Author: Charbel Saad
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Languages : fr
Pages : 362

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Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire visent à modéliser la boucle d'air d'un moteur Diesel en calcul temps réel sur un banc HiL. Un modèle de combustion (0D) basé sur la loi de Wiebe à double équations a été utilisé. Ce modèle a été connecté en amont à un modèle de délai d'auto-inflammation et en aval à un modèle de calcul des émissions des NOx dues à la combustion. Le modèle de délai d'auto-inflammation est basé sur deux différentes approches: pour les injections pilote et post, seule la loi d'Arrhenius a été adoptée ; tandis que pour l'injection principale, la loi d'Arrhenius et une simple corrélation déterminant le délai d'auto-inflammation ont été testées. La modélisation des émissions des polluants comme le NOx, lors de la phase de combustion a été réalisée à l'aide du mécanisme de Zeldovich prolongé. Un modèle de combustion à deux zones a été élaboré afin de déterminer la température des gaz brûlés nécessaire au modèle des NOx. Ensuite, la réduction de ces émissions des NOx dans le système SCR a été étudiée en se basant sur un modèle de réactions chimiques capable de simuler leur évolution au sein du catalyseur. Finalement, le modèle de combustion a été implémenté dans le modèle de véhicule global et testé en mode statique (offline) uniquement pour des points de fonctionnement bien précis. Les résultats montrent un bon comportement du modèle face aux relevés de pression mesurés, aussi bien en termes de prédiction de délais d'inflammation, qu'en termes d'évolution de la pression cylindre. Ceci signifie qu'une bonne estimation du couple moteur généré a été établie.

Author: Guillaume Martin
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Languages : en
Pages : 0

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La présente thèse porte sur la modélisation dédiée au contrôle des phénomènes physiques se produisant au travers des restrictions de la chaîne d'air du moteur. L'objectif est d'assurer la précision des modèles tout en limitant les temps de calcul associés. En effet, les modèles dédiés au contrôle nécessitent un temps de calcul court (proche du temps réel) afin d'être exploitables dans un processus de développement. En parallèle de cela, les normes concernant les rejets polluants sont de plus en plus drastiques, et nécessitent de prendre en compte finement les phénomènes physiques mis en jeu. Dans une première partie, les équations des phénomènes physiques liés aux turbocompresseurs radiaux sont introduites dans une approche cartographique. Les équations fondamentales des turbomachines sont développées et utilisées afin de construire une méthode d'interpolation / extrapolation de champs turbocompresseur expérimentaux incomplets. Dans un second temps, les résultats d'essais réalisés lors de la thèse sont utilisés pour identifier les transferts thermiques au sein des turbocompresseurs. Un modèle dynamique d'échange thermique est ensuite construit. Le modèle final permet d'obtenir une cartographie complète des champs compresseur et turbine, tout en prenant en compte l'impact des transferts thermiques sur les performances des turbomachines. La seconde partie porte sur la modélisation des restrictions (soupapes, changements de section...) rencontrées sur les MCI. Une méthode pour la résolution quasistatique des équations Euler 1D complètes (masse, énergie, moment) est proposée afin de construire les cartographies associées aux restrictions considérées, sans introduire de coefficient de correction expérimental. Ces cartographies sont utilisables en tant que modèles moyens ou utilisées comme conditions limites de codes aérodynamiques 1D. En cas de couplage avec un code 1D, une méthode de correction d'entropie basée sur un algorithme de linéarisation est proposée afin de réduire le temps de convergence aux conditions limites du domaine de calcul.Finalement, les développements sont validés expérimentalement en écoulements stabilisés et transitoires.

Author: Rabih Omran
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Languages : fr
Pages : 196

