Étude des émissions de particules d'un moteur à combustion interne de type allumage commandé

Study of particulate emissions from a spark ignition engine

• Auteur / Autrice : Vincent Berthomé
• Direction : David Chalet, Jean-François Hetet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
• Date : Soutenance le 14/12/2021
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Higelin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Chalet, Jean-François Hetet, Pascal Higelin, Jean-Pierre Bedecarrats, Michaël Deligant, Christelle Périlhon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Pierre Bedecarrats, Michaël Deligant

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moteurs -- Pistons et segments de piston

Moteurs à explosion

Moteurs à combustion interne -- Combustion

Pollution -- Lutte contre

Mots clés libres

Particules

Segment

Pollution

Moteur

Essence

Huile

Particles

Rings

Endgap

Oil

Gasoline

Engine

Résumé

Les émissions de particules d’un moteur à combustion interne de type allumage commandé sont très variables. La richesse du mélange air/carburant ne suffit pas à définir parfaitement la fonction de caractérisation de ces émissions. Des essais ont souligné l’importance du phénomène de balayage de l’huile par les gaz du blowby sur les émissions de particules Ceci est due à la position des segments qui tournent continuellement autour de leurs gorges. La fonction de caractérisation des émissions de particules a été complété en tenant compte de ces nouvelles conditions. Puis, la création d’un modèle de simulation des gaz du blowby sous GT-suite a permis de caractériser ces flux et d’appréhender ces mécanismes. Par exemple, au ralenti, il se créé un phénomène d’accumulation d’huile sur la couronne du piston. Des essais expérimentaux ont confirmé l’importance de la durée du ralenti sur les émissions de particules. Enfin, l’étude de l’impact du vieillissement de l’huile et du filtre à huile sur les émissions de particules a été investiguée. Un ensemble « huile + filtre » vieillit dans des conditions réelles présente un taux d’émission de particules deux fois plus important qu’un ensemble neuf. Finalement ces travaux ont permis de compléterla fonction de caractérisation des émissions de particules afin d’être plus en adéquation avec les conditions réelles de fonctionnement d’un moteur à combustion interne de type allumage commandé.

Particulate emissions from a spark ignition engine are highly variable. The equivalent ratio of the air/fuel mixture is not sufficient to perfectly define the characterisation function of these emissions. Tests have highlighted the importance of the phenomenon of oil scavenging by the blowby gases on the particulate emissions. This is due to the position of the piston rings which rotate continuously around their grooves. The particle emission characterisation function was completed taking into account these new conditions. Then, the creation of a blowby gas simulation model in GTsuite allowed the characterisation of these flows and the understanding of these mechanisms. For example, at idle conditions, oil accumulates on the piston crown. Experimental tests confirmed the importance of the idling time on particle emissions. Finally, the impact of oil and oil filter ageing on particulate emissions was investigated. An ''oil + filter'' assembly aged under real conditions has a particle emission rate twice as high as a new assembly. Finally, this work has allowed to complete the particle emission characterisation function in order to be more in line with the real operating conditions of a spark ignition engine.