Partie III. Carburants de substitution en mélange dans les MCI
7.5.2 Les paramètres principaux technologiques et économiques du moteur
La courbe de pleine charge du moteur (CPCM) et la variation de la concentration des composants toxiques selon CPCM sont exposées respectivement sur les figures 7.7 et 7.8.
Puisque le papillon dans le moteur est ouvert à 100%, la courbe de pleine charge du moteur est considérée comme étant la caractéristique de la vitesse relevée lors de l’injection maximale du carburant dans le cylindre par cycle.
Fig. 7.7 La courbe de pleine charge du moteur 4CH7.5/7.35 _______ - essence; _ . _ . _ - gaz naturel; _ _ _ _ - mélange combustible.
Fig. 7.8 Variation de la concentration des composants toxiques selon la CPCM 4CH7.5/7.35 _______ - essence; _ . _ . _ - gaz naturel; _ _ _ _ - mélange combustible.
Comme on peut le constater sur la figure 7.7, lors de la conversion du moteur en mélange combustible, on a réussi à éviter pratiquement les pertes de puissance en régime nominal en comparaison avec le fonctionnement pour ψ = 0 (Ne = 50 kW). En régime du
couple maximal Memax (n = 3500 min-1), la réduction de la puissance au passage du gaz
naturel vers le mélange combustible est de l’ordre de 5 %. La consommation de combustible spécifique efficace en régime nominal baisse de 5 %, en régime de Memax - de 12 %. Au
La toxicité du moteur était estimée à l'aide du cycle à 13 modes ESC. Les résultats des tests du moteur 4CH7.5/7.35, alimenté par un mélange combustible, avec l'utilisation de ce cycle sont exposés dans le tableau 7.2.
Tableau 7.2 Résultats des tests réalisés sur le moteur selon le cycle ESC
№ δз Mкр n gNOx gCO gCH – – % Mi n -1 g/ kW h g/ kW h g/ kW h 1 0.15 0 nXX – – – 2 0.08 100 nA 6.1 0.56 0.16 3 0.1 50 nB 2.5 0.51 0.08 4 0.1 75 nB 4.9 0.48 0.11 5 0.05 50 nA 2.7 0.54 0.12 6 0.05 75 nA 4.2 0.56 0.14 7 0.05 25 nA 0.9 0.32 0.11 8 0.09 100 nB 6.8 0.53 0.13 9 0.1 25 nB 2.1 0.25 0.1 10 0.08 100 nC 7.2 0.5 0.14 11 0.05 25 nC 1.7 0.28 0.05 12 0.05 75 nC.
(
)
13 з 1 δ i i i g g = =∑
⋅ . 5.1 0.56 0.04 13 0.05 50 nC 3.7 0.47 0.06Les émissions moyennes des composants toxiques, g/(kWh), sont définis comme la somme de la multiplication des émissions des composants toxiques sur treize modes du cycle sur les coefficients de la valeur de ces régimes.
13
(
з)
1 δ i i i g g = =∑ ⋅ (7.4) où, g𝑖 - émissions du composant en régime;δзi - coefficient de l’importance du régime.
Conformément au tableau 7.2 et la relation (7.4), les émissions moyennes des composants toxiques du moteur 4CH7.5/7.35, g/(kWh): gNOx= 3.54; gCO= 0.39 et gCH= = 0.09.
Ainsi, la réduction des émissions moyennes du moteur 4CH7.5/7.35 en comparaison avec le moteur-prototype à essence MeMz-307 a donnée : pour NOx - 72 %; pour CO - 99 %; pour CH - 96 %.
7.6 Conclusions
1. L’ajout d'hydrogène au gaz naturel permet d'éliminer les inconvénients de l'application du concept de «la combustion pauvre», tout en gardant ses avantages.
2. Les équations proposées de l’indice variable de la combustion et la durée de la combustion pour le modèle précisé de Wiebe permettent de prendre en considération l'influence d’ajout d'hydrogène sur ces facteurs.
3. À la base du moteur à petite cylindrée à gaz 4CH7.5/7.35, un banc d’essai a été conçu, permettant de réaliser des tests sur trois sortes de combustible dans n'importe quelles proportions – l’essence, l'hydrogène et le gaz naturel.
4. À la base des études réalisées, on propose l'approche optimale d'utilisation du mélange combustible dans les moteurs à gaz à petite cylindrée. Cette approche prend en considération la variation en volume du taux d'hydrogène dans le mélange combustible de 2 à 60 %. Cela a permis de réaliser le réglage qualitatif du mélange.
Sont proposés les cartographies pour les systèmes de gestion de la composition du mélange combustible-air, de l'angle d’avance à l’allumage et du coefficient d’excès d'air du bloc de gestion du moteur.
5. Les essais comparatifs entre le moteur fonctionnant à essence (programme de gestion d’usine) et le même moteur fonctionnant avec le mélange combustible (avec utilisation des cartographies reçues), ont montré qu’en régime nominal et en régime du couple moteur maximal, la puissance ne varie pratiquement pas. La consommation spécifique efficace du combustible en régime nominal par rapport au moteur fonctionnant à l’essence diminue de 3 %, et de 10% en régime avec Memax.
6. L'étude expérimentale avec utilisation du cycle à 13 modes ESC a montrée que la conversion du moteur à essence à petite cylindrée MeMz-307 au moteur fonctionnant avec
mélange contribue à la réduction des émissions: des NOx de 72 %; des CO de 99 % et des CH
de 96 %.
7.7
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