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Thèse présentée à

INSA de Rouen

Discipline : Physique
Spécialité : Energétique
Ecole doctorale SPMII

Par

Ali GHEDDACHE

Soutenue le 23 septembre 2005

Etude du mélange et de la combustion dans un moteur transparent alimenté au GNV et utilisant l’injection séquentielle phasée.
Jury

Rapporteurs :
C. MOUNAÏM - ROUSSELLE, Maître de conférence (HDR), Université, Orléans
G. CHARNAY, Directeur de Recherche au CNRS, IMFT, Toulouse

Examinateurs :
A. BOUKHALFA, Professeur INSA, Rouen
M. LEDOUX, Directeur UMR. CORIA - Professeur univ., Rouen
D. PUECHBERTY, Professeur INSA, Rouen
M. TRINITE, Directeur de Recherche au CNRS, CORIA, Rouen

Résumé :
L’un des principaux objectifs de l’industrie automobile est la réduction des rejets de gaz polluants (NOx, CO et CO2) dans l’atmosphère. Une des solutions envisagées est l’utilisation des carburants alternatifs, tel le gaz naturel (GNV).
Ce travail expérimental concerne les phénomènes de mélange et de combustion des carburants gazeux et plus particulièrement du gaz naturel dans les moteurs. Ces études ont été menées dans un moteur transparent pour deux régimes moteur (pleine charge et charge partielle) ainsi que pour une gamme de richesse allant de 0.7 à 1.1. La vélocimétrie par intercorrélation d’images de particules (PIV) à été utilisée pour caractériser l’aérodynamique interne et la turbulence dans le moteur. La fluorescence induite par plan laser (PLIF) sur l’acétone a été utilisée pour caractériser l’état du mélange au travers le calcul des inhomogénéités temporelles (fluctuations cycliques) ou spatiales (degré de mélange). Enfin une bougie instrumentée à fibres optique fut utilisée pour d’étudier la combustion. Elle a montré l’importance de la vitesse d’initiation de la combustion et du développement du noyau de la flamme sur le bon déroulement la combustion. L’étude menée et corrélée aux différents temps caractéristiques de la combustion obtenus à partir d’un modèle de combustion à 2-zones, a montrée l’importance de la variabilité du mélange du GNV sur le déroulement de toute la combustion par ajout au méthane (CH4) d’éthane (C2H6), de propane (C3H8) et d’azote (N2). L’ajout d’hydrogène (H2) au méthane a permis de déterminer dans quelle proportion cela augmente la vitesse de propagation de la flamme dans les moteurs.

Mots clés : combustion, mélange, moteur, PIV, LIF, bougie instrumentée à fibres optiques, GNV, variabilité du mélange.

Summary :
Study of the mixture and the combustion in a transparent engine feedind by GNV and using timing injection.
One of the principal aims of the motor industry is the reduction of polluant emission (NOx, CO et CO2) in the atmosphere. One way used against pollution is the utilization of alternative fuel as natural gas (GNV).
This experimental work concern the comprehension of the mixture and combustion phenomenons in a transparent engine using gas fuel and more particularly the GNV. This study has been carried out in a transparent engine for two engine loads (wide open throttle and partial load) and for a range of fuel-air ratio going to 0.7 to 1.1. Particles images velocimetry (PIV) was used to charaterize the internal aerodynamic and the turbulence in the engine. Laser induced fluorescence (LIF) on aceton has allowed to characterize the mixture by determining temporal homogeneities (cyclics fluctuations) and spatial homogeneities (degree of the mixture). The utlization of an optic fibers sparkplug has allowed to study the combustion. The results has shown the importance of the initiation speed of the combustion and the flame kernel development for a good development of the combustion. The correlation with several characteristic times of the combustion determined by a 2-zones model combustion, has shown the importance of the GNV mixture variability on the entire combustion by adding to methane (CH4) of ethane (C2H6), of propane (C3H8) and nitogen (N2). Several mixtures methane – hydrogen has allowed to determine the effects of hydrogen on the augmenation on the propagation speed flame in the engine.

Keywords : combustion, mixture, engine, PIV, LIF, bougie optic fibers sparkplug, GNV, mixture variability.

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