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Le transport routier est l’un des contributeurs majeurs au réchauffement climatique et à la pollution de l’air. La réduction de ces effets, passe par la minimisation de la consommation de carburant, dans le respect des réglementations imposées. Dans cette thèse, nous proposons une procédure automatique pour déterminer les valeurs optimales des paramètres de contrôle du moteur Diesel, satisfaisant les critères de consommation et émissions minimales, dans toute sa plage de fonctionnement, en régime dynamique. Ce contrôle comprend deux étapes : une recherche préalable « Off Line » des valeurs optimales des paramètres, suivie d’une intégration des valeurs obtenues dans un contrôleur à réseaux de neurones « On Line ». Dans ce but, des modèles sont d’abord élaborés pour décrire le comportement mécanique du moteur et les émissions elles-mêmes (CO2, CO, HC, NOx, PM), en suivant deux approches : les modèles physiques en valeurs moyennes et les réseaux de neurones. Les coefficients de ces modèles sont identifiés à partir des données expérimentales, acquises sur banc d’essais moteur. Ensuite l’optimisation est faite « Off Line » sur un ordinateur puissant dans le but d’obtenir les cartographies dynamiques multidimensionnelles décrivant les valeurs à attribuer aux paramètres de contrôle, sur un cycle (par exemple NEDC) ou sur toute la plage de fonctionnement du moteur. L’exploitation directe des résultats d’optimisation exige cependant un nombre très important de cartographies. Or l’ECU n’a pas actuellement la capacité de mémoriser ni de gérer toutes ces cartes. Les cartographies dynamiques constituent alors la base d’apprentissage permettant de déterminer les valeurs des poids et biais d’un contrôleur à réseaux de neurones. Ce contrôleur a l’avantage de reproduire « On Line » et avec une grande précision les paramètres de contrôle optimaux, dans un temps de calcul très court. Il est donc exploitable dans les applications moteur en temps réel. Nous avons appliqué cette méthodologie, en tout ou partie, à trois moteurs différents. Sur un moteur automobile répondant aux normes Euro 5 et commandé via 12 paramètres de contrôle, nous avons établi et validé un modèle physique du mouvement du vilebrequin et des modèles des émissions à réseaux de neurones. Le modèle physique est basé sur des modèles empiriques de la PMI et de la PMF et sur le calcul de la charge du véhicule (frottements roues-sol, traînée aérodynamique, inertie véhicule) rapportée sur l’axe du vilebrequin. Sur un second moteur automobile répondant aux normes Euro 3 et commandé via 6 paramètres de contrôle, nous avons établi des modèles à réseaux de neurones du mouvement du vilebrequin et des émissions. Les modèles des émissions sont précis et fiables alors que le modèle du vilebrequin manque de précision à cause de l’insuffisance des données d’apprentissage. Ensuite ces modèles sont exploités pour minimiser les émissions du moteur sur le cycle NEDC. Les résultats d’optimisation montrent les effets contradictoires du débit Pilot, des avances à l’injection Main et Pilot et de la pression rail, sur l’émission des NOx et de l’opacité et éventuellement le compromis à faire entre la réduction des NOx et des PM. Sur un moteur de poids lourds commandé via la géométrie variable du turbocompresseur, nous avons établi des modèles physiques en valeurs moyennes du moteur et un modèle semi-empirique de l’opacité. Un contrôleur du débit d’air, à réseaux de neurones, construit d’après les valeurs optimales de la géométrie variable de la turbine et des variables moteur minimisant l’opacité, a été exploité sur des simulations en temps réel du moteur. Sur des trajets dynamiques, l’opacité est réduite jusqu’à 70%, montrant tout l’intérêt de ce contrôleur. Cette méthodologie peut être étendue, sans restriction, à plusieurs variables à commander.

Author: Olivier Grondin
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Languages : fr
Pages : 214

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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.

Author: Jean-François Arnold
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Languages : fr
Pages : 163

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L’évolution des normes anti-pollution a conduit les constructeurs automobiles à introduire de nouveaux actionneurs dans le système d’air des moteurs Diesel. En complément du papillon motorisé, les moteurs sont maintenant systématiquement équipés d’une vanne de re-circulation des gaz d’échappement et d’une turbine à géométrie variable. Ces actionneurs rendent plus délicate la gestion simultanée de la pression de suralimentation et du débit d’air entrant dans le moteur. Les stratégies actuellement proposées dans la littérature ne semblent pas pouvoir satisfaire les nombreuses contraintes imposées par la production grande série : disparité paramétrique des moteurs, puissance limitée des calculateurs, instrumentation disponible, etc. Dans ce contexte, une nouvelle stratégie basée sur un contrôleur flou est proposée. Son intérêt premier réside dans le fait qu’elle ne nécessite pas de modèle interne. Pour tester cette stratégie, un modèle à valeurs moyennes de moteur Diesel a été développé puis validé expérimentalement. Sur la base de ce modèle, le fonctionnement d’un moteur Diesel donné a été stimulé au cours du cycle standard européen. Les résultats de simulation montrent que l’approche proposée est plus performante que des stratégies actuellement embarquées. Elle est par ailleurs particulièrement robuste en stabilité et facile à régler au regard des paramètres considérés. L’implémentation de ce contrôleur dans une unité de commande électronique a montré que la stratégie proposée pouvait également opérer en temps réel.

