Optimisation du Rendement thermodynamique du cycle Diesel par

Équipe Énergétique des Moteurs à Combustion Interne
Laboratoire de Mécanique des Fluides – UMR CNRS 6598
Optimisation du Rendement thermodynamique du cycle Diesel par action
sur le dégagement de chaleur – Etude théorique et expérimentale
Niveau: thèse
Durée: 3 ans
L’évolution actuelle des contraintes environnementales, visant en particulier à réduire
les émissions de gaz à effet de serre, conduit à s’interroger sur les différentes voies
envisageables pour réduire la consommation des moteurs à combustion interne. Dans cette
optique, le cycle Diesel, notamment semble prometteur. Il est facile de montrer, par une étude
théorique simplifiée, que la façon dont l’énergie contenue dans le carburant est libérée au
cours du cycle a une influence importante sur le rendement de ce dernier. Cependant,
jusqu’ici, la flexibilité limitée des système d’injection en matière de taux d’introduction du
carburant ont fait porter les efforts essentiellement sur la réduction du pic de prémélange, dans
le but de réduire bruit et émissions de Nox, notamment par l’utilisation de pré-injections.
L’objectif de cette thèse est d’envisager des modifications beaucoup plus importantes
du dégagement de chaleur, afin de déterminer le dégagement de chaleur optimum en terme de
rendement de cycle.
Le candidat devra pour mener à bien ces travaux, utiliser le code de simulation zérodimensionnel du fonctionnement d'un moteur Diesel Selendia développé au Laboratoire, ainsi
que le logiciel d'optimisation mathématique multi critère Mode Frontière.
Dans un premier temps, l’aptitude des sous modèles utilisés dans Selendia à simuler des
dégagements de chaleur particuliers devra être vérifiée, et , le cas échéant, étendue. Pour ce
faire une étude expérimentale sera mené sur un moteur standard en faisant varier dans la
limite des possibilités du système d’injection, le taux d’introduction du carburant
(modification de la pression du rail, injections multiples par exemple). Les résultats obtenus,
en terme de dégagement de chaleur, d’évolution de la pression cylindre ou d’émissions
polluantes serviront à la validation du code.
Dans un deuxième temps, l’optimisation proprement dite sera menée, en intégrant les
différentes contraintes existantes : tenue mécanique et production d’émissions polluantes par
exemple, mais sans s’interroger sur la réalisation pratique du dégagement de chaleur.
L’influence de paramètres tels que l’excès d’air ou le taux de compression, voire la
température d’admission ou le taux de recyclage des gaz sur le résultat final de l’optimisation
sera également recherchée. Le taux d’introduction du carburant permettant un dégagement de
chaleur optimum devra être précisé.
Enfin, l’étude sera complétée par une phase de réalisation expérimentale. A partir du système
existant ou en envisageant de nouveaux systèmes d’injection (injecteurs multi nappes,
séquentiels, dissymétriques, etc..), on cherchera à approcher le taux d’introduction et le
dégagement de chaleur optimal. Les résultats en terme de consommation et d’émissions seront
confrontés aux prévisions de la simulation.
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