Detection Des Defaut Dans Injection Diesel

 

République Algérienne Démocratique Et Populaire

‫ر‬  ‫ﻣﺨﺘ‬  ‫ﺟﻰ‬  ‫ﻣﻌﺔ‬  ‫ﺟ‬ ‫ﺔ‬ ‫ﻋﻨ‬

UNIVERSI UNIV ERSITE TE BADJ BADJII MOKHTA MOKHTAR  R  ANNABA

Faculté des Sciences de l’Ingénieur

Année : 2007

Département de l’Électronique MEMOIRE 

Présente en vue de l’obtention du diplôme de Magister 

Intitulé :

Détection des défauts dans le système de Détection combustion d’un moteur Diesel

Option

Automatique Industriel Présenté par :

Labed Fayçal Président

:

 Lakel Rabah

Dire Direct cteu eurs rs de mé mémo moir ire e

:

 Abassi Hadj Ahmed

Examinateurs

: Otmani Abbass

Invité

:

 

 

 Lafifi Mouhamed Mourad

M. M.C C

U. ANN NNA ABA

Pr.

U. ANNABA

M.C

U. ANNABA

  Dr.

U. ANNABA

 

Dédicaces  Je dédie ce travail à : Mes chers parents qui m’o m’ont nt beaucoup aidé,  À mes frères et s œ urs.  À mes Collègues de LABO   A toute la famille et les amis 

L. fayçal  

 

Remerciements

 Le   plus

grand Merci to tout ut d’abord revie revient nt à   «Dieu  »  »qui, lui seul, nous

a guidé dans le bon sens durant notre vie et qui nous a donné le courage, la volonté, et la force pour élaborer ce travail de recherche.  L’ab ’abou outi tisse sseme ment nt

de ce trav travai aill de mé mémo moir iree a été été po possi ssibl blee gr grâc âcee à la

colla col labo borat ratio ion n d’u d’un n groupe groupe de per person sonne nes, s, auxque auxquells je do dois is exp expri rime merr mes mes remerciements.  J e

er H tiens tout d’abord à remercier   M

bbassi

Pr.  au

département 

d'él d'élec ectr tron oniq ique ue po pour ur m’ m’av avoi oirr pe perm rmis is à m’ m’in insc scrrir iree au ma magi gist ster er sous sous sa direction, ainsi pour la confiance qu’il m’a accordé tout le long de ce cycle.  M a

gratitude s’adresse également à Mer M M La Lafi fifi fi Dr.   au département 

d'électronique de m’avoir proposé ce sujet et m’avoir guidé tout au long de cette période, aussi pour le temps précieux qu’il m’a accordé et pour m’avoir   secoué quand il le fallait. J’avoue que j’ai toujours attendu avec une grande impatience ses remarques. Les nombreuses discussions que nous avons eues  sur le diagnostic et les méthodes de détection des pannes.  J' expr e xprim imee

me mess pr prof ofon onds ds rem remerci erciem emen ents ts et tous tous me mess res esp pect ects à

 Monsieur   Mer R Lakel

  au M.C  au

département d'électronique, pour avoir bien

voulu accepter de présider ce jury. er  J e remercie   M

 au départe département ment de mécan mécanique. ique. D’avoir    Othmani M.C  au

accepter accept er d’exami d’examiner ner ce mémoire et d’être membre du jury. jury.

 

Résumé

D'après le développement du monde actuel de motorisation des voitures le moteur Diesel Diesel à injecti injection on direct directee à rampe comm commune une devient le moteur le plu pluss récent et le plus fiable, par l'utilisation de l'électronique embarqué (calculateur  d’injection, d’injec tion, calculateur de freinage...) L’emploi généralisé de ces nouveaux systèmes se justifie par la nécessité de maîtriser le comportement du moteur avec comme objectif de réaliser un bon compromis entre les émissions de polluants, la consommation de gasoil et les  performances souhaitées par le client. Pour cela on va passer en revue les cara ca ract ctér éris isti tiqu quees et les les sp spéc écif ific icat atio ions ns de ce no nouv uvea eau u moteu oteur, r, et une une br brèv èvee représentation de différents capteurs et actionneurs du moteur. Ensuite nous allons voir les différents modèles physiques existant dans la lit littér tératu ature re pour la mod modéli élisat sation ion du moteur moteur Die Diesel sel à inj inject ection ion dire directe cte à ram rampe pe commun com munee avec tur turboco bocomp mpress resseur eur à géom géométr étrie ie var variab iable le équipé équipé de syst systèm èmee de récirculations des gaz d’échappement.  Nous avons utilisé une approche neuro-floue pour l'identification des  paramètres des multi modèles, ainsi des modèles locaux linéaires sont obtenus.  Nous passons ensuite à l’étude de structure de détection de pannes. Notre choix sera orienté vers l’approche d’espace de parité et celle des observateurs. Il sera alors alo rs que questi stion on de géné générat ration ion de résidus résidus tenant tenant com compte pte des défauts défauts capteu capteurs, rs, actionneurs, et système. Une étude en simulation est faite sur cette partie en met etta tant nt en év évid iden ence ce l’ l’ap appa pari riti tion on de pann pannes sur sur l’en l’ense sem mble ble du sy systè stèm me. L’analyse des résultats en simulation estesencourageante.

 

Abstract

According to the development of the current world of motorization of the cars, the Diesel engine with direct injection with common rail becomes the most recent engine and most reliable, by the use of embedded electronics (calculator of  injection, calculator of braking...) The generalized of these new systems is justified by the need for controlling the behaviour of the engine with an objective of carrying out a good compromise  between the emissions of pollutants, the consumption of gas oil and the  performances desired by the customer. For that one will review the characteristics and the specifications of this new engine, and a short representation of various sensors and actuators of the engine. Then we will see the various physical models existing in the literature for the modell mo dellin ing g of th thee Di Dies esel el engi engine ne wi with th di dire rect ct injec injecti tion on wi with th co comm mmon on rail rail wi with th turboc tur bocom ompre press ssor or of var variab iable le geo geome metry try equipp equipped ed wi with th sy syste stem m of rec recirc ircula ulatio tion n of  exhaust gases. We used a neuro-fuzzy approach for the identification of the parameters of  the mu multim ltimode odel, l, so so some me line linear ar local mode models ls are obt obtai ained ned.. We pass then bein being g st stud udie ied d of st stru ruct ctur uree of dete detect ctio ion n of brea breakd kdow owns ns.. Ou Ourr ch choi oice ce wi will ll be dire direct cted ed towards towar ds the approa approach ch of space of parity and tha thatt of the observers. observers. It will be then a question of generation of residues taking account of the defects sensors, actuators, and syst and system em.. A stu tudy dy in sim simul ulat atio ion n is made ade on this this pa part rt by high highli ligh ghti ting ng the the appear app earanc ancee of bre breakd akdown ownss on the whole whole sy syste stem. m. Th Thee ana analys lysis is of the resul results ts in simulation is encouraging.

‫‪ ‬‬

‫ﻣﻠ‬

‫‪ ‬‬

‫‪‬ﻧ‪‬ﻈ‪‬ﺮ‪‬ا ‪ ‬ﻟﺘﻄﻮر ‪ ‬اﻟﻌﺎﻟﻢ ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﺤ‪‬ﺪ‪‬ﯾ‪‬ﺚ ‪  ‬ﻟﻤﺤﺮﻛﺎت ‪ ‬اﻟﺴﯿﺎرات ‪ ‬ﻣﺤﺮك ‪ ‬اﻟﺪﯾﺰال ‪ ‬ذا ‪  ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻀ‪‬ﺦ ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻤ‪‬ﺒ‪‬ﺎ‪‬ﺷ‪‬ﺮ‪ ‬‬ ‫ﻋﻦ ‪ ‬ﻃﺮﯾﻖ ‪ ‬ﻣﺸﺘﺮك ‪ ‬أﺻﺒﺢ ‪  ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻤ‪‬ﺤ‪‬ﺮ‪‬ك ‪  ‬اﻷﻛﺜﺮ ‪ ‬ﺣ‪‬ﺪ‪‬ا‪‬ﺛ‪‬ﺔ ‪ ‬و ‪  ‬ﺟ‪‬ﻮ‪‬د‪‬ة‪ .‬ﺎﺳﺘﻌﻤﺎل ‪  ‬ا‪‬ﻹ‪‬ﻟ‪‬ﻜ‪‬ﺘ‪‬ﺮ‪‬و‪‬ﻧ‪‬ﯿ‪‬ﻚ ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻤ‪‬ﺮ‪‬ﻛ‬ ‫)‪‬ﺣ‪‬ﺎ‪‬ﺳ‪‬ﻮ‪‬ب‪  ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻀ‪‬ﺦ ‪ ‬ﺣ‪‬ﺎ‪‬ﺳ‪‬ﻮ‪‬ب‪ ‬اﻟﻔﺮﻣﻠﺔ ‪( ...‬‬ ‫اﻻﺳﺘ ﺨﺪا ‪  ‬ﻟ‪‬ﻌ‪‬ﺎ‪‬م ‪ ‬ﻟﮭﺬه ‪ ‬ا‪‬ﻷ‪‬ﻧ‪‬ﻈ‪‬ﻤ‪‬ﺔ ‪ ‬اﻟﺠﺪﯾﺪة ‪ ‬ﺗ‪‬ﺒ‪‬ﺮ‪‬ر ‪ ‬ﺿﺮورة ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﺴ‪‬ﯿ‪‬ﻄ‪‬ﺮ‪‬ة ‪  ‬ﻋﻠﻰ ‪  ‬ﺗﺼﺮ ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻤ‪‬ﺤ‪‬ﺮ‪‬ك ‪ ‬ﺑ‪‬ﮭ‪‬ﺪ‪‬ف‬ ‫اﻟﻮﺻﻮل ‪ ‬إﻟﻰ ‪  ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﺘ‪‬ﺤ‪‬ﻜ‪‬ﻢ ‪ ‬ﻓﻲ ‪ ‬اﻟﻐﺎزات ‪ ‬اﻟﻤﻠﻮﺛﺔ ‪ ‬اﻟﻤﻄﺮوﺣﺔ ‪ ‬ﻣﻦ ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻤ‪‬ﺤ‪‬ﺮ‪‬ك ‪ ‬ﺗ‪‬ﻘ‪‬ﻠ‪‬ﯿ‪‬ﻞ ‪  ‬إ‪‬ﺳ‪‬ﺘ‪‬ﮭ‪‬ﻼ‪‬ك ‪ ‬اﻟﻮﻗﻮد و‬ ‫اﻹﻣﺘﯿﺎزات ‪ ‬اﻟﻤﻄﻠﻮﺑﺔ ‪ ‬ﻣﻦ ‪ ‬ﻃﺮف ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻤ‪‬ﺴ‪‬ﺘ‪‬ﮭ‪‬ﻠ‪‬ﻚ‪ .‬ﻣﻦ ‪ ‬أﺟﻞ ‪ ‬ذﻟﻚ ‪  ‬ﺳ‪‬ﻨ‪‬ﻘ‪‬ﻮ‪‬م ‪ ‬ﺑ‪‬ﺎ‪‬ﺳ‪‬ﺘ‪‬ﻌ‪‬ﺮ‪‬ا‪‬ض ‪ ‬اﻟﺨﺼﺎﺋﺺ ‪ ‬و‬ ‫اﻹﻣﺘﯿﺎزات ‪ ‬ﻟﮭﺬا ‪  ‬اﻟﻨﻮع ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﺠ‪‬ﺪ‪‬ﯾ‪‬ﺪ ‪ ‬ﻣﻦ ‪ ‬اﻟﻤﺤﺮﻛﺎت ‪ ‬وﻧﻌﻄﻰ ‪ ‬ﻟﻤﺤﺔ ‪ ‬ﺗﻮﺿﯿﺢ ‪  ‬ﻟ‪‬ﻤ‪‬ﺨ‪‬ﺘ‪‬ﻠ‪‬ﻒ ‪  ‬أﻧﻮاع ‪ ‬أ‪‬ﺟ‪‬ﮭ‪‬ﺰ‪‬ة‬

