Modélisation du moteur à allumage par compression dans la perspective du contrôle et du diagnostic

par Olivier Grondin

Thèse de doctorat en Physique. Énergétique

Sous la direction de Jean Maquet.

Soutenue en 2004

à Rouen .


  • Résumé

    Le travail de cette thèse a pour objet la modélisation du moteur à allumage par compression pour le contrôle et le diagnostic. Le moteur Diesel est le moteur à combustion interne le plus performant et l'un des plus propres grâce aux actionneurs modernes. Cependant, les normes anti-pollutions sont de plus en plus strictes et, aujourd’hui, la réduction des émissions nocives dépend en partie des stratégies de commande des actionneurs. C’est pourquoi, les modèles sont devenus indispensables à chaque étape du développement du contrôle moteur : synthèse des algorithmes de commande, simulation et validation. Le système considéré est un moteur Diesel six cylindres à injection directe équipé d’un turbocompresseur. Le modèle développé repose sur des lois physiques pour les cylindres, les collecteurs, le turbocompresseur et le vilebrequin. Des lois empiriques ont été choisies pour la modélisation de la combustion et des transferts thermiques afin de réduire le temps de simulation. Le modèle, programmé en langage C dans l’environnement Matlab-Simulink, est capable de prédire l’évolution des variables utiles au contrôle moteur au degré vilebrequin. Les résultats sont conformes à ceux obtenus à l’aide d’un code de calcul industriel et ils sont représentatifs des mesures réalisées sur le banc moteur expérimental. Le modèle a ensuite été implanté sur un calculateur puissant nous permettant de disposer d’un simulateur adapté aux applications temps réel. Une partie de cette étude a aussi été consacrée à la modélisation du processus de combustion à l’aide d’un modèle de représentation non linéaire : le modèle NARMAX. L’objectif est de construite un modèle capable de prédire l’évolution de la pression cylindre en exploitant d’autres mesures disponibles sur un moteur. Les coefficients du modèle NARMAX ont été identifiés directement à partir des mesures des entrées et des sorties du système. Ce type de modèle présente l’avantage d’être moins coûteux en terme de temps de calcul par rapport aux modèles physiques. Les résultats sont encourageants et montrent que l’utilisation du régime instantané comme variable d’entrée principale du modèle permet de reproduire l’allure de la pression cylindre dans le cas d’une combustion précoce.

  • Titre traduit

    Control and diagnosis oriented modelling of the compression ignition engine


  • Résumé

    This thesis has described an investigation into the modelling of compression ignition engine for control and diagnosis purpose. The Diesel engine is the most efficient and clean internal combustion engine due to modern electromechanical actuators. However, pollutant emission regulations are much more stricter, thus, these complex systems need sophisticated and efficient control algorithms to reach very low emission levels. For this task, engine models are required at each step of the control system development : control laws synthesis, simulation and validation. The system under study is a six cylinder direct injection Diesel engine fitted with a turbocharger. The model of this system is based on physical laws for some parts of the engine such as cylinders, manifolds, turbocharger and crank-slider system. In order to reduce computing time we choose to model heat transfer and heat release during combustion using simple empirical correlations. Resulting model has been implemented in the Matlab-Simulink environment and it can predict variables of interest for control purpose with one degree crank angle resolution. The model has been tested numerically and compared with an industrial engine simulation code with good results. Moreover, model output variables are in good agreement with experimental data recorded on a heavy-duty research engine. The engine model has been embedded on a board providing enough computing performances to perform real-time simulations, this will be helpful for “hardware-in-the-loop” simulations. Another part of this study is dedicated to the combustion process modelling using a non linear phenomenological model : the NARMAX model. The goal is to predict the in-cylinder pressure evolution using other measurements available on the engine. The NARMAX model parameters have been identified using input-output data carried out from the experimental engine. Such model is well suited for real-time applications compare to numerically cost effective physical models. First results are promising and demonstrate that non linear “black-box” models can be employed to model the combustion process with the crankshaft speed as main model input.

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Informations

  • Détails : 214 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 207 réf. Index

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Rouen. Service commun de la documentation. Section sciences site Madrillet.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 04/ROUE/S054
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