Résumé de lecture de la thèse de Grondin sur la ‘’MODÉLISATION DU MOTEUR À ALLUMAGE PAR COMPRESSION DANS LA

PERSPECTIVE DU CONTRÔLE ET DU DIAGNOSTIC’’ et du livre ‘’INTERNAL COMBUSTION ENGINE FUNDAMENTALS‘’

Effectué par l’étudiante Langa Élisabeth TAU 5

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CHAP. 1 : LE MOTEUR DIESEL : CONSTITUTION ET PRINCIPES FONDAMENTAUX

Le moteur diesel est constitué de plusieurs éléments dont les rôles assurent son bon fonctionnement. Les parties essentielles sont :

- Le bloc moteur- La culasse- Le piston- Le piston- Distribution- Les cylindres- Système injection- Mécanique bielle-manivelle- Refroidissement et lubrification

Les 04 temps élémentaires du moteur diesel décrivent ce qu’on appelle le temps moteur. Il comprend entre autre l’admission, la compression, la détente et l’échappement.

Le moteur diesel est une machine thermique dans laquelle l’énergie thermique est transformée en énergie mécanique via le piston et le système bielle-manivelle. Cette transformation est représentée en générale par un cycle thermodynamique faisant intervenir la pression et le volume. En pratique, les cycles thermodynamiques ne traduisent pas exactement les transformations dans le moteur lors du cycle car la combustion du mélange se produit en plusieurs étapes.

Ces derniers concourent à une meilleure combustion du mélange qui influence les performances du moteur.

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CHAP. 2 : ENJEUX ET FONCTION DE CONTRÔLE MOTEUR

Ce besoin naît de la nécessité de réduire les impacts environnementaux liés aux émissions des gaz d’échappement. Pour améliorer la qualité de la combustion (composition des gaz d’échappement), l’utilisation des éléments électromécaniques et mécatroniques devient de plus en plus adoptée. Mais réduire l’impact environnemental n’est pas la seule préoccupation, l’augmentation de la puissance, l’optimisation de la consommation et l’amélioration du confort du conducteur entre aussi dans la gamme qu’englobe le contrôle moteur car pendant de nombreuses années, le moteur diesel a connu des débuts timides, a souffert d’une mauvaise notoriété du fait que on le trouvait bruyant et moins performant que le moteur à essence. Les solutions envisagées pour réduire les émissions visent à limiter un indice de cétane min à 51, dans le but de réduire le délai d’auto-inflammation et par conséquent, à optimiser la combustion.

Cette optimisation pourrait passer par l’utilisation de système d’injection variés tels que les pompes d’injection distributrices, les injecteurs pompes et le commonrail qui est jusqu’ici le plus offrant car permet d’obtenir de meilleurs performances et un réglage très flexible des paramètres, par le recyclage des gaz d’échappement grâce à une électrovanne au risque d’affecter les performances du moteur et par la suralimentation du moteur par turbocompresseur à géométrie variable qui vient résoudre problèmes liés à l’utilisation du turbo fixe.

Augmenter le couple demandé par le conducteur tout en minimisant la consommation, les émissions des polluants et en tenant compte des agréments de conduite sont des objectifs contradictoire car la production du couple moteur et les émissions sont proportionnels à la quantité de carburant utilisée, le contrôle moteur se contentera donc de trouver un juste milieu entre la manipulation de ces paramètres.

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CHAP.3 : LES MODÈLES DE MOTEURS ADAPTÉS À LA COMMANDE ET AU DIAGNOSTIC : ÉTAT DE L’ART

La modélisation du moteur diesel dans le sens du diagnostic et du contrôle implique des connaissances pluridisciplinaires, ce qui pourrait la rendre difficile car générant beaucoup d’incompréhensions. Les techniques d’approche seront basées sur les lois physiques et empiriques. Modéliser un moteur nous permet d’accroître les connaissances qui le constituent et aussi de comprendre leur fonctionnement.

La modélisation des moteurs faisant intervenir des simulations numériques présentait des avantages certains mais aussi des inconvénients car trop empirique et beaucoup moins fiable pour de régimes transitoires.

