Étude de l'effet d'injection double sur le comportement d'un système d'injection directe de diesel à rampe commune

Résumé

Afin de réduire l’intensité de carbone du transport, plusieurs solutions techniques sont étudiées dont l’usage de voitures électriques, de voitures hybrides et de moteurs thermiques plus propres. Cependant chacune de ces technologies doit répondre à des difficultés spécifiques. Au niveau des moteurs à allumage par compression qui offrent un rendement thermique supérieur aux moteurs à allumage commandé, ils doivent néanmoins réduire leurs émissions de NOx et de suies. Comme la formation de polluants dans ce type de moteurs est sensible à la répartition air-carburant dans le moteur, des systèmes complexes d’injection directe à rampe commune (CRDI) permettant un contrôle accru sur ce processus ont été implantés. Le contrôle accru sur l’injection de carburant complexifie cependant la dynamique des jets par l’interaction entre plusieurs injections successives. Les travaux de cette thèse s’intéressent donc à ces interactions et aux mécanismes physiques responsables à plusieurs niveaux, soit via la formation d’ondes de choc en bout de jet, un couplage via la dynamique de l’aiguille et un potentiel couplage aérodynamique via une vitesse induite à l’air par une première injection réduisant la traînée des gouttes pour les injections qui suivent. L’étude du potentiel couplage via une onde de choc s’est réalisé expérimentalement et numériquement. Les résultats expérimentaux avec un injecteur multi-orifices ont démontré la présence d’ondes de choc dont l’intensité est plusieurs ordres de grandeur plus faible qu’un injecteur monotrou de la littérature. Les chocs émis sont suivis d’ondes de décompression rééquilibrant la pression après le passage de l’onde. Le volet numérique a été abordé à l’aide d’une approche 1D simulant une onde de choc traversant un nuage de gouttelettes au repos. Cette étude numérique a permis de conclure que les amplitudes d’ondes de choc observées expérimentalement dans le cadre de cette thèse n’ont pas l’intensité nécessaire afin de servir de mécanisme de couplage. Cependant les amplitudes reportées dans la littérature pourraient permettre une interaction entre les jets en repoussant les gouttelettes vers l’avant. Au niveau de l’analyse du couplage hydraulique entre les injections, il a été observé expérimentalement que le délai d’ouverture décroît et que le délai de fermeture ainsi que la masse injectée augmentent lorsque le délai entre les injections décroît. Une adimensionnalisation des résultats en les exprimant en coefficients d’écoulement et en fonction d’une échelle de temps adimensionnalisée par rapport au délai d’ouverture permet de relever des taux de croissance et de décroissances du débit indépendants de la durée d’injection et de la pression d’injection. Un modèle empirique est ensuite développé afin de mettre en évidence l’impact de la durée effective accrue sur la masse totale injectée et le couplage hydraulique entre les injections. L’usage de ce modèle permet de conclure que la surinjection de masse peut être attribuable à l’augmentation de la durée effective d’injection et permet une approximation adéquate de la masse injectée sur l’ensemble des stratégies d’injection étudiées. Une étude par visualisations à haute vitesses des jets par diffusion de Mie est ensuite effectuée afin d’étudier un potentiel couplage aérodynamique entre les jets. Une différence qui varie en fonction du délai entre les injections est observée au niveau de la pénétration de jet entre deux injections de même durée d’énergisation. Ces variations semblent toutefois correspondre aux stratégies pour lesquelles une surinjection de masse est observée. Le modèle de (Décantes et al.,2006) est modifié afin de l’adapter aux injections courtes et multiples. Ce modèle bien que négligeant un potentiel couplage par entrainement de l’air permet une modélisation adéquate de la pénétration de jet de carburant avec l’injecteur étudié pour des injections courtes et multiples.

Date	11 sept. 2019
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Patrice Seers (Directeur(-trice))