constructeurs automobiles doivent adopter des approches innovantes qui réduisent le temps de développement et produisent des voitures plus silencieuses.

Bien que des progrès considérables aient été réalisés pour réduire le bruit des moteurs diesel, certains problèmes subsistent. Hyundai Motor Company a récemment commencé à développer une approche avancée pour réduire les problèmes de NVH dans les moteurs diesel.

Identifier les origines du problème du bruit

L'objectif était d'identifier la source de bruit dans un moteur diesel de troisième génération. Hyundai a effectué une série de tests et a découvert un déséquilibre entre les cylindres pendant le cycle de combustion. Deux cylindres avaient une pression toujours plus élevée que les autres. Cette variation s'est progressivement aggravée au fur et à mesure que les tests étaient répétés sur le dynamomètre moteur, le banc du groupe motopropulseur et le véhicule réel.

"Nous devions répondre à la question de savoir pourquoi la pression variait entre les cylindres", explique Ki Hwa Lee, ingénieur de recherche chez Hyundai. "Nous savions que nous ne pourrions pas résoudre le problème de bruit sans déterminer la cause de la variation de pression maximale dans les cylindres."

Analyse de données de test

Hyundai s'est associé aux services d'ingénierie et de conseil Simcenter™ pour déterminer pourquoi il y avait une variation de pression maximale entre les cylindres. Tout d'abord, l'équipe d'ingénierie de Simcenter a effectué une analyse pour déterminer la cause du déséquilibre. L'analyse des données des tests a montré que la pression entre les cylindres commençait à dévier après les injections de carburant, ce qui entraînait un déséquilibre des cylindres, et créait plus de bruit.

Une analyse mathématique basée sur des équations des données de dégagement de chaleur provenant d'essais physiques a confirmé que les variations des quantités d'injection de carburant entre les cylindres étaient à l'origine du déséquilibre.

La puissance de la simulation

Une fois que l'équipe a confirmé que la source sonore était un déséquilibre des cylindres causé par la variation de l'injection de carburant, elle a décidé qu'une stratégie de contrôle basée sur un modèle la conduirait à une solution efficace. En utilisant la simulation, l'équipe a pu éviter les essais et erreurs coûteux avec un prototype physique et rationaliser le processus de test.

Un modèle virtuel du moteur diesel a été créé à l'aide du logiciel Simcenter™ Amesim™, qui fait partie de la plateforme commerciale Siemens Xcelerator, composée de logiciels, de matériel et de services. Ce modèle a été connecté à un contrôleur afin que l'équipe puisse examiner et corriger l'incohérence de l'injection de carburant. À l'aide de Simcenter Amesim, l'équipe espérait mieux comprendre comment détecter et résoudre les variations de l'injection de carburant.

Avant d'exécuter les simulations, l'équipe d'ingénierie de Simcenter devait s'assurer que la simulation correspondrait au comportement réel. Ils ont effectué plusieurs tests pour confirmer que les résultats de la simulation du moteur étaient corrélés avec les données d'essai du moteur.

Ils ont également dû examiner d'autres causes possibles du déséquilibre des cylindres en dehors de l'injection de carburant. Les déséquilibres peuvent également provenir de la recirculation des gaz d'échappement (EGR) ou d'un manque de circulation de la charge d'air entre les cylindres. Après avoir effectué plusieurs études de sensibilité, l'équipe a conclu que l'injection de carburant était la source du déséquilibre.

Bien que les anomalies d'injection de carburant aient été faciles à corriger, l'équipe a dû déterminer quels cylindres devaient être compensés et s'ils devaient modifier la quantité de carburant. L'équipe a développé une stratégie innovante d'identification de cylindre dans un modèle de contrôleur dans Simulink.

Après avoir appliqué le modèle de contrôleur au modèle de moteur Simcenter Amesim, l'équipe a analysé et ajusté les performances du contrôleur. Enfin, les injections de carburant ont été régulées afin d'éliminer les variations de pression de pointe.

Validation de l'approche

À l'aide de ces modèles, l'équipe a produit des déséquilibres de cylindres en faisant varier le flux d'air et de carburant dans les cylindres. "La simulation s'est avérée particulièrement utile pour résoudre ce problème, car elle nous a évité de recourir à des tests physiques pour déterminer toutes les variations possibles de la pression des bouteilles dans différentes conditions de fonctionnement", explique M. Lee. L'effet de la nouvelle stratégie de contrôle a été testé en exécutant des simulations consécutives avec et sans le contrôleur activé.

"En utilisant cette nouvelle logique de commande, nous avons pu réduire considérablement la variation de pression maximale d'un cylindre à l'autre. La fréquence sonore créée par le moteur a ainsi été réduite de 2 dBA et le bruit global du véhicule a été amélioré de 5 %."

Cette étude a également permis d'améliorer l'économie de carburant du véhicule. "Les résultats de la simulation montrent que notre stratégie de contrôle est une méthode efficace pour optimiser la qualité sonore, améliorer les performances NVH et réduire la consommation de carburant", déclare M. Lee. "Nous sommes ravis d'utiliser les logiciels et les services Simcenter dans les futures applications de Hyundai Motor Company."