D’autres modèles sont utilisés comme les modèles vidange-remplissage qui sont beaucoup moins empiriques donc facilement généralisable (résultats) et permettent d’étudier plus en détails le développement de la combustion et l’effet des paramètres de commande, les modèles à valeurs moyennes et les modèles de représentation

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CHAP.4 : MODÉLISATION DU MOTEUR À ALLUMAGE PAR COMPRESSION

L’objectif est ici de mettre sur pied un simulateur de moteur diesel grâce à un formalisme mathématique adapté au modèle vidange-remplissage tous deux choisis dans le but de reproduire l’évolution des variables les plus descriptifs si on se place dans l’optique de l’automaticien qui de plus en plus doit se plonger dans l’univers du motoriste afin de mieux comprendre l’ensemble du moteur. Le modèle vidange-remplissage présente l’avantage de reproduire variables d’état du moteur entre 02 temps du moteur et peut être facilement généralisé aux autres moteurs car faisant intervenir beaucoup moins de données empiriques.

Les écoulements entre les volumes du moteur seront considérés comme les écoulements unidirectionnels de gaz parfaits incompressibles. On calcule alors aisément le débit au travers d’une contraction à partir d’une équation générale. La modélisation de la chambre de combustion n’est pas chose aisée car elle fait intervenir de nombreux processus. Il est donc question pour nous de représenter uniquement une analyse thermodynamique de celle-ci.

Le modèle un zone du cylindre considère une zone unique, ce qui simplifie les calculs, réduit le temps de calcul sans pour autant prendre la précision.

Du fait de la complexité de la détermination de la vitesse de combustion, nous utiliserons des modèles empiriques capables de prédire le délai d’auto-inflammation, la durée de réaction et qui respectent la phénoménologie typique de la combustion dans un moteur diesel : modèles de Watson et de Wiebe.

Les échanges thermiques prises en compte dans cette étude sont ceux effectués par convection () les gaz et les parois de la chambre de combustion car les transferts radiation y sont beaucoup moins importants.

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Le modèle de l’injecteur choisit s’adaptera facilement aux besoins du contrôle. L’injection ne pourra prendre que 02 états : ouvert ou fermé afin de mieux évaluer le débit de carburant le traversant.

La dynamique du vilebrequin fait appel à plusieurs paramètres évalués succinctement grâce aux résultats expérimentaux et c’est aussi le cas pour l’étude du turbocompresseur et du refroidissement d’air de suralimentation.

La simulation et la validation du modèle font appel au logiciel Matlab qui offre la possibilité de construire des modèles sous forme élémentaires ce qui s’adapte aux besoins de l’automaticien.

Les résultats obtenus concordent avec ceux du logiciel GT-Power qui permet aussi de simuler le comportement des moteurs grâce au premier principe de la thermodynamique et aux lois empiriques physiques, nous avons pu obtenir des résultats assez précis qui ont conduit à des simulations concluantes malgré quelques limites observées.

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CHAP. 5 : MODÈLE COMPORTEMENTAL DE LA PRESSION CYLINDRE D’UN MOTEUR DIESEL

Ici, contrairement au modèle utilisé plus haut, l’utilisation des lois empiriques est prépondérante pour la mesure de la pression cylindre car le faire directement dans la chambre de combustion est pratiquement impossible.

Plusieurs techniques ont été élaborées dans le but d’estimer la valeur de la pression cylindre car la métrologie adaptée à la mesure directe s’avère très couteuse pour une application commerciale. Il s’agit entre autre d’une estimation d’état par observateur, d’une inverse de la chaîne cinématique, des modèles neuronaux, de la reconstruction à partir des mesures de vibrations du bloc-moteur et de l’exploitation du courant d’ionisation.

La modélisation de la dynamique de l’évolution de la pression cylindre par la méthode de Narmax convient aux modèles dynamiques complexes et présente l’avantage d’un formalisme mathématique simple. Le modèle Narmax correspond donc parfaitement aux applications en temps réel sur les calculateurs bon marché et peu puissant équipant les véhicules de tourisme.

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CHAP. 6 : PROCESSUS D’ÉCHANGE GAZEUX

Les fondements du processus d’échange gazeux dans les moteurs à 04 temps et le processus de récupération des gaz sont des sujets traités dans cet ouvrage.

Pour les moteurs à allumage commandé, on recharge le fuel, l’air et les gaz recyclés, la préparation du mélange est donc importante dans le processus d’admission. Dans le diesel par contre seul l’air est admis.

