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IFPEN acteur en pointe dans le développement des moteurs dual-fuel

Février 2014

Les ingénieurs de recherche transport d’IFP Energies nouvelles (IFPEN) travaillent activement sur les concepts de moteur dual-fuel utilisant des carburants avec des propriétés physico-chimiques différentes.
Objectif ? Proposer des technologies innovantes pour la réduction des émissions de CO2.
Effectués en collaboration avec des partenaires industriels, les travaux ont permis de prouver les bénéfices de ce type de combustion ainsi que d’en identifier les mécanismes fondamentaux .

Le principe de la combustion dual-fuel consiste à enflammer un carburant à fort indice d’octane (essence, éthanol, gaz naturel, etc.) par un carburant plus réactif comme le diesel. L’auto-inflammation du carburant n’est alors plus contrôlée par l’étincelle créée par une bougie, mais par l’énergie libérée lors de la combustion du carburant réactif.

Ce mode de combustion est aujourd’hui particulièrement étudié au sein de la communauté scientifique car il permet une flexibilité et un potentiel rééquilibrage de la consommation entre les différents types de carburants. Il apparaît également très attractif pour favoriser l’utilisation du gaz naturel dans les transports car il permet de faire fonctionner des moteurs diesel avec du gaz naturel, sans modification profonde de leur architecture. Il faut bien sûr ajouter un système d’injection gaz en amont du moteur, mais les composants du moteur lui-même (culasse, piston, etc.) peuvent rester inchangés.

En collaboration avec des partenaires industriels de premier rang, de nombreux travaux expérimentaux et de simulation ont été entrepris à IFPEN afin de démontrer les bénéfices de ce nouveau mode de combustion sur l’amélioration du rendement énergétique et sur la réduction des émissions polluantes. Les chercheurs d’IFPEN ont ainsi montré qu’il était possible d’obtenir des rendements moteur équivalents à ceux des moteurs diesel tout en respectant les limites d’émissions avec des systèmes de post-traitement largement simplifiés. Dans le cadre de l’utilisation du gaz naturel, les émissions de CO2 sont même réduites jusqu'à 25 % par rapport au moteur diesel.

Des moyens optiques spécifiques (moteurs transparents, caméras ultra-rapides et lasers) ont également été mobilisés pour étudier en profondeur les mécanismes physiques fondamentaux intervenant lors de la combustion. Il a ainsi été possible de mettre en évidence l’existence d’une transition entre un régime de combustion par auto-inflammation et un régime de flamme de propagation bien différent de celui existant dans un moteur essence conventionnel (allumage multipoint, déplacement de la combustion des parois vers le centre de la chambre, turbulence créée par le jet de carburant diesel).

L’ensemble de ces travaux et des connaissances acquises permet à IFPEN de se positionner comme un acteur leader dans cette thématique, et ainsi de proposer à ses partenaires des solutions technologiques innovantes pour les véhicules de demain.

 

 
 

Exemple de combustion dans un moteur dual-fuel gaz/gazole
Piston moteur de type diesel avec un injecteur prototype possédant deux trous orientés horizontalement sur ces images.
1/ La combustion est d’abord initiée aux parois par auto-inflammation spontanée du carburant diesel.
2/ La combustion du gaz naturel se fait ensuite par déplacement simultané de deux flammes de propagation allant des parois vers le centre de la chambre de combustion.
> voir la vidéo

 

 

Références :

  • Exploring the Potential of Dual Fuel diesel-CNG Combustion for Passenger Car Engine, D. Serrano, et B. Lecointe, FISITA 2012 World Automotive Congress, 2012, http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-33777-2_11
     
  • Optimization of Dual Fuel diesel-Methane Operation on a Production Passenger Car Engine - Thermodynamic Analysis, D. Serrano, J. Obiols et B. Lecointe, SAE Technical Paper 2013-01-2505, 2013, http://dx.doi.org/10.4271/2013-01-2505
     
  • Numerical and Experimental Investigation of Combustion Regimes in a Dual Fuel Engine, H. Belaid-Saleh, S. Jay, J. Kashdan, C. Ternel et al., SAE Technical Paper 2013-24-0015, 2013, http://dx.doi.org/10.4271/2013-24-0015
     
  • Optical Investigation of Dual-fuel CNG/Diesel Combustion Strategies to Reduce CO2 Emissions, N. Dronniou, J. Kashdan, B. Lecointe, K. Sauve et D. Soleri, SAE Technical Paper 2014-01-1313, 2014.
     

En savoir plus
Véhicules propres et économes - IFP Energies nouvelles développe le concept multi-carburants Dual Fuel (communiqué de presse - 18 Septembre 2012)

 
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