Impact des stratégies d'injection double sous différentes pressions sur un moteur à allumage commandé à injection indirecte à l'essence

Résumé

Les moteurs à allumage commandé à injection indirecte sont encore largement utilisés dû à son faible coût de production et à ses faibles émissions de particules comparées aux moteur à injection directe. Des études ont montré qu'en 2021, plus de 50 % des véhicules aux États-Unis étaient toujours propulsés par de l'injection indirecte. Il est donc toujours d'actualité d'optimiser ce type de moteur. Une revue de littérature a montré des essais faisant appel à l'injection double à soupape ouverte, mais aucune recherche récente semble avoir explorer l'injection double avec une portion à soupape fermée et ouverte. Dans ces circonstances, les travaux de ce mémoire s'intéresseront à l'impact des stratégies d'injection double sous différentes pression d'injection sur un moteur à allumage commandé à l'essence à injection indirecte. Afin d'y parvenir, une campagne de tests pour un point d'opération moteur a été mis en place nécessitant l'élaboration du banc d'essai d'un moteur monocylindre incluant une caméra endoscopique. Une caractérisation macroscopique des jets a montré une diminution de la pénétration du jet avec l'augmentation de la pression d'injection pour une même quantité injectée. Une caractérisation microscopique du jet complet et du jet complètement développé a été effectué. L'analyse du jet complet a révélé une diminution du SMD (Sauter Mean Diameter), un indicateur de taille moyenne des gouttes, entre la tête et la queue du jet démontrant l'impact réduit des forces aérodynamiques sur les gouttes de plus grande taille dû à leur inertie. L'analyse du jet complètement développé a permis d'observer une légère diminution du SMD en augmentant la pression d'injection et en diminuant la durée d'injection, jusqu'à ce que l'aspect transitoire de l'injecteur devienne trop important et que le SMD croît. Le RSF a révélé une moins grande disparité dans la distribution de la taille des gouttes en augmentant la pression d'injection et en diminuant la durée d'injection jusqu'à ce que l'aspect transitoire de l'injecteur devienne trop important, encore une fois. Toutes les stratégies d'injection montrent une excellente stabilité du moteur avec des CVPMEI ne dépassant pas 1,5 %. Une diminution de la CSC allant jusqu'à 10 % est observé lors de l'augmentation de la pression d'injection due à une meilleure atomisation du carburant. Les stratégies d'injection double montre également une diminution de la CSC en profitant d'une meilleure évaporation à soupape fermée et d'un délai d'initiation de la flamme réduit à soupape ouverte. Les stratégies d'injection ne montrent pas d'impact majeur sur la combustion complètement développée sauf pour une basse pression d'injection avec une portion importante de la durée d'injection à soupape ouverte. Les émissions de CO montrent une diminution lors d'injections doubles à 3,5 bars alors qu'elles sont stables à 2 bars. Les émissions de HC sont réduites avec l'augmentation de la pression d'injection s'expliquant par une meilleure atomisation du carburant et augmentent linéairement avec la portion de la durée d'injection à soupape ouverte montrant l'importance du temps pour évaporer. Les émissions de NOx ne sont pas affectés significativement par la stratégie d'injection employée. L'endoscope a permis une analyse qualitative des émissions de particules de suies montrant une courbe bimodale de l'intensité lumineuse des flammes de diffusion en fonction de la position vilebrequin pour les stratégies d'injection double avec les durées d'injection les plus courtes et unimodale pour les autres. Le premier mode révèle des flammes de diffusion près de la soupape d'admission pour les stratégies avec une portion importante d'injection à soupape fermée et près de la bougie du côté de la soupape d'échappement pour celles avec une portion importante d'injection à soupape ouverte. Le mécanisme de formation principal pour le deuxième mode d'intensité se trouve à être les zones localement riches de carburant dans la phase gazeuse.

Date	20 janv. 2022
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Patrice Seers (Directeur(-trice))