Visualisation of Gasoline and Exhaust Gases Distribution in a 4-Valve Si Engine; Effects of Stratification on Combustion and Pollutants Visualisation de la répartition du carburant et des gaz brûlés dans un moteur à 4 soupapes à allumage commandé ; effet de la stratification sur la combustion et les polluants

Abstract

sAn indirect method to map the burned gases in SI engine has been developed. It is based on visualisation by Laser Induced Fluorescence of the unburned mixture seeded with biacetyl. Both internally and externally recirculated burned gases are monitored. This diagnostic is complementary to the LIF technique applied to measure the gasoline distribution. These LIF gasoline and burned gases measurements are applied in a 4-valve optical access SI engine for a large range of operating conditions. These include variations of both fuel injection and burned gas recirculation modes causing different types of stratification leading to very distinct heat release and exhaust emissions characteristics. Tumble level and spark location are also modified. The observation of the actual stratification in the engine forms a sound basis explanation of the engine performance. Parameters allowing an optimisation of NOx and HC levels can be inferred, and in particular the effectiveness of recirculation and fuel injection strategies. The conclusions are confirmed by measurements in a single engine cylinder conventional head with the same geometry. Une méthode indirecte pour cartographier les gaz brûlés dans un moteur à allumage commandé a été développée. Elle est fondée sur une visualisation à partir de la fluorescence induite par laser (LIF) du mélange air-carburant non brûlé et ensemencé avec du biacétyl. Les gaz brûlés provenant à la fois des recirculations internes et externes sont observés. Ce type de diagnostic est complémentaire des techniques de LIF utilisées pour observer la distribution du carburant. Ces mesures de concentration sont réalisées dans un moteur à 4 soupapes avec accès optiques, pour une gamme étendue de conditions opératoires. Celles-ci comprennent des variations des modes d'injection du carburant et des modes de recirculation des gaz brûlés, provoquant ainsi différents types de stratifications qui correspondent à des dégagements d'énergie et des émissions de polluants très distincts. Le niveau de tumbleet l'emplacement de l'étincelle sont aussi modifiés. L'observation de la stratification telle qu'elle est réellement dans le moteur constitue un moyen pertinent pour expliquer ses performances. Les paramètres permettant d'optimiser les niveaux de NOx et d'HC peuvent en être déduits, de même que l'efficacité des stratégies de recirculation et d'injection du carburant. Les résultats des visualisations ont été confirmés par des mesures obtenues dans un moteur monocylindre muni d'une culasse conventionnelle avec la même géométrie de chambre de combustion.