1- Processus d’admission et d’échappement

Dans les moteurs à allumage commandé, le système d’admission est constitué d’un filtre à air, un carburateur et d’un papillon dans chaque port d’admission et collecteur d’admission. Le système d’échappement à lui comprend un collecteur d’échappement, une conduite d’échappement et souvent un pet catalytique et un silencieux pour réduire les émissions polluantes et les bruits.

La dépression le long du système d’admission dépend de la vitesse du moteur, de la résistance à l’écoulement due aux éléments du système de sélection à travers laquelle circule le mélange et de sa densité.

En pratique, on étend la durée d’ouverture des soupapes dans au-delà de celle d’admission et d’échappement dans le but d’améliorer le remplissage du cycle et l’expulsion des gaz.

Dans le moteur diesel, il n’y a ni carburateur ni papillon des gaz. À l’ouverture de la soupape d’échappement, les gaz brulés sont reconduits vers une turbine qui fait tourner le compresseur qui compresse l’air avant son entrée dans le cylindre.

À cause de la variation des temps d’ouverture des soupapes et du volume du cylindre, des effets des gaz d’inertie et des ondes de propagation dans les systèmes d’admission et d’échappement, les pressions, les systèmes d’admission, d’échappement dans le cylindre varient énormément.

2- Rendement volumétrique

La densité de l’air peut s’évaluer dans les conditions atmosphériques et dans celles de la tubulure d’admission on peut évaluer le rendement volumétrique total.

a) Effets quasi-statiques

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Ces effets peuvent être dus au rendement volumétrique d’un cycle idéal, à l’effet de la composition du fuel et du rapport fuel/air, à la fraction de fuel vaporisée, à la chaleur vaporisée, du transfert de chaleur et de l’effet du rapport de pression de l’admission et de l’échappement et du rapport de compression.

b) Effets combinés du quasi-statique et de la dynamique

L’importance des forces d’inerties présentes dans les conduits comparés à la même vitesse du piston.

c) Flux à travers les soupapes

Les soupapes sont habituellement les plus importants dans la limitation du flux dans les systèmes d’admission et d’échappement des moteurs à 04 temps. Il n’y a pas de timing spécifique défini pour les soupapes. Il peut quand même être défini en se basant sur le critère angulaire le long des petites ouvertures. Pour ces dernières, la surface du flux minimum correspond au cône circulaire droit du frustrum où la face conique entre la soupape et le siège, qui est perpendiculaire au siège. Pour le flux dans le cylindre à travers la soupape d’admission, P0 est la pression d’admission (système), P1 et P2 est la pression du cylindre.

En plus, la performance de la soupape d’admission est influencée par la largeur du siège de soupape, l’angle du siège, la rondeur de la tête de soupape, du design du port et de la forme de la culasse.

d) Fraction des gaz résiduels

La fraction des gaz dans le cylindre pendant la compression est déterminée par les processus d’admission et d’échappement. C’est la grandeur des effets du rendement volumétrique et de la performance du moteur, du rendement et des émissions à travers l’effet des propriétés du travail thermodynamique du fluide.

Dans un moteur à essence, le changement de vitesse, la synchronisation des soupapes, le taux de compression et le rapport fuel/air ont un effet sur les mesures des gaz résiduels.

e) Flux des gaz d’échappement et variation de température

Le débit et des propriétés des gaz d’échappement varient significativement durant le processus d’échappement. L’origine de ces variations pour un processus d’échappement idéal est l’état thermodynamique des gaz dans le cylindre qui varie continuellement pendant la phase d’échappement, jusqu’à ce

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que la pression dans le cylindre devienne très proche de la pression dans la tubulure d’échappement, la température des gaz d’échappement varie de manière importante pendant que le processus d’échappement est diminué à cause des pertes de chaleur due au flux qui traverse l’échappement et tout le système d’échappement.

La température moyenne des gaz d’échappement est une valeur importante dans la détermination de la performance du turbo, du potentiel catalytique et des ouvertures.

f) Processus de récupération des moteurs à 02 temps

Dans les moteurs à 02 temps, chaque course du piston est un temps moteur. Pour réaliser ce cycle, le mélange frais doit être admis dans les cylindres à une pression assez élevée afin de déplacer les gaz brûlés du cycle précédent. Les différentes méthodes de récupération des gaz pour un moteur à 02 temps sont : les récupérations en croix, en boucle et uniflux.

