A major issue in the development of the future engines (diesel or gasoline) lies in the architecture and the control of the air intake system. In this context many setups are envisaged, and in particular the turbocharging systems are becoming more and more complex: variable geometry turbines, double stage turbochargers, variable geometry compressors... For these new architectures, the engine control strategies need to be modified in order to address the specific issues related either to the new system in itself or to its integration in the global engine.Renault and IFP have studied together, from a control point of view, the integration of a double stage turbocharger in a diesel engine. This paper presents the works undertaken during this study. The structure of the paper follows the different stages of the project. The functioning of the system was first analyzed in simulation, leading to the adaptation of existing turbocharger control strategies and the development of new specific ones. In a second stage, the algorithms were implemented on an engine and validated online. Simulation as well as real test results are exposed in the different sections, demonstrating a good correlation between online and offline tests and proving the validity of the approach based on the utilization of simulation tools.

No abstract

Résumé -Étude par simulation de l'impact de l'EGR BP sur un moteur Diesel à double étage de suralimentation -Depuis quelques années, les projets de développement moteur ont pour obligation de relever des défis de plus en plus difficiles : réduire les émissions de polluants à la source tout en maintenant, voire en réduisant la consommation de carburant. Pour essayer de résoudre ce problème, de nombreuses technologies ont été étudiées et certaines permettent d'offrir au moins une partie de la solution. Parmi celles-ci, l'utilisation de turbocompresseurs semble un des meilleurs compromis à l'heure actuelle. Plusieurs technologies de turbocompresseurs et de boucles d'air associées peuvent ensuite être utilisées et, parmi celles-ci, la double suralimentation série semble être l'une des plus prometteuses. Allant de pair avec ces systèmes de suralimentation, les circuits d'EGR restent le meilleur compromis coût/efficacité à court et moyen terme pour respecter les normes d'émissions de polluants. Par ailleurs, les circuits d'EGR haute pression ne sont plus l'unique solution pour recirculer les gaz d'échappement vers les cylindres, puisque l'utilisation de plus en plus répandue de filtres à particules permet de réduire l'un des inconvénients majeurs de l'EGR basse pression : la fiabilité du compresseur et du refroidissement de l'air de suralimentation. Dans ce contexte, il est alors difficile d'évaluer de manière intuitive l'impact de chaque boucle d'air envisageable sur les performances moteur et les conséquences sur les stratégies du contrôle moteur associé. Il devient alors nécessaire d'utiliser des outils de plus en plus avancés, comme la simulation en général, et la simulation système en particulier. Dans cet article, nous présentons la manière dont la simulation système peut être mise à profit pour la compréhension de problèmes technologiques aussi bien que ceux liés au contrôle moteur. Cette approche est illustrée à travers l'étude de l'impact de l'EGR BP dans le cas spécifique d'un moteur Diesel à double étage de suralimentation. En effet, les impacts sur l'architecture de la boucle d'air ainsi que sur les performances moteur sont présentés et analysés à l'aide de résultats de simulation obtenus à partir d'un simulateur du même moteur, mais disposant soit d'un circuit EGR haute pression, soit d'un circuit EGR basse pression. En parallèle, les spécificités du contrôle pour ce type de moteur à double étage de suralimentation sont rappelées. L'impact de l'utilisation d'un circuit d'EGR basse pression sur ces stratégies de contrôle est ensuite analysé et une solution pour adapter ces lois de contrôle est finalement proposée. Abstract

Résumé -La simulation comme support pour les problématiques en contrôle dans le cadre des boucles d'air Diesel modernes -Il semble désormais évident que la boucle d'air des moteurs Diesel va devoir améliorer ses performances pour atteindre des conditions dans la chambre qui soient compatibles avec une baisse significative des émissions en sortie moteur. Cet axe important passe par l'évolution de la boucle d'air vers des systèmes plus complexes basés sur des technologies avancées comme la distribution variable ou la double suralimentation. Dans ce contexte de complexité croissante, la contrôlabilité du moteur devient un critère de premier ordre dans le choix des orientations technologiques. Grâce à une grande flexibilité d'architecture, à la possibilité de représenter correctement les tendances et à un couplage aisé avec le contrôle moteur, la simulation 0D propose un support très intéressant pour aider ces développements et participer à l'identification des meilleures solutions de boucles d'air Diesel. Ce papier présente la façon dont la simulation est devenue un outil clé pour développer le contrôle moteur sur différents types de boucle d'air avant même d'avoir un moteur disponible au banc afin d'anticiper les points durs et de commencer à évaluer la contrôlabilité des différentes technologies dès les premières étapes du processus de développement moteur. Abstract -Simulation Support for Control Issues in the Context of Modern Diesel Air Path Systems -It is now obvious that the air path system will have to increase its performance to manage the in-cylinder conditions required by the combustion process if significant raw emission reduction is expected in Diesel engine applications. This crucial issue means air path evolutions with complex systems including advanced technologies such as