In spite of the increasingly stringent emission standards, the constant growth of road traffic contributes to climate change and induces detrimental effects on the environment. The European REWARD project (REal World Advanced Technologies foR Diesel Engines) aims to develop a new generation of Diesel engines complying with stricter post Euro 6 legislation and with lower CO 2 emissions. Among the different technologies developed, a fuel-efficient two-stroke Diesel engine suited for C-segment passenger cars will be designed and experimentally evaluated. One major challenge for two-stroke engines is the achievement of an efficient scavenging. As the emptying of the in-cylinder burnt gases and the filling by fresh gases is performed at the same time, the challenge consists in removing as much burnt gases as possible while avoiding the by-pass of fresh air toward the exhaust line. For the considered application, the uniflow scavenging architecture, which is featured by ports located in the bottom of the cylinder and valves in the head, is selected. Two possible arrangements for the intake and the exhaust are compared: either the standard configuration for which the intake is ensured by the ports and the exhaust by the valves or the reverse configuration. Both standard and reverse configurations are first compared through 0D system simulations, performed with LMS Imagine.Lab Amesim and then by 3D CFD simulations with CONVERGE. The standard configuration is favored, thanks to better ISFC performances, especially at low and medium loads operating conditions. In addition, the scavenging is strongly penalized for the reverse architecture due to the drag downstream the intake valves.
Résumé -Adaptation du concept NADI™ aux moteurs de poids lourd -Le moteur diesel est particulièrement bien adapté aux motorisations de véhicules poids lourds mais doit encore être amélioré. Le compromis sur les émissions NOx/particules doit encore être amélioré tout en maintenant un rendement élevé malgré l'augmentation des puissances spécifiques. Si la technologie de post traitement SCR est prête pour atteindre les objectifs fixés par les normes Euro V et les suivantes, les combustions de type HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) ou HPC (Highly Premixed Combustion) offrent également un fort potentiel pour atteindre les futurs niveaux d'émission de NOx et de particules.En réponse à ces nouveaux challenges, l'IFP a développé un système de combustion capable d'atteindre de très bas niveaux de particules et de NOx tout en maintenant un niveau de performance comparable à un moteur diesel traditionnel en combustion standard. Ce moteur bi mode appelé NADI TM (pour Narrow Angle Direct Injection) autorise des combustions HCCI à charge partielle et commute sur des combustions conventionnelles pour atteindre les exigences des fortes charges.Ce papier présente les derniers développements de ce concept sur moteur monocylindre et les améliorations obtenues en terme de plage d'utilisation des combustions HPC, d'émissions de CO et de HC, de consommation de carburant et du bruit de combustion. À pleine charge, la chambre de combustion NADI TM est comparable aux chambres actuelles avec cependant une légère augmentation de la consommation et des émissions de fumée.En combustion HPC une PME de 13 bar a été atteinte à mi-régime du cycle ESC avec un niveau de NOx inférieur à 0,3 g/kWh ce qui est environ 25 fois plus faible qu'un diesel classique. Les émissions de particules sont comparables avec le niveau du moteur standard. Les émissions de CO et de HC sont sensiblement supérieures mais restent compatibles avec les performances des catalyseurs d'oxydation actuels. La pénalité interne de consommation due aux débits d'admission et aux taux d'EGR supérieurs nécessaires pour le contrôle des combustions HPC peut être estimée par un code 0D de la boucle de suralimentation. La puissance de refroidissement de l'air et de l'EGR est également calculée et montre une augmentation importante par rapport au moteur de série pour maintenir la température admission à un niveau acceptable.La voie de la réduction du rapport volumétrique a également été explorée et permet d'augmenter significativement la plage de fonctionnement HCCI. Les principaux inconvénients proviennent de la difficulté de démarrage à froid et de la chute du rendement de thermodynamique.Le challenge est maintenant de définir des stratégies d'injection multiple permettant d'étendre la plage HCCI vers les fortes charges et de rendre les conditions de fonctionnement pleinement
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