Ethanol et moteur Diesel : mécanismes de combustion et formation des polluants

Ethanol and CI engines : combustion mechanisms and pollutants formation

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste May-Carle
• Direction : Philippe Dagaut, Anne Jaecker-Voirol
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 10/12/2012
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : Celine Morin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Dagaut, Anne Jaecker-Voirol, Celine Morin, Jean-François Pauwels, Murray Thomson, Guillaume Legros, Ludivine Pidol
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Pauwels, Murray Thomson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Moteurs -- Gaz d'échappement

Cinétique chimique

Alcool (combustible)

Biocarburants

Mots clés libres

Biocarburants

Combustion

Polluants

Modélisation cinétique

Réacteur auto-agité

Banc moteur

Biofuels

Combustion

Polluants

Kinetic modelling

Jet stirred reactor

Engine bench

Résumé

Les mélanges GtL/EMHC/éthanol ont un potentiel important comme carburant alternatif pour moteur Diesel.Néanmoins, l’utilisation de ce type de biocarburant en moteur Diesel nécessite une connaissance précise de la cinétiqued’oxydation de ses différents constituants.Une étude bibliographique approfondie a permis de sélectionner quatre espèces modèles représentatives des mélangesGtL/EMHC/éthanol : le n-décane, l’iso-octane, l’octanoate de méthyle et l’éthanol. L’oxydation de mélanges de cesespèces modèles a ensuite été étudiée en réacteur auto-agité à haute pression (10 atm), pour trois richesses (0,5 ; 1 et 2) etsur un large domaine de température (550-1150 K). L’analyse des échantillons par chromatographie en phase gazeuse apermis de quantifier les principaux produits issus de l’oxydation des mélanges étudiés. Un mécanisme cinétique détaillécapable de reproduire l’oxydation des mélanges n-décane/iso-octane/octanoate de méthyle/éthanol a ensuite été mis aupoint. Les prédictions du modèle reproduisent de manière satisfaisante les résultats expérimentaux sur toute la gamme derichesse et de température testée en réacteur auto-agité. L’analyse du modèle a également permis de déterminer les voiesréactionnelles prépondérantes en fonction de la composition des mélanges.Enfin, la combustion de mélanges GtL/EMAG/éthanol a été étudiée en moteur monocylindre Diesel. Cette phased’essais, incluant une analyse approfondie des émissions non réglementées, a permis d’observer l’influence de laformulation des carburants sur l’initiation de la combustion et sur la composition des gaz d’échappements.

As concern about global warming and dependences on fossil fuel grows, there is an increasing interest to shift fromtraditional fuel to renewable energy sources. Blends of Fischer-Tropsch (F-T) fuels, biodiesel and ethanol seem to be apromising fuel for compression ignition (CI) engine application. The aim of this work is to study and model the impact ofthese fuels on combustion and pollutant emissions.In the present study, mixtures of 4 species are proposed to represent the oxidation of F-T/biodiesel/ethanol blends: ndecane,iso-octane, methyl octanoate and ethanol. The kinetic of oxidation of n-decane/iso-octane/methyloctanoate/ethanol blends was studied experimentally in a jet stirred reactor at 10 atm and a constant residence time of 1 s,over the temperature range of 560-1160 K and for three equivalence ratio (0.5, 1 and 2). A kinetic reaction mechanismwas developed and used to simulate the oxidation of n-decane/iso-octane/methyl octanoate/ethanol mixtures. Theproposed kinetic reaction mechanism yields a good representation of the kinetic of oxidation of the tested biofuel blends.The kinetic analyses allowed identifying the most influencing reactions for the oxidation rate of the fuels.Finally, four F-T/biodiesel/ethanol blends have been tested on a single cylinder, direct injection, four-stroke Dieselengine. This study, including an analysis of unregulated emissions allowed observing the influence of fuel formulationon combustion and on pollutant emissions. These main engine results tendencies have been compared to the results of thekinetic model.