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Analyse des performances et des émissions polluantes d'un moteur à allumage commandé à injection directe lors de l'utilisation de carburants oxygénés

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Boudreau, Amélie (2017). Analyse des performances et des émissions polluantes d'un moteur à allumage commandé à injection directe lors de l'utilisation de carburants oxygénés. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L'injection directe est une technologie prometteuse de plus en plus utilisée dans l'industrie automobile. De plus, avec le prix du prétrole qui ne cesse d'augmenter et les réserves en ressources fossiles qui diminuent, l'attrait pour les carburants alternatifs renouvelables se fait sentir. C'est donc dans l'optique de vérifier l'influence de l'intégration de différents carburants oxygénés dans l'essence sur les performances moteur et les émissions polluantes que cette recherché a été menée. Six carburants oxygénés ont été testés en mélange avec de l'essence à des concentrations volumiques de 10 %, 20 % et 40 % au sein d'un moteur à allumage commandé et injection directe. En ce qui a trait aux performances moteur, peu de variations ont été mesurées quant à la stabilité de la combustion. Il a été observé que la consommation de carburant augmentait pour tous les mélanges oxygénés, et ce, de façon linéaire avec la concentration d'oxygène contenu dans le carburant. Il a également été observé que l'ajout de carburants oxygénés entrainait une diminution du délai d'inflammation par rapport au cas où l'essence était utilisée pure alors que la durée de la combustion turbulente développée s'est révélée plus longue pour presque tous les carburants. Peu de variations ont été mesurées en ce qui concerne les émissions de CO et de HC alors qu'une diminution notable des émissions de NO a été notée, cette diminution étant probablement due à une température des gaz brulés plus faible dans le cylindre. Pour ce qui est des particules, une importante augmentation a été remarquée lors d'ajout d'acétone alors que pour tous les autres carburants testés une diminution a été notée. Une etude sur les différents indicateurs de pouvoir suivant (TSI, OESI, YSI, FESI et PMI) a révélé que le FESI offrait une meilleure prediction des données expérimentales (excluant l'acétone). Le FESI ayant toutefois été développé dans le but de rendre compte de l'effet de la composition chimique d'un carburant donné sur sa propension à former des suies, des analyses complémentaires ont dû être opérées afin de relier cet indicateur à certaines propriétés phyisiques des carburants pour ainsi reproduire plus finement les tendances obtenues expérimentalement notamment dans le cas de l'acétone. Pour ce faire, une procedure d'optimisation faisant appel à un algorithme génétique a été utilisé pour obtenir une équation permettant de reproduire les tendances expérimentales obtenues, en incluant cette fois-ci l'acétone. Ainsi, le pouvoir calorifique inférieur et la chaleur spécifique à pression constante sont apparus comme étant deux propriétés essentielles influençant la production de particules.

Titre traduit

Performances and pollutant emissions analysis of a direct injection spark ignition engine using oxygenated fuels

Résumé traduit

Direct injection is a promising technology that is becoming more popular in the automotive industry. This technology combined with the rising price of gasoline and the ever-dropping stock worldwide, the attention is starting to shift toward renewable biofuels. Therefore, the present research aimed at verifying the influence of various oxygenated fuels mixed with gasoline by asserting the importance of pollutant emissions and engine performances. Six oxygenated fuels were tested at volume percentages of 10, 20 and 40 % in gasoline in a direct injection spark ignition engine. Regarding the engine stability, all blends performed well. However, specific consumption for every mixture was increased linearly with the oxygen concentration. For all the tested fuels, the ignition delay dropped while the developed combustion time increased. Few variations were measured for CO and HC whereas NOx emissions were much lower with oxygenated blends than with gasoline. This drop in NOx emissions can be explained by a lower burnt gas temperature in the cylinder. As far as the particles are concerned, an important increase was measured for acetone while other fuels lowered their emissions. A brief study on sooting indexes (TSI, OESI, YSI, FESI, PMI) was completed and revealed the FESI as closest to the experimental data (without taking into account acetone). Although the FESI indicator was developed to show the effect of the chemical composition of fuels to create soot, further analysis had to be conducted to link this indicator with some physical properties of the fuels in order to follow the trends, even for the acetone. In order to do so, an optimization procedure using a genetic algorithm was used to find an equation representing experimental trends, including acetone this time. The lower heating value and the heat capacity at constant pressure were found to be two important properties influencing the particle production.

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 89-98.
Mots-clés libres: Véhicules automobiles Moteurs Injection du carburant. Moteurs à explosion Carburants de remplacement Performances. Essence oxygénée. Véhicules automobiles Carburants Consommation Aspect de l'environnement. Carburants Essais. moteur à allumage commandé, injection directe, carburants oxygénés
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Seers, Patrice
Codirecteur:
Codirecteur
Lemaire, Romain
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 05 juill. 2017 12:50
Dernière modification: 05 juill. 2017 12:50
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1901

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