A Physics and Tabulated Chemistry Based Compression Ignition Combustion Model: from Chemistry Limited to Mixing Limited Combustion Modes

This paper presents a new 0D phenomenological approach to predict the combustion process in multi-injection Diesel engines operated under a large range of running conditions. The aim of this work is to develop a physical approach in order to improve the prediction of in-cylinder pressure and heat release. Main contributions of this study are the modeling of the premixed part of the Diesel combustion with a further extension of the model for multi-injection strategies. Numerical results from simulations are compared with experimental measurements carried out on a 2 liter Renault Diesel engine and good agreements are found.Original Abstract: Ce papier presente une nouvelle approche 0D phenomenologique pour predire le deroulement de la combustion dans les moteurs Diesel a injection directe pour toutes les conditions d'utilisation usuelles. Le but de ce travail est de developper une approche physique en vue d'ameliorer la prediction de la pression cylindre et du degagement d'energie, avec un nombre minimum d'essais necessaires a la calibration. Les contributions principales de cette etude sont la modelisation de la phase de pre-melange de la combustion et une extension du modele pour les strategies d'injections multiples. Dans ce modele, le taux de degagement d'energie du a la combustion pour la phase pre-melangee est relie a un taux de reaction moyen du carburant. Ce taux de reaction moyen de carburant est evalue a l'aide d'une approche basee sur un taux de reaction local de carburant tabule et la determination d'une fonction de densite de probabilite (PDF) de la fraction de melange (Z). Cette PDF permet de prendre en compte la distribution de richesse existante dans la zone pre-melangee. L'allure de cette PDF presumee est une [beta]-fonction standardisee. Les fluctuations de la fraction de melange sont decrites avec une equation de transport pour la variance de Z. La definition standard de la fraction de melange, etablie dans le cas de flammes de diffusion, est ici adaptee a une combustion pre-melangee de type Diesel pour decrire l'inhomogeneite de la richesse dans le volume de controle. La chimie detaillee est decrite au travers de la tabulation du taux de reaction relatif a la flamme principale et du delai d' auto-inflammation relatif a la flamme froide, ces tabulations sont fonction de la variable d'avancement c, du taux de gaz brule ainsi que des grandeurs thermodynamiques telles que la temperature et la pression. Le modele de combustion de diffusion est