Author: Nicolas Bordet
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Languages : fr
Pages : 0

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Cette thèse porte sur la modélisation 0D/1D de la combustion Diesel dans les moteurs récents. L'objectif est d'augmenter la précision des modèles tout en limitant les temps de calcul associés afin d'utiliser la simulation comme un outil dédié à la mise au point. Dans une première partie, le développement d'un modèle 0D orienté simulation système est présenté. La prise en compte de l'ensemble des phénomènes physico-chimiques se déroulant dans la chambre de combustion confère au modèle un niveau de prédictivité conséquent. Un nouveau modèle de combustion de prémélange est proposé, permettant une modélisation détaillée des combustions fortement diluées et des combustions relatives aux injections précoces. Une approche innovante permettant de quantifier les interactions entre les jets pour la multi injection est également proposée. Après calibration sur un nombre restreint d'essais moteur, les résultats du modèle global sont comparés à des mesures expérimentales pour toute la plage de fonctionnement du moteur. La seconde partie de ce travail porte sur la modélisation 1D de la combustion Diesel. Un modèle de jet Diesel est d'abord développé et validé sur des mesures expérimentales. Ce modèle est ensuite étendu à des conditions réactionnelles à l'aide d'un couplage avec un modèle de combustion. Ce dernier s'appuie sur une tabulation des mécanismes de cinétique chimique, ainsi que sur une approche Eddy Break-Up permettant de modéliser le taux de réaction lié au micro mélange. Ce modèle est ensuite intégré à un modèle de chambre de combustion et une première validation du modèle sur des essais moteur réels est entreprise.

Author: Khaoula Nagoudi-Layerle
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Languages : fr
Pages : 157

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Ce travail concerne l'étude d'une stratégie de commande prédictive dédiée au pilotage des actionneurs (VGT et EGR) de la boucle d'air du moteur Diesel dans le but d'améliorer la consommation et diminuer la pollution. Plusieurs travaux ont déjà été menés sur la régulation des grandeurs physiques de la boucle d'air en utilisant diverses stratégies aussi bien basées sur le modèle du système que sur des règles d'apprentissage. Chaque méthode présente des avantages et des inconvénients qui sont plus ou moins acceptables en fonction des besoins exprimés. Cependant, les travaux appliqués à ce jour en grande série sur véhicule se basent essentiellement sur des commandes utilisant des données mémorisées dans des cartographies. Cette méthode reste limitée si des éléments extérieurs agissent sur la boucle d'air, changeant ainsi les paramètres du système. C'est ainsi que, dans ce travail, un intérêt particulier est porté sur une commande reconfigurable à base de modèle. Nous nous intéressons dans un premier temps aux modèles à valeurs moyennes issus de l'analyse thermodynamique du système pour faire la synthèse de la loi de commande. Nous avons ensuite décliné notre choix de loi de commande prédictive, tout en mettant en avant son caractère adaptatif aux éventuels changements du modèle. Les propriétés du modèle du moteur observées autour d'un point de fonctionnement donné présentent les caractéristiques d'un système à non-minimum de phase. Notre contribution consiste à proposer une méthodologie de découplage qui permet de contourner cette problématique. Nous mettons principalement l'accent sur l'approche matricielle utilisée pour sa résolution. Nous analyserons ensuite l'impact des éventuels changements de modèle sur la commande choisie. Ce qui nous oriente vers une commande prédictive reconfigurable. Cependant, cette loi de commande nécessite une reconstruction d'état. Ce besoin nous a donc amené à élaborer un observateur à correction floue robuste aux bruits de faible amplitude.

Author: Samuel Benavides
Publisher: Elsevier
ISBN: 1845695534
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 325

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Corrosion control in the aerospace industry has always been important, but is becoming more so with the ageing of the aircraft fleet. Corrosion control in the aerospace industry provides a comprehensive review of the subject with real-world perspectives and approaches to corrosion control and prevention.Part one discusses the fundamentals of corrosion and the cost of corrosion with chapters on such topics as corrosion and the threat to aircraft structural integrity and the effect of corrosion on aluminium alloys. Part two then reviews corrosion monitoring, evaluation and prediction including non-destructive evaluation of corrosion, integrated health and corrosion monitoring systems, modelling of corrosion and fatigue on aircraft structures and corrosion control in space launch vehicles. Finally, Part three covers corrosion protection and prevention, including chapters which discuss coating removal techniques, novel corrosion schemes, greases and their role in corrosion control and business strategies in fleet maintenance.With its distinguished editor and team of expert contributors, Corrosion control in the aerospace industry is a standard reference for everyone involved in the maintenance and daily operation of aircraft, as well as those concerned with aircraft safety, designers of aircraft, materials scientists and corrosion experts. - Discusses the fundamentals of corrosion and the cost of corrosion to the aerospace industry - Examines the threat corrosion poses to aircraft structural integrity and the effect of corrosion on the mechanical behaviour of aircraft - Reviews methods for corrosion monitoring, evaluation and prediction examining both current practices and future trends