Phenomenological Modeling of the Combustion and Pollutant Emissions for the Development Process of Diesel Engines
Modélisation Phénoménologique des Emissions de NOx et Particules pour la Mise au Point des Moteurs Diesel automobiles
Résumé
This report presents the development of new phenomenological models for NOx and PM emission. These models are to be included in a Global Simulator used for automotive compression ignition engine calibration. Thus they must be precise and reactive to modifications of engine calibration parameters (injection, air loop). The identification of the model parameters is done using experimental data corresponding to a (rotation speed, load) map, for a given engine calibration.
The models are semi-physical: pollutant emissions are estimated using look-up tables or mathematical formulations as a function of the most influent physical parameters. These relevant physical parameters were selected thanks to a literature survey and the analysis of experimental data. They are evaluated with a thermodynamical 0D approach, combining Barba combustion model and a “two zone” calculation. In order to keep the Computational time low, the evolutions of pollutants’ concentrations during the engine cycle are not calculated, but only the final values.
The models’ results are then compared against experimental data from two different engines. These data include single parameter variations for injection (timing, pressure, rate of injection), air loop (EGR rate, boost pressure and temperature) and fluids’ temperatures (coolant, oil). The agreement between calculated and measured emissions is correct. The results quality depending on model calibration (and number of experimental data used) is also discussed.
Ce mémoire présente le développement de modèles phénoménologiques d’émissions de NOx et de particules destinés à être inclus dans un simulateur global pour l'aide à la mise au point des moteurs à allumage par compression automobiles. Ils doivent donc disposer d'une bonne précision et être réactifs aux modifications des paramètres de réglage moteur (injection, boucle d'air). La détermination des paramètres des modèles s'appuie sur des essais correspondants au balayage d'un champ (régime, charge) pour une calibration moteur donnée.
Les modèles développés sont semi-physiques : les émissions sont estimées en utilisant des cartographies ou des formulations mathématiques fonction des paramètres physiques les plus influents. Ces paramètres physiques pertinents ont été sélectionnés en se basant sur la bibliographie et en analysant des résultats expérimentaux. Ils sont évalués avec une approche thermodynamique 0D combinant le modèle de dégagement de chaleur de Barba et un calcul de type "deux zones". Pour contenir le temps de calcul, l’évolution des polluants au cours du cycle n’est pas modélisée, seule la concentration finale étant évaluée.
Les modèles sont ensuite confrontés à des relevés expérimentaux, relatifs à 2 moteurs différents, et incluant des variations mono paramétrées des paramètres d'injection (avance, pression, répartition), de boucle d'air (EGR, pression et température d'admission) et des températures de fluides (eau, huile). L'accord entre les valeurs calculées et mesurées est globalement satisfaisant. Une discussion sur la qualité des résultats du modèle en fonction de sa calibration (et de la quantité de données expérimentales disponibles) est également proposée.
Domaines
Milieux fluides et réactifs
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)