Analyse des images de fluorescence du spray de fuel dans un moteur à injection directe

par Richard Roth

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de Denis Stepowski.

Soutenue en 1998

à Rouen .


  • Résumé

    L'objectif de ce travail a été d'étudier les possibilités de visualisation (avec une camera CCD intensifiée) du spray de fuel dans un moteur Diesel à injection directe par fluorescence induite par les trois harmoniques (soit 532 nm, ou 355 nm, ou 266 nm) d'un laser YAG pulsé. Un fuel Diesel standard (commercial) a été utilise de façon à se trouver dans des conditions de fonctionnement moteur réalistes. Les spectres d'absorption et de fluorescence du fuel Diesel Shell standard et de ses 4 fractions distillées (0-25%, t<207°C ; 25-50%, 207°C<t<245°C ; 50-72%, 245°C<t<282°C et 72-100%, 282°C<t<347°C) ont été systématiquement enregistrés pour trouver les meilleures opportunités dans le schéma excitation laser-détection camera. Seule la fraction lourde distillée (72-100%) absorbe la radiation laser dans le vert (532 nm) tandis que la radiation dans l'UV à 266 nm subit une forte absorption (constante) indépendamment du degré de volatilisation du fuel. Mais en considérant le comportement spectral du rendement et du piégeage de la fluorescence, l'excitation laser dans l’UV à 355 nm se révèle la mieux adaptée pour réaliser les cartographies 2D de la concentration locale du fuel liquide. Des tests préliminaires réalisés avec un système d'injection classique à l'air libre et un système d'injection common rail dans une chambre haute pression (jusqu'à 40 bars) ont permis d'étudier l'évolution temporelle du jet liquide et l'influence de la pression d'air ambiant sur sa longueur de pénétration. Pour une pression d'injection de 600 bars et pour deux pressions d'air différentes (10 bars et 36 bars), une technique originale a permis de mesurer de façon cumulative la PDF de la fraction volumique de fuel liquide y, à partir de 500 images de fluorescence du jet induites à 355 nm. La distribution obtenue comporte deux pics d'intermittence encadrant une fraction continue qui a pu être décrite par une fonction d’Arrhenius en y n (n dépendant de la pression d'air ambiant) à un seul paramètre local. La technique de fluorescence induite par laser a ensuite été appliquée pour visualiser le jet de fuel dans la chambre de combustion d'un moteur Diesel (PSA DW10 1997 cm 3) sur une section transversale parallèle au piston transparent. Pour un degré d'angle vilebrequin fixé à 358°ca, la technique cumulative appliquée 1500 images de fluorescence du spray Diesel excité à 355 nm dans le moteur, a confirmé la forme remarquable en y n (avec n = 2) de la PDF de la fraction volumique de liquide y. Un simple changement de variable appliqué à y a mis en évidence la forme canonique de la PDF et l'application des principes généraux de la physique statistique à cette distribution statistique canonique nous a fourni le nombre de degrés de liberté des éléments liquides du spray.


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  • Cote : 98/ROUE/S084

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