Etude de la recirculation des gaz carter et des gaz d’échappement dans les moteurs à combustion interne

Study of the recirculation of the blow by gas and the exhaust gas in internal combustion engines

• Auteur / Autrice : Rony Akiki
• Direction : Philippe Hervé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 10

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollution

Moteurs à combustion interne

Granulométrie

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’étude théorique et expérimentale des circuits de recirculation des gaz carter et des gaz d’échappement dans les moteurs à combustion interne. La recirculation des gaz d'échappement, ou EGR consiste à rediriger une partie des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne dans le collecteur d'admission. La recirculation de ces gaz d’échappement permet de diminuer les émissions des oxydes d’azote. Les séparateurs centrifuges présents dans le circuit de recirculation des gaz carter permettent de séparer les particules d’huile du gaz pour diminuer la consommation d’huile et protéger les pièces de la ligne d’admission d’air contre l’encrassement. Une nouvelle technique de mesure simultanée de la granulométrie et de la vitesse des particules en deux directions dans un champ de quelques centimètres carrés a été mise au point. Des mesures ont été réalisées sur un banc d’organe développé pour reproduire les gaz carter et le circuit de ventilation du carter. Un moyen de calcul de l’efficacité de séparation et de la perte de charge des décanteurs à hélice a été développé. Les résultats théoriques ont été validés par des résultats expérimentaux. Un nouveau concept de décanteur centrifuge « hélice à géométrie variable » adapté à notre application a été développé dans cette étude. Ce concept permet de réduire jusqu’à cinq fois la consommation d’huile provenant des gaz carter. Pour étudier le mélange air/EGR, dans le collecteur d'admission, une nouvelle technique de mesure non intrusive a été développée dans cette étude. Cette technique permet d’évaluer l’homogénéité du mélange air/EGR et de mesurer la répartition des gaz EGR cylindre à cylindre.

In this project a combination of experiments and simulations is used to study the recirculation of the blow by gas and the exhaust gas in internal combustion engines. These systems were developed to reduce pollutant emissions. Exhaust Gas Recirculation EGR reduces flame temperature, thereby reducing nitrogen oxide (NOx) emissions. Centrifugal oil mist separators present in the crankcase ventilation systems are used to separate oil particles from blow by gas in order to reduce oil consumption and protect the air intake line. A new simultaneous measurement technique of particles sizes and velocities in a field of a few square centimetres was developed. Measurements have been carried out on an experimental set-up developed to simulate the blow by gas and the engine crankcase ventilation system. Analytical software was developed to predict the efficiency and the pressure drop of the swirl tube separator. Theoretical results were compared and validated by experimental results. A new concept of oil mist separator “variable swirl tube separator” adapted to our application was developed. This concept reduces five times the oil consumption coming from the blow by gas in internal combustion engines. To study the air/EGR mixture in the air intake manifold, before the combustion chamber, a new non-intrusive measurement technique was developed in this study. This technique evaluates the homogeneity of the air/EGR mixture and measures the EGR cylinder to cylinder distribution.