Pour aller vers des véhicules moins polluants, la recherche passe notamment par une meilleure connaissance de l’injection et de l’allumage. Carnot ESP y travaille aux cotés de deux grands industriels.

Le parlement européen a adopté en 2014 une règlementation qui limitera à 95 g/km les émissions moyennes de CO2 en 2020, contre 130g/km actuellement. Autant dire que cet objectif ambitieux de réduction des émissions de gaz à effet de serre et de polluants (NOx et particules) met la pression sur les constructeurs automobiles. Si les solutions technologiques existent déjà, elles restent néanmoins coûteuses. Tout l’enjeu est donc de rendre les voitures plus « propres », plus sobres aussi, sans pour autant faire exploser leur prix. Le dernier Mondial de l’Automobile de Paris, en octobre 2014, a permis de constater que les nouveautés des constructeurs français et internationaux consomment rarement plus de 6 litres de carburant aux 100 km et émettent moins de 130 g de CO2 par kilomètre. Vitrines technologiques, les concept-cars hybrides présentés (Renault Eolab, Peugeot 208 Hybrid Air et Citroën C4 Cactus Airflow) promettent même une consommation inférieure à 2 litres aux 100 km.

Au cœur des injecteurs.

C’est dans ce contexte que l’institut Carnot ESP travaille actuellement sur les problématiques de l’injection et de l’allumage à travers les programmes Cannex et Famac soutenus par l’Agence nationale de la recherche. Tous deux ont partie liée avec les enjeux de mobilité durable. Le Coria, notre laboratoire de référence en matière d’études sur la motorisation, pilote le premier projet et participe au second. L’objectif de Cannex (Cavitation et atomisation dans les buses d’injecteur : étude numérique et expérimentale) est, comme son nom l’indique, de mieux connaitre les phénomènes de cavitation (formation de bulles) qui se produisent dans les injecteurs à haute pression. Cette atomisation du carburant a des avantages : elle améliore la combustion, réduit la consommation et l’émission de polluants. Mais elle comporte aussi des inconvénients : elle peut diminuer l’efficacité de l’injection en limitant le débit, voire entrainer une érosion de la buse d’injection. Nos chercheurs travaillent donc à mieux comprendre ce phénomène, afin de trouver un régime de cavitation optimal qui tire parti de ses bénéfices et limite ses méfaits. Diagnostics optiques avancés, outils numériques de pointe, toutes les ressources en imagerie de l’Institut sont mises à contribution.

L’étincelle et la norme.

Dans le programme Famac (Fondamentaux d’allumage pour moteurs à allumage commandé), il s’agit cette fois de comprendre la physique de l’étincelle, de sa production jusqu’à l’initiation de la combustion. Derrière ces travaux se cache de nouveau une problématique environnementale : identifier les paramètres clés de larc électrique afin d’aider à la conception de systèmes d’allumage qui pourront permettre d’atteindre le fameux seuil de 95 g de CO2 au kilomètre. Concrètement, deux types de systèmes d’allumage sont considérés, standard de type bobine et nanoseconde, pour deux axes d’étude : la caractérisation expérimentale du dépôt d’energie et de l’influence de l’interaction de larc avec l’aérodynamique sur le processus d’allumage. Toujours en pointe, les équipes du Coria ont développé un dispositif original de mesure, la diffusion Raman spontanée 1D, qui permet d’accéder aux températures de rotation et de vibration des molécules N2 et de O2, mesurées dans le voisinage de l’arc et lors de la post-décharge. L’influence de l’aérodynamique sur le processus d’allumage est analysée par imagerie rapide et des mesures phasées de vitesse par PIV (vélocimétrie par images de particules).

Ces deux programmes de recherche sont menés en collaboration avec deux industriels, Continental Automotive et Delphi, qui ont donc apporté leur confiance, parmi d’autres partenaires scientifiques, à nos équipes.