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Thèse présentée à

Université de Rouen

Discipline : Physique
Spécialité : Energétique

Par

Matthieu GAZON

Soutenue le 3 octobre 2008

Impact des caractéristiques de l’injection sur les processus à l’origine des fluctuations cycle à cycle du bruit de combustion d’un moteur diesel.
Jury

Rapporteurs
Cyril CRUA, Senior research fellow, Université de Brighton
Pascal HIGELIN, Professeur à l’Université d’Orléans

Examinateurs
Jean-Bernard BLAISOT, Maître de Conférences à l’Université de Rouen
Jean COUSIN, Maître de Conférences à l’INSA de Rouen
Philippe CUVELIER, Professeur à l’ESTACA
Michel LEDOUX, Professeur à l’Université de Rouen

Invités
Jean-Philippe ROUX, Directeur du CEVAA
Shanjin WANG, Expert Acoustique Renault

Les normes en vigueur et les conditions environnementales actuelles poussent les constructeurs automobiles à se pencher en permanence sur le problème des émissions polluantes. Mais désormais, afin de maîtriser l’ensemble de notre environnement, les collectivités locales s’intéressent de plus en plus au problème des émissions sonores des véhicules.
La problématique de cette étude fait suite à l’observation suivante sur un moteur Diesel : des fluctuations cycle à cycle importantes du bruit de combustion (se traduisant par une perception désagréable) peuvent se manifester à faible régime et faible charge. On comprend l’importance de ce problème quand on sait que ce type de fonctionnement du moteur est représentatif de la conduite en milieu urbain (arrêts multiples aux stops ou aux feux de circulation, circulation à vitesse réduite…). La démarche suivie avait pour objectif de répondre à la question suivante : des fluctuations au niveau du système d’injection peuvent-elles être responsables de fluctuations au niveau de la combustion et du bruit de combustion ?
L’étude expérimentale présentée dans ce manuscrit repose sur deux types de dispositifs expérimentaux. Les expérimentations sur banc moteur ont permis une caractérisation de la combustion et du bruit de combustion. L’utilisation d’un banc d’injection a quant à elle permis d’effectuer une caractérisation du comportement du système d’injection dans des conditions proches des conditions moteur. Les expérimentations sur ce dernier banc ont abouti à la présentation d’un modèle caractérisant le comportement de la masse injectée et de ses fluctuations cycliques. Une caractérisation simultanée du système d’injection (mesures de l’activation des injecteurs, de la pression d’injection…) et du processus de combustion à travers la pression cylindre (taux de dégagement de chaleur, bruit de combustion…) a été menée. Le modèle d’estimation de la masse injectée qui se base sur des paramètres communs aux deux types de banc a pu être appliqué aux données acquises sur banc moteur. Il constitue en effet le lien entre les deux types d’expérimentation. Pour le moteur choisi pour cette étude, il s’est avéré que les résultats obtenus montrent que le lien entre les fluctuations du bruit de combustion et du système d’injection s’il existe, reste faible.

Mots clés : moteur Diesel, fluctuations cycle à cycle, système d’injection, traitement du signal, pression d’injection, bruit de combustion, pression cylindre, modélisation de la masse injectée.

Impact of injection characteristics on the processes at the origin of cycle-to-cycle
fluctuations of combustion noise in a Diesel engine

Abstract : Due to the actual standards and environmental conditions, the car manufacturers have to think about the problem of pollutant emissions. But, to better control the environment, the local authorities are more and more interested in the acoustic emissions of vehicles.
The problematic of this study is based on an observation made on a Diesel engine : important cycle-to-cycle fluctuations (leading to unpleasant perception) can appear at low engine speed and low charge (brake mean effective pressure). This is a significant problem since such engine operating conditions are representative of the urban driving (repetitive stops, low-speed circulation…). This study has been made to try to answer the question : are fluctuations in injection system responsible for fluctuations in the combustion and in the combustion noise ?
The experimental study presented here is based on two experimental devices. Experiments conducted on an engine test-bench allowed to characterize the combustion and the combustion noise. An injection test-bench was also used to characterize the injection system behavior in conditions close to the engine ones. The experiments on this setup led to a model for the determination of the injected fuel mass and its cyclic fluctuations.
A simultaneous characterization of the injection system (injector command, injection pressure…) and of the combustion process (cylinder pressure, rate of heat release, combustion noise…) was conducted. The model for the injected fuel mass estimation has been applied to the data acquired on the engine test-bench. For the studied engine, the results show that the link between the combustion noise and the injection system if it exists, remains weak.

Keywords : Diesel engine, cycle-to-cycle fluctuations, injection system, signal processing, injection pressure, combustion noise, cylinder pressure, modelisation of the injected fuel mass.

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