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Systèmes Moteurs et Véhicules

Cliquetis des moteurs : l'auto-inflammation mise en LES

Une solution envisagée pour respecter les normes sur les émissions de polluants des moteurs thermiques à essence, tout en diminuant leur consommation et en améliorant leurs performances, est le downsizing. Cette technologie, qui combine la diminution de la cylindrée avec l’ajout d’une suralimentation en air élevée, permet d’augmenter le rendement et de réduire les émissions de CO2.

Cependant, les conditions thermodynamiques plus sévères rencontrées dans ces moteurs favorisent l’apparition de combustions anormales (cliquetis et super-cliquetis). Ces dernières, dues à des zones d’auto-inflammation de gaz frais en amont du front de flamme, génèrent des risques graves de casse mécanique et rendent d’autant plus difficile leur étude expérimentale.

IFPEN a récemment étudié ce phénomène par simulation numérique(1, 2) au moyen du code 3D AVBP1, développé en partenariat avec le Cerfacs2. Ces travaux ont montré la représentativité de cette simulation par rapport à des résultats expérimentaux également obtenus à IFPEN, aussi bien en termes de variabilité "cycle à cycle" qu’en termes de fréquence du cliquetis, de son intensité et de son instant d’apparition dans le cycle.

De plus, la simulation LES permet d’analyser en détail les phénomènes physiques se déroulant dans la chambre de combustion. Il est ainsi possible de localiser les principales zones de déclenchement de l’auto-inflammation. Elle permet aussi de suivre, pour chaque cycle moteur et à chaque instant, la position de la flamme et celle de l’auto-inflammation non contrôlée (cf. figure). La mise en place d’une transition vers la détonation a ainsi pu être confirmée durant certains cycles et semble être la cause des très fortes intensités de cliquetis, souvent destructrices.

La LES se révèle un outil puissant pour aider les motoristes à mieux comprendre les phénomènes dans les chambres de combustion, en vue d’améliorer leurs produits.

 

1 - Code de calcul par simulation aux grandes échelles (LES)
  
2 - Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique

 

Contact scientifique : anthony.robert@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 21 - Juin 2015

Publications

  • (1) A. Robert, S. Richard, O. Colin, L. Martinez, L. De Francqueville - LES prediction and analysis of knocking combustion in a spark ignition engine, Proc. Combust. Inst., 2014, 35 (3), 2941-2948.
    >> DOI: 10.1016/j.proci.2014.05.154
  • (2) A. Robert, S. Richard, O. Colin, Th. Poinsot - LES study of deflagration to detonation mechanisms in a downsized spark ignition engine. Combustion and Flame, Elsevier, 2015, 162 (7), pp.2788-2807.
    >> DOI:10.1016/j.combustflame.2015.04.010

 

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