‫‪‬ا‪‬ﻟ‪‬ﺘ‪‬ﺤ‪‬ﺴ‪‬ﺲ‪ ‬و‪ ‬اﻟﻤ ﻐﻼ‬ ‫ﺑﻌﺪ ‪ ‬ذﻟﻚ ‪ ‬ﻧ‪‬ﺘ‪‬ﻄ‪‬ﺮ‪‬ق ‪  ‬ﻟ‪‬ﻤ‪‬ﺨ‪‬ﺘ‪‬ﻠ‪‬ﻒ ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻨ‪‬ﻤﺎذج ‪  ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻔ‪‬ﯿ‪‬ﺰ‪‬ﯾ‪‬ﺎ‪‬ﺋ‪‬ﯿ‪‬ﺔ ‪ ‬اﻟﻤﻮﺟﻮدة ‪ ‬ﻓﻲ ‪ ‬اﻟﻤﺴﺘﻨﺪات ﻟﻨﻤﺬﺟﺔ ‪ ‬ﻣﺤﺮك‬ ‫اﻟﺪﯾﺰال ‪ ‬ذا ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻀ‪‬ﺦ ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻤ‪‬ﺒ‪‬ﺎ‪‬ﺷ‪‬ﺮ ‪ ‬ﻋﻦ ‪  ‬ﻃﺮﯾﻖ ‪ ‬ﻣﺸﺘﺮك ‪ ‬ﻣﻊ ‪ ‬ﺿ‪‬ﺎ‪‬ﻏ‪‬ﻂ ‪ ‬ﺗﺮﺑﯿﻨﻲ ‪ ‬ذا ‪ ‬ھﻨﺪﺳﺔ ‪ ‬ﻣ‪‬ﺘ‪‬ﻐ‪‬ﯿ‪‬ﺮ‪‬ة ‪ ‬ﻣ‪‬ﺠ‪‬ﮭ‪‬ﺰ‪ ‬‬ ‫‪‬ﺑ‪‬ﻨ‪‬ﻈ‪‬ﺎ‪‬م‪  ‬إﻋﺎدة‪ ‬اﻟﻐﺎزات‪ ‬اﻟﻤﻄﺮوﺣﺔ‪.‬‬ ‫ﻟﻘﺪ ‪ ‬اﺳﺘﻌﻤﻠﻨ ‪ ‬ﻃﺮﯾﻘﺔ ‪ ‬اﻟﻤﻨﻄﻖ ‪ ‬اﻟﻐﺎﻣﺾ ‪ ‬ﻣﻊ ‪ ‬ﺷ‪‬ﺒ‪‬ﻜ‪‬ﺔ ‪ ‬اﻟﺨﻼﯾﺎ ‪ ‬اﻟﻌﺼﺒﻮﻧﯿﺔ ‪ ‬ﻣﻦ ‪ ‬أﺟﻞ ‪ ‬ﺗ‪‬ﻌ‪‬ﯿ‪‬ﯿ‪‬ﻦ ‪ ‬اﻟﻤﺮﻛﺒﺎت‬ ‫ﻟﻸﻧﻈﻤﺔ‪  ‬اﻟﻤﺘﻌﺪدة ‪ ‬ﺣﯿﺚ‪ ‬ﻧﺠﺪ ‪ ‬أ‪‬ﻧ‪‬ﻈ‪‬ﻤ‪‬ﺔ‪  ‬ﻣ‪‬ﺤ‪‬ﻠ‪‬ﯿ‪‬ﺔ‪  ‬ﺧ‪‬ﻄ‪‬ﯿ‪‬ﺔ‪.‬‬ ‫‪‬ﻧ‪‬ﺘ‪‬ﻮ‪‬ﺟ‪‬ﮫ‪ ‬ﺑﻌﺪ‪ ‬ذﻟﻚ ‪ ‬ﻟ‪‬ﺪ‪‬ر‪‬ا‪‬ﺳ‪‬ﺔ‪   ‬ﻣﺨ‪‬ﺘ‪‬ﻠ‪‬ﻒ‪ ‬اﻷﺷﻜﻠﺔ‪  ‬ﻟ‪‬ﻜ‪‬ﺸ‪‬ﻒ‪ ‬و‪ ‬ﺗ‪‬ﺸ‪‬ﺨ‪‬ﯿ‪‬ﺺ‪  ‬اﻟﺨﻠﻞ‪.‬‬ ‫إ ‪‬ا‪‬ﺧ‪‬ﺘ‪‬ﯿ‪‬ﺎ‪‬ر‪‬ﻧ ‪ ‬ﻛﺎن ‪  ‬ﻣ‪‬ﺘ‪‬ﻮ‪‬ﺟ‪‬ﮫ ‪  ‬إﻟﻰ ‪ ‬ﻓﻀﺎ ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﺘ‪‬ﻤ‪‬ﺎ‪‬ﺛ‪‬ﻞ ‪ ‬إ‪‬ﺿ‪‬ﺎ‪‬ﻓ‪‬ﺔ ‪  ‬إﻟﻰ ‪ ‬إﺳﺘﻌﻤﺎل ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻤ‪‬ﺮ‪‬ا‪‬ﻗ‪‬ﺐ ‪ ‬و‪‬ذ‪‬ﻟ‪‬ﻚ ‪ ‬ﻣﻦ‬ ‫ﺧﻼل ‪ ‬د‪‬ر‪‬ا‪‬ﺳ‪‬ﺔ ‪ ‬اﻟﺒﺎﻗ ‪  ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻨ‪‬ﺎ‪‬ﺗ ﺔ ‪ ‬ﻋﻦ اﻟﺨﻠﻞ ‪ ‬ﻣﻊ أﺧﺬ ‪ ‬ﺑ‪‬ﻌ‪‬ﯿ‪‬ﻦ ‪ ‬ا‪‬ﻹ‪‬ﻋ‪‬ﺘ‪‬ﺒ‪‬ﺎ‪‬ر ‪ ‬ﺧﻠﻞ ‪  ‬أﺟﮭﺰة ‪ ‬ا‪‬ﻟ‪‬ﺘ‪‬ﺤ ﺲ ‪ ‬و‬ ‫‪‬ا‪‬ﻟ‪‬ﻤ‪‬ﺸ‪‬ﻐ‪‬ﻼ‪‬ت ‪ ‬إ‪‬ﺿ‪‬ﺎ‪‬ﻓ‪‬ﺔ‪ ‬إﻟﻰ‪ ‬ﻋﻄﺐ‪ ‬اﻟﻨﻈﺎم‪ ‬ﺑ‪‬ﻌ‪‬ﯿ‪‬ﻨ ‪.‬‬ ‫‪.‬‬

‫ت‪  ‬ﯾ‪‬ﻓﺒ‪‬ﺪ‪‬ﻲ‪ ‬و‪ ‬ھﻣﺬهﺸ‪ ‬اﻟﺠﻤﻌﺎﺮ‪.‬ﺣﻠﺔ‬ ‫‪ ‬ﺗد‪‬ر‪‬ﺤاﻠ‪‬ﯿﺳ‪‬ﻞﺔ‪ ‬ا‪ ‬ﻟﺗ‪‬ﻨﺘﻄ‪‬ﺎﺒ‪‬ﺋﯿ‪‬ﻘ‪‬ﺞﯿ‪ ‬اﺔﻟ‪ ‬أﺘ‪‬ﻧ‪‬ﻄﺠ‪‬ﺒﯿﺰ‪‬ﻘﯿﺔ‬

‫‪ ‬ﻧ‪‬ﺴ‪‬ﺘ‪‬ﻌ‪‬ﻤ‪‬ﻞ‪ ‬ﻓﻲ‪ ‬ھﺬا‪  ‬ﺣ‪‬ﺪ‪‬و‪‬ث‪  ‬اﻟﺨﻠﻞ‪ ‬ﻓﻲ ‪ ‬ﻣ‪‬ﺠ‪‬ﻤ‪‬ﻮ‪‬ع‪  ‬ا‪‬ﻷ‪ ‬ﻧﻈ‪‬ﻤ‪‬ﺔ‪.‬‬

 

Symbole

Abréviation

EGR 

Exhaust Gas Recirculation

RGE

Recirculation Recirc ulation des gaz d'échappement d'échappement

RCO

Rapport Cyclique d’Ouverture

Co 2

Dioxyde de Carbone

Co

Monoxyde de Carbone

CH

Hydrocarbures imbrûlés

NOx

Oxydes d'azote

Signification

Eau

H2O pme

 pression moyenne mo yenne effective effecti ve

VGT

Variable Geometry Turbine

NARX

 No linier l inier Auto-Regressive exogenous

SBPA

Signaux Binaire Pseudo Aléatoire

LOLIMOT

Local linier model tree

D.D.P

Diagnostic et Détection des Pannes

RAS

Refroidisseur d’Air de Suralimentation

ANFIS

Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System

Le réseau adaptatif neuro-flou

CTN

Coefficient de Température Négatif 

Thermistance

HP

Haute pression

TDI

Turbo Diesel Injection

DTI

Diesel Turbo Injection

CV

Cheval vapeur 

TDDI

Turbo Turb o Diesel Direct Direct Injection Injection

CDI

Commons rail Direct Injection

DCI

Diesel Commons rail Injection

Variable de la géométrique Variable géométrique de la turbine  Non linéaire Auto-Régressive à moyenne mobile Multi modèl modèlee linéaire linéaire locale

 

Introduction générale

 

1

 

4

11-1 1 11-2 2 11-3 3 1-3-1 1-3-2 1-3-3 11-4 4 1-4-1 1-4-2 1-4-3 1-4-4 11-5 5 1-5-1

Les moteurs diesel   Introduction Rappel historique du moteur diesel Les types de moteur diesel Moteurs à injection indirecte Les Moteurs à injection directe Moteurs à rampe commune et Injecteur Pompe Comment ça marche le moteur diesel Le principe Les temps de la combustion Le démarrage d'un moteur Diesel: Le cycle du Diesel : L’architecture L’architec ture des moteurs Diesel Fonctionnement Fonctionneme nt du système;

1-5-2 1-5-2-a 1-5-2-a-1 1-5-2-a-2 1-5-2-a-3 1-5-2-a-4 1-5-2-a-5 1-5-2-b 1-5-2-c 1-5-2-c-1 1-5-2-c-2 1-5-2-d 1-5-2-d-1 1-5-2-d-2 1-5-2-d-3 1-5-2-d-4 1-5-2-f  1-5-2-f-1 1-5-2-f-2 1-5-2-f-3 1-5-2-f-4 1-5-2-g 1-5-2-h 1-5-2-i 1-5-2-j

Le Les Less éléments injecteursprincipaux du système : Fonctionnement Commande de l'injecteur  La pré-injection L'injection principale La post-injection La rampe commune haute pression Dispositif de démarrage à froid Bougies de préchauffage Fonctionnement Turbo et Compresseur  Compresseur  Turbo Le principe de fonctionnement de turbocompresseur  Intercoolerr (ou refroidissement air/air) Intercoole La pompe Haut pression Phase remplissage Phase refoulement Principe de fonctionnement ou démarrage La pompe de transfert Collecteur d'admission Échangeurr thermique intermédiaire Échangeu EGR EG R ou RG RGE E (Réc (Récir ircu cula lati tion on de dess ga gazz d' d'éc écha happ ppem emen ent) t) Collecteur d'échapp d'échappement ement

Chapitre 1

I

5 6 6 6 8 9 11 11 12 13 14 14 15 16 16 16 17 17 17 17 17 19 19 19 19 20 20 20 21 21 22 22 22 22 22 22 23 23

 

1-5-3 1-5-3-a 1-5-3-b 1-5-3-c 1-5-3-d 1-5-3-e 1-5-3-f  1-5-3-g 1-5-3-h 1-5-3-i 1-5-3-j 1-5-3-k  11-6 6 11-7 7 1-7-1 1-7-2 11-8 8 1-8-1 1-8-2 11-9 9 Chapitree 2 Chapitr 22-1 1 22-2 2 22-3 3 22-4 4 2-4-1 2-4-2 3-4-3 3-4-3-a 3-4-3-b 3-4-3-c 3-4-4 3-4-5 3-4-6 22-5 5 2-5-1 2-5-2 2-5-3 22-6 6 22-7 7 22-8 8 22-9 9 Chapit Cha pitre re 3

Les différents capteurs Le capteur de régime vilebrequin Le capteur de phase Le transducteur de pédale d’accélérateur  Le capteur de température de liquide de refroidissement Le capteur de pression de suralimentation Le capteur de température du carburant Le capteur de pression de la rampe sphérique Les capteurs de température d’air d’admission Le capteur de pression atmosphérique Le débitmètre d’air à film chaud et le capteur de température d’air d’admission Le capteur de vitesse du véhicule Calculateur de gestion moteur  Les émissions polluantes Les émissions du moteur diesel L’évolution de la législation sur les émissions polluantes Comparaison entre le moteur diesel à injection direct à rampe commune et le moteur à essence Avantages du moteur diesel Inconvénients

23 23 24 24 24 25 25 25 26 26 26

Conclusion   Modélisati Modél isation on du moteur diesel   Modélisation du système Modèle de la dynamique de l'air  Modèle de collecteur d’admission Moteur suralimenté par turbocompresseur  turbocompresseur  Caractéristiques fonctionnelle fonctionnelless Puissance de compression Utilisation de l’énergie l ’énergie des gaz d’échappement Détente des gaz d’échappement et puissance de la turbine Rendement de la turbine Dérivation des gaz de turbine ( wastegate) Accélération du moteur suralimenté par turbocompresseur  Turbine à géométrie variable Refroidissement de l’air d’admission Les débits massiques Débit d’air d’admissions Débit d’air à travers l’électrovanne « EGR » Débit d’air d’échappement La dynamique du vilebrequin La dynamique du gasoil Le modèle final de simulation du moteur Diesel: Conclusion

30

Identification des multi modèles

 

27 27 28 28 29 30 30 30 31 32 33 33 35 35 35 36 36 37 37 38 38 39 39 39 40 41 41 41 42 42 43

33-1 1

Introduction

44

33-2 2 33-3 3

L'architecture du réseau neuro-flou l’ANFIS : Utilisation du réseau de neuro-flou pour la linéarisation du

46 48

II

 

33-4 4 33-5 5 33-6 6 3-6-1 3-6-2 33-7 7 33-8 8

modèle LOLIMOT "local linear model trees" Architecture du Modèle Algorithme d'identification L'estimation des paramètres Algorithme de décomposition par accroissement Les résultats d'application Conclusion  

Chapitree 4 Chapitr 44-1 1 44-2 2 4-2-1 4-2-2 4-2-3 4-2-4 4-2-5 4-2-6 4-2-7 44-3 3 4-3-1 4-3-2 4-3-3 4-3-3-a 4-3-3-b 4-3-3-c 4-3-3-d 44-4 4 44-5 5 4-5-1 4-5-2 4-5-3 4-5-4 4-5-4-a 4-5-4-b 4-5-5 44-6 6 4-6-1 4-6-2 4-6-3 4-6-4 44-7 7

Chapitree 5 Chapitr 55-1 1 55-2 2

Génération des résidus

48 49 50 50 53 55 60  

61

Introduction Concept de base Définition d’une panne La détection Le diagnostic Supervision Surveillance Défaut  Notion de redondance L'espace L'es pace de parité Introduction Espace de parité statique Espace de parité dynamique Vecteur de parité généralisé Relations d'auto-redondance d'auto-redondance Relations d'intre-redondance d'intre-redondance Espace de parité robuste avec découplage parfait des entrées inconnues Espace de parité d’un système représenté par multi modèle Méthode de conception d’un multiobservateur 

