Bibliographie & annexes
Présentation
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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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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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Mise au point expérimentale des moteurs Diesel IDI
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3. Conclusion
Nous avons vu au cours des paragraphes précédents que le dimensionnement général d'un moteur Diesel dépendait des choix faits pour le système de combustion, qu'il s'agisse d'injection directe ou indirecte : hauteur du piston et du carter-cylindres, architecture de culasse ; positionnement de l'injecteur et de la bougie, pression maximale dans la chambre de combustion dimensionnant l'attelage mobile et la base moteur, refroidissement, disposition des conduits d'admission dans la culasse.
On ne peut entreprendre le dessin d'un nouveau moteur Diesel sans disposer d'une solide base de données, établie à partir d'essais sur des moteurs similaires ou sur des monocylindres expérimentaux.
Les calculs de mécanique et de thermique permettent ensuite de gagner beaucoup de temps sur les aspects tenue en endurance, pour lesquels on ne peut toutefois pas se passer d'essais de validation.
Les informations obtenues précédemment permettent d'aborder la conception d'un avant-projet, d'avoir une estimation des dimensionnements importants. Beaucoup de travail reste ensuite à faire pour affiner la définition et obtenir des dessins de détail.
De même, en ce qui concerne la partie essais de développement, même si nous ne pouvons donner une démarche universelle, nous avons montré sur des exemples le genre des raisonnements à suivre qui peuvent servir de fil conducteur dans une démarche expérimentale, notamment pour l'optimisation de la combustion qui, aujourd'hui, n'est pas accessible par le calcul.
Toute innovation doit s'appuyer sur une bonne connaissance des phénomènes physiques de base ; nous avons exposé notre compréhension du fonctionnement des moteurs Diesel, et le pourquoi des dimensionnements choisis. À partir de là, il ne faut pas considérer que les valeurs indiquées sont immuables, même si elles peuvent constituer un bon point de départ.
Nous avons la certitude que, malgré les années d'efforts faits par tous les constructeurs du monde, il reste encore un champ important pour l'innovation et l'amélioration des moteurs.
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Conclusion
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 2 585]...
ANNEXES
Livres et revues
FAYETTE TAYLOR (C.) - The internal-combustion engine in theory and practice - The MIT press, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts.
HEYWOOD (J.B.) - Internal Combustion Engine Fundamentals - McGraw-Hill Book Company.
PISCHINGER (F.) - Verbrennungsmotoren – Vorlesungsumdruc Lehrstuhl für angewandte Thermodynamik - Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen.
WEAVING (J.H.) - Internal combustion engineering : science & technology - Elsevier Science Publishers Ltd.
BACHEX, LALIÈRE, PHULPIN, SWOBODA - Cours de l'École nationale supérieure du pétrole et des moteurs - Institut Français du Pétrole.
SWOBODA (B.) - Mécanique des moteurs alternatifs - Éditions Technip.
BUTY (L.), PETRICENKO (M.) - L'attelage rapide des moteurs rapides : le piston, la bielle, le vilebrequin - Éditions Technip.
GENTILE (D.) - Refroidissement des moteurs thermiques automobiles - C-90-03.
FEFEU (M.) - Ensemble piston-segments-cylindre - C-91-11.
MAREZ (P.) - La combustion dans les moteurs Diesel à préchambre - C-94-08.
Cours du CLESIA (Centre Libre d'Études Supérieures de l'Industrie Automobile) - Société des Ingénieurs de l'Automobile.
LILLY (L.C.R.) - Diesel engine reference book - Butterworth and Co (Publishers) Ltd.
KIRSTEN (K.), POUILLE (J.-P.), SCHULTE (H.), PISCHINGER (F.) - Analyse du processus de combustion des différents systèmes de combustion des moteurs Diesel pour véhicules automobiles - Congrès SIA, Moteurs Diesel, 13 et 14 mai 1987.
IMARISIO (M.) - Étude d'un système de combustion sur moteur Diesel monocylindre rapide à injection directe - Congrès SIA, Moteurs Diesel, 13 et 14 mai 1987.
POUILLE (J.-P.) - La comparaison de la combustion dans les moteurs à essence et Diesel : aspects performances, consommation et émissions - Congrès SIA, Moteurs Diesel, 13 et 14 juin 1990.
ZELLAT (M.), POUILLE (J.-P.) - Modélisation tridimensionnelle de la combustion et de la formation de suie...
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