Contribution à l'étude du fonctionnement d'un moteur à allumage commandé alimenté au gaz naturel de Groningue

Contribution to the study of the behavior of a spark ignition engine fueled with Groningen natural gas

• Auteur / Autrice : Marc Mercier
• Direction : Daniel Gaston Thomas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gaz naturel

Moteurs à explosion

Automobiles -- Moteurs à gaz

Mots clés libres

Dispersion cyclique

Résumé

Le but de cette thèse est d’étudier le fonctionnement d’un moteur à allumage commandé alimenté au gaz naturel de Groningue et à l’essence afin de déterminer si le gaz naturel est un carburant alternatif à l’essence attrayant. Ce travail expérimental a été précédé du développement d’un banc d’essai spécifique. Dans un premier temps, l’analyse des performances du moteur a été abordée par l’étude du couple en fonction de la richesse, de la vitesse de rotation et de l’avance à l’allumage. Nous avons étudié les températures de fonctionnement du moteur ainsi que les températures d’échappement. De ce travail, nous avons ciblé les paramètres influençant majoritairement le comportement du moteur tels l’avance et la richesse. On enregistre une baisse de la valeur du couple au gaz naturel. Nous avons abordé par la suite l’étude de la pression cylindre, ce qui a été rendu possible par l’équipement du moteur d’un capteur de pression du type piézo-électrique dont le signal est acquis par le biais d’une baie d’acquisition rapide. Le gaz présente une plage de fonctionnement en richesse plus large qu’à l’essence. Les délais d’inflammation et durées de combustion sont augmentés au gaz ce qui nécessite un décalage d’avance accrue par rapport à l’essence pour l’obtention d’une PMI maximale. Nous avons réalisé la modélisation du délai et de la durée de combustion en fonction de la richesse. La dispersion cyclique de la pression cylindre fait l’objet de la troisième partie de ce mémoire. La stabilité de fonctionnement du moteur est optimal lorsque l’avance à l’allumage et la richesse sont réglées de manière à obtenir le couple maximal. Les charges partielles influencent de façon majeure les paramètres de fonctionnement du moteur en modulant la masse d’air admise dans les chambres de combustion en modifiant la pression de l’air du collecteur d’admission. Le couple obtenu à l’essence reste élevé pour des charges partielles à partir de la demie charge. Le couple au gaz naturel chute en dessous de trois quart de charge. Cependant le gaz présente une dispersion cyclique faible face à l’essence. Les taux d’émission de CO2, CO, HC au gaz sont plus faibles qu’à l’essence

We studied the performance of a spark ignition engine fuelled with natural Groningen gas and compared the obtained results with those given when using gasoline. The analysis was made versus rotational speed, spark ignition timing and equivalence ratio with simultaneous measurements of cylinder head and exhaust temperatures. The cylinder pressure recording show the possibility of working with poor mixtures in the case of natural gas. The ignition delays and combustion durations are higher with gas and imply the necessity of an increased spark timing in comparison with gasoline to maximize the mean effective pressure. We calculated the combustion temperatures and the ignition delays and combustion durations were modelled versus equivalence ratio. The cylinder pressure cyclic dispersion showed that the combustion stability is optimum for spark timings and equivalence ratio corrsponding to maximum torques. With these conditions, the combustion durations are minimum with a fast front flame propagation and maximum mean effective pressure. Part loads influence the performance data by adjusting the admitted air flow in the admission pipe. The torque with gasoline remains high up to half load whereas the torque with natural gas decreases quickly below three quarter load. The polluant emissions are weakes with natural gas. Natural gas is an attractive alternative solution for engines fitted to this type of fuel