Influence des propriétés physico-chimiques des hydrocarbures sur l'injection et la combustion Diesel

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Submitted on 14 Nov 2012

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Influence des propriétés physico-chimiques des hydrocarbures sur l’injection et la combustion Diesel

Jérémie Dernotte

To cite this version:

Jérémie Dernotte. Influence des propriétés physico-chimiques des hydrocarbures sur l’injection et la combustion Diesel. Autre. Université d’Orléans, 2012. Français. �NNT : 2012ORLE2018�. �tel- 00752061�

UNIVERSITÉ D’ORLÉANS

ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET TECHNOLOGIES LABORATOIRE PRISME

THÈSE

Jérémie DERNOTTE

soutenue le : 19 juin 2012

pour obtenir le grade de : Docteur de l’Université d’Orléans Discipline : Mécanique & Énergétique

Influence des Propriétés Physico-Chimiques des Hydrocarbures sur l’Injection

et la Combustion Diesel

THÈSE dirigée par :

Christine MOUNAÏM-ROUSSELLE Professeur, Université d’Orléans - PRISME

Fabrice FOUCHER Maître de conférences, Université d’Orléans - PRISME

RAPPORTEURS :

Gilles BRUNEAUX Ingénieur de recherche, IFP Énergies Nouvelles Christophe DUMOUCHEL Directeur de recherche, Université de Rouen - CORIA

____________________________________________________________________

JURY :

Cyril CRUA Directeur de recherche, University of Brighton, Président du jury José V. PASTOR Professeur, Universidad Politécnica de Valencia

Camille HESPEL Maître de conférences, Université d’Orléans - PRISME Sébastien HOUILLÉ Ingénieur de recherche, PSA Peugeot-Citroën



CHAPITRE 1

CHAPITRE 2

CHAPITRE 3

CHAPITRE 4

CHAPITRE 5

CHAPITRE 6

ANNEXE I

ANNEXE II ANNEXE III ANNEXE IV ANNEXE V ANNEXE VI CHAPITRE 7



ρ



ρ













  









α

 α











̇



_a

f





CHAPITRE 1



α











  σ

ρ ν

σ

( )

√ ⁄

 

 

=𝑉. 𝑑 𝑣 𝑂ℎ = 𝑊

= µ

𝜌 . ₀. 𝜎 𝑊 =𝜌 . 𝑑 . 𝑉²

𝜎

Air

KH waves RT

waves



̇

̇ √𝜌

𝜌

∅ = ( )_{𝑟é 𝑙} ( )_{𝑠𝑡𝑜 𝑐 ℎ.}

ρ ν σ

ρ ν σ

ρ ν σ

( ) ( ) ^√ (

)

( ) (𝜌 𝜌 )

( ) (𝜌 𝜌 )

( )

𝑡 √ 𝑡 𝑡 ( ) 𝑡

𝑡 𝑣 √ 𝜌

[ ( 𝑣 𝜌 𝑡)

]

𝑡

𝑡 𝑣 √

𝜌 𝑡 𝑡 ( ( ))

𝜌 𝑡 𝑣

𝑊 𝑑 (𝜌 𝜌 ) 𝜌 𝑣 𝜌 𝜎

𝑊 ( ) (𝜌 𝜌 ) 𝜌 𝑣 𝜌 𝜎 𝑊 ( ) (𝜌

𝜌 ) 𝜌 𝑣 𝜌 𝜎

= 83,5 . ( )

0,22

. (

0)

0,15

. (𝜌 𝜌 )

0,26

tan (

2) = 0,260 . (𝜌 𝜌 )

0,19

0,0043 . √𝜌 𝜌

𝜌 𝜌

=𝑉. /𝜈 𝑉 𝜌

ρ

̇ 𝜌 𝑉 𝜌

̇ 𝑉

ρ ~ ρ ~ ρ ~

~

~

𝜎

ρf, ν

P_i= 160.0 MPa P_b= 2.0 MPa 8 holes D₀= 115 µm k-factor= 1,5

5 holes D₀= 133 µm

Pénétration liquide

Phase liquide Phase vapeur

Phase liquide

Phase vapeur Entrainement d’air

à haute température Buse de

l’injecteur

T_a, ρ_a T_f



 ρ



~

~ ~

~

ρ_f [kg/m³]

T50 [K]

T90 [K]

846 506 543 871 550 574 881 613 625 865 559 606



~

 (a) (b) (c) (d) (e)

350 K 950 K 825 K 1600 K 2700 K

CO, UHC, PM CO₂, H₂0 Lift-off











   ̇ 𝜌             

    