Une autre possibilité est l’écoulement direct du mélange frais à travers le cylindre dans l’échappement sans entraîner les gaz brûlés : c’est le court-circuitage.

De nombreuses méthodes de détermination du processus de récupération ont été développées mais elles ne sont pas précises à cause de la détermination de la masse d’air admise. Malgré que le processus de récupération dans les moteurs essence et diesel soit similaire. Ces 02 types de moteurs délivrent des rendements assez différents.

g) Flux à travers les ports

L’importance des ports d’admission et d’échappement dans le fonctionnement propre du processus de récupération dans le moteur 02 temps est évident. L’utilisation du port d’admission incliné est nécessaire pour améliorer la récupération. Le coefficient de renvoi diminue quand l’inclinaison du jet augmente. Le taux de pression à travers les ports d’échappement varie de manière importante pendant le processus d’échappement.

h) Surcompression et compression

Une puissance maximale qu’un moteur donné peut délivrer est limitée par la quantité de fuel qui peut être brûlée efficacement dans le cylindre. Ceci est limité par la quantité d’air qui est introduite dans chaque cylindre à chaque cycle

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si l’air admis est compressé à une densité plus élevée que la densité ambiante avant d’entrer dans le cylindre, la puissance max du moteur aux dimensions invariables qu’il peut délivrer sera améliorée.

On classe les mécanismes de surcompression en 03 catégories à savoir : compresseur centrifuge, compresseur rotatif et compresseur à vanne. Le premier est un compresseur aérodynamiques et les deux autres sont des compresseurs à déplacement positif. Ces compresseurs doivent être rigoureusement usinés pour réaliser des erreurs très petites entre les éléments en rotation et les éléments statiques pour des opérations satisfaisantes

02 types de turbines sont utilisés dans les turbos compresseurs à savoir : les turbines à écoulement radial et les turbines d’écoulement axial. Le premier est identique en apparence au compresseur centrifuge, toutefois, l’écoulement est dirigé vers l’intérieur et non vers l’extérieur.

Le problème quand on augmente exagérément la vitesse du turbocompresseur et génère de très haute pression cylindre est qu’on doit contourner l’échappement autour de la turbine.

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CHAP.10 : COMBUSTION DANS LES MOTEURS DIESELS

I- Caractères essentiels du procédé

Le fonctionnement d’un moteur diesel se décompose en 04 étapes élémentaires ou temps moteur. L’air frais est aspiré à la pression atmosphérique à travers la soupape d’admission. Le piston se déplace du point mort bas vers le point mort haut en comprimant l’air admis, on observe une élévation importante de la température et de la pression. Le combustible est injecté sous forme de fines gouttelettes lorsque le piston atteint le PMH. Au contact de l’air chaud comprimé, le combustible commence à s’évaporer et s’enflamme spontanément. La combustion libère l’énergie du carburant, il en résulte une augmentation de la pression des gaz. La soupape d’échappement s’ouvre et laisse s’échapper les gaz brûlés sous l’effet de leur pression et du déplacement du piston du PMB au PMH. À ce stade, un nouveau cycle recommence.

II- Types de systèmes de combustion diesel

Les moteurs diesels se divisent en 02 catégories fonction de la chambre à combustion à savoir les moteurs diesel à injection directe et les moteurs diesel à injection indirecte.

Dans les systèmes à injection directe, le combustible est directement introduit dans la chambre à l’aide d’un injecteur multitrous dans le cas des gros moteurs. Pour les petits moteurs, augmenter les quantités d’air agité est utile pour réaliser le mélange rapide du fuel et de l’air.

Dans le système d’injection indirecte, la combustion commence dans la préchambre, le fuel y est injecté à basse pression. On distingue le système à chambre agitée et le système à préchambre.

Pendant la compression, l’air est contraint de se déplacer vers la chambre principale située au-dessus du piston dans la chambre auxiliaire le nombre de types de chambre à combustion proposé depuis le développement du moteur diesel est important. Les caractéristiques principales de ces chambres sont beaucoup utilisées de nos jours.

