Afin de réduire la consommation des moteurs essence, les constructeurs misent sur la suralimentation et la réduction de la cylindrée. Ce choix conduit cependant à une augmentation du phénomène de cliquetis (auto-inflammation destructive du moteur). Celui-ci peut être évité en augmentant fortement le taux de dilution par des gaz brûlés recirculés, mais au détriment de la stabilité de la flamme lors de l’allumage par la bougie, et donc au détriment de la stabilité du moteur.
Dans ce contexte, les constructeurs ont recours à la CFDa et, en particulier, la LESb pour comprendre les causes de l’instabilité de la flamme et ainsi y remédier. Toutefois, les modèles de combustion actuels, capables de décrire l’allumage par bougie, ne rendent pas suffisamment compte de ces conditions d’instabilité.
Pour développer un tel modèle(1), IFPEN a collaboré au projet ANR Famacc, en fournissant tout d’abord un modèle de circuit électrique, pour une bobine automobile standard, capable de reproduire avec précision l’énergie transférée par la bougie.
Le dépôt d’énergie se faisant le long de l’arc électrique, ce premier modèle a ensuite été complété par un modèle d’arc lagrangien, qui reproduit la forme et l’évolution de l’arc réel (figure 1).
Cette approche a permis de simuler correctement l’énergie critique d’allumage au repos, sans turbulence (figure 2). Les premiers calculs sur des « conditions types moteur » (avec turbulence) ont également révélé un très bon accord avec l’expérience.
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Ces premiers modèles de représentation des allumages complexes en conditions turbulentes seront évalués sur des cas concrets et serviront à proposer des stratégies d’allumage permettant de réduire le cliquetis. À terme, il permettront également de concevoir de nouveaux systèmes d’allumage plus robustes au service de moteurs plus économes et plus propres.
a - Computational Fluid Dynamics.
b - Large-Eddy Simulation.
c - Fondamentaux d’allumage pour le moteur à allumage commandé.
(1) O. Colin et al., DNS and LES of spark ignition with an automative coil, soumis au Symposium on Combustion 2018
Contact scientifique : olivier.colin@ifpen.fr