Contrôle du phasage de la combustion dans un moteur HCCI par ajout d’ozone : Modélisation et Contrôle

par Salim Sayssouk

Thèse de doctorat en Energétique

Sous la direction de Yann Chamaillard et de Pascal Higelin.

Le président du jury était Eric Bideaux.

Le jury était composé de Yann Chamaillard, Pascal Higelin, Eric Bideaux, Xavier Tauzia, Jimmy Lauber, Christian Caillol, Dominique Nelson-Gruel, Alessio Dulbecco.

Les rapporteurs étaient Xavier Tauzia, Jimmy Lauber.


  • Résumé

    Pour franchir les prochaines étapes réglementaires, une des solutions adoptées par les constructeurs automobiles est la dépollution à la source par des nouveaux concepts de combustion. Une piste d’étude est le moteur à charge homogène allumé par compression, le moteur HCCI. Le défi majeur est de contrôler le phasage de la combustion lors des transitions. Or, l’ozone est un additif prometteur de la combustion. La première partie de ce travail est consacrée au développement d’un modèle 0D physique de la combustion dans le moteur HCCI à l’aide d’une approche statistique basée sur une fonction de densité de probabilité (PDF) de la température. Pour cela, un modèle de variance d’enthalpie est développé. Après la validation expérimentale du modèle, il est utilisé pour développer des cartographies du moteur HCCI avec et sans ajout de l’ozone afin d’évaluer le gain apporté par cet actuateur chimique en terme de charge et régime. La deuxième partie porte sur le contrôle du phasage de combustion par ajout d’ozone. Une étude de simulation est effectuée où des lois de commandes sont appliquées sur un modèle orienté contrôle. Les résultats montrent que l’ajout d’ozone permet de contrôler cycle-à-cycle le phasage de la combustion. En parallèle, une étude expérimentale sur un banc moteur est facilitée grâce à un système d’acquisition des paramètres de combustion (Pmax, CA50) en temps réel, développé au cours de cette étude. En intégrant les lois de commande par ajout d’ozone dans le calculateur du moteur (ECU), les résultats expérimentaux montrent la possibilité de contrôler non seulement cycle-à-cycle le phasage de la combustion par ajout d’ozone lors des transitions mais aussi de stabiliser le phasage de la combustion d’un point instable.

  • Titre traduit

    Control of combustion phasing in HCCI engine through ozone addition


  • Résumé

    To pass the next legislator steps, one of the alternative solutions proposed for the depollution at the source by new concepts of combustion. One of proposed solution is the Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine. The major challenge is to control combustion phasing during transitions. Ozone is promising additive to combustion. During this work, a 0D physical model is developed based on temperature fluctuations inside the combustion chamber by using Probability Density Function (PDF) approach. For this, an enthalpy variance model is developed to be used in Probability Density Function (PDF) of temperature. This model presents a good agreement with the experiments. It is used to develop HCCI engine map with and without ozone addition in order to evaluate the benefit of using ozone in extending the map in term of charge-speed. The second part deals with control the combustion phasing by ozone addition. A Control Oriented Model (COM) coupled with control laws demonstrates the possibility to control combustion phasing cycle-to-cycle. Thereafter, an experimental test bench is developed to prove this possibility. A real time data acquisition system is developed to capture combustion parameters (Pmax, CA50). By integrating control laws into Engine Control Unit (ECU), results demonstrate not only the controllability of combustion phasing cycle-to-cycle during transitions but also to stabilize it for an instable operating point.


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