Simulation of the Intake and Compression Strokes of a Motored 4-Valve Si Engine with a Finite Element Code

Simulation de l'admission et de la compression dans un moteur 4-soupapes AC entraîné à l'aide d'un code de calcul à éléments finis

Renault

Abstract

A CFD code, using a mixed finite volumes - finite elements method on tetraedrons, is now available for engine simulations. The code takes into account the displacement of moving walls such as piston and valves in a full automatic way: a single mesh is used for a full computation and no intervention of the user is necessary. A fourth order implicit spatial scheme and a first order implicit temporal scheme are used. The work presented in this paper is part of a larger program for the validation of this new numerical tool for engine applications. Here, comparisons between computation and experiments of the intake and compression strokes of a four-valve engine were carried out. The experimental investigations are conducted on a single cylinder four valve optical research engine. The turbulence intensity, mean velocity components, tumble and swirl ratios in the combustion chamber are deduced from the LDV measurements. The comparisons between computations and experiments are made on the mean velocity flow field at different locations inside the chamber and for different crank angles. We also present some global comparisons (swirl and tumble ratios). The simulation shows excellent agreement between computations and experiments.

Résumé

Un code de calcul utilisant une approche mixte éléments finis - volumes finis en tétraèdres a été développé pour les simulations moteur. Le code prend en compte le déplacement des parois mobiles comme les pistons et les soupapes de façon totalement automatique : un maillage unique est utilisé pour tout le calcul sans intervention de l'utilisateur. Un schéma implicite du quatrième ordre en espace et du premier ordre en temps est retenu. Le travail présenté dans cet article fait partie d'une démarche globale de validation de cette nouvelle approche pour les moteurs. Des comparaisons entre calculs et mesures lors des phases d'admission et de compression dans un moteur 4-soupapes AC y sont exposées. Ces expériences sont conduites dans un moteur à accès optique et concernent l'intensité de la turbulence, les vitesses moyennes, le swirl et le tumble, toutes déduites de mesures par vélocimétrie laser. Nous y établissons des comparaisons à plusieurs endroits et instants du cycle, ainsi que sur des quantités globales (swirl et tumble). L'accord constaté entre simulations et mesures est excellent.