III- Modèle phénoménologique des moteurs diesel

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Le concept de « heat-released rate » est important pour comprendre ce modèle. Il est défini comme le taux pour lequel l’énergie chimique du fuel est dégagée par la combustion.

La photographie à haute vitesse a plusieurs milliers d’images par seconde de ces études a été ramenée à l’étude de la combustion dans un moteur diesel.

Des suites de combustion ont été enregistrées en photos couleur et ont montré plusieurs caractères importants.

Le système d’injection directe utilise l’injection centrale à travers 04 orifices dans la chambre à combustion. Le taux d’injection du fuel peut être obtenu grâce à la pression de la ligne du fuel, de la pression cylindre, de la géométrie des orifices et du profil de l’aiguille en considérant l’injection ou une (ou plusieurs) limites d’écoulement. L’injection continue après le début de la combustion. Le diagramme du taux de dégagement de chaleur montre un dégagement de chaleur négligeable jusqu’à la fin de la compression.

IV- Analyse des données de la pression cylindre

À l’opposé des données de l’angle vilebrequin, la pression cylindre au-delà de la compression et des autres temps peut être obtenue grâce aux informations quantitatives données par la combustion. Dans l’estimation du dégagement de chaleur et de la quantité de fuel brûlée, un facteur important est la totalité de la combustion. L’utilisation de l’air dans les diesels est limitée à cause de la présence en grande quantité des fumées noires.

Pour les moteurs à injection directe, l’intérieur des cylindres est un système isolé ouvert. Les seules masses de fluide à travers les limites du système sont celles de fuel et celles dans les fissures. Krieger et Bormann ont découvert que l’effet de dissociation des produits gazeux était négligeable. Dans les moteurs à injection indirecte, les pressions dans la préchambre et la chambre principale ne sont pas les mêmes au cours de la combustion. Dépendamment de la forme de la chambre à combustion et des modes opératoires, la pression dans la préchambre augmente de 0.5 à 5 ATM au-dessus de celle dans la chambre principale.

V- Comportement du pulvérisateur de fuel

Le fuel est introduit dans les cylindres des moteurs diesel à travers des orifices avec un écart de pression le long de ces orifices. La pression-cylindre à l’injection est comprise entre 50 et 100 atm. La pression d’injection est entre

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200 et 1700 atm, dépendamment de la taille du moteur et du type du système de combustion utilisé. La partie la plus importante d’un injecteur est l’orifice. À cet effet, il en existe plusieurs types.

Le fuel est introduit dans la chambre à combustion d’un moteur diesel à travers un ou plusieurs orifices. La vitesse initiale d’un jet est plus grande que 100m/s. sous les conditions d’injection dans les moteurs diesels, le jet forme habituellement une forme conique à la sortie de l’orifice. Ce comportement favorise l’atomisation.

La vitesse et l’ampleur avec lesquels le fuel pulvérisé entre dans la chambre à combustion a une importance sur l’utilisation de l’air et taux de mélange fuel-air. La taille de la distribution des gouttes dépend des paramètres d’injection et des propriétés de l’air et du fuel.

Pendant la période d’injection, les conditions d’injection comme la surface de l’orifice, la pression et le taux d’injection doivent varier.

Le fuel liquide injecté atomisé en petites gouttelettes près de la sortie de l’orifice pour former un spray, doit s’évaporer avant de se mélanger à l’air et de brûler. Une bonne atomisation requière une pression d’injection élevée, de trous d’injecteurs à diamètre petit d’une viscosité de fuel optimale et d’une haute pression de l’air dans le cylindre.

La qualité d’inflammation du fuel dans les moteurs diesel est définie par son indice de cétane. La méthode utilisée pour déterminer cet indice est analogue à celle utilisée pour déterminer la qualité d’anti cognement du gasoil.

Puisque les processus physique et chimique prennent place durant le délai d’inflammation. Les effets des échanges dans des propriétés physiques et chimiques des fuels sur le délai ont été étudiés. Les propretés chimiques du fuel sont les plus importantes. La qualité de l’inflammation du fuel, définie par son indice de cétane affectera évidement le délai. Une formule empirique, développée par Hardenberg et Hase pour prédire le délai d’inflammation des moteurs à injection directe a été montrée pour se mettre en accord avec les données expérimentales.