62 64 64 64 64 64 64 64 64 65 65 66 68 68 69 70 70 72 74 75 76 76

 Affectation des valeurs propres d’un multiobservateur  Conception d’un multiobservateur à entrées inconnues  Matrices d’influence d’entrées d ’entrées inconnues identiques Convergence globale du multiobservateur   Méthode de résolution  Placement de pôles  Estimation des entrées inconnues

78 78 79 80 81 81 81 82 83 83

Détection des pannes par banc d’observateur  Détection par observateur unique Détection par un banc b anc d’observateurs Détection par observateur généralisé Détection de défauts actionneurs Conclusion  

Simulations et détections des pannes

Introduction : pannes capteur par l’espace de parité Détections des

III

 

84 85 85

 

55-3 3 55-4 4 55-5 5 55-6 6 55-7 7 55-8 8

Détections des pannes capteur par l’espace de parité Détections des pannes capteur par banc b anc d’observateur  Cas d’une panne actionneur  Estimation des entrées inconnues Création d’une interface de simulation Conclusion Conclusion générale

IV

 

90 94 109 122 123 123 124

 

Figure

Titre

Page

1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8 1-9 1-10 1-11 1-12 1-13 1-14 1-15

Schéma d'un moteur diesel à injection direct Les structures des préchambres de combustion L’injection L’injec tion directe Injecteur piezo de Siemens L'admission d'air  La compression d'air  L'explosion L'échappement: Architecture d’un moteur diesel à rampe commun L'injecteur diesel à rampe commun La rampe commune haute pression La rompe commune de type sphérique Le limiteur de débit Bougie de préchauffage Turbocompresseur 

5 7 8 10 12 12 12 13 15 16 17 18 18 19 20

1-16 1-17 1-18 1-19 1-20 1-21 1-22 1-23 1-24 1-25 1-26 1-27

Pompe haute pression L'électrovanne EGR  et pompe de transfert Capteur de vitesse du moteur  Capteur de phase Capteur d'accélération Capteur de température de liquide de refroidissement Capteur de pression de suralimentation Capteur de température du carburant Capteur de pression de la rampe sphérique Capteur de température d'air d'admission Capteur de pression atmosphérique Le débitmètre d’air à film chaud et le capteur de température d’air  d’admission Capteur de vitesse du véhicule Les émissions du moteur diesel

21 23 23 24 24 24 25 25 25 26 26 26

Installation d'un turbocompresseur sur un moteur Automobile (schématisé par Renault) Schéma simplifie du moteur diesel avec l’électrovanne « EGR » Turbine à géométrie variable à ailettes pivotantes

32

(a) Rai Raisonn sonnemen ementt floue ; (b ) Équivale Équivalent nt « ANFIS » Structure du réseau neuro-floue du modèle linéaire local avec M neur neurones ones pour le nx  LLM d'entrées X et nz fonctions de

46

1-28 1-29 2-1 2-2 2-3 3-1 3-2

validité d'entrées z

V

27 29

33 38

49

 

Opération de la structure d’algorithme « LOLIM LOLIMOT OT » de recherche dans les quatre premières p remières itérations pour un espace bidimensionnel bidimensionnel d'entrée (p = 2) Les entrés de système Les états de système Décomposition Dé composition d'espace d'entrée par « LOLIMOT » Les sorties du système avec l’estimation par Le modèle identifié  par « LOLIMOT » Les sorties du système avec l’estimation par Le modèle identifié  par « LOLIMOT

54

4-1 4-2 4-3 4-5 4-6 4-7

Demain des valeurs Région des valeurs propre Détection par observateur unique Détection par banc d’observateur  Détection par ’observateur généralisé Détection par observateur à entrée inconnue

75 76 81 82 82 83

5-1

Signaux des sorties réels du système et des sorties du capteur ainsi que les résidus généré par les équations d’auto redondance de l’espace de parité en absence de bruit de mesure Signaux des sorties réels du système et des sorties du capteur ainsi que les résidus généré par les équations d’auto redondance de l’espace de parité en présence de bruit de mesure Signaux des sorties réelles réelles du système et des sorties du capteur  capteur  ainsi que les résidus généré par les équations d’auto redondance de l’espace de parité cas panne capteur de vitesse Signaux des sorties réelles du système et des sorties du capteur  ainsi que les résidus généré par les équations d’auto redondance de l’espace de parité cas panne capteur de pression de collecteur  d’admission

86

Résid Résidu insens entrée dudu système Résiduuu insensible Résid insensible insensible ible au au 12iéme entrée système iéme Résidu insensible au 3 entrée du système Résiduu insensible Résid insensible au 4iéme entrée du système Résidu insensible au 1er  entrée du système on présence du bruit Résidu insensible au 2iéme entrée du système on présence du bruit Résidu insensible au 3iéme entrée du système on présence du bruit Résidu insensible au 4iéme entrée du système on présence du bruit Résidu insensible au 1er  entrée du système on présence du bruit et panne de 1er  actionneur  Résidu insensible au 2iéme entrée du système on présence du bruit et  panne de 1er  actionneur  Résidu insensible au 1er  entrée du système on présence du bruit et panne de 1er  actionneur 

91 91 91 91 91 91 92 92 92

3-3 3-4 3-5 3-6 3-7-a 3-7-b

5-2 5-3 5-4

55 56 57 57 58

87 88 89

er 

5-5 5-6 5-7 5-8 5-9 5-10 5-11 5-12 5-13 5-14 5-15

VI

92 92

 

5-16 5-17 1-18 1-19 5-20 5-21 5-22 5-23 5-24 5-25 5-26 5-27 5-28 5-29 5-30 5-31 5-32 5-33 5-34 5-35 5-36 5-37 5-38 5-39 5-40 5-41

Résidu insensible au 2iéme entrée du système on présence du bruit et panne de 1er  actionneur  Résidu insensible au 1iéme entrée du système en présence du bruit et panne de 2iéme actionneur  Résidu insensible au 2iéme entrée du système en présence du bruit et panne de 2iéme actionneur  Résiduu insensible Résid insensible au 3iéme entrée du système en présence du bruit et panne de 2iéme actionneur  Résidu insensible au 4iéme entrée du système en présence du bruit et panne de 2iéme actionneur  Signaux des sorties du 1 er  observateur en absence des pannes Signaux Signa ux des sorties sorties du 2iéme observateur en absence des pannes Signaux Signa ux des sorties sorties du 3iéme observateur en absence des pannes Signaux des sorties du 4 iéme observateur en absence des pannes Signaux des sorties du 5 iéme observateur en absence des pannes Signaux des sorties du 1 er  observateur pour une panne du capteur  de vitesse Signaux des sorties du 2 iéme observateur pour une panne du du capteur  de vitesse Signaux des sorties du 3 iéme observateur pour pour une pa panne nne du capteur  capteur 

92

de vitessedes sorties du 4 iéme observateur pour une panne du Signaux du capteur  de vitesse Signaux des sorties du 5 iéme observateur pour une panne du du capteur  de vitesse Signaux Signa ux des sorties sorties du 1er  observateur pour une panne capteur de  pression  press ion du collecteur d’admission Signaux Signa ux des sorties sorties du 2iéme observateur pour une panne capteur  de pression du collecteur d’admission Signaux Signa ux des sorties sorties du 3iéme observateur pour une panne capteur  de pression du collecteur d’admission Signaux Signa ux des sorties sorties du 4iéme observateur pour une panne capteur  de pression du collecteur d’admission Signaux Signa ux des sorties sorties du 5iéme observateur pour une panne capteur  de pression du collecteur d’admission Signaux des sorties du 1er  observateur à entrée inconnu en absence des pannes Sig Signa naux ux de dess so sort rtie iess du 2iémeob obse serv rvat ateu eurr à en entré tréee in inco conn nnuu en absence des pannes Sig Signa naux ux de dess so sort rtie iess du 3iémeob obse serv rvat ateu eurr à en entré tréee in inco conn nnuu en absence des pannes Sig Signa naux ux de dess so sort rtie iess du 4iémeob obse serv rvat ateu eurr à en entré tréee in inco conn nnuu en absence des pannes Signaux des sorties du 1er  observateur à entrée inconnu en cas de  panne sur l’électrovanne « EGR » Signaux des sorties du 2iéme observateur à entrée inconnu en cas de panne sur l’électrovanne « EGR »

102

VII

93 93 93 93 94 95 96 97 98 99 100 101

103 104 105 106 107 109 110 111 112 113 114 115

 

5-42 5-43 5-44 5-45 5-46 5-47 5-48 5-49 5-50

Signaux des sorties du 3iéme observateur à entrée inconnu en cas de panne sur l’électrovanne « EGR » Signaux des sorties du 4iéme observateur à entrée inconnu en cas de panne sur l’électrovanne « EGR » Signaux des sorties du 1er  observateur à entrée inconnu en cas  panne d’injecteur  Signaux des sorties du 2 iéme observateur à entrée inconnu en cas  panne d’injecteur  Signaux des sorties du 3iéme observateur à entrée inconnu en cas  panne d’injecteur  Signaux des sorties du 4iéme observateur à entrée inconnu en cas  panne d’injecteur  Signal estimé de command de l’électrovanne « EGR » et entrée réelle du système Signal estimé de command de l’injecteur et entrée réelle du système Interface graphique de simulation

VIII

116 117 118 119 120 121 122 122 123

 

Introduction générale

Introduction générale :

L' L'un un des des en enjjeux eux les les pl plus us im impo port rtan ants ts de l'au l'auto tom matis atisat atio ion n co conc ncer erne ne aujour auj ourd'h d'hui ui l' l'aug augme menta ntati tion on de la fi fiabi abili lité té,, de la dis dispos posit itio ion n de la sûr sûreté eté de fonctionnement des processus technologiques. Cela conduit à la mise en   œuvre de système de surveillance dont l'objectif est d'être capables, à tout instant, de fournir l'état de fonctionnement de différents organes constitutifs d'un système technologique quelconque. technologique Comme la mentionné Philippe Declarck    [Decl 91],  en effet les systèmes automatiques de production sont caractérisés par une complexité de plus en plus importante import ante :capte :capteur ur et acti actionne onneur ur nombreux, nombreux, géograph géographique iqueme ment nt répa réparti rtis, s, avec des mo modes des de fon fonct ction ionnem nement ent mult multip iples les,, int intera eract ctions ions im impor porta tant ntee ent entre re les les opérateurs opérate urs et le process processus, us, ainsi leur leurss com comple plexité xitéss les rendent vuln vulnérab érables les aux défaillances qui sont à l'origine de coûts importants en termes de sécurité (risque d'accident, de pollutions, etc…) et en termes de disponibilité (diminution de la  productivité, mauvaise qualité, etc...). Il est nécessaire nécessaire d’avoir un systèm systèmee de supervision intelli intelligent gent capable de mener ener la tâch tâchee de di diag agno nost stic ic et de dét détec ecti tion on des des défa défaut utss op opér éran antt da dans ns un  processus où les organes de contrôle (les capteurs) ou de commande (les actionneurs) actionneu rs) sont imbriqués. Cettee tâch Cett tâchee co com mpr pren end d la dét détec ecti tion on des déf défau auts ts dan danss les les pr proc oces essu sus, s, actionne acti onneurs urs et capteu capteurs rs en employa employant nt les dépenda dépendances nces entre entre diff différen érents ts signa signaux ux mesurables. Ces dépendances sont exprimées par les modèles mathématiques de  processus. Pour la détection de défauts, on peut citer les méthodes basées sur la connaissance et celles qui sont à base de modèles voir  [Iser   [Iser 84], [Iser 91] . Du fait que la conception d’un système de commande reconfigurable est fortement li liée ée aux aux info inform rmat ation ionss su surr le sy systè stème me po postst-défa défaut ut,, nous nous avon avonss opté opté pour pour les les méthodes à base de modèles. Le principe consiste à utiliser les mesures des si sign gnau aux x d'e d'ent ntré réee et de sorti sortiee et le mo modè dèle le ma math thém émat atiq ique ue du pro procé cédé dé af afin in de générer géné rer des rési résidus dus ou ind indica icateu teurs. rs. Apr Après ès éva évalua luatio tion, n, le défa défaut ut est détect détectéé et isolé.

1

 

Introduction générale

Les techniques de l’automatique proposent des outils de surveillance des systèmes en temps réel, basés sur les mesures prélevées sur ces capteurs. La littérature propose une multitude des méthodes pour aborder les problèmes de déte dé tect ctio ion n et d’i d’iso sola lati tion on de dess dé défa faut uts. s. Ce so sont nt les les métho éthode dess de déte détect ctio ion n et d’isolation de défauts à base de modèle qui retiendront notre attention. Pour  détecter la prés détecter présence ence d’un défa défaut, ut, le com comport portem ement ent du systèm systèmee est com comparé paré à celui du modèle mathématique et tout écart significatif dénote une modification de com comport porteme ement nt éven éventue tuellem llement ent expl explicab icable le par la présence présence d’un défa défaut. ut. La différence entre le comportement du système et celui du modèle est exprimé sous forme d’un résidu. Afin d’isoler les défauts, le résidu est souvent structuré de manière à être sensible uniquement à un groupe de défauts voir  [Maqu   [Maqu 97], [Rago 00].   Pour obtenir le modèle mathématique utilisé dans ces méthodes de

détection détectio n et d’i d’isola solation tion de défa défaut, ut, les mé méthod thodes es d’ident d’identifi ificati cation on sont souv souvent ent utilisée util iséess afin de cara caracté ctérise riserr le mod modèle èle de bon fonc fonction tionnem nement ent du systèm systèmee et éventuellement son ou ses modèles de dysfonctionnement voir   [Fink 97], [Nell 00]. Dans cet étude on s’intéresse à la modélisation du système de moteur  Diesell qui est un moteu Diese moteurr the therm rmiqu iquee ou mac machin hinee perme permett ttant ant de con conver verti tirr de l'énergie chimique issue du processus de combustion d’une certaine quantité de carburant (gasoil) et de comburant (air), en énergie mécanique. Depuiss leu Depui leurr inté intégra grati tion on dans dans le moye moyen n de trans transpor portt le plus plus uti utili lisé sé da dans ns les civilisations dites « développées », i.e. l’automobile, les industriels n'ont cessé d'amé d'a méli liore orerr les mo mote teurs urs th therm ermiq iques ues.. En eff effet, et, les les sy systè stème mess méca mécaniq nique uess qui  jusqu'à récemment permettaient de piloter complètement les moteurs (câble d'accélérateur, carburateur, arbre à cames, etc…), sont peu à peu remplacés par  des systè système mess de com comma mande nde élect électroro-mé mécan caniq iques ues ou élect électron roniq iques ues (papil (papillo lon n motorisé, injecteur, soupape électromagnétique, etc…). L’emploi généralisé de ces nouveaux systèmes se justifie par la nécessité de maîtriser le comportement du moteu oteurr av avec ec co com mme ob objjec ecti tiff de réal réalis iser er un bon bon com compr prom omis is entr entree les les émis ém issi sion onss de po poll llua uant nts, s, la cons consom omm mat atio ion n de gaso gasoil il et les les pe perf rfor orm mance ancess souhai souh aité tées es pa parr le cl clie ient nt.. La de dem man ande de croi croiss ssan ante te du march archéé ains ainsii qu quee la mult ultiplicat atiion du no nom mbr bree de vé véh hicul cules sont ont des rais ison onss majeur urees de l'augmentation des émissions polluantes à effet de serre qui menacent l’avenir de l’humanité. Pour cette raison, de nouvelles normes antipollution ont été définies et sont à venir.

