For any crankcase scavenged two-stroke engine, the fuel dynamics is not easily predicted. This is due to the fact that the fuel has to pass the crankcase volume before it enters the combustion chamber. This thesis is about the development of a model for fuel dynamics in the crankcase of a small crankcase scavenged two-stroke engine that gives realistic dynamic behavior. The crankcase model developed in this thesis has two parts. One part is a model for wall wetting and the other part is a model for concentration of evaporated fuel in the crankcase. Wall wetting is a phenomenon where fuel is accumulated in fuel films on the crankcase walls. The wall wetting model has two parameters that have to be tuned. One is for the fraction of fuel from the carburetor that is not directly evaporated and one parameter is for the evaporation time of the fuel film. The thesis treats tuning of these parameters by running the model with input data from measurements. Since not all input data are possible to measure, models for these inputs are also needed. Hence, development of simple models for air flows, fuel flow, gas mixing in the exhaust and the behavior of the λ-probe used for measurements are also treated in this thesis. The parameter estimation for the crankcase model made in this thesis results in parameters that corresponds to constant fraction of fuel from the carburetor that evaporates directly and a wall wetting evaporation rate that increases with increasing engine speed. The parameter estimation is made with measurements at normal operation and three specific engine speeds. The validity of the model is limited to these speeds and does not apply during engine heat-up. The model is run and compared to validation data at some different operation conditions. The model predicts dynamic behavior well, but has a bias in terms of mean level of the output λ. Since this mean value depends on the relation between input air and fuel flow, this bias is probably an effect of inaccuracy in the simple models developed for these flows. / För alla tvåtaktsmotorer med bränslematning genom vevhuset är bränsledynamiken svårpredikterad. Detta beror på att bränslet måste passera vevhusvolymen innan det når förbränningskammaren. Denna uppsats handlar om utveckling av en modell som ger realistisk dynamik för bränslet i tvåtaktsmotorers vevhus. Vevhusmodellen i denna uppsats har två delar. Den ena delen är en modell för bränslefilm på motorväggar och den andra delen är en modell för koncentration av förångat bränsle i vevhusvolymen. Bränslefilmsmodellen har två parametrar som måste trimmas. Den ena är andelen bränsle från förgasaren som inte förångas direkt och den andra är tidsåtgången för förångning av bränslefilmen. Uppsatsen behandlar trimning av dessa parametrar genom körning av modellen med indata från mätningar. Eftersom inte all indata kan mätas behövs även modeller för dessa. Därför behandlar uppsatsen även utveckling av enkla modeller för luftflöde, bränsleflöde, gasblandning i avgasvolymen och beteende hos den för mätningar använda λ-sonden. Parameterestimeringen för vevhusmodellen som är gjord i denna uppsats resulterar i parametrar som svarar mot konstant andel av bränslet från förgasaren som förångas direkt och en förångningshastighet för bränslefilmen som ökar med ökande motorhastighet. Parameterestimeringen är gjord med mätdata från normal körning vid tre olika motorhastigheter. Giltigheten för modellen är begränsad till dessa hastigheter och kan inte appliceras på körning av motorn vid kallstart. Modellen är körd och jämförd med valideringsdata från olika körfall. Modellen förutser dynamiska beteenden väl, men har ett systematiskt fel gällande medelvärdet på λ. Eftersom detta medelvärde beror på förhållandet mellan luftflöde och bränsleflöde in i vevhuset är sannolikt detta systematiska fel en effekt av osäkerhet i de enkla modeller som utvecklats för dessa flöden.

Depuis plusieurs années, l’une des problématiques sociétales est de diminuer les émissions de polluants et de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Le secteur du transport terrestre est directement concerné par ces considérations. Le moteur Diesel semble promis à un bel avenir grâce à son rendement supérieur à celui du moteur à allumage commandé, conduisant à de plus faibles rejets de CO2. Cependant, sa combustion génère des émissions d’oxyde d’azote (NOx) et de particules dans l’atmosphère. Les normes anti-pollution étant de plus en plus sévères et les incitations à diminuer les consommations de carburant de plus en plus fortes, le moteur Diesel est confronté à une problématique NOx/particules/consommation toujours plus difficile à résoudre. Une des voies envisagées consiste à modifier le mode de combustion afin de limiter les émissions polluantes à la source tout en conservant de faibles consommations. La voie la plus prometteuse est la combustion HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) obtenue par injections directes précoces. Plusieurs limitations critiques doivent cependant être revues et améliorées : le mouillage des parois par le carburant liquide et le contrôle de la combustion à forte charge. Le but de cette thèse est ainsi de mieux comprendre les phénomènes mis en jeu lors de la combustion HCCI à forte charge obtenue par des multi-injections directes précoces. Une méthodologie a été mise au point afin de détecter le mouillage des parois du cylindre, ce qui a permis de comprendre l’effet du phasage et de la pression d’injection sur cette problématique. Une stratégie optimale de multi-injections permettant d’atteindre une charge élevée sans mouiller les parois a ainsi été développée et choisie. Nous avons ensuite pu mettre en évidence le potentiel de la stratification par la dilution en tant que moyen de contrôle de la combustion en admettant le diluant dans un seul des 2 conduits d’admission. Des mesures réalisées en complémentarité sur le même moteur mais en version ‘optique’, ont permis, à partir de la technique de Fluorescence Induite par Laser, de montrer que concentrer le diluant dans les zones réactives où se situe le carburant permet un meilleur contrôle de la combustion, ce qui permet d’amener le taux de dilution a des niveaux faisables technologiquement. / For several years, reduce pollutant and greenhouse gas emissions in the atmosphere is become a leitmotiv. The automotive world is directly affected by these considerations. Diesel engine has a promising future thanks to its efficiency higher than that of S.I. engine, leading to lower CO2 emissions. However, Diesel combustion emits nitrogen oxides (NOx) and particulates in the atmosphere. Emissions regulations are more and more severe, and considerations about fuel consumption are more and more significant. Thus, Diesel engine has to face a NOx/particulates/consumption issue that is more and more difficult to answer. One of the considered ways to reduce pollutant emissions while maintaining low fuel consumptions is to change the combustion mode. The most promising way is Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) combustion with early direct injections. However, two major issues have to be answered: the wall wetting and the combustion control at high load. Thus, the objective of this PhD thesis is to better understand phenomena occurring during HCCI combustion at high load with early direct injections in order to answer these issues. We have developed a new methodology to detect the cylinder wall wetting process. This allowed to understand the effects of injection phasing and injection pressure on this issue. A multiple injections strategy has been tested and improved. It reaches a high load without cylinder wall wetting. Then, we have highlighted the potential of dilutant stratification as a technique of control of combustion. This technique is based on the introduction of dilutant in one inlet pipe while air is introduced in the other. The use of Laser Induced Fluorescence imaging on the same engine but with optical accesses showed that condensing dilutant in the reactive zones where the fuel is improves combustion control and allows the use of reasonable dilution level.