New Developments of the NADI (TM) Concept to Improve Operating Range, Exhaust Emissions and Noise

Nouveaux développements du concept NADI (TM) en vue d'améliorer la zone de fonctionnement, les émissions de polluants et le bruit

Institut français du pétrole

Corresponding author: bertrand.gatellier@ifp.fr

Abstract

As an answer to challenges the Diesel engine is facing, IFP has developed a combustion system able to reach near zero particulate and NOx emissions while maintaining performance standards of the D.I Diesel engines, especially in terms of output power and torque. This dual mode engine application called NADI^TM (Narrow Angle Direct Injection) applies Homogeneous Charge Compression Ignition at part load and switches to conventional Diesel combustion to reach high and full load requirements. This paper presents the latest development of this concept, based on results obtained on a single cylinder engine as well as on a 2.2 l multi-cylinder engine, in term of hardware (combustion system, air loop, etc.), parameter settings (multiple injection, EGR, etc.) and advanced control strategies including observer and multivariable controller. Based on simulation, the results show a large potential for the technology to reach, on a 1810 kg class vehicle, the most stringent emission levels proposed by the UBA (0.08 g/km of NOx) as future EURO V standards.

Résumé

Pour répondre aux enjeux du moteur Diesel destiné aux véhicules particuliers, l'IFP a développé un système de combustion innovant capable d'atteindre des émissions de particules et d'oxydes d'azote pratiquement nulles aux charges partielles tout en maintenant les performances d'un moteur Diesel conventionnel, notamment en terme de puissance et de couple. Ce moteur bi-mode, dénommé NADI^TM (pour Narrow Angle Direct Injection) applique le principe de la combustion à charge homogène aux charges partielles pour fortement réduire les émissions de polluants et bascule vers un mode de combustion plus conventionnel aux charges plus élevées, notamment à pleine charge pour atteindre les performances attendues. Ce papier présente les derniers développements de ce concept en terme d'architecture (système de combustion, boucle d'air, etc.), de calibration des paramètres moteur (multi-injections, EGR, etc.) et de stratégies de contrôle avancées (observateur, contrôleur multi-variables) en s'appuyant sur des essais obtenus sur monocylindre et multicylindre de 2,2 l de cylindrée. Une simulation sur véhicule de ces résultats confirme le potentiel de cette technologie pour atteindre, sur un véhicule de 1810 kg, les plus sévères émissions d'oxydes d'azote proposées par l'UBA comme future norme EURO V (0,08 g/km).