Etude expérimentale des interactions entre une injection précoce et l'ajout d'ozone dans un moteur LTC.

Experimental investigation of early injection and ozone interaction on a LTC engine

• Auteur / Autrice : Nicolas Seignour
• Direction : Fabrice Foucher
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 25/11/2020
• 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 : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Dagaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Foucher, Francesco Contino, Guillaume Vanhove, Ahmed Khacef, Guillaume Pilla
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Francesco Contino, Guillaume Vanhove

Mots clés

Mots clés libres

Ozone

Ltc

Intéractions

Ozone

Ltc

Decomposition

Résumé

Lors de ces travaux de thèse, les interactions entre un ajout d'ozone et une injection de carburant précoce ont été étudiés de manière expérimentale. Pour cela trois différents bancs d'essais ont été utilisés : une Machine à Compression Rapide à accès optique, un moteur monocylindre opaque et un moteur monocylindre à accès optique. Une caractérisation d'un réacteur DBD spécialement conçu pour une application automobile a aussi été réalisée. Les résultats obtenus, principalement par diagnostic optique basé sur l'absorption UV de l'ozone, nous ont éclairé sur le comportement de l'ozone et une éventuelle décomposition précoce non souhaitée lors de la phase de compression. Au sein de la MCR, où les conditions sont parfaitement contrôlées, nous avons pu constater que les interactions entre l'ozone et les parois froides pouvaient être négligeables. Cependant dans le moteur monocylindre a accès optique nous avons constaté que la composition des gaz d'admission a un impact majeur sur le comportement de l'ozone et donc par conséquent sur les bénéfices engendrés par l'ajout d'ozone. Nous avons également pu suivre l'évolution de la concentration d'ozone ainsi que différentes espèces réactives lors de la phase de combustion à l'aide d'un spectromètre UV. L'ensemble des résultats expérimentaux obtenus ont également été comparés à des résultats issus de simulations et nous avons pu constater que dans l'ensemble les modèles de décompositions de l'ozone actuellement utilisés nous permettent d'obtenir les mêmes tendances que celles observées par l'expérimentation mais avec une légère imprécision temporelle. En parallèle des travaux menés sur la décomposition de l'ozone, la caractérisation du réacteur DBD nous a permis d'obtenir un générateur d'ozone suffisamment compact et produisant une quantité d'ozone suffisante pour une application HCCI et ce malgré des conditions d'admission des gaz parfois défavorables à haute pression et avec un taux d'EGR relativement élevé.

During this thesis, the interactions between an addition of ozone and an early fuel injection were studied experimentally. Three different test benches were used: a Rapid Compression Machine with an optical access, an opaque single cylinder engine and a single cylinder engine with an optical access. A characterization of a DBD reactor specially designed for an automotive application was also carried out. The results obtained, mainly by optical diagnostics based on the UV absorption of ozone, shed light on the behavior of ozone and possible unwanted early decomposition during the compression stroke. Within the RCM, where conditions are perfectly controlled, we have seen that the interactions between ozone and cold walls can be negligible. However, in the single-cylinder engine with optical access we have found that the composition of the intake gases has a major impact on the behavior of ozone and therefore on the benefits generated by the addition of ozone. We were also able to follow the evolution of the ozone concentration as well as different reactive species during the combustion stroke using an UV spectrometer. All the experimental results obtained were also compared with results from simulations and we were able to observe that the ozone decomposition models currently used allow us to obtain the same trends as those observed by the experimentation but with a slight temporal imprecision. Meanwhile the work carried out on the decomposition of ozone, the characterization of the DBD reactor allowed us to obtain an ozone generator sufficiently compact and producing a sufficient quantity of ozone for an HCCI application, despite the conditions at the intake of the reactor, sometimes at high pressure and with a relatively high EGR rate.