Etude expérimentale et modélisation des phénomènes internes en moteur diesel à injection directe

par Nour Eddine Guerrassi

Thèse de doctorat en Énergétique et thermique

Sous la direction de Jean-Claude Champoussin.

Soutenue en 1993

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    Un modèle phénoménologique multi-zone, intégrant les derniers sous-modèles physiques connus (aérodynamique, pulvérisation, combustion turbulente, production de suie, frottement piston-chemise. . . ) est développé. II est validé expérimentalement sur la pression cylindre, l'énergie libérée et les transferts de chaleur aux parois, et utilisé pour calculer des grandeurs locales non mesurables sur moteur par exemple : la richesse, la température des gaz, la fraction brûlée, la fraction volumique de suie. . . La première partie concerne la mesure par PDA (Particle Dynamic Analyser) de la taille et de la vitesse des gouttes dans une chambre de combustion à volume constant à la température ambiante, pour différentes pressions des gaz et différents diamètres de l'orifice d'injecteur. La distribution spatio-temporelle des diamètres de gouttes nous a permis de proposer une nouvelle loi de la fraction volumique en fonction du diamètre normalisé précisant celle publiée par Hiroyasu, ainsi qu'un modèle simplifié décrivant la pulvérisation. Le modèle multi-zone proposé prend en compte le swirl, la turbulence, la pulvérisation, l'échauffement et l'évaporation des gouttes, la production des suies et les transferts thermiques convectif et radiatif. La vitesse tangentielle supposée parabolique est calculée à l'aide des équations de conservation de la masse et du moment cinétique angulaire. La turbulence supposée homogène est calculée à l'aide d'un modèle k-e. En complément de l'aérothermochimie de la combustion, l'energie génerée par frottement piston-chemise est déterminée pour chacun des segments et pour la jupe en considérant les modes de lubrification hydrodynamique et mixte. Contrairement aux travaux antérieurs limites aux phases de compression, combustion-detente, le modèle proposé décrit le cycle complet intégrant les échanges de masse avec l'extérieur. Enfin les mesures des pertes thermiques conduites sur un banc d'essai (mesures globales sur les circuits de refroidissement de la chemise, de la culasse et de l'huile de lubrification et mesures locales en plusieurs positions de la chemise et de la culasse) ont permis l'estimation de la contribution de chaque mode convection, rayonnement et frottement piston-chemise dans les pertes thermiques totales dans la chemise. A pleine charge le frottement piston-chemise représente environ 2% (7,3% à vide) de l'energie introduite soit 12% (27% a vide) des pertes totales calculées pour le piston et la chemise.


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  • Résumé

    An up to date phenomenological multi-zone model taking into account the last known physical submodels (aerodynamics, spray atomization, turbulent combustion, soot production, piston-liner friction. . . ) is presented. It is validated on experimental cylinder pressure, energy release rate, heat transfer, and used to predict local values non measurable in the combustion chamber for example: equivalence ratio, burnt mass fraction, gas temperature, soot volumic fraction. . . The first part concerns the measurement by PDA (Particle Dynamic Analyser) of droplet diameter and velocity in a constant volume combustion chamber at ambiant temperature, for different gas pressures and nozzle diameters. The time-space distribution of droplets diameter has allowed to propose a new law of cumulative volumic fraction improving those of Hiroyasu, and a simplified atomization model. The proposed model takes into account swirl, turbulence, atomization, droplet heat up and evaporation, soot production, convective and radiative heat transfer. The flow model is one-dimensional axi-symmetrical with a parabolic profile. Turbulence computed by (k-e) model, is set up homogeneous and isotropic. Heat loss generated by piston-liner friction is computed by taking into account hydrodynamic and mixed lubrication modes. At the opposite of previous works limited to the compression, combustion-expansion strokes, the proposed model computes the whole cycle by including mass exchange processes with the outer. Finally, heat losses measured on test bench (global measures on cooling circuits of the liner, the head and the lubricating oil, and local measures at different locations in the head and the liner) have allowed to the assessment of the contribution of each mode, convection, radiation and piston-liner friction, in the total heat losses in the liner. At full load, the piston-liner friction represents 2% (7. 3% at no load) of the input power, corresponding to 12% (27% at no load) of the total heat losses computed for the piston and the liner.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ([6]-176 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 169 références

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T1532 mag
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T1532
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