Etude et réalisation d'un système automatique de caractérisation de jets diesel en champ proche et lointain
Résumé
Car market is growing in Europe and it is mostly the same in the world. However, to respect the pollution directive, efforts have to be done to improve motorisation. The improvement of the air-fuel mixture quality in the aim to decrease the pollutant emission and the consumption can be done by a better understanding of the spray formation. The spray evolution is characterised by its morphological parameters such as tip penetration, cone angle, volume... During this thesis, an automatic optical test bench has been developed to understand the spray formation. The test bench is made of : - a hardware part made by a back pressure chamber (to simulate the cold engine), a light source, a camera associated with a flow meter. – a software part made by acquisition and image processing software. Spray injection is a fast phenomenon, in this aim we have to use an intensified camera. A driving and image processing software allow to acquire and process all images needed for the spray study. After a study of the different methods of image segmentation, based on speed, simplicity, absence of setting parameters, we have choose to work with an algorithm based on an automatic thresholding image algorithm. Results can be classified from two points of view. – Macroscopic point of view : the setup computes automatically the spray tip penetration, cone angle, and volume of each plume, the average and standard deviation time evolution for the different parameters. We have study and compared different types of injectors for different injection pressure and back pressure. A new tip penetration law for high pressure Diesel injectors (modification of Hiroyasu law)has been exposed as well as an evolution of the richness of the air fuel mixture based on the volume of each spray measured on images. – Microscopic point of view : we had made observations that confirm those from literature such as primary break up. We have initiated new observation method based on digital holographic measurement which has performed interesting results.
Le marché des voitures diesel a explosé ces dernières années. Cependant pour respecter les contraintes de pollution de plus en plus drastiques, des efforts restent à faire sur ces motorisations. L'amélioration de la qualité du mélange air-carburant qui permettra une diminution des émissions polluantes et de la consommation passe par une meilleure connaissance de la formation du spray. L'évolution du spray issu de la détente brutale du carburant liquide sous haute pression (jusqu'à 2000 bar) dans la chambre de combustion (à plusieurs dizaines de bar de contre pression) est caractérisée par ses paramètres morphologiques : longueur de pénétration, angle d'ouverture, volume. Au cours de ces travaux de recherche, un système automatique de diagnostic optique a été développé pour le suivi du spray. Le système est composé : - d'une partie « matérielle » comprenant une chambre pressurisée (permettant de simuler les conditions de pression moteur), une source de lumière, une caméra et le débitmètre associé. – d'une partie « logicielle » comprenant les logiciels de contrôle du système et de traitement des données. L'injection étant un phénomène rapide, l'utilisation de caméra numérique intensifiée a permis un bond en avant des expérimentations. Un logiciel de pilotage et de traitement permet d'acquérir et de traiter simultanément l'ensemble des images nécessaires à la caractérisation. Après une étude critique de différentes méthodes de segmentation, fondée sur les critères de rapidité, de simplicité et d'absence de paramètres de réglages, nous avons choisi de travailler avec un algorithme basé sur une seuillage automatique des images. Les résultats obtenus sur les sprays grâce à ce système peuvent être classés en 2 catégories. – D'un point de vue macroscopique, le système fournit automatiquement la longueur de pénétration, l'angle d'ouverture et le volume de chaque jet, l'évolution temporelle moyenne et les écarts type de ces paramètres. Nous avons étudié et comparé différents types d'injecteurs, pour différentes conditions de pression d'injection et de contre pression. Une nouvelle loi de la pénétration du front de jet pour les injecteurs diesel haute pression (modification de la loi d'Hiroyasu) a été proposée ainsi qu'une loi d'évolution de la richesse globale du mélange à partir du volume mesuré sur les images. – D'un point de vue microscopique, nous avons pu réaliser des visualisations confirmant les observations faites dans la littérature au niveau du break up primaire. Mais surtout nous avons initié une nouvelle technique de mesure basée sur l'holographie numérique qui a donné de premiers résultats très encourageants.
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