On considère l`injection de gasoil dans un moteur

DEA-DESS 03/00 – L. LE MOYNE
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Examen de DEA – DESS
Formation du mélange dans les moteurs à combustion interne
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On considère l’injection de gasoil dans un moteur Diesel à injection directe fonctionnant dans
une atmosphère normale dans les conditions suivantes :
Pression d’injection : 1000 bar - Pression dans le cylindre pendant l’injection : 50 bar -
Compression : polytropique d’exposant kc=1,36 – Densité du gasoil : 835Kg/m3
1) Décrire à l’aide d’un schéma clair tous les phénomènes intervenant sur le combustible entre
le corps de l’injecteur et la combustion.
Dans un premier temps l’air frais dans la chambre n’est animé d’aucun mouvement
d’ensemble.
2.1) En supposant que l’écoulement à travers l’orifice d’injection est incompressible et quasi-
stationnaire, estimer la vitesse du fluide à la sortie de l’injecteur si le coefficient de décharge
est de 0,7. A cette vitesse, combien de temps faudrait-t-il au combustible pour toucher les
parois de la chambre de combustion pour un alésage de 100mm ?
Chaque orifice d’injection a un diamètre de 0,34mm et un rapport diamètre/longueur de 4.
2.2) Estimer l’angle du jet et tracer la pénétration en fonction du temps.
D’après Hiroyasu et Kadota, le diamètre moyen de Sauter est donné en µm par :
dms A p V
a f
( ) ,, , 0135 0121 0131
où A est une constante valant 25 pour les injecteurs à téton et 24 pour les injecteurs à trous,
p
est la différence de pression à travers l’orifice d’injection en MPa,
a
la masse volumique
en Kg/m3 , et
Vf
le volume de combustible injecté par cycle et par cylindre en mm3 .
2.3) Estimer le diamètre moyen des gouttes en supposant que l’injection dure 1ms et que
l’injecteur permet d’obtenir quatre jets.
2.4) Estimer le débit masse d’évaporation supposé constant pour que les gouttes s’évaporent
avant de toucher les parois
2.5) Comparer le dms obtenu aux diamètres prévus par la théorie de l’instabilité de Kelvin-
Helmoltz où le nombre de Weber à la rupture est égal à 3 (la tension superficielle du gasoil
est de 3.10-2 N/m ) en posant la valeur des constantes du modèle égale à 1.
2.6) Calculer le nombre de gouttes crées par l’injection si toutes avaient un diamètre égal au
dms.
L’air frais dans la chambre est considéré animé d’un mouvement de swirl centré sur l’axe du
cylindre dont la vitesse de rotation est constante et uniforme d’intensité 450rd/s.
On suppose que les gouttes émises, suivent parfaitement l’écoulement gazeux selon leur
composante de vitesse tangente, mais gardent la composante de vitesse radiale identique à
celle de la partie précédente. Le débit évaporé est multiplié par 1,3.
3.1)Déterminer la distance totale parcourue, et le temps de séjour pour évaporer
complètement la goutte. Tracer la trajectoire de la goutte.
3.2) Expliquer quelles conséquences peut-on prévoir sur les émissions de HC, NOx, Particules
et CO en adoptant le swirl.