Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
La caractéristique de la combustion dans les moteurs Diesel est qu'elle s'effectue en milieu très hétérogène, le mélange air-carburant est plus riche au voisinage du jet de carburant, et avec un excédent d'air, d'où la présence d'oxygène dans les gaz d'échappement. Le dimensionnement général d'un moteur de ce type dépend des choix faits pour le système de combustion, qu'il s'agisse d'injection directe ou indirecte, comme la hauteur du piston et du carter-cylindres, le positionnement de l’injecteur et de la bougie, ou la disposition des conduits d’admission dans la culasse. L’aspect le plus problématique dans l’optimisation d’un moteur Diesel reste bien sûr le contrôle des émissions d’oxydes d’azote et de particules.
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The characteristics of combustion in Diesel engines is that it is carried out in an extremely heterogeneous medium, the mixture air/fuel is richer in the vicinity of the fuel spray, with an excess air, hence the presence of oxygen in exhausts gases. The general dimensioning of an engine of this type depends on the choices made concerning the combustion system, whether for direct or indirect injection, such as the height of the piston and of the cylinder casing, the positioning of the injector and the spark plug, or the arrangement of the charging ducts inside the cylinder head. The major issue for the optimization of a Diesel engine is evidently the control of nitrogen and particles emissions.
Auteur(s)
-
Jean-Pierre POUILLE : Directeur de la Division Moteurs-Lubrifiants - ENSPM Formation Industrie – IFP Training
INTRODUCTION
Ia mise au point des moteurs Diesel d'automobiles au banc moteur est une phase indispensable pour optimiser les différents compromis à réaliser entre performances, émissions, démarrage à froid, fiabilité, bruit.
La caractéristique de la combustion dans les moteurs Diesel est qu'elle s'effectue :
-
en milieu très hétérogène, le mélange air-carburant dans la chambre étant très riche au voisinage du jet de carburant, d'où la formation de particules de suies ;
-
avec un excédent d'air, d'où la présence d'oxygène dans les gaz d'échappement, ce qui rend très difficile le post-traitement des oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement.
Le contrôle des émissions d'oxydes d'azote et de particules reste donc au cœur de la problématique d'optimisation d'un moteur Diesel. En injection directe, la réduction des émissions de particules demande des trous d'injecteur de petit diamètre, ce qui est contradictoire avec la recherche de performances ; la diminution des émissions d'oxydes d'azote se fait en recirculant à l'admission une partie des gaz d'échappement, ce qui produit une élévation des émissions de particules. L'importance des compromis apparaît ainsi de façon permanente au cours de la mise au point.
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Conclusion2. Mise au point expérimentale des moteurs Diesel DI
2.1 Caractérisation des culasses en soufflerie
Nous avons vu [3] que le mélange du carburant, injecté dans le bol par plusieurs trous, et de l'air, nécessitait un mouvement de rotation de l'air. Cette rotation est générée lors de la descente du piston grâce à la position et à la forme du ou des conduits d'admission dans la culasse, puis amplifiée lors de la compression à l'intérieur du bol (conservation du moment cinétique).
Pour rechercher le swirl optimal vis-à-vis de la combustion, il est donc nécessaire de le quantifier par une mesure en soufflerie que nous allons décrire.
D'autre part, il faut chercher à introduire le maximum d'air dans la chambre, et pour cela avoir une culasse aussi perméable que possible ; cette perméabilité sera également caractérisée en soufflerie.
Il est évident que la génération d'un swirl crée une perte de charge et, par suite, altère la perméabilité de la culasse ; c'est donc le compromis swirl/perméabilité que l'on cherchera à optimiser.
HAUT DE PAGE2.1.1 Détermination du taux de swirl
-
Mesure de l'indice de swirl par moulinet
Si l'on suppose que la rotation de la masse d'air dans le cylindre lors de l'admission est assimilable à une rotation solide (vitesse des particules proportionnelle à leurs distances respectives du centre de rotation), on définit l'indice de swirl par le rapport :
avec :
- nD :
- vitesse angulaire de rotations de la masse gazeuse (tr/min),
- N :
- vitesse de rotation du moteur (tr/min).
La vitesse de rotation nD est traditionnellement mesurée en soufflerie au moyen d'un moulinet normalisé dont le diamètre est égal à 0,7 fois l'alésage D du cylindre et placé à 1,4 fois l'alésage en aval du plan de joint de la culasse (figure 18).
Pour une levée donnée de la soupape, on applique entre l'admission et le cylindre une différence de pression de 25 mbar, et l'on mesure le débit d'air Q (m3/s). On considère que le régime moteur qui...
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Mise au point expérimentale des moteurs Diesel DI
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RICARDO - Congrès international SIA, Moteurs Diesel - École centrale de Lyon, 14-15 avril 1993.
-
(2) - MAROTEAUX (D.) - Optimization of injection parameters on an IDI Diesel engine for the reduction of exhaust emissions - SIA 9506A11, Congrès EAEC, Strasbourg, 21-22-23 juin 1995.
-
(3) - HAUPAIS (A.) - Combustion dans les moteurs Diesel - [B 2 700], Machines hydrauliques et thermiques (1992).
-
(4) - ALEXANDRE (A.), TOMASELLI (L.) - Analyse des transferts énergétiques dans les moteurs automobiles (2004). Modélisation thermique des moteurs - [BM 2 901][BM 2 902] [BM 2 903] (2007).
-
(5) - GEOFFROY (B.) - Distribution à soupapes - [B 2 805] (1995).
-
(6) - FROMENT (J.-L.) - Moteurs Diesel : injection et chambre de combustion - [BM...
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