2

 

Introduction générale

Un inté intérê rêtt pa part rtic icul uliier a été été do donn nnéé au déve dévelo lopp ppem emen entt de dess moteu oteurs rs thermiques afin de les rendre plus économiques (en terme de consommation de carburant),, et moins polluant carburant) polluants. s. Ce travail a été initié pour répondre à un certain nombre de questions relativ rela tives es au bon fonct fonction ionnem nement ent du moteur moteur Die Diesel sel à inj inject ection ion direc directt à ram rampe pe commune (modèle DCI , HDI ). La com complex plexité ité tec techno hnolog logiqu iquee des élé éléme ments nts qui compose composent nt ces moteurs moteurs ,l’intégration de plus en plus importante de l’espace calcul et ainsi que le degré de co coop opéérat ration du co conc nceept pteeur et du con ondu duct cteu eurr im impo pose sent nt de dess outi outils ls de modélisation modéli sation et de détection détection de diagno diagnostic stic de défaut défautss assez puissant. Pour cela il est présenté un modèle complet décrivant les phases d’admission de combustion et d’échappement modèle fortement non linaire. L’app L’ approc roche he ne neur uro-fl o-flou ouee est est ut util ilis isée ée pour pour const constru ruir iree des mu mult ltii mo modèl dèlee (LOLIMOT) « local local linear mode modell tree » (en anglai anglais) s) perme permettant ttant de reprodu reproduire ire le  plus fidèlement possible le phénomène de thermodynamique et mécanique, l’identification des paramètres est menée sur des modèles linéaires découplés décrit par une représentation neuro-floue. Un programme de simulation assez consistant est lancé pour une base de donnés don nés per permet mettan tantt de délim délimite iterr les hori horizon zonss de fonctio fonctionnem nnement ent du mo moteu teurr a injection directe. Une structure de détection de défauts et diagnostic est construite autour  d’un bloc de générateur générateur de résidus par deux méthod méthodes, es, celle de l’espace l’espace de parité et un banc d’observateurs, dans une seconde étape l’on établit un test comparant les résidus. Il es estt à so soul ulig igner ner que ce cett ttee st struc ructu ture re s’ s’in intè tègre gre dans dans l’ar l’arch chit itec ectu ture re du calculateur et peut répondre à un certain nombre de questions avec pertinence, en outre il est prévu d’adjoindre à cette structure un ensemble de coopération homme hom me mach machine ine et ce pou pourr com complét pléter er la bou boucl clee de surv surveil eillan lance ce (assurer (assurer une sûreté sûre té de fon foncti ctionn onnem ement ent de manièr manièree con consta stante nte et une interv intervent ention ion facile facile de maintenance).

3

 

4

 

Chapitre 1 :

Les moteurs Diesel

1-1 1 Introduct Introduction ion : 1-

Un moteur Diesel fonctionne différemment d'un moteur à essence. Même si leurs principaux organes sont semblables et s'ils respectent le même cycle à quatr qua tree temp temps, s, un mote moteur ur Dies Diesel el et un moteu moteurr à explo explosi sion on pr prése ésente ntent nt des différences diffé rences sensibles, sensibles, en particulier dans la façon dont le mélange carburé y est enflammé et dans la manière dont la puissance délivrée y est régulée. Dans un moteur essence,Diesel, le mélange carburéest estobtenu enflammé étincelle électrique. Dans unà moteur l'allumage par par uneune auto-inflammation du carburant à la suite de l'échauffement de l'air sous l'effet de la compression.

1  Injecteur 2  Arbre

à cames

3  Soupape 4  Piston 5  Bielle 6  Vilebrequin

Figure 1-1 : Schéma d'un moteur Diesel à injection direct 

Un moteur à combustion interne fut conçu dès 1678 par le scientifique hollandais Christiaan Huygens. Cependant, il ne fut effectivement construit que  beaucoup plus tard. Depuis la carriole motorisée du Suisse Isaac de Rivaz en 1805, en passant par la voiture construite par Étienne Lenoir à Paris en 1863 et fonctionnant au gaz d’éclairage, il a fallut attendre le milieu des années 1880  pour que le moteur à combustion interne puisse être utilisable dans un véhicule destiné au transport des personnes. En 1862, le Français Beau de Rochas inventa le premier cycle à quatre temps. En 1866, les deux ingénieurs allemands Eugen Langen et August Otto, mirent au point un moteur à gaz et, en 1876, Otto construisit un moteur à quatre temps, à l’origine de la plupart des moteurs à combustion interne ultérieurs pour plus d’information voir [Desv 03]. 5

 

Chapitre 1 :

Les moteurs Diesel

1-2 2 Rappel historique du moteur Diesel : 1-

Le moteur Diesel qui équipe les automobiles que nous connaissons à ce  jour est le fruit d'une évolution év olution constante. Cette évolution a subi des accélérations en fonction de circonstances telles que le premier choc pétrolier et l'apparition des normes antipollution. 1897 : Le premier moteur conçu par un ingénieur thermicien, Rudolf Diesel, fonctionne en Allemagne. Il résulte de travaux théoriques destinés à améliorer  le rendement thermodynamique. Ce moteur, qui a un rendement de 26,2 % (comparé (com paré aux 20 % du moteur à essence de l'époque), l'époque), développe une puissa puissance nce de 27 kW . 1936 : Mercedes produit produit en petite série la première première voiture à m moteur oteur Diesel, Diesel, la 260D. 1938 : Peugeot réalise une série série d'un millier de modèle 402 Diesel. Diesel. 1973 : La crise pétrolière favorise la généralisation des voitures à moteur  Diesel. 1988 : Fiat produit la première voiture de série équipée d'un moteur à injection directe. 1989 : Audi présente la première voiture voiture équipée d'un moteur à injection direc directe te à régulation électronique. 1998 : Premières applications de l'injection directe à rampe commune réalisée  par Bosch sur des véhicules de série. 20000 : Pl 200 Plusi usieur eurss const constru ruct cteur eurss europé européen enss pr produ oduis isen entt une versi version on de leur  leur  véhicule de prestige équipé d'un moteur V8 Diesel à injection directe à rampe commune. 1-3 Les types de moteur Diesel:

Dans le monde monde actuel il existe existe trois types types de moteurs moteurs Diesel Diesel : 1-3-1) Moteurs à injection indirecte :

Pour qu'un moteur à combustion interne fonctionne avec régularité et ait un  bon rendement, le carburant et l'air doivent être correctement mélangés. Les  problèmes posés p osés par le mélange air-carburant sont particulièrement compliqués co mpliqués dans un moteur Diesel, Diesel, car ces composants y sont introduits introduits dans les cylindres cylindres à des moments du cycle différents. Il existe deux types d'injection : l'injection directe et l'injection indirecte voir  [Guy   [Guy 02], [Pica 01]. Tradi Tr aditi tionn onnel ellem lement ent,, c' c'es estt la solut solution ion de l'inj l'inject ectio ionn indir indirect ectee qui a été été employée, car elle constitue le moyen le plus simple de créer une turbulence qui assure un mélange intime de la dose de carburant avec l'air déjà fortement comprimé dans la chambre de combustion. Aussi, dans un moteur à injection indirecte, le carburant n'est pas injecté directement dans la chambre de combustion principale, mais il est envoyé dans unee peti un petite te cham chambr bree s'amorce de turb turbul ulen ence en spir spiral (a (app ppel elée ée auss auvoir   ssii  cham ch ambr bree1-2 de.  précombustion) où enceréalité laaleecombustion voir  figure figu re -2. 6

 

Chapitre 1 :

Les moteurs Diesel

L'inconvénient de ce système réside dans le fait que la chambre de turbulence est en fin de compte une annexe de la chambre de combustion, avec laquelle elle constitue un ensem ensemble ble de forme forme peu propice à l'obtention d'une combustion réelle rée lleme ment nt totale totale et réguliè régulière re,, la   figure figure 11-22   démo démont ntre rerr deux deux type typess de ces moteurs.  Avec préchambre

 

Avec chambr chambree de turb turbulence ulence

Figure 1-2 Les structures structures des préchambres préchambres de combustion

Dans ces deux cas, la combustion se déroule dans deux volumes séparés : une chambre, représentant 30 à 60% du volume total, qui reçoit l'injection du carburant et où s'amorce la combustion, et une chambre principale dans laquelle elle s'achève. L'injection du carburant dans ce petit volume relativement chaud permet de réduire le délai d’allumage du combustible. Seule la quantité minimum de combustible nécessaire à l'amorçage de la combustion s'enflamme, le reste se trouve chassé de la préchambre par l'augmentation de pression et la combustion se poursuit dans la chambre principale. Les moteurs à injection indirecte remplissent les conditions requises pour son application à l'automobile, à savoir  un relatif silence de fonctionnement et un faible taux d'émissions de NOx. Le second choc pétrolier en 1973 et les normes de dépollution toujours plus sévères ont amené les constructeurs à repenser le moteur Diesel en termes d'économie et de faible pollution. Ces véhicules sont équipés d'une pompe injection rotative HP (haute  pression) semi-automatique (ou un peu d'électronique) d'électron ique) qui distribue le carburant successivement à chaque cylindre en ouvrant les injecteurs les uns après les autres par par la pression pression du gasoil gasoil qui est d'environ d'environ 130 bar. Inconvénients: - Le réglage de régime de ralenti. - La pollution effectuée par cette série de moteur. - La consommation élevé de gasoil. 1-3-2) Les Moteurs à injection directe :

Le moteur à injection directe s'impose pour son rendement supérieur à ceux des moteurs à injection indirecte. En effet, le rapport entre la surface et le volume de la chambre de combustion est nettement plus faible pour moteur à chambre espace mort unique (injection (inje ction directe voir    figure  figure 1-3)unque 1-3) pour un moteur à àpréchambre (injection 7

 

Chapitre 1 :

Les moteurs Diesel

indirecte voir  figure   figure 1-2) 1-2 ) ; de plus, la durée de la combustion est plus courte dans un moteur à injection directe. Ces deux paramètres diminuent les échanges thermiques entre la chambre de combustion et le système de refroidissement, facteurs de perte de rendement. Less pr Le prob oblè lèm mes li liés és à l'in l'inje ject ctio ionn dire direct ctee sont sont de deux deux or ordr dres es : br brui uits ts de combustion et émission d'oxyde d’azote (NOx), voir  [Guy   [Guy 02], [Pica 01]. L'apparition dans d'injection permis de stab stabil ilis iser erdeetlad'af d'régulation affi fine nerr le lessélectronique ré régla glages ges de base, basles e, systèmes tant tant au niveau niv eau du amome mo ment nt d'injection que du débit de combustible. Ces différents systèmes d'injection mécaniques par pompe distributrice, régulés ou non de manière électronique,  présentent comme caractéristique commune la variation de la pression d'injection en fonction de la vitesse de rotation du moteur. Cette variation de pression d'injection rend difficile une maîtrise totale de la combustion.

Figure 1-3 L’injection directe

Les TDI dans le groupe W.W., les "anciens moteurs" 90 et 110 CV des Golf et Passat par exemple, les DTI chez Renault, et les TDDI (ou les transit) chez Ford, les Iveco et les Fiat TDI équipés des moteurs SOFIM sont des moteurs Diesel à injection directe (direct injection en anglais). Ils sont équipés d'une pompe injection rotative HP semi-Automatique (avec des éléments électroniques et parfois même un calculateur). La pompe à injection di dist stri ribu buee le carb carbur uran antt succ succes essi sive vem ment ent à chaq chaque ue cyli cylind ndre re en ouvr ouvran antt les les injecteurs les uns après les autres par la pression du gasoil mais la l'injecteur  injecte directement dans le cylindre. Leur pression d'injection est comprise entre 180 et 250 bar. Ces moteurs ne sont pas (en général) équipés de bougies de  préchauffage, il n'est pas nécessaire de préchauffer le moteur pour démarrer Ils sont ont par cont contrre souven uventt équi équippe d'u d'un Thermostat situé dans la pipe d'échappement pour réchauffer l'entrée d'air (au démarrage). Avantage: Consommation plus faible, très fiables, moins de ruptures des joints de culasses sur le Sofim. Inconvénients: Ils sont "assez bruyants" on les reconnaît à leur claquement particulier lié à la pression d'injection plus élevée et ils auraient eu du mal à remplir les conditions des lois anti-pollution futures (surtout les modèles sans turbo).

