Observer Design for Downsized Gasoline Engine Control Using 1D Engine Simulation

Conception d'un observateur pour le contrôle d'un moteur écosuralimenté à partir d'un simulateur 1D moteur

Institut français du pétrole

Corresponding author: antoine.albrecht@ifp.fr

Abstract

This study presents the use of a 1D engine model for the control design of a twin-scroll turbocharged gasoline direct injection 2.0 l i4 engine with twin camphaser. This virtual engine is used for the development of the in-cylinder mass observer which is a crucial issue for the control of such an engine because of the large scavenging effects. After the model calibration process based on bench results, the virtual engine reproduces with accuracy the major behaviour such as valve overlap effects on cylinder filling and combustion which are an important feature for engine control with such advanced technology. Finally, thanks to the engine model contribution, the in-cylinder mass controller/observer design can be made easier and is validated off-line at a first stage. The goal of the paper is to demonstrate the relevancy of using 1D engine simulation as a support tool during all the steps of the engine control development process from design to real-time validation.

Résumé

Cette étude présente la mise au point du modèle 1D d'un moteur 2.0 l à injection directe essence équipé d'un turbocompresseur avec turbine double entrée et d'un double déphaseur d'arbre à cames et son utilisation dans la conception du contrôle moteur. Le moteur virtuel est employé pour le développement d'un observateur de masses enfermées dans les cylindres dont l'estimation constitue un enjeu majeur pour ce type de moteur à cause des forts effets de balayage dans la chambre de combustion. Après avoir réglé le modèle moteur grâce à des résultats de banc d'essais moteur, celui-ci permet de reproduire fidèlement les phénomènes de première importance pour le contrôle moteur tels que la modification du remplissage et de la combustion par le croisement de soupapes. Ces performances permettent de s'appuyer fortement sur le moteur virtuel pour développer plus efficacement l'observateur/contrôleur de masses enfermées et réaliser un premier niveau de validation. L'objectif de cet article est de démontrer que la simulation système moteur est un élément incontournable pour la chaîne de conception du contrôle moteur, du développement à la validation dans un environnement temps réel.