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Mobilité et Systèmes

Vie et mort des suies : un modèle pour contrôler le phénomène

Les normes d’homologation des véhicules exigent des moteurs de plus en plus performants (basse consommation et faibles émissions) sur une large plage de fonctionnement. C’est pourquoi de nouvelles architectures moteurs intègrent des technologies telles que l’injection directe ou la recirculation des gaz brûlés, deux leviers d’optimisation de la combustion.
   
Dans ce contexte, les stratégies de contrôle moteur deviennent très sophistiquées, d’où le recours croissant à la simulation système.
   
Cependant, la complexité des mécanismes de formation des polluants dans la chambre de combustion, et notamment des suies, rend difficile leur prise en compte détaillée par des approches de simulation système classiques.
     
Pour contourner cette difficulté, IFPEN a développé des modèles phénoménologiques, c’est-à-dire fondés sur la physique des phénomènes mais utilisant des descripteurs plus globaux.
   
Il existe des corrélations importantes entre les émissions de suies et les conditions thermochimiques du mélange air-carburant à des endroits bien identifiés de la structure du jet Diesel(1) : en particulier à la longueur de lift-off (point de formation de suies) et au sein de la flamme diffusive (lieu d’oxydation des suies). Ces facteurs sont eux-mêmes directement reliés aux paramètres de contrôle moteur.
   
Cette connaissance a permis :

  •  d’élaborer un modèle capable de décrire ces conditions tout au long du cycle moteur(2),
  • et d’en tirer une prédiction quantitative de formation des suies (figure).

Le modèle obtenu, qui permet aussi de prédire l’impact de variations des réglages par rapport à un point de fonctionnement donné (stratégie d’injection, taux de dilution, niveau de suralimentation), a été intégré dans la librairie IFP-Engine du logiciel Simcenter AmesimTM a commercialisé par Siemens.
   
L’enjeu est désormais de couvrir de plus larges conditions de fonctionnement des moteurs, et pour cela d’y établir la validité des corrélations utilisées.

 

a - Outil de simulation multiphysique.
   
b - PMI : pression moyenne indiquée.   

 

Contact scientifique :  alessio.dulbecco@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 32 - Mars 2018

Publications

  1. L. Pickett, D. Siebers, Soot in diesel fuel jets: effects of ambient temperature, ambient density, and injection pressure, Combustion and Flame, Vol. 138: Issues 1–2, July 2004, Pages 114-135.
    >> Doi: 10.1016/j.combustflame.2004.04.006
      
  2. A. Dulbecco, G. Font, Development of a Spray-Based Phenomenological Soot Model for Diesel Engine Applications, SAE Technical Paper 2017-24-0022.
    >> Doi: 10.4271/2017-24-0022, 2017.

 

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