1) POSITION DU PROBLEME

Dans la première partie de l'étude (cycle thermodynamique ) nous avons considéré une combustion isochore instantanée avec de plus les hypothèses suivantes:

Purp0005.gif (942 octets)Chimie simple: combustion représentée par une seule équation, alors qu'en réalité il y en a plusieurs centaines.

Purp0005.gif (942 octets)Cp constant, alors qu'en réalité, Cp dépend de la température et des fractions molaires des différentes espèces.

Cela a conduit entre autre à une température de fin de combustion Td très élevée par rapport à la température réelle.

Le but de cette partie est de revenir sur ces hypothèses afin:

Purp0005.gif (942 octets)d'évaluer le temps nécessaire pour brûler le carburant dans les conditions considérées

Purp0005.gif (942 octets)d'estimer la température de fin de combustion.

L'étude de la vitesse de propagation a été faite sur papier, et la prise en compte de la chimie complexe a été étudiée au CERFACS grâce au code de calcul CHEMKIN.

Temps de combustion

La zone de réaction de combustion est de faible épaisseur et d'envergure importante, on applique le modèle de flamme surfacique. Pour déterminer le temps de combustion la première étape est de déterminer la vitesse de flamme : il faut rappeler que cette vitesse n'est pas la vitesse de l'interface gaz frais/gaz brûlés mais la vitesse à laquelle les gaz frais sont happés par la flamme.

Etude en laminaire

La vitesse de flamme Sl s'exprime par :

Si l'on schématise les gaz brûlés par une sphère de rayon r(t) et que l'on étudie la propagation d'une flamme (qu'elle soit laminaire ou turbulente) à la vitesse V dans un volume de contrôle délimité en bleu sur la figure suivante :

:

Le temps de combustion tc est atteint lorsque le volume de la sphère atteint celui de la chambre de combustion (cylindre de diamètre l'alésage d et de hauteur la course c).

On a alors :

Application numérique pour une flamme laminaire : tc = 33.6 ms ce qui correspond, au régime ralenti à 207° d'angle parcouru de vilebrequin et à un régime nominal (4500 tr/min) 720° d'angle vilebrequin.

Ces valeurs sont totalement irréalistes (il faudrait plus d'un cycle, 720°, pour effectuer la combustion en régime nominal !). L'hypothèse de flamme laminaire est donc prise en défaut.

En fait, l'aérodynamique interne créée à l'admission (quand le piston descend) provoque de grosses structures tourbillonnaires chargées d'énergie qui tournent. Quand le piston remonte (phase de compression), ces grosses structures sont cassés et l'énergie cinétique transportées par cette grosse structure est transmise sous forme d'énergie turbulente à des structures tourbillonnaires plus petites. Le niveau de turbulence se retrouve ainsi beaucoup plus fort. On a alors une flamme turbulente.

La turbulence provoque un plissement de la flamme et augmente ainsi sa surface en régime turbulent comparée à celle en régime laminaire. Celle-ci est alors constituée d'une multitude de flammelettes. Pour quantifier ce phénomène on introduit le paramètre de plissement P, rapport des surfaces de flamme turbulente AT à laminaire AL. On a alors la relation :

La vitesse de flamme augmente donc en régime turbulent (car P>1).

D'après Bowditch :

ou Urrms = 0.05 Vpiston

Le calcul de tc pour une flamme turbulente donne alors :

tc = 5.8 ms ce qui correspond à un régime ralenti, à 35° d'angle vilebrequin.

 

Etude de la combustion dans le moteur à l'aide du logiciel CHEMKIN

Introduction- De l'emploi nécessaire de CHEMKIN

Mise en oeuvre de CHEMKIN

Résultats et conclusions

CONCLUSION SUR CHEMKIN

Combustion anormale (Cliquetis).

Le phénomène de cliquetis