Analyse thermomécanique sur un piston d’un moteur diesel à injection directe

Abstract

Résumé: 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. Le choix du matériau du piston est un facteur prépondérant dans les étapes de conception des moteurs à combustion interne et ce, en raison des contraintes liées aux performances du moteur et à la fiabilité des parties mobiles. La présente étude consiste en une appréciation du choix de deux matériaux utilisés (Acier, Aluminium :Alliage) pour un piston diesel à injection directe de type Deutz - F8L413. Le choix doit répondre à un critère de minimisation des déformations dans le but d’estimer le jeu entre le piston et le cylindre. Une approche numérique par éléments finis est utilisée pour l’évaluation des déformations dans un modèle 3D du piston du moteur, en utilisant le code de calcul ANSYS12. Un maillage structuré en éléments tétraédriques est créé pour le domaine. Un premier calcul purement thermique est effectué en mode conduction convection dans le but de déterminer le champ de température. Par la suite, ce dernier sera couplé avec le champ de pression pour le calcul des déformations. La comparaison entre les déformations pour ces différents matériaux, nous permet de choisir une variante pour laquelle la structure du piston présente une déformation radiale minimale. Abstract: Material choice of the piston is a major factor in the design of internal combustion engines,due to constraints related to performance and reliability. This study is an assessment of the choice of an alternative among a set of materials used in a piston engine with direct injection diesel type Deutz -F8L413.The materials used are steel, and aluminum and. This choice must meet a criterion of minimizing the deformations to provide the clearance between the piston and cylinder. A finite element approach is used for the evaluation of deformation in a 3D model of the motor piston through the computer code ANSYS12. A mesh of tetrahedral elements is created. A first calculation is done purely thermal with conduction-convection processes in order to determine the temperature field. Thereafter, it will be coupled with the pressure field to calculate the strain field. The comparison between the deformations of these materials lead in a choice variant, in which the structure of the piston has a minimum radial deformation and hence best efficient in our investigations. الملخص مكبس محرك احتراق داخلي هو قطعة تخضع لجهود ميكانيكية وحرارية عالية. حيث هذا المكبس يعمل على نقل الطاقة الميكانيكية إلى الذراع المرفقي. اختيار معدن المكبس يعتبر عامل مهم في مرحلة التصميم، بسبب المعوقات التي تربط بين كفاءة القطع الميكانيكية المتحركة هذه الدراسة عبارة )عن اختيار المعادن المناسبة( عن مقارنة تحليلية في استعمال المعدن المناسب لمكبس محرك احتراق داخلي ديزل (diesel) من نوع ) deutz F8L413 ( حيث يخضع هذا الاختيار إلى معيار التشوهات الدنيا. بهدف تقدير الخلوص بين المكبس والاسطوانة. في هذه الدراسة تم اعتبارها مقاربة عددية باستعمال نموذج العناصر المنتهية لنموذج ثلاثي الأبعاد لمكبس، حيث قمنا باستعمال برنامج ANSYS12 .المحاكاة العددية تم تقسيمها إلى مرحلتين، الأولى هي عبارة عن محاكاة لانتشار الحرارة في المكبس بعد ذلك تم ربط هذا النموذج الحراري بالنموذج الميكانيكي لإكمال المحاكاة. المقارنة بين نتائج التشوهات لمختلف المعادن المذكورة آنفا تسمح لنا بتسليط الضوء على التشوه النصف القطري الأدنى بين المكبس والاسطوانة.