Modélisation de l'écoulement diphasique dans les injecteurs Diesel

Introduction généraleLES contraintes actuelles, tant écologiques qu’économiques, forcent les constructeurs automobiles à réduirela consommation et la pollution des moteurs Diesel. Le système d’injection est un des paramètresles plus importants dans le fonctionnement de ces moteurs. Il est d’ailleurs souvent appelé “le cœur du moteur”[23] : il contrôle l’apport de carburant en fonction des besoins du moteur, et assure une haute pressiond’injection requise pour l’atomisation dans la chambre de combustion. Il contribue ainsi à la distribution decarburant qui détermine les caractéristiques de la combustion. De cette façon, ce système a un impact directsur la consommation, les émissions et le bruit des moteurs en général.Dernièrement les technologies utilisées dans les systèmes d’injection ont évolué, principalement dansle domaine des véhicules particuliers, des utilitaires légers et du sport. En effet, les contraintes de hautesperformances, de faibles consommation et émissions, de bas bruit, et de coût font de l’optimisation dessystèmes d’injection un sujet de recherche particulièrement d’actualité.Dans les véhicules légers, les moteurs à injection indirecte sont remplacés par les moteurs à injectiondirecte (utilisés depuis un certain temps dans les camions, les bateaux ou pour l’industrie). Dans un moteurà injection indirecte, l’énergie utilisée pour effectuer le mélange air-carburant provient du mouvement del’air dans la préchambre ou “chambre à swirl” (voir figure 1). La combustion intervient dans la préchambre,puis se développe dans la chambre de combustion. Dans le cas d’un moteur à injection directe, le carburantest injecté directement dans la chambre, et l’énergie utilisée pour mélanger le combustible avec l’air vientde la quantité de mouvement du jet liquide délivrée par l’injecteur. Dans ce cas, la pression dans l’injecteurdoit donc être bien supérieure à celle d’une injection indirecte.FIG. 1: À gauche : principe de l’injection indirecte en Diesel. À droite : principe del’injection directe.Ce sont les nouveaux systèmes d’injection (type common-rail, voir figure 2) qui assurent une pressiond’injection suffisante (jusqu’à 1600 bar actuellement). Le contrôle électronique de l’injection permetl’optimisation des paramètres d’injection en fonction des données extractibles du véhicule lors de son utilisation: la commande fournie par l’utilisateur (via la pédale d’accélération), les conditions de températureet de pression, le régime, la transmission, la suralimentation, les conditions à l’échappement (dans le cas dela régénération de filtre à particules par exemple).