Analyse de la sensibilité aux paramètres gazoles d'un moteur diesel d'automobile à injection directe Small Direct Injection Diesel Engine Sensitivity to the Diesel Fuel Characteristics

Abstract

L'étude présentée a été réalisée dans le cadre du GMCL (Groupement Moteur Carburant Lubrifiant), organisme qui réunit des constructeurs d'automobiles, des raffineurs et des additiveurs, avec l'objectif d'examiner la sensibilité d'un moteur Diesel à injection directe d'automobile aux paramètres du gazole. Les partenaires de cette étude sont Elf, IFP, Octel, PSA, Renault et Total. Parmi les solutions technologiques permettant de disposer de convertisseurs d'énergie assurant de faibles niveaux d'émissions de polluants et de consommation, le moteur Diesel se place naturellement en bonne position. Dans ce contexte, on enregistre aujourd'hui l'émergence du moteur Diesel à injection directe pour les véhicules légers en raison de ses performances, notamment en regard de la consommation. Toutefois, cette technologie nécessite une technique d'injection performante, associée à la gestion électronique, demande de l'EGR et un catalyseur d'oxydation afin de régler les problèmes d'émissions polluantes et sonores. Il est donc de première importance de cerner avec précision la sensibilité du moteur Diesel à injection directe aux paramètres carburants afin de tirer le meilleur profit de cette technologie. À partir d'un ensemble de gazoles formulés pour faire varier la composition chimique, l'indice de cétane et la densité, un moteur Audi à injection directe de type 1Z a été testé au banc, dans des conditions standard de réglage (avance à l'injection et taux de gaz recyclés). Cet ensemble de résultats a ainsi permis de démontrer que l'accroissement de l'indice de cétane, la réduction de la densité et de la teneur en polyaromatiques ont une influence positive sensible sur les émissions de CO, d'hydrocarbures imbrûlés, des VOF. En ce qui concerne les émissions de particules, l'indice de cétane semble avoir une influence négative sur la fraction sèche dans certaines conditions. De plus, il apparaît que les particules totales sont plutôt dépendantes de la viscosité et des fractions légères des carburants. Les émissions sonores sont étroitement liées à l'indice de cétane. Par ailleurs, l'ensemble des résultats acquis semble indiquer que les paramètres pilotant le délai d'auto-inflammation sont importants sur ce type de convertisseur. Il serait cependant nécessaire de disposer de mesures directes des caractéristiques des jets d'injection (taille des gouttelettes, pénétration du spray) en fonction des différents carburants pour pouvoir quantifier l'effet des paramètres tels que la viscosité et la densité sur la partie physique du délai d'auto-inflammation. Among the technical solutions that can lead to energy converters with low pollutant emissions and low fuel consumption, diesel engines rank, by nature, in a good position. On this base, direct injection diesel engine has been developed and are now spreading in private passanger cars because of their performances, especially in terms of fuel consumption. However, this equipment requires an efficient injection system, electronically driven, needs EGR and an oxidation catalyst to improve the pollutant emissions and the noise level. Thus, it is a major concern to be able to assess precisely the sensitivity to fuel characteristics of direct injection engines as to take the best advantage of this technology. With a set of fuels formulated to cover a large range of chemical nature, viscosity, cetane number and density, an Audi direct injection engine (1Z model) was run at the test bench. The impact of the fuel characteristics on pollutant emissions, regulated or unregulated (PAH, aldehydes), and on noise levels was assessed either under standard tuning conditions, either by changing the EGR rate and the injection timing. The results obtained at the end of this program point out the main criteria that have an influence on emissions. They also allow a comparison between direct injection engines and their homologues with prechambers. The works this communication is dealing with have been conducted as part of the program of the Groupement Moteur Carburant Lubrifiant(GMCL), in collaboration with ELF, Octel, PSA, Renault and Total.