Fuel/Air Mixing Process and Combustion in an Optical Direct-Injection Engine
Préparation du mélange et combustion dans un moteur à injection directe avec accès optique
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Institut Français du Pétrole
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ALTRAN Technologies
Corresponding author: j-francois. le-coz@ifp. fr
Fuel/air mixing is analysed on an optical gasoline direct-injection engine. The fuel concentration field is measured using a laser-induced fluorescence technique. Three conditions, which vary injection timing while keeping constant the ignition timing, are investigated. A qualitative correlation is made between the local fuel/air ratio near the spark plug with ignition and combustion in chamber. It is found that the mean concentration at the ignition point is high when the delay between injection and ignition is short. In some cycles, liquid fuel covers the electrodes resulting in frequent misfires. The best operating point is achieved with near-stoichiometric conditions at the ignition point, and a moderate concentration cyclic variability. On the contrary, early injection timing gives lean conditions and large cyclic variations at the ignition point. Moreover, the mixture is more dilute in the chamber, and combustion is slow and unstable. Cycle to cycle correlation between fuel concentration near the spark gap and combustion initiation shows that locally lean conditions give very slow combustion.
Résumé
Sur un moteur à injection directe d'essence muni d'accès optique, et fonctionnant en mélange stratifié, nous étudions le mélange air/carburant dans la chambre de combustion par fluorescence induite par nappe laser et nous corrélons ses caractéristiques avec le déroulement de la combustion. Trois conditions caractéristiques faisant varier le moment de l'injection sont examinées. La concentration moyenne de carburant à la bougie au moment de l'allumage est élevée lorsque l'injection est proche de l'allumage. On distingue même un mouillage de la bougie conduisant à des ratés d'étincelle. Lorsque l'on avance l'injection, on s'approche de conditions stSchiométriques, qui offrent la meilleure qualité de combustion. Une avance excessive produit en revanche des conditions à la fois pauvres et instables, provoquant une combustion plus lente et plus fluctuante. Dans ce cas, les corrélations cycle à cycle entre concentration en carburant à la bougie et initiation de la combustion sont fortes. Le meilleur réglage du moteur est observé lorsque l'on atteint une richesse moyenne de 1 à la bougie au moment de l'allumage et que l'on y maximise la probabilité d'avoir une richesse voisine de 1 à tous les cycles.
© IFP, 2003