Interprétation théorique et modélisation de la combustion de suies sur filtre à particules Diesel

Theoretical interpretation and modelisation of soot combustion in Diesel particulate trap

• Auteur / Autrice : Patrick Gilot
• Direction : Gilles Prado
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 1990
• Etablissement(s) : Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Moteurs diesel -- Gaz d'échappement

Suie

Résumé

Lors de la régénération thermique d'un filtre à particules Diesel, la réactivité des suies est étroitement couplée avec les transferts thermiques mis en jeu au sein du monolithe. Une bonne connaissance, à la fois de la cinétique d'oxydation des suies et des mécanismes des transferts thermiques impliqués est donc nécessaire dans le but d'une optimisation du processus de régénération. L'étude expérimentale consiste à étudier au laboratoire la régénération d'un filtre à parois poreuses de taille réduite (1/7 de celle d'un monolithe commercial) dans des conditions permettant de simuler l'échappement Diesel d'un véhicule au ralenti. La réactivité des suies est déterminée à partir des émissions de CO et CO2 analysées en continu pendant la régénération. Les températures sont mesurées en différents points du filtre, à l'intérieur des canaux. La modélisation est menée en deux étapes grâce à un découplage des transferts thermiques et de la réactivité des suies. Un premier modèle traite des transferts thermiques au sein du monolithe, la puissance thermique de combustion des noirs étant connue expérimentalement à partir des émissions de CO et CO2. Ce modèle permet de connaître la réponse thermique du filtre et l'ordre de grandeur de la température de sortie des gaz. Une deuxième partie est consacrée à la détermination de la cinétique d'oxydation des noirs de carbone. La combustion de faibles masses (5 à 40 mg) de noirs est suivie en thermogravimétrie. Un modèle tenant compte de la limitation diffusionnelle de l'oxygène au sein de l'empilement permet de déterminer la constante apparente de vitesse à différentes températures. Une équation d'Arrhenius valable dans le domaine 600°C-900°C est proposée. Dans la dernière partie, nous procédons au couplage entre les transferts thermiques et la réactivité des suies. Un modèle monodimensionnel est développé. Il prédit une régénération du filtre