Optimisation de la conception des moteurs à combustion interne
Dans les moteurs diesel automobiles, les systèmes d'injection de carburant sont nécessaires pour un fonctionnement correct, dans des conditions d'exploitation variables, par la baisse de la pression du carburant qui descend localement en deçà de la pression de vapeur. Des bulles de vapeur se forment dans le carburant, entraînant une condensation de vapeur dans les régions de plus haute pression, l'effondrement de ces bulles par cavitation pouvant entraîner une érosion des éléments du système d'injection. Dans le cadre du projet européen PREVERO, différentes configurations d'essais ont été étudiées dans les laboratoires d'AVL List GmbH. Des études expérimentales d'écoulement à l'intérieur des buses avec des géométries en grandeur réelle ont révélé la complexité des structures formées dans de nombreux cas de régimes de cavitation. Pour parvenir à une meilleure compréhension des flux de cavitation et leurs effets sur la performance et la durabilité des systèmes d'injection de carburant, des mesures du coefficient de décharge ont été comparées avec des modèles prédictifs. Plus précisément, un modèle multidimensionnel de mécanique des fluides numérique (MFN) représentant l'apparition et le développement de la cavitation dans les orifices de la buse a été mis au point et évalué par rapport à des données expérimentales recueillies. Les effets des hypothèses du modèle de cavitation, ainsi que ceux des sous-modèles des interactions de phase sur les résultats prédits de l'injection des buses ont été évalués. D'autres considérations concernant la mise en œuvre informatique et le schéma de discrétisation ont été utilisées pour optimiser la capacité prédictive de ce modèle mathématique. Basée sur la formulation de multi-fluides multiphasiques, ce modèle mathématique a été validé au point de pouvoir identifier de façon efficace de nombreux effets de cavitation affectant la performance des buses d'injection. La cavitation influe sensiblement le processus d'atomisation du carburant entrant qui, à son tour, est l'un des principaux facteurs affectant les performances et les émissions d'échappement des moteurs diesel à injection. Intégrée commercialement sous le code FIRE Eulerian Multiphase Module, la modélisation de la cavitation peut contribuer de manière significative à la conception des systèmes d'injection de combustible et à leur optimisation.
