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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Lire l’articleAuteur(s)
-
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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Conclusion
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2. Mise au point expérimentale des moteurs Diesel DI
2.1 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 PAGE2.1.1 Détermination du taux de swirl
-
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 :
- nD :
- 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 18).
Pour une levée donnée de la soupape, on applique entre l'admission et le cylindre une différence de pression de 25 mbar, et l'on mesure le débit d'air Q (m3/s). On considère...
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Mise au point expérimentale des moteurs Diesel DI
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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