Recherche Avancée

Thèse soutenue

Étude de l'injection du carburant gazeux de substitution GNV dans les moteurs à pistons : imagerie laser, bilans énergétique et environnemental

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Auteur / Autrice : Livier Ben
Direction : Georges Charnay
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergétique et transfert
Date : Soutenance en 2001
Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Résumé

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Le travail présenté s'inscrit dans le cadre de l'utilisation du Gaz Naturel comme carburant des véhicules du secteur automobile (GNV). Le contexte scientifique est celui des écoulements à masse volumique variable, fortement instationnaires avec ses conséquences sur la combustion prémélangée. Le travail est focalisé sur le mélange local/air carburant gazeux et sur le comportement du système moteur. Sur le plan applicatif, il vise une meilleure connaissance des différents systèmes d'alimentation en gaz carburant pour les moteurs à allumage commandé. La première partie est une étude locale sur une expérience modèle simulant la phase d'admission d'un moteur quatre temps. Nous analysons la formation du mélangé air-carburant dans le conduit d'admission et dans le jet de soupape, avec une injection transverse continue ou séquentielle. La méthode de diagnostic est la fluorescence induite par plan laser donnant une valeur locale et instantanée de la richesse du mélange air/carburant. Au total, 72000 images ont été acquises et traitées à 18 phases distinctes au cours du cycle. La comparaison des mélanges entre une injection continue faible vitesse et deux injections séquentielles est réalisée. L'impact sur la paroi en fonctionnement séquentiel permet de diminuer les hétérogénéités. Le passage de la soupape atténue les différences entre les deux types d'injections sans toutefois la supprimer. La seconde partie est une étude globale et système sur un banc d'essai de moteur 4 cylindres de série. Les mêmes technologies d'injection que sur l'expérience modèle sont testées : trois systèmes d'injection gaz et un système d'injection essence. Les performances et les émissions polluantes sont caractérisées. La production des oxydes d'azote fait l'objet aussi d'une modélisation par un code thermodynamique. Quel que soit le système d'alimentation en gaz, la réduction de pollution par rapport à l'essence a été constatée. Par ailleurs, il a été mis en évidence un fonctionnement gaz à richesse faible de 0,7 avec un fort gain en stabilité cyclique, une pollution améliorée et un rendement non dégradé. Les différences d'homogénéités mesurées sur l'expérience modèle ont été corrélées favorablement aux différences d'émissions polluantes émises par le moteur, mettant en avant l'importance du mélangé des gaz à l'admission sur la qualité finale d'un moteur à allumage commandé. Cette étude est réalisée dans le cadre d'une opération de recherche faisant intervenir la région Midi-Pyrénées, Gaz de France, PSA Peugeot Citroe͏̈n et Renault.