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Évaluation expérimentale de la combinaison injection multiple et biodiesel sur les performances et les émissions polluantes d'un moteur diesel

Ledan, Thomas (2014). Évaluation expérimentale de la combinaison injection multiple et biodiesel sur les performances et les émissions polluantes d'un moteur diesel. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La dégradation de la qualité de l’air et le problème de l’approvisionnement en pétrole sont deux problèmes majeurs de notre société. L’utilisation de carburants de substitution tels que le biodiesel permet de réduire notre dépendance vis-à-vis du pétrole et de limiter les émissions de gaz à effet de serre. De plus, il a été démontré que l’utilisation de biodiesel dans les moteurs diesel permet une réduction significative des émissions de particules, CO et HC. Cependant, une augmentation des émissions de NOx d’environ 10% a été constatée. D’autre part, l’utilisation des stratégies d’injection multiples, avec du diesel, a permis la réduction simultanée des émissions de particules et de NOx dont les mécanismes de formation sont pourtant antagonistes. Ainsi, la présente étude vise à étudier l’utilisation combinée des stratégies d’injection multiple et du biodiesel dans les moteurs diesel de faible cylindrée et à faible charge, afin d’évaluer s’il est possible de réduire les émissions de NOx du biodiesel sans pénalité sur les autres polluants.

Une étude expérimentale a été conduite sur un moteur 4 cylindres Renault complètement instrumenté. Les différents carburants testés ont été évalués en injection simple afin de les caractériser. Puis les trois paramètres d’injection double ont été évalués. Enfin, les résultats obtenus pour les différents carburants pour deux stratégies d’injection double optimisées ont été comparés aux résultats d’injection simple et aux résultats obtenus avec le diesel pour les stratégies d’injection double optimisées.

Il ressort de cette étude que l’utilisation d’une stratégie d’injection double optimisée permet la réduction de toutes les émissions sauf les HC pour tous les mélanges diesel-biodiesel par rapport à l’injection simple. Pour le diesel pur, une augmentation des émissions de NOx est constatée par rapport à l’injection simple. De plus, l’utilisation de l’injection multiple avec les mélanges diesel-biodiesel et le biodiesel pur permet de réduire les émissions de CO, HC et HCHO par rapport aux émissions constatées en injection double avec le diesel, mais entraîne une augmentation des émissions de NOx et de particules.

Un prototype de carburant produit à partir d’une biomasse mais constitué d’alcanes a également été évalué en injection simple. Une réduction importante de toutes les émissions de polluants et de particules ainsi qu’une faible dégradation de la combustion pour les avances tardives ont été constatées.

Titre traduit

Experimental investigation of the impact of combined use of multiple injection stratégies and biodiesel on engine performances and pollutant emissions

Résumé traduit

Air pollution and oil supply have become major issues lately. Oil dependence and greenhouse gases have to be reduced and the use of alternative fuels such as biodiesel may be a good start. Moreover, biodiesel have been proved to reduce particulates, CO and HC emissions when used in diesel engines. Nevertheless, a 10% increase in NOx emissions is generally found. The use of multiple injection with conventional diesel has shown to simultaneously reduce particulates and NOx emissions even if their formation mechanisms are antagonist.

The aim of this study is to evaluate the impact of combining multiple injection strategies and biodiesel on pollutant and particle emissions in a light-duty diesel engine at low load in order to see if NOx emissions can be lowered by such a strategy or not.

The experimental study was conducted using a fully instrumented 4 cylinder light duty Renault diesel engine. Fuels were, at first characterized using simple injection. Then, the influence of double injection parameters was evaluated to find an optimized strategy at this operating point. At last, the optimized strategy was compared to simple injection and double injection with pure diesel.

The use of an optimized double injection strategy led to the reduction of all pollutant emissions except HC, for all blends, when compared to single injection. But NOx emissions for pure biodiesel were increased. Moreover, a reduction of CO, HC and HCHO was achieved for all blends and pure biodiesel when compared to double injection with pure diesel. However NOx and particulate emissions were found to increase.

A new fuel made from biomass but composed of alcanes was tested with a single injection strategy. Every measured pollutant emissions were reduced as well as particulate emissions. Moreover, the degradation of combustion, that usually occurs for late injections, was not as important as with diesel or biodiesel. This could be an interesting avenue to pursue investigation that will lead to the liquid fuel of the future.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Bibliographie : pages 101-104.
Mots-clés libres: Moteurs diesel Gaz d'échappement Aspect de l'environnement. Biodiesel. Oxydes d'azote. Automobiles Moteurs Injection du carburant. injection multiple, diesel, injection pilote, dégagement de chaleur
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Seers, Patrice
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de thèse
Rousse, Daniel R.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 30 oct. 2014 15:42
Dernière modification: 30 oct. 2014 15:42
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1368

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