Towards Even Cleaner Diesel Engines: Contribution of 3D CFD Tools
Vers des moteurs Diesel encore plus propres : contribution des outils de simulation 3D
Institut français du pétrole
Corresponding author: benjamin.reveille@ifp.fr
Three-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) tools have become essential for research on Diesel engines. Indeed they help grasp the basic phenomena at stake, as combustion processes get more and more complex in order to comply with conflicting demands: more stringent emission standards and customer desire for research on Diesel engines. Indeed they help grasp the basic phenomena at stake, as combustion processes get more and more complex in order to comply with conflicting demands: more stringent emission standards and customer desire for "fun-to-drive" vehicles, i.e. higher torque and power outputs. CFD tools are however only as accurate as their physical submodels. That is why at IFP, injection, combustion and auto-ignition models are constantly evolving in order to keep CFD in pace with test bench innovations and demands. Such a close follow-up of CFD tools enables 3D computations to contribute actively in all IFP research projects on DI Diesel engines.
Résumé
Les outils de Mécanique des Fluides Numérique (MFN) sont devenus essentiels à la recherche sur les moteurs Diesel. En effet, ils permettent d'appréhender les phénomènes en jeu alors même que les procédés de combustion deviennent de plus en plus complexes afin de répondre à des attentes diamétralement opposées : une réglementation des émissions polluantes de plus en plus sévère et l'agrément de conduite (puissance et couple en croissance perpétuelle) qu'attend le client de son véhicule. Cependant, les outils de MFN ne peuvent être plus précis que leurs sous-modèles, raison pour laquelle la modélisation de l'injection, de l'auto inflammation et de la combustion sont en perpétuelle évolution afin d'être en adéquation avec les phénomènes rencontrés durant les essais au banc moteur. Cette adéquation permet à la simulation tridimensionnelle de contribuer activement aux divers projets de recherche sur les moteurs Diesel à l'IFP. De nouveaux modèles ont été développés pour la combustion et l'auto-inflammation basse température afin de reproduire fidèlement la combustion HCCI. Récemment, l'IFP a proposé un nouveau concept de combustion bimode à faibles émissions de NOx et suies nommé NADITM qui passe de la combustion HCCI aux charges partielles à la combustion conventionnelle pour les fortes charges. Forte des récents développements, la MFN a fortement contribué au développement du concept NADITM de par sa capacité à analyser les phénomènes en jeu et d'extraire des axes de progression dans les 2 modes de combustion. De plus, la MFN s'est avérée un excellent outil pour le portage du concept sur une multitude d'applications. Les simulations qui peuvent maintenant être réalisées sur une très large plage de fonctionnement moteur (jusqu'à 60 % d'EGR) permettent de concevoir et d'optimiser toutes les générations de moteurs Diesel Injection Directe pour des applications véhicules légers ou poids lourds. Les effets de paramètres tels que la géométrie du piston, le système d'injection, l'aérodynamique interne et le taux d'EGR peuvent être cartographiés afin d'en extraire la configuration qui réponde au mieux aux objectifs.
© IFP, 2006