PRÉSENTATION DE LA PARTIE II
Cette partie présente des solutions aux deux premiers problèmes présentés dans la Partie I.
Dans le chapitre 4, nous nous plaçons dans le cas d’une modification de la demande en couple. Nous avons montré que pour garantir une combustion performante pendant le transitoire il était nécessaire de contrôler la boucle d’air. Grâce à une relation expéri- mentale statique nous traduisons l’évolution de la demande en couple en consigne sur les caractéristiques du mélange aspiré dans le cylindre. L’inversion d’un modèle dynamique de la boucle d’air permet de générer une trajectoire pour les commandes qui sont les débits d’air et d’EGR. Nous développons un observateur/contrôleur qui réalise le suivi des variables commandées autour de la trajectoire planifiée. Des résultats expérimentaux sont présentés. Ils démontrent la robustesse de la stratégie et son efficacité dans différentes configurations. Ce travail a été publié dans [31, 27].
Dans le chapitre 5, nous considérons le problème de l’estimation et du contrôle de la richesse cylindre à cylindre. Le terme de "richesse" désigne la composition des gaz dans le cylindre à la fin de la combustion. Les déséquilibres de richesse cylindre à cylindre reflètent les différences entre la combustion de chacun des cylindres. Ces différences peuvent être mesurées par un capteur placé derrière la turbine. Nous présentons deux stratégies dont nous comparons leurs efficacités. D’abord, nous proposons un observateur non linéaire dont les termes correctifs sont également non linéaires. Ensuite, nous présentons un filtre de Kalman étendu. Ces deux observateurs sont validés et comparés expérimentalement sur une large zone opératoire (Régime moteur de 1250 tr/min à 3500 tr/min et IMEP de 3 à 9). Nous présentons aussi des résultats en boucle fermée. Ce travail a été publié
54 PRÉSENTATION DE LA PARTIE II
dans [32, 34, 37, 33, 93, 36, 35].
Dans le chapitre 6, nous considérons le problème de l’estimation du couple de combus- tion. Ce couple caractérise les performances du moteur. Il dépend de diverses entrées comme le temps d’injection, le taux d’EGR. . . Il n’est pas directement mesuré. En re- vanche, la vitesse instantanée de l’arbre vilebrequin au bout de la transmission est bien mesurée. Cette vitesse instantanée est la sortie d’un système en cascade qui consiste en un système linéaire du premier ordre (dynamique bielle-manivelle) et d’un système linéaire du deuxième ordre (dynamique de la transmission) excité par le couple de com- bustion. Nous développons des observateurs haute fréquence pour estimer ce couple. Cet observateur est comparé à un filtre de Kalman. Nous prouvons la convergence des deux observateurs considérés et présentons des résultats expérimentaux. Ce travail a été publié dans [22, 23, 26, 24, 21].
PRESENTATION OF PART II
This part contains solutions to the first two control problems presented in Part I. In Chapter 4, we present a control scheme for the air path of a turbocharged Diesel en-
gine. The objective is to control the masses aspirated by the cylinder (Masp,air and Masp,bg)
with the two air path actuators (EGR valve and the Variable Geometry Turbocharger). In practical applications, the considered masses can not be measured. Yet, equivalent variables can be considered. Controlling those two masses is equivalent to controlling the
intake pressure Pint (being an image of Masp,air + Masp,bg) and the burned gas rate Fint
(representing to ratio Masp,bg
Masp,air+Masp,bg). The contribution is twofold.
1. We design feedforward motion planning control strategy. It is based on the inversion of the fully actuated dynamics of the system under consideration (differential flat sys- tems). Physical input constraints are explicitly taken into account in the feedforward control.
2. We propose an observer (linearization technique based on output injection and Lya- punov arguments for convergence)/controller to track the computed open loop trajec- tory. We first propose an observer to estimate the composition in the intake manifold and the EGR flow. Fast controllers are then used for tracking.
In this study, experimental results are reported on a 4 cylinder HCCI engine. We expose results for torque transient and also during driving phases of the eurocycle. This work has been published in [31, 27].
56 PRESENTATION OF PART II
In Chapter 5, we address the cylinder individual Air Fuel Ratio estimation and control problem. The AFR is a representation of the composition of the gas in the cylinder at the end of the combustion. Cylinder individual AFR unbalances reflect a variability in the combustion. This variability can be measured on the single sensor located behind the turbine. We propose a nonlinear observer involving nonlinear correcting terms. Also, we present an extended Kalman filter. Comparisons and experimental results are reported with engine speed ranging from 1250 rpm to 3500 rpm and pressure from 3 to 9 bar of IMEP (Indicated Mean Effective Pressure). We study robustness issues and give some closed loop results. This work was published in [32, 34, 37, 33, 93, 36, 35].
In Chapter 6, we address the combustion torque estimation problem. The combustion torque characterizes the performance of the engine and is the result of various inputs such as injection quantity and timing, EGR rate. . . We do not have a direct measurement of this torque but of the instantaneous engine speed located at the end of the transmission. The instantaneous engine speed is the output of a cascade consisting of a first periodic linear system (crankshaft-connecting rod) and a second linear system (transmission dynamics) fed by a periodic combustion torque. We develop high frequency observers to estimate the instantaneous engine speed under the cylinders by inverting the transmission dynamics. Another high frequency observer is developed to estimate the combustion torque from this estimated instantaneous engine speed. This observer is compared against a Kalman filter. For all the considered observers and filters, convergence proof is given along with experimental results. This work has been published in [22, 23, 26, 24, 21].