 

CHAPITRE 2

=𝑑_𝑖² 𝑑₀² 𝑑_𝑖² × 100

𝑘 𝑐𝑡𝑜𝑟 = 100 ×𝑑_𝑖 𝑑₀

ρ











̇ = ^𝑡𝑢𝑏 × 𝑝(𝑡)

ṁ

̇ ̇







𝑑 ̇ ̇

Délai d’ouverturet_on Délai de fermeturet_off











 ̇_𝑡ℎ = 𝑁𝑏_{𝑜𝑟𝑖 𝑖𝑐 𝑠} . ₀ √2 . 𝜌

̇_𝑡ℎ = 𝑁𝑏_{𝑜𝑟𝑖 𝑖𝑐 𝑠} . 𝜌 . ₀ . 𝑉_𝑡ℎ

𝑉_𝑡ℎ = √2 . 𝜌

=𝑉 . 𝑑₀ 𝑣

𝑉 ̇ 𝑁𝑏 𝜌

ṁ

= ̇ _{𝑠𝑢𝑟 é}× 𝑉

= ^𝑖 _𝑣

𝑖 _𝑏

~

Source de Lumière Continue

Injecteur Spray

Diffuseur Optique

Arrivéed’Air Comprimé

Caméra Rapide

Régulateur de Débit d’Air

Sortie d’Air + Carburant vers Séparateur Air /

Carburant

 

ρ

50100 mm0

a b c

S

Niveau du seuil déterminé par la méthode d’Otsu (= 59)

« Pic du bruit de fond résiduel »

EM

Seuil d’Otsu

Otsu Seuil

= 10 %

Seuil

= 50 %

σ

(Zone développée)

(Zone Initiale)

σ

Caractéristiques Moyennes +/- 2σ par rapport à la

caractéristique moyenne (+/- 5,3 %)

+/- 2σ par rapport à la caractéristique moyenne (+/- 2,0°)

Zone quasi-stationnaire (angle quasi-constant)

θ α α π λ λ

𝐸 ∞ 2 . 𝐽₁². (𝛼 . )

𝛼 . 𝑑_𝑝³. 𝑁 𝑑𝑝 . 𝑑𝑑_𝑝

















Volume de mesure

ρ ρ

∑

∑

∑



~

Source lumineuse

Lentille sphérique Injecteur

Caméra ICCD Moteur à accès

optiques

Mirroir à 45°

Profondeur du bol = 10 mm Diamètre du bol = 58,8 mm Diamètre hublot = 50,6 mm

(d)

 



Ω 

= 𝐸

ℎ . 𝑐/𝜆 . 𝑑𝑉_𝑐 . 𝑋_𝑡𝑟 .

𝑘 . . 𝜎 𝜆, , , 𝑋𝑖 . ∅ _𝑙 𝜆, , , 𝑋_𝑖 . 𝛺 4𝜋. 𝜂_𝑜𝑝𝑡

~

Laser Nd:YAG

Mirroirs dichroïcs 266 nm

Cuve contenant du carburant à l’état liquide

Spectrographe d’émission Sonde

+ Fibre optique

λ [nm]

266 nm

~

0 5 10 15 20

mm 250 230 202 175 147 120 92 72 60 44 33 17 8

Carburant peu volatile

0 5 10 15 20 25 Carburant très volatile

µs Pénétration de

la phase liquide

(f)

54 µs 68 µs 82 µs 96 µs 185 µs 210 µs 290 µs 320 µs 345 µs 375 µs

Diffusion de Mie (Phase liquide)

PLIF

(Phases liquide + vapeur)

















 

~

-1,3 (1)

-0,3 (2)

1,1 (3)

4,4 (4)

6,3 (5)

7,3 (6)

8,7 (7)

9,6 (8)

10,0 (9)

11,1 (10)

12,5 (11)

18,4 (12)

