Recent developments on highly downsized spark ignition engines have been focused on knocking behaviour improvement and the most advanced technologies combination can face up to 2.5 MPa IMEP while maintaining acceptable fuel consumption. Unfortunately, knocking is not the only limit that strongly downsized engines have to confront. The improvement of low-end torque is limited by another abnormal combustion which appears as a random pre-ignition. This violent phenomenon which emits a sharp metallic noise is unacceptable even on modern supercharged gasoline engines because of the great pressure rise that it causes in the cylinder (up to 20 MPa).The phases of this abnormal combustion have been analysed and a global mechanism has been identified consisting of a local ignition before the spark, followed by a propagating phase and ended by a massive autoignition. This last step finally causes a steep pressure rise and pressure oscillations.One of our objectives was to evaluate the sensitivity of an engine to pre-ignition regarding its design and settings. Therefore, in addition to our comprehension work, we have developed a first methodology based upon robust statistics to define new reliable and repeatable criteria to quantify this stochastic pre-ignition but also to detect each of its occurrence, suggesting the possibility of an on-line detection during steady state and transient operation as well. The statistical approach also showed that the distributions of well chosen combustion indicators are strongly altered by pre-ignitions. A second methodology was then defined to evaluate the influence of different parameters on pre-ignition by quantifying this alteration. This analysis notably gives the opportunity to achieve a deeper analysis of pre-ignition during engine development on test bench.
Résumé -Étude par simulation de l'impact de l'EGR BP sur un moteur Diesel à double étage de suralimentation -Depuis quelques années, les projets de développement moteur ont pour obligation de relever des défis de plus en plus difficiles : réduire les émissions de polluants à la source tout en maintenant, voire en réduisant la consommation de carburant. Pour essayer de résoudre ce problème, de nombreuses technologies ont été étudiées et certaines permettent d'offrir au moins une partie de la solution. Parmi celles-ci, l'utilisation de turbocompresseurs semble un des meilleurs compromis à l'heure actuelle. Plusieurs technologies de turbocompresseurs et de boucles d'air associées peuvent ensuite être utilisées et, parmi celles-ci, la double suralimentation série semble être l'une des plus prometteuses. Allant de pair avec ces systèmes de suralimentation, les circuits d'EGR restent le meilleur compromis coût/efficacité à court et moyen terme pour respecter les normes d'émissions de polluants. Par ailleurs, les circuits d'EGR haute pression ne sont plus l'unique solution pour recirculer les gaz d'échappement vers les cylindres, puisque l'utilisation de plus en plus répandue de filtres à particules permet de réduire l'un des inconvénients majeurs de l'EGR basse pression : la fiabilité du compresseur et du refroidissement de l'air de suralimentation. Dans ce contexte, il est alors difficile d'évaluer de manière intuitive l'impact de chaque boucle d'air envisageable sur les performances moteur et les conséquences sur les stratégies du contrôle moteur associé. Il devient alors nécessaire d'utiliser des outils de plus en plus avancés, comme la simulation en général, et la simulation système en particulier. Dans cet article, nous présentons la manière dont la simulation système peut être mise à profit pour la compréhension de problèmes technologiques aussi bien que ceux liés au contrôle moteur. Cette approche est illustrée à travers l'étude de l'impact de l'EGR BP dans le cas spécifique d'un moteur Diesel à double étage de suralimentation. En effet, les impacts sur l'architecture de la boucle d'air ainsi que sur les performances moteur sont présentés et analysés à l'aide de résultats de simulation obtenus à partir d'un simulateur du même moteur, mais disposant soit d'un circuit EGR haute pression, soit d'un circuit EGR basse pression. En parallèle, les spécificités du contrôle pour ce type de moteur à double étage de suralimentation sont rappelées. L'impact de l'utilisation d'un circuit d'EGR basse pression sur ces stratégies de contrôle est ensuite analysé et une solution pour adapter ces lois de contrôle est finalement proposée. Abstract
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