Contribution à la modélisation temps-réel de la chaîne d’air dédiée à l’estimation du remplissage

by Farouq Meddahi

Doctoral thesis in Mécanique et énergétique

Under the supervision of Yann Chamaillard.

Thesis committee President: Pascal Higelin.

Thesis committee members: Yann Chamaillard, Pascal Higelin, Alain Charlet, Pierre Melchior, Antonio Sciarretta, David Chalet.

  • Alternative Title

    Contribution to real-time air system modeling dedicated to trapped mass estimation


  • Abstract

    Gas dynamics impact on air system dynamics and hence on combustion products, i.e. emissions, has imposed itself strongly due to the dynamics content in new test drive cycles such as the WLTC. This makes current real-time 0D models less reliable as they rely on stationary measured look up tables. In addition, wave phenomena and gas inertial effects are inherently neglected. This makes the estimation of the flow into and from the cylinder inaccurate. A methodology to efficiently reproduce wave effects along the internal combustion engine ducts was presented in this work. The idea relies on combining both lumped parameter and quasi-one-dimensional models. This combination gives the possibility to take inertial effects of gas dynamics while avoiding the heavy computational cost of the 1D modeling approach. The first part investigated one-dimensional numerical schemes, with the aim of evaluating them with respect to real-time applications and defining a good reference for further numerical validations for the low order models. The Quasi-Propagatory model was the best candidate to model waves with less computational power. To have a proper boost pressure estimation, more focus was on the compressor. A physics based model was presented based on [55]. Results have also shown a better interpretation and extrapolation ability. Finally, the developments have been validated experimentally using the complete engine operation map.


  • Abstract

    L'impact de la dynamique des gaz sur la chaine d’air s'est imposé fortement en raison du contenu de la dynamique dans les nouveaux cycles de test automobile tels que le WLTC. Cela rend les modèles 0D actuels moins fiables car ils reposent sur plusieurs positions sur les cartographies mesurées sur des points de fonctionnements stationnaires. En outre, les phénomènes d'onde et les effets inertiels des gaz sont intrinsèquement négligés. Une méthodologie pour reproduire efficacement les effets d'ondes le long des conduites de moteurs à combustion interne a été présentée dans ce travail. L'idée est basée sur la combinaison des modèles à paramètres concentrés et les modèles quasi-unidimensionnels. Cette combinaison donne la possibilité de prendre les effets d'inertie de la dynamique des gaz tout en évitant le coût lourd de calcul de l'approche de modélisation 1D. La première partie s'est intéressée aux schémas numériques à une dimension, dans le but de les évaluer par rapport aux temps de calcul, d’exactitude et de définir une bonne référence pour davantage validations numériques pour les modèles réduits. Le modèle « quasi-Propagatory » était le meilleur candidat pour modéliser les ondes avec moins de puissance de calcul. Pour avoir une propre estimation de la pression de suralimentation, on s'est intéressé plus particulièrement au compresseur. Un modèle physique a été présenté on se basant sur les travaux de Martin et al. [55]. Finalement, les développements sont validés expérimentalement sur tous les points de fonctionnement du moteur.


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