La combustion par auto-inflammation CAI

---

Description détaillée

Le moteur à allumage commandé (par étincelle) a atteint un niveau de développement très important et permet sans problème majeur de répondre aux normes antipollution actuelles et à futures.
Cependant, pour réduire fortement la consommation et les émissions polluantes de ces moteurs, il faut passer entre autre, par l'amélioration de la combustion.
Le problème majeur de l'allumage commandé par étincelle est qu'il génère un front de flamme qui doit se déplacer dans toute la chambre de combustion pour brûler le mélange carburé.
Ce front de flamme engendre une montée importante de la température et nécessite un certain temps pour parcourir toute la chambre de combustion,ce qui génère des problèmes de cliquetis lors des fortes charges et nécessite une gestion très précise de l'avance à l'allumage.
 

Chambre de combustion dans un moteur à allumage commandé par bougie d'allumage.
Pour améliorer la combustion des moteurs à essence, il faut se tourner vers la CAI (Combustion par auto-inflammation).
La combustion se produit spontanément grâce à la montée en température des gaz générée par la  compression des gaz par le piston. Les bougies d'allumage sont alors supprimées.
 

Chambre de combustion dans un moteur à allumage par auto-inflammation CAI.
Ainsi il se produit plusieurs foyers de combustion ce qui permet de brûler plus rapidement le mélange introduit.
Le rendement du moteur s'en trouve amélioré car toute l'énergie introduite est utilisée et les émissions de gaz polluants sont quasiment nulles.
Comparaison des consommations de carburant en fonction de la technologie par rapport à l'essence stœchiométrique.

 
Comparaison des émissions de Nox en fonction de la technologie utilisée :
 

1- IDI richesse 1
2- ID stratifiée pauvre
3- CAI richesse 1
4-  CAI mélange pauvre
A- Compatible avec une réduction par catalyseur 3-voix
B- La catalyse 3-voix ne convient pas ; nécessite une solution DeNOx en mélange pauvre (cher et complexe)
C- le niveau de conso de l'ID sans nécessiter de DeNOx

Pour obtenir une combustion par autoinflammation (CAI), il faut mettre en place les conditions de pression et de température suffisantes.
Deux voies de développement sont étudiées pour mettre en œuvre ces conditions de fonctionnement.

- Augmenter le taux de compression pour avancer le point d'autoinflammation et augmenter la vitesse de dégagement de l'énergie.
- Réchauffer l'air admis avec un système de réchauffage du système d'admission.
Cas 1 : Pour la première solution, il faudrait impérativement utiliser un moteur capable de modifier le taux de compression du moteur car le fonctionnement du moteur en mode CAI serait difficile sur toute la plage de fonctionnement moteur.
Cas 2 : Pour cette possibilité déjà utilisée en moteur 2 temps, il faut utiliser  la distribution variable pour réaliser de l'EGR en complément ou non du réchauffeur additionnel.
La combustion CAI est une réalité car c'est une solution incontournable pour réduire au maximum la consommation  et les émissions polluantes. Cependant sa mise en place reste encore à l'étude et de nombreuse modifications du moteur seront nécessaires pour son réel développement.
Principales solutions techniques étudiées pour réaliser la CAI:

CAI par recompression de l'EGR interne.

Grâce à la distribution variable, on réalise un croisement de soupape négatif, ce qui permet de re-comprimer les gaz d'échappement et ainsi de réchauffer les gaz frais.

LES AVANTAGES :

- Poursuite possible de l'oxydation des gaz EGR.
- Pertes  thermiques aux parois.
- Mélange EGR gaz frais plus stratifié.
- Favorise les poches de gaz chauds et avance le calage CAI.
- Plus fortes T°C et pression cylindres.
- Favorable pour les faibles charges.
- Réduction des émissions de HC.
Cependant le fonctionnement en CAI est limité.
 

La CAI par réaspiration des gaz brulés
 

Les avantages :
- Pertes par pompages plus faibles (EGR non recompressés).
- CAI à de plus fortes charges possibles.
- Mélange plus homogéne.
- Nox plus faibles (surtout à fortes charges).
La zone de fonctionnement est étendue par rapport à l'EGR recompressé.
 

Actuellement des prototypes existent et promettent des performances inégalées.

---

Méthodes et pratiques

-

---

Impact sur les compétences en atelier

-