VI- Combustion à mélange contrôlé

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Bien qu’étant vrai que la combustion dans les moteurs diesels est contrôlée par le taux du mélange fuel-air, les modèles précis sur ce couple fuel-air et le processus de combustion ne sont pas toujours disponible.

Chaque vaporisateur de fuel est composé d’un étroit noyau conteneur de liquide entouré d’une large région de jet gazeux contenant du fuel vapeur.

Le modèle de la combustion diesel est obtenu des analyses du dégagement de chaleur des données de la pression cylindre montre 02 étapes de la combustion. La première est la phase de combustion de prémélange et la seconde est la phase de combustion de mélange contrôlé. L’analyse des expériences sur le dégagement de chaleur a révélé que la majeure partie du fuel est consumée durant la seconde phase.

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CHAP. 11 : FORMATION DES POLLUANTS ET CONTRÔLE

I- Nature et ampleur du problème

Les moteurs à allumage commandé et les moteurs diesels sont la source majeure de la pollution atmosphérique en milieux urbains. Les gaz d’échappements des moteurs à allumage commandé contiennent les NOx, le monoxyde de carbone et les composés organiques issus des hydrocarbures ont brûlé lors de la combustion. Les quantités, émises de ces polluants dépendent du design du moteur et du mode opératoire utilisé pour l’échappement dans les diesels, les concentrations en NOx sont comparables à celles du moteur à allumage commandé.

Les émissions d’hydrocarbures sont importantes, quoique étant 5 fois inférieur à celles du moteur essence.

En général, les concentrations de ces polluants à l’échappement des moteurs à combustion interne différent des valeurs calculées dans les équations d’équilibre chimique.

Pour certains polluants, comme l’oxyde de carbone, les composés organiques et les particules, la formation et les réactions de destruction sont intimement reliées au processus primaire de combustion du fuel.

Les processus de formation des polluants sont fortement dépendants de la distribution du fuel et de comment cette combustion change avec le temps à cause du mélange.

II- Oxydes d’azote

L’oxyde d’azote et le dioxyde d’azote sont des NOx issus de la combustion, mais l’oxyde d’azote est prédominant dans le cylindre. Leur principale source d’oxydation est l’azote contenu dans l’atmosphère. La pression-cylindre augmente durant presque toute la combustion, ainsi les gaz brûlés au début de la combustion sont comprimés à une température plus élevée que celle atteinte immédiatement après combustion.

Le fuel contenant de l’azote est aussi une source de NO à travers un mécanisme différent mais pas encore expliqué.

Les équations chimiques considèrent que pour les gaz brûlés à des températures de flemme adéquatés, le taux NO2/NO devrait être négligeable. Cependant, les

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données expérimentales montrent que cela est vérifié pour les moteurs essence mais dans les diesels, le NO2 peut être 10 à 30% des émissions d’oxyde d’azote total à l’échappement. Dans les moteurs à allumage commandé conventionnels, le fuel et l’air sont mélangés dans les systèmes d’admission et vigoureusement mélangé avec des gaz résiduels dans le cylindre pendant la phase d’admission.

Le gradient de concentration des NO à travers les gaz brûlés dans le cylindre à cause du gradient de température a été démontré à partir d’une équation chimique pour déterminer la concentration locale en NO.

Les variables qui affectent les émissions de NO sont le rapport fuel/air, la fraction de gaz brûlée dans le mélange présent dans le cylindre et le temps d’allumage.

III- Monoxyde de carbone

Les émissions de CO dans les moteurs à combustion interne sont contrôlées principalement par le rapport fuel/air. Les émissions de CO2 par les diesels sont assez faibles pour ne pas être considérées. Les niveaux de CO observés dans les gaz d’échappement des moteurs à allumage commandé sont plus bas que les valeurs maximales mesurées dans la chambre à combustion mais sont beaucoup plus importants que celles données par les équations dans les conditions à l’échappement. Les concentrations moyennes de CO à l’échappement pour un mélange riche sont proches des concentrations des gaz brûlés lors du déroulement du processus. Le degré de contrôle réalisé dans les moteurs vient de l’amélioration de l’uniformité du mélange et du mélange à l’admission.

Dans les moteurs multicylindres, parce que le CO augmente rapidement quand le mélange devient plus riche, les variations cylindre à cylindre dans les rapports d’équivalence augmente la moyenne des émissions.

