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Auteur(s)
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Jean‐Pierre POUILLE : Chef du service combustion‐Dépollution Diesel - Direction de la Mécanique‐Renault
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le moteur Diesel s’est principalement développé pour des applications industrielles, dans lesquelles il a permis d’utiliser, avec un bon rendement, un carburant rustique et bon marché. La puissance spécifique et la plage de régimes utilisable n’ont pas été des objectifs prioritaires. Cependant, les progrès accomplis sur les petits moteurs Diesel rapides (rendement, performances spécifiques, plage de régimes utilisable, bruit, agrément d’utilisation) en ont fait des concurrents des moteurs à allumage commandé pour les applications automobiles.
Si l’intérêt du diesel sur la voiture particulière réside notamment dans son rendement et, par là, dans son faible coût d’utilisation (le surcoût à l’achat étant en partie compensé par une plus grande longévité), les progrès récents et à venir du moteur à allumage commandé dans les domaines de la consommation et des émissions constituent un défi pour les diésélistes.
Dans le domaine des émissions, ce défi s’avère particulièrement difficile à relever car le moteur à allumage commandé, grâce à sa combustion homogène, n’émet que très peu de particules et peut traiter les émissions gazeuses de HC (hydrocarbures imbrûlés), CO (monoxyde de carbone) et NOx (oxydes d’azote) à l’échappement au moyen d’un catalyseur trifonctionnel dont l’efficacité est de l’ordre de 98 %. Ce catalyseur trifonctionnel favorise simultanément les réactions d’oxydation (HC, CO) et de réduction (NOx ), le moteur à allumage commandé fonctionnant en mélange stœchiométrique (richesse 1). Ce n’est pas le cas du moteur Diesel, qui a toujours besoin d’un excès d’air pour réaliser une bonne combustion, ce qui est favorable pour les émissions de HC et CO, produits en faibles quantités et facilement oxydables par un catalyseur, mais ne permet pas de traiter les émissions de NOx puisque l’on se trouve en milieu oxydant.
En résumé, les principales difficultés rencontrées pour dépolluer les moteurs Diesel concernent la réduction des particules et des oxydes d’azote.
Parallèlement aux efforts prioritaires visant à réduire les émissions et la consommation, le diéséliste doit chercher à accroître les performances spécifiques et à réduire le bruit.
Nous allons décrire la démarche suivie au bureau d’études pour concevoir et dessiner un moteur Diesel, effectuer la mise au point de l’injection et de la combustion, points clés pour relever les défis que nous venons d’évoquer.
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Conclusion3. Mise au point expérimentale des moteurs Diesel DI
3.1 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 PAGE3.1.1 Détermination du taux de swirl
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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 :
nD /Navec :
- n D :
- vitesse angulaire de rotations de la masse gazeuse (tr/min)
- N :
- vitesse de rotation du moteur (tr/min).
La vitesse de rotation n D 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 40).
Pour...
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