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Chapitre 1 :

Les moteurs Diesel

1-3-3) Moteurs à rampe commune et Injecteur Pompe :

Le syst systèm èmee d'in d'inje ject ctio ionn haut hautee pr pres essi sion on à ra ram mpe com commune une cons consis iste te à alimenter, à l'aide d’une pompe haute pression pilotée électroniquement, une ramp rampee commu commune ne (s (soi oitt   common-rail   common-rail    en angl anglai ais) s) qui qui as assu surre la fonct onctio ionn d'accumulateur du carburant. Cette rampe est connectée à des injecteurs qui assurent une pulvérisation très fine directement dans la chambre de combustion

grâce à uned'injection pression comprise et 1400 très barsfine (contre 900d'améliorer  bars pour  une pompe normale).entre Cette1350 pulvérisation permet la combustion combustion pour plus du détail détail voir  [Guy   [Guy 02], [Delv 02]. Contrairement aux systèmes à pompe distributrice, la pression d’injection est indépendante de la vitesse de rotation du moteur et demeure constante  pendant la phase d’injection. Le pilotage de l’injection par un calculateur électronique laisse une grande latitude de programmation Aux motoristes. La quantité de combustible injecté peut être fractionnée pour réaliser un pré injection, ce qui permet De réduire les bruits de combustion et la formation de  NOx. Cette faible quantité de carburant (1 à 4 mm3 ) permet de préparer, par une augm au gmen enta tati tion on de la Tem Tempér pérat atur uree et de la pr pres essi sion on dans dans la cham chambr bree de combustion, l'inflammation du combustible lors de L’injection principale. Les véhicules équipés de filtres à particules présentent une phase de nettoyage quii néce qu nécess ssit itee une une Post Post-i -inj njec ecti tion on,, re rend ndue ue poss possib iblle gr grâc âcee au pilo pilota tage ge des des injecteurs par un calculateur électronique. Le pilotage par une électronique numérique de tous les paramètres de l'injection  permet d'optimiser le Fonctionnement du moteur  La réduction des émissions de rejets polluants est devenue une nécessité pour  les constructeurs. constructeurs. Le calcul de la pollution émise par un véhicule prend en compte la  puissance fournie et non un u n pourcentage pou rcentage des de s gaz émis, ce qui q ui favorise le moteur  qui a le meilleur rendement. Une des solutions pour atteindre cet objectif passe par une diminution de la consommation et par une maîtrise de la combustion. Le moteur Diesel à injection directe, alimenté par un système d'injection haute pression à gestion électronique, offre un rendement supérieur à tous les autres moteurs thermiques. Grâce à sa relative simplicité d’adaptation sur les mote mo teurs urs exist existant ants, s, le syst systèm èmee d’ d’inj injec ecti tion on Dies Diesel el haute haute pr pres essi sion on à ra ramp mpee commune constitue la solution actuelle la plus facilement industrialisable. L'apparition de l'injection à rampe commune pour les moteurs Diesel a ouvert un nouvel espace de liberté aux motoristes. Les progrès sur le plan du confort, de la Consommation et de la diminution de la pollution en sont les conséquences directes. 9

 

Chapitre 1 :

Les moteurs Diesel

Les JTD Les JTD du gr grou oupe pe Fi Fiat at,, HDI HDI du gr grou oupe pe PSA PSA, DCI Rena Renaul ult, t, CDI CDI Mercedes, Merce des, D4D Toyota Toyota sont quant quant à eux des moteurs moteurs dits Commons Commons rail C'est à dire qu'ils sont équipés d'une pompe rotative qui alimente un tube commun (rampe commun) et les injecteurs sont alimentés par ce tube, l'ouverture de chaque injecteur se fait par une électrovanne (source de panne) et un calculateur   pour donner don ner l'ordre aux injecteurs injecteu rs de s'ouvrir). électrUne ovantechnique nes devFiat raienqui t a êété tre transférée remplacchez ées Bosch. par (Dans des le futur, systèmles es  piézoélectriques « électropneumatique électro pneumatique » voir  figure   figure 1-4 ). 1-4 ). Il y a une variante qui apparaît sur les moteurs plus petits (les Diesels Renault, PSA et Ford) développée par ex Lucas et maintenant Delphi qui remplace le tube par une sphère mais le fonctionnement est le même. Le groupe WW complique avec leur TDI nouvelle formule: les 100 et 130 CV des Golfs et Passât qui eux sont équipés d'un système dit injecteur pompe c'est à dire qu'il n'y a plus de pompe rotative mais par contre la pompe est intégrée dans l'injecteur. Quand il y a panne on change le tout (sur un cylindre). Comme la rampe commune, l'efficacité du système est basée sur la haute  pression. Celle-ci Celle-ci est provoquée mécaniquement sous la poussée d'une came spécifique placée sur l'arbre à cames traditionnel. Cette came actionne à l'aide d'un poussoir un petit piston qui augmente la pression dans l'injecteur afin de rendre plus fine la pulvérisation.

1-4 Injec Figure 1-4 Injecteur teur piezo piezo de Siemens Siemens

Leurs avantages : avantages : Avec les deux systèmes ce sont des moteurs très puissants. - Ils polluent moins surtout dans les phases transitoires d'accélération (tant que le calculateur fera bien son boulot). - Les clients sont "captifs" on ne peut pas faire réparer n'importe où. Inconvé Inc onvénien nients ts : L’introduction de l’électronique peut provoquer une infinité des pannes  provenant de système de commande électrique.

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Les moteurs Diesel

1-4 Comment ça marche le moteur Diesel :

Le moteur Diesel était considéré, jusqu'à une époque récente, comme un moteu oteurr bruy bruyan ant, t, poll pollua uant nt et lour lourd, d, rés éser ervé vé en pr prin inci cipe pe aux aux cam camions ions,, camionnettes et taxis. Mais, avec l'avènement des Diesel légers, rapides et  puissants et le raffinement de leurs systèmes d'injection, la situation a changé dans les années 1980. Le Diesel a acquis ses lettres de noblesse. On le présente même parfois comme le moteur du futur. L'avantage principal du moteur Diesel  par rapport au moteur à étincelle est son faible coût c oût d'utilisation. Ce résultat est dû en partie au meilleur rendement rendement du Diesel - résultant résultant du fait qu'il fonctionne fonctionne avec un taux de compression élevé- en partie au prix inférieur du carburant par  rapport à celui de l'essence, surtout en Algérie. 1-4-1) Le Principe:

Un moteur Diesel fonctionne différemment d'un moteur à essence. Même si leurs principaux organes sont semblables et s'ils respectent le même cycle à quatr qua tree temp temps, s, un moteu moteurr Dies Diesel el et un moteu moteurr à explo explosi sion on pr prése ésente ntent nt des des différences sensibles, en particulier dans la façon dont le mélange carburé y est enflammé et dans la manière dont la puissance délivrée y est régulée. Dans un moteur à essence, le mélange carburé est enflammé par une étincelle électrique. Dans un moteur Diesel, l'allumage est obtenu par une auto-inflammation du carburant à la suite de l'échauffement de l'air sous l'effet de la compression. Un rapport volumétrique normal est de l'ordre de 20 à 1 pour un moteur Diesel (alors qu'il est de 9 à 1 pour un moteur à essence). Un tel taux de compression  porte la température de l'air dans le cylindre à plus de 450 °C. Cette température étant celle de l'auto-inflam l'auto-inflammati mation on du gasoil, celui-ci celui-ci s'enflamm s'enflammee spontanément spontanément au contact de l'air, sans qu'il y ait besoin d'une étincelle, et, par conséquent, sans système d'allumage. Un moteur à essence admet une masse de mélange carburé variable d'un cycle à l'autre en fonction de l'ouverture du papillon des gaz. Un moteur Diesel, au contraire, aspire toujours la même d'air (àlarégime par unionconduit de section constante dans lequel seulemasse s'interpose soupapeégal) d'admiss d'admission (il n'y a ni carburateur, ni papillon). A la fin de la phase d'admission, la soupape d'ad d'adm mis issi sion on se fer erm me, puis puis le pist piston on,, soum soumis is à l'in l'iner erti tiee de l'en l'ense sem mble ble vilebrequin-volant moteur, remonte vers le haut du cylindre en comprimant l'air  dans environ 1/20 de son volume initial. C'est à la fin de cette phase de compr com pres essi sion on qu'une qu'une quanti quantité té pr préc écis isém ément ent dosée dosée de ca carb rbur urant ant (gaso (gasoil il)) es estt injectée dans la chambre de combustion. En raison de la température élevée de l'air comprimé, ce carburant s'enflamme immédiatement et les gaz chauds, en se dilatant, repoussent le piston avec force. Quand le piston remonte dans le cylindre, lors de la phase d'échappement, la soupape d'échappement s'ouvre  pour laisser les gaz brûlés et dilatés s'évacuer s'évac uer dans le système d'échappement. d'éch appement. A la fin de la phase d'échappement, le cylindre est prêt à admettre une nouvelle charge d'air frais afin que le cycle complet recommence. 11

 

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1-4-2) Les temps de la combustion :

Le fonctionnement est fait temps par temps dans chaque cylindre nous avons donc : er

1 Temps L'admission:

Figure 1-5 L'admission d'air 

La soupape d'amission s'ouvre alors que le piston descend du point mort haut au point mort bas. L'air poussé par la pression atmosphér atmosphérique ique entre dans la culasse. ème

2

Temps La comp compression: ression:

Figure 1-6 1-6 La compressi compression on d'air 

Les deux soupapes sont fermées; le piston monte du point mort bas au  point mort L'air haut.contenu Il comprime comprim l'air admis dans le cylindre lors d'environ, du temps  précédent. danse lealors cylindre est porté à une température 440°C par le fait qu'on le comprime. ème

3

Temps L'explosion ou temps moteur :

Figure 1-7 L'explosion

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Lorsque le piston arrive au point mort haut le gasoil est introduit sous  pression dans le cylindre. La haute température de l'air comprimé provoque l'inflammation spontanée du carburant ce qui repousse le piston vers le bas. 4ème Temps L'échappement:

Figure 1-8 L'échappement 

La soupape d'échappement s'ouvre alors que le piston remonte du point mort bas vers le point mort haut, les gaz brûlés sont alors chassés par le piston. 1-4-3) Le démarrage d'un moteur Diesel:

Comme les moteurs à essence, les moteurs Diesel sont lancés par un moteur électrique (démarreur) qui amorce le cycle compression-inflammation. A froid, cependant, les Diesel sont difficiles à démarrer. Pour faciliter le départ à froid on élève la température des parois de la chambre de combustion et de l'air admis, les Diesel sont équipés de bougies de préchauffage. Ces organes, qui ressemblent à des bougies d'allumage mais qui sont plus courts et plus épais, sont connectés à l'alimentation électrique du véhicule; ils comprennent une résistance intérieure qui s'échauffe très rapidement dès qu'elle est mise sous tension. Les bougies de préchauffage sont mises en fonction par la clé de contact-démarrage-antivol. Sur les moteurs les plus récents, elles sont mises automatiquement hors circuit dès que le moteur est lancé et accéléré au-dessus de son régime de ralenti. Ce problème de démarrage à froid a au moins deux raisons, d'une part, ils opposent, du fait de leur taux de compression élevé, une forte résistance résistance à l'entraînem l'entraînement, ent, d'autre part, la seule compression compression de l'air froid ne permet pas d'atteindre une température suffisamment élevée pour que le carburant s'enflamme spontanément. Le contrôle du régime Un moteur Diesel n'est pas régulé comme un moteur à essence, car la masse d'air aspirée à chaque cycle y est toujours la même quel que soit l'effort qui lui est demandé. Le régime du moteur est uniquement régulé par la quantité de carburant pulvérisé dans la chambre de combustion une quantité supérieure de gasoil injecté donne une combustion plus vive et produit une force plus importante. La pédale d'accélération est reliée au dispositif de dosage (le régulateur) du système d'injection et non pas, comme dans un moteur à essence, à un papillon 13

 

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d'admission d'air. Si l'arrêt d'un Diesel s'obtient maintenant par la manœuvre d'une clé semblable à une clé de " contact ", il s'agit de couper non pas un circuit assurant la production d'étincelles, mais un circuit assurant l'alimentation électrique d'une électrovanne qui contrôle l'arrivée de carburant à la pompe d'injection du système de dosage et de distribution. 1-4-4) Le cycle du Diesel :

C'est le cycle de fonctionnement des moteurs à allumage par compression. Le cycle théorique se compose d'une détente isobare, d'une détente adiabatique et d'une transformation isochore). Dans Da ns le less débu débuts ts,, le cycl cyclee de fo fonc ncti tion onne nem ment ent com comport portai aitt une une phas phasee théorique de combustion à pression constante, comme Rudolf Diesel en avait eu l'idée. Pour un fonctionnement à quatre temps du moteur, c'est à dire pour un cycle se déroulant pendant deux tours de vilebrequin et quatre courses du  piston, les opérations à réaliser étaient les le s suivantes : - Introduction de l'air dans le cylindre (par aspiration naturelle ou mécanique au moyen d'un compresseur). - compression de la charge d'air et, allumage spontané de ce combustible. - combustion du mélange à pression presque constante, suivie de la détente  proprement dite des gaz brûlés, avec production de travail. - Expulsion mécanique des produits de la combustion par l'action de poussée du  piston pendant sa remontée. Le rendement thermique était caractérisé par les valeurs de deux rapports caractéristiques. 1-5 L’architecture des moteurs Diesel :

Les organes principaux d'un moteur Diesel sont semblables à ceux des moteurs à essence et remplissent les mêmes fonctions. Cependant, le Diesel doit compor com porte terr des des pièce piècess pl plus us ré rési sist stant antes es que leur leurss homol homologu ogues es équipa équipant nt les les moteurs à essence car, le taux de compression y étant nettement supérieur, les contraintes mécaniques y sontennettement plus importantes. Les parois d'un Diesel sont général beaucoup plus épaisses que celles d'un moteur à essence et portent davantage de nervures et de renforts pour mieux résister aux contraintes mécaniques et thermiques. Les pistons, les bielles, le vilebrequin doivent être plus résistants que les mêmes organes montés sur un moteur à essence. La conception de la culasse doit être très différente en raison de la présence des injecteurs de gasoil et de la forme spéciale des chambres de  précombustion et de combustion. Il est a soul soulig igné né que que l’étu l’étude de pr prés ésen enté téee dans dans ce mémoi émoire re port portee sur sur le système syst ème d’injection d’injection Diesel à rampe rampe commune commune Delphi sur le moteur Renault 1,5 DCI. Ce système équipe le moteur Renault 1,5 DCI (K9K) de la Clio, de la Kangoo, et de la Mégane 2.

