Modélisation de la combustion dans un moteur diesel d'automobile

Résumé

La plupart des moteurs diesels utilisés pour la traction des véhicules automobiles sont des moteurs à préchambre. Le combustible y est introduit sous forme liquide, à haute pression, se vaporise, auto-inflamme et brûle dans un espace confiné dans lequel règnent des vitesses d'écoulement très élevées. La vitesse de combustion, et donc le rendement du moteur, sont très sensibles à divers paramètres liés à l'injection ou à la géométrie de la chambre. Cette dernière joue un rôle prédominant sur l'aérodynamique interne et son interaction avec la propagation de la flamme.

Un modèle de calcul tridimensionnel a été utilisé pour simuler le déroulement de la combustion dans un moteur diesel à préchambre dite “RICARDO”. La turbulence a été décrite à l'aide d'un modèle classique de type k-ε et les conditions limites traitées par une loi de paroi. Les transferts thermiques aux parois ont été pris en compte et calculés à l'aide d'un modèle basé sur la formulation k-ε. Un mécanisme de cinétique chimique simplifié a été développé et intégré dans le modèle général, afin de décrire le processus d'autoinflammation du mélange air-combustible. Cependant, le schéma cinétique utilisé pour décrire l'oxydation du combustible à relativement basse température n'est plus adapté pour traduire la chimie de la combustion à haute température. Par ailleurs, on a supposé que le régime de combustion turbulente succédant à l'autoinflammation était contrôlé principalement par la diffusion des espèces chimiques et de la chaleur. Cette hypothèse a ainsi autorisé l'utilisation du modèle de Magnussen et Hjertager.

Le modèle de calcul a été appliqué à la simulation de l'écoulement gazeux, de l'injection du combustible et de la combustion dans la chambre de combustion du moteur. Les rôles respectifs de la préchambre et de la chambre principale ont été analysés et les résultats du calcul comparés à des résultats expérimentaux de visualisation de la combustion.