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Auteur(s)
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Alain HAUPAIS : Ingénieur de l’École Centrale de Lyon - Docteur ès Sciences - Président Directeur Général du Centre de Recherches en Machines Thermiques (CRMT)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Bien que le moteur Diesel soit centenaire, il est en constante et forte évolution, à la fois du fait d’une meilleure connaissance des phénomènes impliqués et d’une exigence croissante de performances, de faible consommation et de réduction des émissions de polluants. Les performances et les niveaux de pollution obtenus sur les moteurs récemment commercialisés ou en cours de développement auraient très certainement, il y a 20 ou 30 ans, été réputés comme infaisables par les meilleurs diésélistes.
Deux grandes familles de moteurs émergent :
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les moteurs à injection directe, qui donnent des consommations plus faibles, des émissions d’oxydes d’azote plus élevées. Ils sont de loin les plus répandus pour les applications stationnaires, de propulsion navale et pour les moteurs de véhicules poids lourds et utilitaires. Leur utilisation dans les véhicules de tourisme est récente et encore rare, du fait de difficultés à les faire fonctionner sur une très large plage de régimes ;
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les moteurs à injection indirecte, qui sont actuellement largement majoritaires pour les applications aux véhicules de tourisme, du fait d’une puissance massique plus élevée, d’un système d’injection moins coûteux et de bonnes performances sur une large plage de régimes. La consommation plus élevée les a progressivement fait disparaître pour les applications industrielles et les poids lourds.
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5. Formation de polluants
5.1 Caractères spécifiques de la combustion turbulente
Le mécanisme de mélange turbulent entre le combustible et l’air, utilisé sur les moteurs Diesel, se traduit par des concentrations d’espèces chimiques et par des températures très variables d’un point à l’autre du jet, comme nous l’avons vu sous forme des profils radiaux de concentration ou de la variation de celle‐ci sur l’axe du jet 4.
À cette variation déterministe des concentrations moyennées en fonction du temps se superposent des fluctuations locales et rapides résultant de la nature turbulente des jets.
Tous les phénomènes chimiques mis en œuvre lors de la combustion relèvent en fait de réactions à échelle moléculaire. Les lois d’équilibre et de cinétique étant hautement non linéaires, il apparaît donc impossible de décrire précisément les mécanismes chimiques en s’appuyant uniquement sur les valeurs moyennes de concentration et de température.
Les analyses détaillées d’échantillons prélevés localement dans une flamme de diffusion et moyennés sur le temps montrent un « non‐mélange » local qui se traduit par la coexistence de combustible non brûlé et d’oxygène dans la flamme.
Par rapport à une concentration moyenne stœchiométrique, qui aurait permis une combustion complète si l’air et le combustible avaient été en contact intime, à échelle moléculaire, les hétérogénéités locales turbulentes permettent uniquement à 80 % du combustible « brûlable » de brûler effectivement.
Par rapport à une combustion complète, un tel déficit local d’avancement des réactions se traduit par :
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une baisse des températures locales ;
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la présence de combustible imbrûlé ou partiellement oxydé ;
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une augmentation des quantités...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Manual of engine test method for rating Diesel fuels by cetane method. - Publication ASTM (1963).
-
(2) - WEISSMANN (J.) - Carburants et combustibles pour moteurs à combustion interne. - Éd. Technip.
-
(3) - GUIBET (J.C.), MARTIN (B.) - Carburants et moteurs. - Éd. Technip (1987).
-
(4) - RICOU (F.P.), SPALDING (D.B.) - Measurements of entrainement by axisymetrical turbulent jets. - J. of Fluid Mechanics (1961).
-
(5) - BECKER (H.A.), HOTTEL (H.C.) - The nozzle fluid concentration field of the round turbulent jet. - J. of Fluid Mechanics (1967).
-
(6) - ABRAMOVICH (G.N.) - The theory of turbulent jets. - MIT Press (1963).
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