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Composants du système d'injection

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Electrovann Electrovannee de coupure coupure du du 3ème 3ème piston piston Capteur Capteur de position position de la pédale pédale d'accélérat d'accélérateur  eur  Batt Batteri eriee Capteur Capteur de position position du vilebrequin vilebrequin Calculateu Calculateurr de gestion gestion du moteur  Sonde de température température du liquide liquide ddee refroidissement 7. Electr Electrova ovanne nne EGR 

8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.

Dispositif Dispo de refroidis re froidisseme sement nt du carburant carburant Fil Filtre tre sitif à car carbur burant ant Dispositif de chauffage du carburant Injecteur  Injecteur  Pompe à carburant (électrique) (électrique) Pompe à carburant (mécanique) (mécanique) Relais Relais de la pompe à carburan carburantt Electrovanne de commande de pression de carburant Capteur de pression du carburant Rampe Rampe de distributi distribution on Réservoir Réservoir de carburan carburantt Sonde de température du carburant Relais Relais de préchauffag préchauffagee Bougie Bougie de préchauffag préchauffagee Lampe témoin bougies de préchauffage

23. 24. 25. 26. 27.

Figure 1-9 Architecture d’un moteur Diesel  à rampe com commun mun

Pompe à(démarrage) carburant haute pression Contact Sonde de température d'air air d'admission Lampe témoin d'affichage des défauts Capteur de pression absolue du collecteur  d'admission 28. Débitmètre d'air massique massique 29. Electrovanne de décharge du turbocompresseur  30. Capteur de vitesse du véhicule

11-5-1) 5-1) Fonctionnement du système;

1-9) Le système d’injection à rampe commune de Bosch (voir  (voir    figure 1-9)  bénéficie de la technologie techno logie Diesel la plus récente. La quantité de sont carburant injectée le calage électronique. d'injection, ainsi que les gaz d'échappement, commandés paretcalculateur Le capteur de position de la pédale d'accélérateur [2], ainsi que d'autres sondes et capteurs situés dans le moteur et dans le reste du véhicule, transmettent des informations sous forme de signaux électriques au calculateur de gestion du moteur [5]. La pompe haute pression est alimentée en carburant à basse pression soit  par une pompe à carburant électrique [12], soit par une pompe mécanique entraînée par le moteur [13], soit par les deux. L'alimentation du moteur en carburant sous haute pression est assurée par une  pompe haute pression entraînée mécaniquement par le moteur [23]. La pompe comprend trois éléments de pompage entraînés par un arbre excentrique. Une électrovanne [15] montée à l'arrière de la pompe assure le contrôle de la pression du carburant. 15

 

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Dans certains cas, on utilise une électrovanne de coupure du troisième  piston [1] afin que la pompe ne fonctionne qu'avec deux éléments de pompage, ce qui permet d'économiser l'énergie du moteur pour des charges faibles. La pompe haute pression envoie le carburant carburant sous haute pression pression dans la rampe rampe de distribution [17] où il est alors réparti entre les injecteurs [11]. Une sonde de température du carburant [19] et un capteur de pression du carburant [16]  permettent le contrôle es conditions cond itions à l'intérieur de la rampequi de d eobéissent distribution. distribution . Les injecteurs sont desddes électrovannes de faible résistance à des signaux électriques envoyés par le calculateur de gestion du moteur [5]. 1- 5 -2) Les éléments principaux du système :

1-5-2-a) Les injecteurs : L'injecteur permet la pulvérisation du carburant dans la chambre de  pression en dosant avec précision le débit déb it et le point poin t d'avance. d'avan ce.  figure 1-10) 1-10) : L'injecteur est composé de deux parties (voir  figure - la partie inférieure : c’est un injecteur à trous multiples, semblable aux injecteurs classiques Montés sur les moteurs à injection directe ; - la partie supérieure : c’est un dispositif à commande électrique qui permet la commande de L’aiguille. 1-5-2-a-1) Fonctionnement: Les injecteurs électroniques sont constamment alimentés en carburant sous haute pression. Un clapet à bille obéissant à une électrovanne sépare la chambre de commande du circuit de retour et assure que le ressort de l'injecteur  maintient le pointeau contre son siège. Au commencement de l'injection, l'électrovanne s'enclenche et le clapet à  bille s'ouvre ce qui provoque une baisse de pression dans la chambre de commande. La pression dans la chambre de pression pousse contre le ressort de l'injecteur et soulève le pointeau de son siège. La buse de l'injecteur envoie le carburant finement atomisé dans la chambre de combustion. Afin de réduire l'intensité du courant nécessaire pour faire fonctionner  l'injecteur, calculateur commute la tension de l'électrovanne très rapidement au cours delel'injection. 1. Electr Electrova ovanne nne 2. Arrivée Arrivée du carburant carburant 3. Retour Retour du carburant carburant 4. Connexion Connexion électrique électrique 5. Chambre Chambre de comm commande ande 6. Chambre Chambre de pres pression sion 7. Pointeau Pointeau de l'inje l'injecteu cteur  r  8. Ressort Ressort de l'inje l'injecteu cteur  r  9. Piston de comm commande ande 10. Clapet à bille 11. Buse de retour  Figure L'injecteur Diesel Diesel à rampe Figure 1-10 L'injecteur commun

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1-5-2-a--2) Commande de l'injecteur : 1-5-2-a Le temps de commande du solénoïde de l'injecteur varie de 200 à 1 200 µs environ. Ce temps comprend les phases d'appel et de maintien. 1-5-2-a1-5-2-a-3) La pré-injection : Le principe fondamental du moteur Diesel est la combustion par autoallumage. Cet auto-allumage comporte un délai d'allumage, c'est-à-dire un temps mispompes par le combustible pour atteindre point d'auto Avec les d'injection d'injection distributrices, distributri ces, lason quantité injectée injectéinflammation. e pendant ce délai est trop importante, notamment à froid, d'où un bruit caractéristique de « cognement ». Avec Av ec le syst systèm èmee à ra ram mpe com commune, une, la pr préé-inj -injec ecti tion on de quel quelqu ques es millimètres cube de combustible, avant le point mort haut, permet de préparer  l'amorçage de la combustion avant l'injection du débit principal. La pré-injection est activée à faible charge et aux phases transitoires jusqu'à un régime moteur déterminé. 1-5-2-a-4) L'injection principale : 1-5-2-aLe débit injecté dans le cylindre est variable suivant : - la pression dans la rampe. - le temps d'ouverture de l'aiguille d'injecteur. La pr pres essi sion on dans dans la rampe ampe fai aitt var varier ier nota notam mment ent la quan quanti tité té de comb ombust ustible inje njectée par degr egrés de rotat otatiion du vil vilebr ebrequi quin, le taux aux d'introduction et la finesse de pulvérisation. Le tem temps d'ou d'ouve verrtur ture de l'ai l'aigu guil ille le fa fait it vari varier er la dur durée angu angula lair iree d'injection. On peut noter que la levée d'aiguille ainsi que le diamètre et le nom no mbr bree de tr trou ouss dans dans la buse buse fo font nt part partie ie de donn donnée éess es esse sent ntie iell lles es pour  pour  l'élaboration d'un débit. 1-5-2-a-5) La post-injection : 1-5-2-aLa post injection succède à l'injection principale pendant la détente des gaz. produit additif mélangé avec le combustible permet le nettoyage du filtre àUn particules. 1-5-2-b) 1-5-2-b) La rampe commune haute pression : La rampe est en acier forgé et est adaptée à la cylindrée du moteur. Son volume amortit les pulsations De pression. Composition : 1 : sorties haute pression. 2 : rampe. 3 : sonde de température de carburant. : capteur de pression Figure 1-11 La rampe commune autee re aut ressi ssion on

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La rampe commune du moteur Renault est de type sphérique :

a rampe commune 1 est de forme sen phcom érmiqbr ueante t le adoété pue eu enco bran te.. eElle El étnéc conç conçue our les moteurs de petite cylindrée. Elle possède des orifices disposés en étoile. e capteur de pression 2 informe le calculateur de la pression qui règne dans la rampe. l n’est pas démontable de la rampe en réparation. a pression interne au circuit haute res essi sion on es estt var variabl iable, e, elle elle peut peut atteindre 1600 bar.

Figure 1-12 La rompe commune de type sphérique

Les sorties haute pression sont en général équipées de limiteur de débit afin de sécuriser l'installation. Le li lim mit iteu eurr de débi débitt inte interv rvie ient nt en cas cas de gr grip ippa page ge d'in d'inje ject cteu eurs rs ou d'interruption de canalisations haute Pression, et leur Composition est : 1 : sortie vers l’injecteur. 2 : corps de limiteur. 3 : ressort. 4 : piston. 5: pression de rampe.

Figure 1-13 Le limiteur de débit 

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1-5-2-c) Dispositif de démarrage à froid  1-5-2-c-1) Bougies de préchauffage Afin de faciliter le démarrage du moteur à basse température, on utilise des bougies de préchauffage pour augmenter la température dans les chambres de combustion. On peut également utiliser les bougies de préchauffage quand le m ot oteu eurr to tour urne nefumées à fr froi oid d af afin in de ré rédu duir iree les le ém issi sion onss(postchauffage). gaze gazeus uses es noci nocive ves, s, l'apparition de d'échappement bleues etsleémis cliquetis Le préchauff age et le postchauffage sont parfois commandés par un  boîtier électronique des bougies de préchauffage, mais sur les systèmes modernes ce contrôle est en général assuré par le calculateur de gestion moteur.

1 Borne 2 Isolation 3 Boîtier  45 Joint Bobinage de chauffage et de régulation 6 Tube incandescent 7 Poudre isolante

Figure 1-14 Bougie de préchauffage

1-5-2-c-2) Fonctionnement  Une bougie de préchauffage comprend des bobinages de chauffage et de régulation noyés dans une poudre d'oxyde de magnésium. Quand on applique une tension sur la borne le courant passe dans les éléments de chauffage et la tem tempéra pératu ture re monte onte ra rapi pide dem ment. ent. Le cour couran antt circ circul ulee égal égalem emen entt dans dans les les  bobinages de régulation régula tion ce qui provoque prov oque également é galement un réchauffement mais plus lent lent.. La rési réde sist stan ce augm augmen ente te au(jusqu'à fu furr etenviron à mes esur ure e que que la tem tempéra pératu ture re de l'extrémité laance bougie augmente 1200°C). Quand le moteur est froid, les bougies de préchauffages peuvent rester  actives (postchauffage) même après le démarrage, jusqu'à ce qu'une certaine temp tempér érat atur uree soi soit attei atteinte nte ou penda pendant nt un temp tempss déter détermi miné, né, en génér général al 180 secondes. 1-5-2-d) Turbo et Compresseur: Pour accroître les performances d'un moteur, sans modifier la cylindrée et les côtes "physiques", les constructeurs ont eu l'idée d'ajouter un turbo ou un comp co mpre ress sseur eur (e (ett par par-dess -dessus us,, évent éventue uell llem ement ent un éc écha hang ngeur eur air/ air/ai airr appel appeléé intercoole inter cooler) r) voir figure figure 1-15.

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1-5-2-d-1) Compresseur : Il est entraîné par le moteur (courroie) et fournit de l'air compressé au moteur. Son rendement est plus élevé dès les premiers tours puisqu'il tourne en même temps que le moteur. Tout d'abord, Il faut faire la différence entre un turbo et un compresseur : 1-5-2-d-2) Turbo : par moteur ur.Il. est Sonentraîné rende ndem entlesegaz st plu pld'échappement us élevé à het aut aufournit t régi égimde e l'air car compressé il y a plu plau us d'échappement. d'échappe ment. A bas régime en revanche, les gaz d'échappements d'échappements ne suffisent suffisent  pas pour pou r l'entraîner suffisamment rapidement. 1-5-2-d-3) Le principe de fonctionnement de turbocompresseur : Un moteur consomme du carburant et de l'oxygène Pour augmenter la  puissance du moteur, il faut augmenter la puissance de l'explosion dans chaque cylindre. Toutefois, pour avoir une explosion il faut du carburant et... du comburant. Le carburant, c'est l'essence ou le gasoil. Le comburant, c'est l'oxygène contenu dans l'air Pour que l'explosion soit optimale, il faut donc de l'air en quantité suffisante pour que le carburant brûle entièrement. S'il y a trop de carburant, il y aura des rejets polluants et une combustion incomplète (rejet de monoxyde de carbone par exemple), s'il n'y a pas assez de carburant, l'explosion ne sera pas optimale (dilatation des gaz insuffisante). Un mote moteur ur ayan ayantt (géné (généra rale leme ment) nt) 4 cyli cylindr ndres es et chaque chaque cyli cylindr ndree ayant ayant un volume fixe, la quantité d'air admise ne peut pas dépasser cette capacité, sauf en le comprimant. L'air est compressible, il suffit d'avoir plus d'air pour pouvoir ajouter plus de carburant et obtenir une explosion plus forte.

