Characteristic study and development of combustion of Diesel engine operating in Dual-Fuel mode : Optimization of pilot fuel injection

Etude caractéristique et développement de la combustion des moteurs Diesel en mode Dual-Fuel : optimisation de l'injection du combustible pilote

Fatma Zohra Aklouche (1, 2)

1 IMT Atlantique - DSEE - Département Systèmes Energétiques et Environnement
2 GEPEA-VERTE - Valorisation Energie-matière des Résidus et Traitement des Emissions

Currently, the environmental degradation due to pollutant emissions and the gradual depletion of fossil fuels, becoming very worrying, are prompting European directives to set pollutant emission limits. These have led manufacturers to continue research in the development of clean and efficient engine designs using alternative fuels in internal combustion engines.In this work, we focus on the study of engines operating in dual-fuel mode to improve its performance while minimizing pollutant emissions, particularly HC and CO. For this, experimental studies were conducted. A reduction of about 77% in the HC emissions was observed as the equivalence ratio was varied from 0.35 to 0.7. Regarding the effect of injection timing, it was noted that the CO emissions decreased about 20% to 50% with an improvement in the brake thermal efficiency by 30% upon varying the injection advance from 4,5 °CA to 6 °CA. On the other hand, the introduction of pre-injection strategy led to a decrease by 30% in NOx emissions with an amelioration of brake thermal efficiency of 12% to 30% compared to a single injection. Lastly, a single zone thermodynamic model was developed to predict the in-cylinder temperature and pressure. A good agreement was noted between the predicted and experimental results. The average relative error was less than 5%.

La dégradation de l’environnement ainsi que l’épuisement progressif des énergies fossiles devient très inquiétant et incite les états à définir des limites d’émission polluantes plus strictes. Ceci a conduit les constructeurs automobiles à poursuivre leurs recherches dans le développement de conception propre et efficace des moteurs en utilisant des combustibles alternatifs dans les moteurs à combustion interne.Dans le présent travail, on s’intéresse à l’étude des moteurs fonctionnant en mode DF afin d’améliorer ses performances tout en minimisant les émissions polluantes, en particulier les HC et les CO. Pour ce faire des études expérimentales ont été menées. Une réduction de 77% des émissions de HC a été observée en passant d’une richesse de 0,35 à 0,7. Par ailleurs, Il a été noté aussi qu’une diminution de 20% à 50% des émissions de CO avec une amélioration de 30% du rendement peut être visualisée en variant l’avance à l’injection de 4,5 °V à 6 °V. Concernant la mise en place de la pré-injection, une baisse de 30% des émissions de NOx a été observée avec un gain de 12% à 30% de rendement par rapport à une seule injection. En dernier terme, un modèle thermodynamique à une zone a été développé afin de prédire la température et la pression dans le cylindre. Une bonne concordance a été notée entre les deux résultats avec une erreur moyenne relative inférieure à 5%.

Mots clés: Dual-Fuel engine; Combustion and performance; Biogas; Natural gas; Pollutant emissions; Ignition delay

Mots clés: Moteur Dual-Fuel; Combustion et performance; Biogaz; Gaz naturel; Émissions; Délai d’auto-Inflammation

Domaines: Thermique [physics.class-ph]

Fatma Zohra Aklouche. Etude caractéristique et développement de la combustion des moteurs Diesel en mode Dual-Fuel : optimisation de l'injection du combustible pilote. Thermique [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique, 2018. Français. ⟨NNT : 2018IMTA0072⟩. ⟨tel-01814053⟩