Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
C’est en raison de leur nombre plus important de processus physiques et chimiques que les modèles de moteurs à allumage par compression se distinguent des moteurs à allumage commandé. Cet article propose, après un bref rappel des phénomènes mis en jeu, une description des différents modèles de combustion. Une présentation est faite d'abord des modèles de combustion phénoménologique (double phase de Vibe et phase de Vibe suivie d’une hyperbole). Les modèles de combustion à une zone sont ensuite abordés (modèle d’évaporation, modèle de délai d’auto-inflammation, modèle de combustion de prémélange, etc). Pour terminer, le modèle de combustion multizone est étudié (évolution temporelle des paquets, modèle de pénétration, modèle de mélange, etc).
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Due to the high number of physical and chemical processes, models for compression-ignition engines differ from spark-ignition engines. After a brief review of the phenomena involved, this article presents a description of different combustion models. A presentation is first made of phenomenological combustion models (double Vibe phase and phase Vibe followed by a hyperbole). Single-zone combustion models are then discussed (evaporation model, autoignition delay model, premixed combustion model, etc.). Finally, the multi-zone combustion model is studied (temporal evolution packages, penetration model, mixing model, etc.).
Auteur(s)
-
Pascal HIGELIN : Professeur à l’Université d’Orléans - Laboratoire de Mécanique et Énergétique
-
Thierry JAINE : Docteur ingénieur Motoriste – Peugeot Citroën Automobile
INTRODUCTION
Les modèles de moteurs à allumage par compression, encore appelés moteurs Diesel ou CI (Compression Ignition), se distinguent des modèles de moteurs à allumage commandé, ou SI (Spark Ignition), par la prise en compte d’un nombre beaucoup plus important de processus physiques et chimiques. En effet, le dégagement de chaleur dans les moteurs à allumage commandé homogènes est essentiellement contrôlé par la vitesse de propagation du front de flamme et donc par l’aérodynamique interne de la chambre de combustion Modélisation du cycle moteur- Moteurs à allumage commandé, alors que dans les moteurs à allumage par compression il faut prendre en compte l’injection et la pulvérisation du carburant, la vaporisation des gouttelettes, les mécanismes chimiques d’initiation de la combustion et enfin la combustion. Le présent dossier se focalise uniquement sur la modélisation des phénomènes physiques et chimiques mis en jeu lors de la combustion Diesel, sachant que les modèles généraux aux moteurs suivants ont été traités dans les dossiers Modélisation du cycle moteur- Approche zérodimensionnelle et Modélisation du cycle moteur- Moteurs à allumage commandé :
-
approche thermodynamique zérodimensionnelle ;
-
modèle thermodynamique des gaz ;
-
modèle de pertes aux parois ;
-
modèle cinématique ;
-
modèle de transvasement.
Les modèles de moteurs à allumage par compression issus de la littérature couvrent un spectre très large, depuis les modèles empiriques qui incorporent très peu de physique, jusqu’à des modèles multizones détaillés incorporant l’ensemble des modèles généraux évoqués plus haut, en passant par des modèles de complexité intermédiaire généralement à une seule zone. Le choix du type de modèle dans un contexte donné sera dicté par le compromis précision/ vitesse de calcul.
Pour les symboles et notations, le lecteur se reportera en .
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Modèles de combustion phénoménologique1. Description des phénomènes mis en jeu
Dans un moteur à allumage par compression, entre la fin de la phase de transvasement et le dégagement de chaleur induit par la combustion du mélange air/carburant, une succession de phénomènes physiques et chimiques (figure 1) sont mis en jeu.
• À la fermeture des soupapes d’admission, la charge enfermée est caractérisée par sa pression (suralimentation), sa température (refroidissement de l’air d’admission, gaz recirculés, gaz résiduels) et sa composition (gaz recirculés, gaz résiduels). C’est la phase 1 de la figure 1.
• Vers la fin de la phase de compression, le carburant est injecté dans la chambre de combustion. Le fort écart de pression (entre 200 et 2 000 bar) régnant aux bornes des trous de l’injecteur provoque la pulvérisation du carburant en de très fines gouttelettes. L’air et le carburant sont admis séparément (phase 1 de la figure 1).
• Dans la chambre de combustion, les gouttelettes soumises à une ambiance à haute pression et à haute température s’évaporent rapidement et d’autant plus vite qu’elles sont petites. Le délai compris entre le début de l’injection et la fin de la vaporisation d’une gouttelette est appelé « délai physique ». C’est la phase 2 de la figure 1.
• Le mélange air/carburant issu des gouttelettes continue à être comprimé par la remontée du piston tant que la combustion n’a pas débuté (pas d’auto-inflammation). Celle-ci est initiée à l’endroit où les conditions thermodynamiques sont les plus favorables. Le délai compris entre la fin de la vaporisation et...
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Description des phénomènes mis en jeu
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GUIBERT (P.) - Modélisation du cycle moteur. Moteurs à allumage commandé. - Machines hydrauliques et thermiques. Techniques de l’Ingénieur Modélisation du cycle moteur- Moteurs à allumage commandé, janv. 2005.
-
(2) - GUIBERT (P.) - Modélisation du cycle moteur. Approche zérodimensionnelle. - Machines hydrauliques et thermiques. Techniques de l’Ingénieur Modélisation du cycle moteur- Approche zérodimensionnelle, janv. 2005.
-
(3) - HEYWOOD (J.B.) - Internal Combustion Engine Fundamentals. - McGraw-Hill, ISBN 007028637X (1988).
-
(4) - HIGELIN (P.) - Huiles végétales – Biocombustible Diesel. Incidence des aspects thermiques liés au type de moteur sur la combustion. - Thèse de l’Université d’Orléans (1992).
-
(5) - VIBE (I.I.) - Brennverlauf und Kreisprozess von Verbrennungsmotoren. - VEB Verlag Technik, BERLIN (1970).
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