© IFP Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

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Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Directeur de thèse : Philippe DagautPromoteur IFP : Xavier Montagne

IFP / LCSR

Aurélie Piperel


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• Présentation du mode de combustion HCCI– Fonctionnement– Avantages et problématiques

• Objectifs de cette étude • Études réalisées

– Protocole – Résultats

• Conclusion


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Présentation du moteur HCCI

HCCI : - Auto-allumage par compression - Injection directe et homogénéisation en cycle Diesel - Forte dilution et contrôle de la combustion par les gaz brûlés recyclés

Injection Début de la combustion Combustion homogène3ème tempsAdmission

1er temps

Échappement4ème temps

2ème temps


1er temps


2ème temps

Cycle quatre temps combustion HCCI


1er temps


2ème temps


1er temps


2ème temps

Cycle quatre temps combustion HCCI


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Problématique du moteur HCCI

• Avantages : faible émission de particules faible émission de NOx

rendement proche du rendement d'un moteur Diesel conventionnel

• Contrôle de la combustion : par la technologie moteur (phasage et le séquençage de l'injection adaptés, bol et injecteur

particuliers) par la recirculation des gaz brûlés (EGR) par une formulation de carburants adaptés (cf présentation de D. Alseda)


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Objectif de l'étude• Situation actuelle : Utilisation de gaz brûlés mais la composition de ces gaz recirculés, avant

leur réadmission, est actuellement inconnue

• Perspective : Contrôle de la combustion HCCI via une composition maîtrisée des gaz

brûlés grâce à une meilleure compréhension de l'impact

• Étapes : Étude de l'évolution des gaz brûlés le long de la ligne EGR => composition

différente des gaz d'échappement ? Étude de l'impact des points de fonctionnement moteur sur la composition Étude de l'impact des carburants sur la composition

=> création de cartographies de composition des gaz brûlés recyclés afin d'étudier ensuite individuellement l'impact de chaque espèce


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Études réalisées

• Essais sur un monocylindre HCCI dans un banc moteur de l'IFP Rueil

• Mise en place d'un protocole de prélèvement sur la ligne de recirculation des gaz

• Adaptation des systèmes de prélèvements pour prélever des gaz chauds et bruts

circuit EGR

collecteur d'admission

Mono HCCIéchappementvanneEGR

vanne EGR

A

B C

D

échangeurs

air atmo

Modélisation du circuit pour la recirculation de gaz brûlés

circuit EGR

collecteur d'admission

Mono HCCIéchappementvanneEGR

vanne EGR

A

B C

D

échangeurs

air atmo

Modélisation du circuit pour la recirculation de gaz brûlés


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Carburants, points moteur et polluants étudiés

• 7 carburants– gazole (soufre<50ppm)

– 6 mélanges à base gazole avec des molécules modèles

• 4 richesses– 0.5 < Φ < 0.8

• 2 régimes– 1500tr/min

– 2000tr/min

• polluants réglementés mesurés – HC imbrûlés totaux

– NOx

– CO

• CO2 / O2

• polluants non réglementés mesurés– spéciation HC du C1 au C9

– aldéhydes/cétones

– HAP


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Premiers résultats

• Analyse fine des gaz brûlés :– Mêmes types de composés le long du circuit EGR

– Différences de composition selon le carburant utilisé

– Évolution des concentrations des gaz avec des diminutions des concentrations d'espèces au fil du circuit (encrassement)

Création de profils d'évolution des polluants le long du circuit EGR

Potentiel de contrôle via la recirculation des gaz brûlés


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Évolution des teneurs en HC imbrûlés totaux

1000

1500

2000

2500

3000

échappement point A point B point C point D

ppm

C

HC moyenné

HC minimal

HC maximal

Diminution de la concentration des HC du fait du long parcours et des forts changements de T° => fort encrassement le long des parois du circuit Peu de variation après le passage des échangeurs


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Évolution de la teneur en NOX

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


pp

m

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

pp

m

NOx moyenné

NOx minimal

NOx maximal

1800

1850

1900

1950

2000

2050

2100

2150

2200

2250

2300

2350


HC

(en

pp

mC

)

14

16

18

20

22

24

26

28

30

NO

x (e

n p

pm

)

HC moyennéNOx moyenné

Augmentation de la concentration en NOX le long du "parcours" Mise en valeur du phénomène de dilution au niveau du point D (trop proche du collecteur => back-flow) Profil des NOX complémentaire de celui des HC imbrûlés NB : les relevés en ppm des NOx étaient souvent inférieurs à 10ppm, valeur de seuil


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Évolution de la teneur en CO

0.35

0.37

0.39

0.41

0.43

0.45


%

CO moyenné

Pas d'évolution de la teneur en CO le long du "parcours" Variation entre la concentration du CO à l'échappement et dans les gaz recyclés faible < 5% => possible oxydation du CO en CO2 à l'échappement (baisse du CO2 visible à l'échappement par rapport aux gaz recyclés)


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Évolution des teneurs en aldéhydes/cétones

22 espèces détectées Effet de dilution au point D (trop proche du collecteur => back-flow) Diminution de la concentration en formaldéhyde du fait de sa forte réactivité avec les espèces présentes et polymérisation possible Peu de variation des aldéhydes plus lourds

gazole 0.73 6bars 1500tr/min

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

en p

pmV

Point A

Point B

Point C

Point D


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Évolution des teneurs en HAP

Diminution de la concentration en HAP car ils se condensent le long de la ligne EGR Augmentation de la concentration au niveau du point C, du fait de la condensation de l'eau au niveau des échangeurs (placés entre B et C), ce qui augmente la concentration relative des HAP présents Effet de dilution au niveau du point D D'autres HAP ont été détectés mais sont en teneur encore plus faibles (< 0.001 ppmV)

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

en

pp

mV

Point APoint B

Point C

Point D


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Conclusion des expériences

• Conclusion des expériences :– Développement d'une technique de prélèvement in situ des gaz brûlés au sein

du circuit EGR– Mise en valeur de la différence de composition des gaz brûlés entre

l'échappement et la ligne d'EGR– Connaissance précise de la composition de ces gaz brûlés avant leur

réadmission

• Perspectives :– Étude de l'impact de la température des gaz sur la composition des gaz recyclés– Étude de l'influence individuelle de certaines espèces majoritaires sur la

combustion– Contrôle de la combustion par des gaz recyclés de composition maîtrisée


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Documents

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