Ainsi, améliorer le taux de distribution fuel/air de cylindre à cylindre est essentiel. Il est aussi nécessaire d’enrichir le mélange quand le moteur est froid car les émissions de CO sont plus élevées pendant l’échauffement du moteur que lorsqu’il est déjà complétement chaud.

IV- Émission des hydrocarbures imbrûlés

Les émissions d’hydrocarbures sont la conséquence de la combustion incomplète du fuel. Le niveau d’hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d’échappement est généralement donné en termes de concentration totale en

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hydrocarbure et est exprimé en ppm atomes de carbone. Cependant, l’émission totale en hydrocarbure est utile dans la justification de l’inefficacité de la combustion, ce n’est pas nécessairement l’index d’émission de polluants qui est important. Les gaz d’échappement contiennent plusieurs variétés de composés. Certains d’eux sont physiologiquement inertes et d’autres ne le sont pas. La composition du fuel peut significativement influencer la composition et l’ampleur des émissions organiques.

Le niveau d’hydrocarbure imbrûlés dans les gaz d’échappement des moteurs essence fonctionnant dans les conditions normales est compris entre 1000 et 3000 ppme ce qui correspond à environ 1 à 2% du fuel dans le moteur. Les émissions augmentent de manière importante lorsque le mélange devient substantiellement riche.

Le fuel des diesels ont des molécules plus lourdes que le gasoil, ainsi, la composition des hydrocarbures imbrûlés qui s’échappent est beaucoup plus complexe. Dans les moteurs à injection directe, la fumée qui s’échappe limite le rapport d’équivalence du plein remplissage à environ 0,7.

V- Rémission des particules

Il existe 03 classes d’émissions des particules des moteurs essences : les plombs, les particules organiques et les sulfates. Pour les moteurs d’automobile fonctionnant avec du gasoil régulier et plombé, le taux d’émission des particules est compris entre 100 et 150 mg/km. La température à l’échappement a un effet important sur le niveau d’émission.

Utiliser du gasoil ne contenant pas de plomb réduit les émissions de particules d’environ 20 mg/kg dans les automobiles sans pot catalytique. Les black smoke peuvent résulter de la combustion d’un mélange trop riche dans les moteurs diesels, la plupart des particules résultent de la combustion incomplète du fuel ; certaines résultent de l’huile de lubrification. Les taux d’émissions sont compris entre 0,2 et 0,6 g/km pour les automobiles à charges légères.

L’objectif de la plupart de technique de mesurage des particules est de déterminer la quantité de particules émis dans l’atmosphère. Dans les moteurs diesels la formation des particules xxx prend place lorsque la température de la combustion est comprise entre 1000 et 2800k, à une pression entre 50 et 100 atm et une quantité d’air globale suffisante pour brûler pleinement le fuel.

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Le temps disponible pour la formation des particules solides de xxx d’une fraction de fuel est de l’ordre des millisecondes.

VI- Traitement des gaz d’échappement.

La température à l’échappement des gaz dans les moteurs à allumage commandé peut varier entre 300 et 400°c pendant son temps mort et jusqu’à 900°c à des temps de fonctionnement nécessitant une puissance élevée. Les gaz d’échappement peuvent contenir de petites quantités d’oxygène et des quantités plus importantes de CO. L’oxydation catalytique du CO et des hydrocarbures à l’échappement peut être réalisée à des températures aussi basses que 250°c.

Les pots catalytiques utilisés dans les moteurs essence ont pour rôle la réduction des émissions NO, CO et hydrocarbure. Il en existe plusieurs types. La température des gaz d’échappement dans les tubulures des moteurs conventionnels n’est pas suffisante pour réaliser une quelconque réduction importante des émissions à l’échappement.

Les niveaux de température requis pour l’oxydation d’un volume de gaz, des hydrocarbures et du monoxyde de carbone dans un réacteur sont compris entre 600° et 700°c.

On compte plusieurs types de filtres à particules ayant chacun des dépressions inhérentes et des rendements de filtration différentes.

Les particules issues du diesel brûlent une température comprise entre 500 et 600°c. Cette température est au-dessous de la température normale de l’échappement diesel, donc, soit l’écoulement des gaz d’échappement à travers la trappe pendant la régénération doit être chauffée ou l’allumage doit être fait pour avoir lieu à une température plus basse

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