Figure 1-15 turbocompresseur 

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En revanche, s'il y a trop d'air, le rapport stoechiométrique n'est pas respecté respec té et le moteur peut "cogner" (bruit (bruit de cliquetis). cliquetis). C'est pour cela qu'en cas de surpression, une valve peut s'ouvrir du circuit d'air frais vers l'échappement (en fait les 2 turbines ne sont pas tout à fait symétriques, celle de l'échappement étant plus grosse). La valve de surpression (wastegate) permet de conserver au moteur un bon rendement. Elle est contrôlée par un ressort taré à une certaine  pression les ancienscontrol turbos,unit) sinon s'agit d'une électro -vanne controlée par  « l' ECU sur » (electronic du ilmoteur (il y aélectro-vanne alors également un capteur  de pr pres essi sion on pour pour que que « l'EC l'ECU U» puis puisse se ouvr ouvrir ir ou fe ferm rmer er la vann vannee au bon bon moment). 1-5-2-d-4) Intercooler (ou refroidissement air/air) : L'inconvénient majeur de comprimer l'air dans un volume clos est que celui-ci s'échauffe. Plus l'air est chaud et plus il se dilate et plus il lui faut de  place. Dans un moteur, l'air compressé peut atteindre 160°, l'idée de l'intercooler est donc de refroidir l'air après sa compression par le turbo. Ainsi, pour une  pression égale, égale , il y aura encore un peu plus p lus d'air dans le cylindre. 1-5-2-f)La pompe Haute pression : Pompe de transfert

Pompe HP

Capteur de température Retour  Régulateur BP Sortie HP

ntrée gasoil Pompe de ransfert

Pompe HP

Tête hydraulique

Régulateur BP Sortie HP

Tête hydraulique Figure 1-16 Pompe haute pression et pompe de transfert 

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Chapitre 1 :

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La pompe haute pression pression fonctionne fonctionne en deux phases : 1-5-2-f-1)Phase remplissage : 1-5-2-f-1)Phase Pendant la phase de remplissage, la pression de transfert a une valeur  suffisante pour écarter les pistons plongeurs. L’espace mort entre les deux  pistons permet le remplissage 1-5-2-f-2) Phase refoulement : Lors de la rotation de l’anneau, les galets rencontrent le profil de came. Les pistons se rapproche et comprime ainsi sous forte pression le carburant. Le clapet de refoulement s’ouvre dès que la pression de pompe est supérieure à la pression de rail. 1-5-2-f-3) Principe de fonctionnement ou démarrage  : La batterie alimente, par l'intermédiaire d'un relais, le calculateur et les différents organes du système. Un dispositif d'anti démarrage codé autorise la mise en route. Dès le démarrage, il faut deux tours de vilebrequin pour obtenir une pression de rampe suffisante (250 à 300 bars). Le calculateur relève simultanément la position du vilebrequin grâce à un système de détrompage sur le volant, ainsi que la position de l'arbre à cames grâce au capteur de phase. 1-5-2-f-4) La pompe de transfert : La pompe de transfert transfert est une pompe à palettes. palettes. Elle aspire le gasoil dans le réservoir à travers le filtre voir  figure  figure 1-16. Elle gave alors la pompe haute pression sous une pression de transfert d’environ 6 bar. La pompe de transfert est entraînée par le même arbre que la pompe HP (Hautee Pression) et donc par la courroie de distribution. (Haut distribution. clapet de régulation permet maintenir pression de transfert à une valeurUn quasi constante (environ 6 bar)desur toute la la plage de fonctionnement du moteur en renvoyant une partie du carburant à l’entrée de la pompe. d'admission : : 1-5-2-g) Collecteur d'admission Réseau de passages qui transporte l'air ou le mélange carburé vers les orifices d'admission de la culasse, depuis le corps du papillon, une chambre (gaine) et des tubes individuels (canaux). La respiration du moteur est favorisée si le collecteur est conçu pour optimiser les impulsions de pression du circuit d'admission. 1-5-2-h) Échangeur thermique intermédiaire : Refroidit l'air ou le mélange carburé admis qui a été chauffé dans un compresseur. à un radiateur. Comprend passages d'admission oùRessemble l'air est refroidi par l'air extérieur oude pargrands de l'eau. 22

 

Chapitre 1 :

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1-5-2 5-2-i) -i) EG EGR R (exha exhaus ustt gaz rec recirc ircul ulati ation) on) ou RG RGE E (R (Rec ecirc ircula ulati tion on des gaz 1d'échappement) : : d'échappement) Recyclage des gaz du carter envoyés dans le collecteur d'admission pour  devenir une partie du mélange carburé. Les gaz recyclés absorbent la chaleur   pendant le processus de combustion et réduisent la température atteinte. Cette électrovanne peut être assimilée à un clapet qui permet ou non la recirculation d’une partie des gaz d’échappement dans le collecteur d’admission voir  figure   figure 1-17 . La recirculation des gaz d’échappement a pour but de réduire la quantité d’émission polluante d’oxyde d’azote (NOx). Elle est commandée par une tension suivant un rapport cyclique d’ouverture (RCO RCO).La ).La com commande ande s’ef efffectu ectuee au trav traver erss d’ d’un un si sign gnal al re rect ctan angu gula lair iree d’amplitude 12,5 volts à la fréquence de 140 Hertz.

Figure 1-17 L'électrovanne EGR

1-5-2-j) Collecteur d'échappement : Circuit qui collecte les gaz qui s'échappent de divers orifices et les achem achemine ine vers vers le less ca catal talys yseur eurss et sile silenci ncieux eux.. Un colle collect cteur eur avec avec passa passages ges d'écoulement libre bien conçu peut favoriser l'évacuation des gaz. 1-5-3) Les différents capteurs

1-5-3-a) Le capteur de régime vilebrequin : Il est de type inductif voir   figure  figure 1-18 1-18 . Il est fixé le carter informe le calculateur de la vitesse de .rotation du sur moteur et ded’embrayage, la position duil  piston du cylindre n°1, grâce à un creux situé sur la cible et correspondant à un écart de deux dents.

Signal relevé du capteur  Figure 1-18 Capteur de vitesse du moteur 

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Chapitre 1 :

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1-5-3-b) Le capteur de phase Ce capteur est du type à effet Hall (signal carré), voir  figure   figure 1-19.  Il est situé dans la culasse, au niveau de l’arbre à cames. Il permet au calculateur de repérer le cylindre de référence pour le démarrage. 8V

Figure 1-19 Capteur de phase

1-5-3-c) Le transducteur de pédale d’accélérateur  Ce capteur est composé de deux potentiomètres. Il transforme l’action du conducteur sur l’accélérateur en information de charge  figure 1-20. 1-20. transmise trans mise au calculateur calculateur voir  figure Les deux signaux de tension des pistes voir voir figure 1-20 , 1-20 , comparés en  permanence, permettent au calculateur de détecter un dysfonctionnement du capteur.

Figure 1-20 Capteur d'accélération

1-5-3-d) Le capteur de température de liquide de refroidissement : Le capteur de température du moteur est du type CTN (Coefficient de Température Négatif) voir  figure   figure 1-21. 1-21. Il est implanté sur le circuit du liquide de refroidissement. Il informe le calculateur de la température du moteur.

Figure 1-21 Capteur de température de liquide de refroidissement 

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Chapitre 1 :

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1-5-3-e) Le capteur de pression de suralimentation Le capteur de pression pression d'air du collecteur collecteur d'admissio d'admissionn est du type piézorésistif voir  figure   figure 1-22. 1-22. Il sert à mesurer la pression dans le collecteur d'admission. La tension du signal est proportionnelle à la pression dans le collecteur.

1850mbar  Figure 1-22 Capteur de pression de suralimentation

1-5-3-f) 15-3-f) Le capteur de température du carburant   :: Il est situé sur la pompe haute pression. C’est une thermistance de type figure 1-23. -23. Ce capt CTN CT N voir  voir    figure capteu eurr perm permet et au calc calcul ulat ateu eurr d’ d’ap appo port rter er des des corr co rrec ecti tion onss sur sur le débi débitt de carb carbur uran antt inje injeccté (v (var aria iati tion on de visc viscos osit itéé du carburant).

Figure 1-23 Capteur de température du carburant 

1-5-3-g 15-3-g ) Le capteur de press pression ion de la rampe sphérique : sphérique : Ce capteur est du type piézo-résistif. Il est fixé sur la rampe sphérique haute pression voir  figure  figure 11 -24. 24 . Le signal fourni fourni par le capteur est proportionnel proportionnel à la pression de carburant dans la rampe d'injection.

1600 bar 

Figure 1-24 Capteur de pression de la rampe sphérique

25

 

Chapitre 1 :

Les moteurs Diesel

d’admission :  : 1-5-3-h) Les capteurs de température d’air d’admission Il y a deux capteurs qui mesurent la température de l’air admis dans le moteur. Ils sont appelés sonde de température d’air amont et d’air aval. C'est-àdire avant et après le turbocompresseur. Ce sont deux thermistances CTN qui informe le boîtier électronique de la température de l’air voir  figure  figure 1-25. 1-25. Avec ces deux informations de température combinée à la valeur de pression de suralimentation le calculateur détermine la masse d’air admise.

Figure 1-25 Capteur de température d'air d'admission

1-5-3-i) 1-5-3i) Capteur de pression atmosphér atmosphérique ique Le capt capteu eurr es estt de type type piéz piézo-r o-rés ésis isti tiff. l est composé de jauges de contrainte et il esure la pression atmosphérique. Il est  placé à l’intérieur du calculateur. Son signal est linéaire en fonction de la ression atmosphérique ; identique à celui de la pr pres esssion ion de sura surali lim menta entati tion on par  par  exemple. Figure 1-26 Capteur de pression atmosphérique

1-5-3-j) Le débitmètre d’air à film chaud et le capteur de température d’air d’admission

Ce capteur est situé entre le filtre à air et la tubulure d'admission. Il permet au calculateur, avec l'information de température d'air, de déterminer la masse d'air  introduite dans le moteur. Il participe au «  bouclage » du circuit RGE. Le capteur de température d'air incorporé dans le débitmètre est du type CTN. Figure 1-27 Le débitmètre d’air à film chaud et le capteur de température d’air d’admission

26

 

Chapitre 1 :

Les moteurs Diesel

1-5-3-k) Capteur de vitesse du véhicule: Le capteur est soit du type inductif soit à effet Hall. Il est situé en sortie boîte de vitesses. Le capteur permet au calculateur de connaître différentes configurations d’utilisation du véhicule : - arrêté ou roulant ; - en décélération ou en accélération ; - le rapport de boîte de vitesses engagé ; - etc. Figure 1-28 Capteur de vitesse de véhicule

 Calculateur ur de gestion du moteur 5-66  Calculate 5-

Les signaux électriques émis par les capteurs et les sondes du moteur eett du reste du véhicule sont reçus et analysés par les circuits électroniques du calculateur. Le calculateur reçoit des signaux suivants: - la position du levier d'accélérateur. - la température du liquide de refroidissement. - la température du carburant. - le régime moteur et la position du vilebrequin. - la pression absolue et la pression régnant dans le collecteur d'admission. - le capteur de vitesse d'avancement. - le contacteur de frein et d'embrayage. - le débit massique et la température d'air. Le calculateur émet des signaux qui servent à commander tout ou partie des fonctions suivantes : 

















  Les injecteurs (de type électrique électrique uniquement) - en contrôlant contrôlant le temps temps d'ouverture de chaque injecteur.   Le rrelais elais de pompe à carburant. carburant.   L'électrovanne de calage d'injection.   Le dispositif de réglage de la quantité de carburant.   L'électrovanne de commande de pression de carburant.   Le ssystème ystème de commande du ralenti. ralenti.   Le système EGR. L'électrovanne de décharge décharge d'air du turbocompresseur.    L'électrovanne d'admission dans le collecteur. 27

 

Chapitre 1 : 







Les moteurs Diesel

  Le rrelais elais des bougies de préchauffage. préchauffage.   La lam lampe pe témoin des bougies de préchauffage.   L'autodiagnostic des pannes ((indiqué indiqué par la lampe témoin d'affichage des défauts ou un témoin spécial sur le tableau de bord .   Un mode de sec secours ours qui prend le relais relais en cas cas de défaillance défaillance d'un ou de  plusieurs capteur(s) essentiels en substituant aux données erronées une valeur programmée mémoire, ce qui permet de conduire le véhiculemoyenne jusqu'à un garage pourenrectification

L'unité centrale prend également en compte les différentes phases de fonctionnement : - au démarrage, le débit de surcharge. - au ralenti, le débit poste à poste contrôlé. - en marche normale, l'amortissement actif des à-coups et le débit adapté au  besoin. 1-7 Les émissi 1-7 émissions ons polluantes: 1-7-1 Les émissions du moteur Diesel   :

La combustion combustion du gasoil dans un moteur Diesel Diesel génère un certain nom nombre bre de rési résidu dus. s. Ceux Ceux--ci déco découl ulen entt des des ré réac acti tion onss chim chimiq ique uess com complex plexes es de la combustion et dépendent essentiellement : - du carbur carburant ant utilis utiliséé ; - de la températur températuree de fonctionnem fonctionnement ent du du moteur moteur ; - de la conception conception de la chambr chambree de combustion combustion ; - du systèm systèmee d'injec d'injectio tionn ; - des conditions conditions d’utilisa d’utilisation. tion. La réalisation d’une combustion la plus complète possible contribue à une production minimum de résidus. Une adéquation parfaite entre la quantité maximum de carburant et l'air contenu dans la chambre de combustion, ainsi qu'un brassage optimal, limitent la production de polluants. Une combustion correcte engendre une production d'eau (H2O) et de dioxyde de carbone (CO2), produits considérés comme non polluants. Il se forme aussi dans de faibles proportions une série de composés indésirables: - monoxyde de carbone (CO) ; - hydrocarbures imbrûlés (HC) ; - oxydes d'azote (NOx) ; - particules de suie.

