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Auteur(s)
-
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 plus récente, du fait de difficultés à les faire fonctionner sur une très large plage de régimes ;
-
les moteurs à injection indirecte, qui ont été longtemps 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, puis pour les véhicules de tourisme.
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Formation de polluants
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4. Mécanisme de mélange turbulent
4.1 Jet libre turbulent
Étudions d’abord en détail la configuration géométrique la plus simple qui est celle dite du jet libre, c’est-à-dire un jet de combustible issu d’un trou unique, injecté dans de l’air immobile et sans effets perturbateurs des parois.
Les conditions usuelles d’injection (vitesse
, diamètre de trou
) sont telles que le jet issu de l’injecteur est toujours turbulent. La structure du jet libre turbulent est schématisée sur la figure 3.
Même en l’absence de turbulence préexistante dans le trou, celle-ci naît sur le bord du jet immédiatement en sortie de l’injecteur. La couche turbulente s’épanouit avec un demi-angle au sommet voisin de 7 degrés. La turbulence née en sortie de l’orifice rejoint l’axe du jet après un parcours légèrement supérieur à 4 fois le diamètre du trou. C’est la zone dite de cône ou corps potentiel.
Après une zone de transition dont la longueur est égale à 2 diamètres environ apparaît la zone d’affinité établie qui a les caractéristiques suivantes :
-
un angle d’épanouissement de l’ordre de 27 degrés ;
-
dans cette zone, les phénomènes radiaux de mélange de masse et de quantité de mouvement sont pilotés par les mouvements turbulents, qui sont eux-mêmes proportionnels à la vitesse axiale du jet qui les a engendrés ;
-
cette proportionnalité entre la vitesse motrice axiale et les phénomènes radiaux résultants explique cette similitude des profils qui facilitera grandement la description du jet libre ;
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les profils radiaux de vitesse et de concentration sont décrits par les fonctions affines.
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Mécanisme de mélange turbulent
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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