Simulation Support for Control Issues in the Context of Modern Diesel Air Path Systems

• Published in: Oil & gas science and technology Vol. 64; no. 3; pp. 381 - 405
• Main Authors: Albrecht, A., Grondin, O., Schmitt, J. C., Malbec, L. M., Youssef, B., Font, G., Gautier, P., Moulin, P.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: EDP Sciences 01-05-2009; Institut Français du Pétrole (IFP)
• Subjects: Physics
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189
• DOI: 10.2516/ogst/2009006

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 Variable Valve Actuation (VVA) or two-stage turbocharging, and engine control capability improvement to optimise accurately the engine behaviour under transient conditions. At this stage of complexity, the engine controllability becomes a first-order factor to be taken into account in the technological orientations. Thanks to a high versatility of engine architecture, good physical trend capabilities and easy coupling with engine control, 0D simulation offers a very interesting support to help such investigations and discriminate the best Diesel air path system solutions. This paper describes how simulation is becoming a key tool to develop the control for various Diesel air path systems before having the corresponding experimental bench available, in order to anticipate the hard issues and begin to assess the controllability of each air path technology at the early stages of the engine development process.
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.