Phase liquide

CHAPITRE 3







~

 (a) P_i= 30 MPa

(b) P_i= 180 MPa

~

~

~

~

~

~

𝑑 𝑟 𝑙 𝑡𝑖 𝑟𝑏𝑢𝑟 𝑛𝑡_𝑖 = ^𝑑 𝑐 𝑟𝑏𝑢𝑟 𝑛𝑡_{𝑖 𝑑} 𝑛𝐻 𝑝𝑡 𝑛

𝑑 𝑛𝐻 𝑝𝑡 𝑛 × 100



ν

𝑑 = _𝑑^′ + 1 . 𝑣 . ^𝑏 2 . 𝑣^𝑐 . ^𝑑 𝑡ℎ

𝑑 = √ _{𝑐ℎ 𝑟𝑔 𝑠}

𝑐ℎ 𝑟𝑔 𝑠 = 1

2 × 𝜌 × 12× 02× 𝑡ℎ̇ ²+ 𝑣 × 2× 𝑡ℎ̇



 2 = . 𝑣^𝐵

ν _{𝑐ℎ 𝑟𝑔 𝑠} = . 𝑣 × _𝑡ℎ̇ 𝐸 . 𝑣 + 𝐹

~

~

√

𝑐𝑟𝑖𝑡 = 0.868 . _𝑖^0.017. ^0.017. ₀^0.04









-

-

- - -



CHAPITRE 4

~

≤

≤ )





ρa= 11,8 kg/m³ ρa= 17,6

ρa= 23,3 ρa= 29,1

749









~

 ν

~

ρ

𝜌 𝜌 ^𝐵

𝜈 𝜈 tan 2⁄ = . (𝜌

𝜌 )^𝐵 . . (𝜈)

ρ tan 2⁄ =1

. 4𝜋 . √𝜌

𝜌 .

=𝜌

𝜌 . ( 𝑊 )

2

4E-02 4E-01

1E-04 1E-02 1E+00 1E+02 1E+04 1E+06

n-Heptane - = 11.8 kg/m n-Heptane - = 29.4 kg/m Carb. E - = 11.8 kg/m Carb. R - = 11.8 kg/m 6E-02

1E-01 2E-01

A = 3,9

f(T) Reitz & Bracco (1982)

f(T) Sarre et al. (1999) ν

Pi ρ_a

ρ_a ρ_a ρa

ρa

3 3 3 3

ρ

~

σ σ

 σ

𝑡

= . ⁺ = 𝑡

(1 + 𝑡 ^𝑛/2)^1/𝑛 𝑡 = 𝑡 𝑡⁄ ⁺ 𝑡⁺= 𝑑₀ 𝜌 . tan (2) . 𝑉

+= ⁰ 𝜌 . tan (2)

𝜌 =𝜌

⁄𝜌











ρ

 

 



~ ~



~



 

 









 

 



ρ ρ

~ ~

 



  𝜌







CHAPITRE 5



ρ

  





𝑊 _𝑔 =𝜌 . 𝑑₀ . 𝑉² 𝜎

 







𝑠𝑡 𝑉 𝜌 𝜌 𝑑 𝜈

= 10⁶. 𝑠𝑡 . (𝜌

𝜌 ) . 𝑊 ^𝑏. ^𝑐. 𝜎 𝜌 . 𝑉²



~ = 10⁶. ₀. 𝑠𝑡 . . 𝑊 ^𝑏. (𝜇

𝜇 )^𝑐. (𝜌 𝜌 )^𝑑 = 10⁶. ₀. 𝑠𝑡 . . 𝑊 _𝑔^𝑏. 𝑑^𝑐. (𝜌

𝜌 )^𝑑



α

(𝛼 ) (𝛼

)

𝛼 (

)

α

α α

α ≤

α ≤

α

α

α

α

α

𝐼 = 𝑝_𝑖 𝑙𝑛 (𝑝𝑖

𝑝 𝑖)

𝑖

+ 𝑝 _𝑖 𝑙𝑛 (𝑝 𝑖

𝑝𝑖)

𝑖

𝑝_𝑖 = _𝑣 𝑑

𝑖+ 2^𝑖

𝑖 _𝑖 2

𝑝 _𝑖 = _𝑣( _𝑖+ _𝑖

2 ) _𝑣( _{𝑖 𝑖} 2 )



α

α

ρ ρ ν

α α

Population non-considérée lors de l’optimisation

α

α

ρ

~ 1,15 _0,26^+0,38 2,35 _0,35^+1,39 0,71 _0,14^+0,12



 

CHAPITRE 6



ṁ ̇



  θ

𝑏 √𝜌

𝜌 √(

𝐵 )

𝐵 = 𝑌_𝐹

1 𝑌_𝐹 𝑌_𝐹 = 1 + ( 1) .

1 𝐵 = ^𝑝 . ( )

𝑣+ _𝑝 . ( )

𝑝_𝑁2 = 10 ¹⁰ . ⁴ 5,1 . 10 ⁷ . ³+ 8,48 . 10 ⁴ . ² 3,51 . 10 ¹. + 1079















B Points expérimentaux de cette étude

Points originaux de Siebers



  







~

~



~

~

~ ~