28

 

Chapitre 1 :

Les moteurs Diesel

La figure La  figure 1-29 représente 1-29 représente les émissions du moteur Diesel.

,

Figure 1-29 Les émissions du moteur Diesel 

Les solutions proposées pour réduire la production de polluants passent  par : - un système d'injection performant ; - la mise en œuvre d'un catalyseur d'oxydation ; - un système de recyclage des gaz d'échappement ; - un filtre à particules. Il convient de préciser que moins de 1% des gaz d'échappement rejetés  par le moteur sont nocifs. législation polluantes 1-7-2 L’évolution Depuis 1990,delelataux de rejetssur de les gazémissions d'échappement dans l'atmosphère est limité par la normalisation européenne (normes Euro). Le tableau suivant représ représente ente l'évolution l'évolution des émissions émissions polluantes

La dernière norme Euro 4 est la norme de moteur Diesel haute pressions à rampe commune qui est la moins polluante .

29

 

Chapitre 1 :

Les moteurs Diesel

1-8 8 Co Com mpa para rais ison on en entr tree le mot oteu eurr Di Dies esel el à in inje ject ctio ion n di dire rect ct à ra ram mpe 1commu com mune ne et le mot moteur eur à esse essence nce :

A titre du comparai comparaison son on peut citer citer les les avantages avantages et les inconvéni inconvénients ents du moteur moteur Diesel à rampe comm commune une par rapport ou moteur moteur à essence

1-8-1) 1-8-1) Avantages du moteur Diesel :

•combustion Meilleur rendement : grâce et à l'augmentation duspécifique rapport volumétrique la est plus complète la consommation est réduite (en moyenne de 200 g/kW/h contre 330 g/kW/h pour le moteur à essence). • Le couple moteur est plus important et il reste sensiblement constant pour les faibles vitesses. • Le combustible employé coûte moins cher. • Les risques risques d'incendie sont moindr moindres es car le point d'inflamm d'inflammation ation du gasoil est  plus élevé que celui celu i de l'essence. • Les gaz d'échappement d'échappement sont moins toxiques car ils contiennent moins d'oxy d'oxyde de de carbone. 1-8-2) Inconvénients:

• Les organes mécaniques doivent être surdimensionnés. • Le bruit de fonctionnement est élevé. • La température dans les chambres de combustion est élevée ce qui implique un refroidissement plus efficace. • L'aptitude au démarrage à froid est moins bonne qu'un moteur à allumage Commandé. 11-9 9 Conclusi Conclusion on :

Ce chapitre reprend une vue sur le principe de fonctionnement de moteur  Diesell à injection Diese injection directe directe,, la structure, structure, les les élément élément principaux principaux ; les différents différents capteurs et actionneurs, avec indication des différentes caractéristiques. Enfind'injection on peut dire quepression le moteurà gestion Diesel àélectronique, injection directe, par un système haute offrealimenté un rendement supérieur à tous les autres moteurs thermiques, avec une diminution de la consommati consom mation on et une réduction réduction des émissions émissions polluantes.

30

 

31

 

Chapitre2 :

M odélisation du moteur Diesel

Modélisati odélisation on du système: système: 2.1 M

Le grand problème de l’automaticien est de représenter ces systèmes  physiques avec une précision suffisante et un modèle de structure simple. Le dilemme réside alors entre la fidélité du modèle vis-a-vis du processus réel et l’adéquation de ce modèle à une forme mathématiquement exploitable. En automatique, pour décrire le comportement d’un système, On peut appl ap pliq ique uerr le less mét étho hode dess de liné linéar aris isat atio ionn du syst systèm èmee car car les les tech techni niqu ques es d’analyse des modèles linéaires, dits LTI (linear transversal invariant), sont largement développées dans la littérature. Cependant, l’hypothèse de linéarité n’est vérifiée que dans une plage de fonctionnement restreinte autour d’un point d’équilibre du système. Alors, les performances du modèle se dégradent dés qu’on s’en éloigne, la recherche d’un modèle plus adapté et notamment non linéaire devient nécessaire.  Nous représentons ici la modélisation du moteur Diesel à injection directe à rampe comm ommune, ne, qui repos pose sur les lois phys hysiques ues et les relations ons thermodynamiques issues de la combustion pour plus d’information on peut  [Fris ris 96], [Fre [Fred d 98], [An [Ande de 99], [Er [Erik  ik  consulter les bibliographies suivantes :  [F 99] [Olpf [Olpf 00] 00],, [Ob [Ober er 01] 01],, [Pa [Paro ro 03] 03],, [Ritz [Ritz 03] , [Ma [Mart rt 04] 04],, [Ni [Nils ls 04] 04],, [V [Vict ict 04], [Jung 05].

La figure figure (2-1) montre la représentation représentation du système de circulation circulation d'air  dans un moteur Renault équipé de turbo compresseur.

Figure 2-1 Installation d'un turbocompresseur sur un moteur   Automobile ( schématisé par Renault)

32

 

Chapitre2 :

M odélisation du moteur Diesel

2-2 Modèle de la dynamique de l'air

En ce qui concerne l’admission d’air, les variables dynamiques qui sont généralement considérées sont : la pression dans le collecteur, et éventuellement le taux de récirculation du gaz d’échappement. La   figure 2-2   représente le schéma de principe des différents débits massiques dans le moteur Renault K9K  Renault  K9K  , 4  4 cylindres  cylindres en ligne, alimentation à rampe commune, avec suralimentation par  turbocompresseur. m egr 

 Méc

m éc

 M ch

m T 

 Ma  P c  _  ad 

m egr 

Figur Figuree 2-2 Schéma simplifie simplifie du moteur Diesel Diesel avec l’électrov l’électrovanne anne « EGR »

2-3 Modèle du collecteur d’admission : 2-3

Les moteu Les moteurs rs Dies Diesel el sont connus connus sou souss le nom de CIE CIE (compr compres essi sion on ignitionn engins), généraleme ignitio généralement nt équipés par turbocompresseur turbocompresseur pour augmenter  augmenter  la quantité quantité d’air d’air installée installée dans les les cylindre cylindress . La modél odélis isat atio ionn la plus plus fr fréq éque uem mment ent util utilis isée ée re repr prés ésen ente te le coll collec ecte teur  ur  d’adm d’admis issi sion on comme comme un ré rése serv rvoir oir conte contenan nantt un mélan mélange ge gazeux gazeux consi considér déréé  parfait voir  [Bida   [Bida 89], [Bort 98], [Nieu 00]  , dans lequel lequel la pression pression Pcol  varie suivant un équation différentielle non linéaire . La loi de gaz idéale s'exprime par :  p  m    R  T  …( 2 -1)

V 

Cette loi peut être employé pour dériver le changement de pression dans le collecteur d'admission. En différenciant l'équation:  p



c _ ad 

m   R   T c _  ad  m  R  T c _  ad      …(2-2) V c  _ ad  V c _  ad 

Et parce que la variation de la température est très faible dans le temps on  m   R  T c _  ad  T      0   _  c ad  …( 2-3) considère que :  Donc :  p c _  ad   V c _ ad 

Dans notre système avec l'introduction l'introduction de la dynam d ynamique ique d'air avec « EGR », dM a   egr     m T  …( 2 -4) on a alors : dt   m a   m 33

 

Chapitre2 :

M odélisation du moteur Diesel

La désignation désignation des variables variables présentées présentées sur le tableau 2-1 : TABLEAU   2-1

Ensemble des variables relatives aux équations du modèle VARIABLE cp a   cp g    e  I ttot    ot   J  M a    M éécc    M cchh   ma   méc   megr      m  f  mT     N  N TTC    C  qa   q g    Q HV     P c_ad    c_ad   P c_éc   c_éc  P   f f     P T T     P 1    P 2    P 4    P 5    R T c_ad    c_ad  c_éc T  T egr  egr  T rr   T 1 T 2 T 3 T 4 T 5  x egr   X VGT  VGT 

              

   

η C 

 

η TM 

   

η T  η vol  γ

 

 

Désignation Chaleurs massiques d’air  Chaleurs massiques d’aire du collecteur d’échappement  Éf Éfffica icacité ité (ref refroi roidisse issem ment ent d’air suralim imeenté) l'inertie totale de moteur  Moment polaire d’inertie Masse de gaz dans le collecteur d'admission Masse de gaz dans le collecteur d’échappement  Moment de charge Masse de gaz traversant le compresseur  Masse de gaz traversant la turbine Masse de gaz traversant « EGR » Débit d'injection Masse d'air dans le cylindre Vitesse du moteur  Vitesse de la turbin turbinee Le débit d’air traverse le compresseur  Le débit d’air traverse la turbine Chaleur spécifique Pression dans le collecteur d'admission Pression dans le collecteur d’échappement  Puissance perdue par frottement  Puissance délivrée par la turbine Pression en amo amont nt du compresseur  Pression en avale du compresseur  Pressio Pressionn en am amont ont de la turbin turbinee Pression en avale de la turbine Constante de gaz parfait  Température de collecteur d'admission Température collecteur d’échap d’échappement  Température de d’air dans la vanne « pement  EGR » Température de liquide de refroidissement  Température en amont du compresseur (température de l’atmosphère) Température Température en avale du compr compresseur  esseur  Température Température en amont du refroid refroidisseur  isseur  Température en amont de la turbine Température avale de la turbine Taux de récirculation du gaz d’échappement  Variation de la géométrie de la turbine Rendement isentropique compression Rendement mécanique de la turbine Rendement isentro isentropique pique la turbin turbinee Efficacité volumique Coefficient de Poisson 34

 

Chapitre2 :

M odélisation du moteur Diesel

V c _ ad  P c _ ad    La masse de gaz dans le collecteur d'admission est: M a   R  T c _ ad   R T c _ ad      (m   m egr   m T  ) …(2-6) On déduit :  P  c _ ad  V c _ ad    a

…(2-5)

L’application de la 1ère loi de la thermodynamique (conservation d’énergie) au collecteur d’admission : implique l’équation      

…(2-7)

ma ha  megr hegr   m T  hT       M a cv T c _ ad    M a c vT c _ ad 

h est l’enthalpie du gaz donné par : h x   T x R 

   

1

,

γ est est le ffacteur acteur de poisson γ=c p /cv=1.4

c p Chaleur massique d’air a pression constante cv  Chaleur massique d’air a volume constant c v



 R

   1

On a donc :  M a R T c _ ad         R  a T 3 R  egr   m T  ) T c _ ad  m  m egr T egr  R  m T T C  _ ad  R  ( m a  m (  1)    1    1       1    1          D’où : T c _ ad   m a ( T   3  T c _ ad ) m egr   ( T  egr  T c _ ad  ) m T  ( 1)T c _ ad   M a

…(2-8)

2-4 24 Moteur suralimenté suralimenté par turbocompresseur turbocompresseur : 2-4-1 Caractéristiques fonctionnelles :

Dans un moteur suralimenté par turbocompresseur, la masse volumique de l’air d’admission est augmentée du fait de la compression de l’air dans le compresseur et, éventuellement, du fait du refroidissement de l’air comprimé au travers d’un échangeur placé entre compresseur et moteur. La turbine est placée sur le circuit de gaz d’échappement et entraîne mécaniquement le compresseur. Le débit d’air nécessaire au fonctionnement du moteur dépend de la  puissance fournie et air/combustible des conditions (A/C) de fonctionnement du moteur au point considéré. Le rapport peut atteindre une valeur minimale (de l’ordre de 17/1) pour assurer de bonnes conditions de combustion et éviter  les fumées et/ou les températures excessives à l’échappement. 2-4-2) Puissance nce de compression compression:: 2-4-2) Puissa

La compression de l’air s’accompagne d’une élévation de sa température. Les échanges thermiques entre le compresseur et l’extérieur sont faibles par  rapport aux débits d’air traversant le compresseur et on peut considérer que la compr com pres essi sion on de l’ l’ai airr est une tr trans ansfo form rmat ation ion adiab adiabati atique que.. Dans Dans ce ca cas, s, la  puissance nécessaire à la compression isentropique de l’air de débit   qa   est donnée par :   P C is = qa cpa ( T 2 – T 1 )is   …(2-9)

35

 

Chapitre2 :

Avec : ( T 2

M odélisation du moteur Diesel      p  T 1   2     p 1 

   T 1 ) is

     

   1  

1

 

 

…(2-10)

En pratique, la compression de l’air n’étant pas isentropique, l’élévation de tem tempéra pératu ture re ré réel elle le de l’ l’ai airr est est plus plus gr gran ande de que que la vale valeur ur is isen entr trop opiq ique ue correspondant la transformation théorique réversible.et Lelarapport entre de la  puissance de àcompression théorique isentropique puissance compression réelle définit le rendement de compression isentropique (η C) qui  permet d’écrire l’expression de la puissance de compression réelle suivante :  P c is  P c     qacp a (T 2    T 1 ) …(2-11) c

La définition précédente permet d’écrire la formule :

 c

   P  T 1   2     P 1  

 

     

1  

 

  1  

…(2-12)

T 2  T 1

La vale valeur ur maxim aximal alee du re rend ndem emen entt du com compr pres esse seur ur dépe dépend nd de sa conception et de ses dimensions. Les compresseurs utilisés en automobile ont une roue de grand diamètre, égal à 50 mm environ, et un rendement maximal de 80 %. On peut espérer obtenir un rendement de 84 % avec un compresseur de 100 mm de diamètre sur un moteur industriel, dans notre application on prendra ηc = 61%. Le débit d’air à la sortie de compresseur s’exprime par la relation : 1 q a  m

a



              

 c

 P c cp

a Τ  a

 p c ad   p a

       

γ 1 γ

 

1

        



…(2-13)

2-4-3) 2-4-3) Utilisation de l’énergie des gaz d’échappement : 2-4-3-a) Détente des gaz d’échappement et puissance de la turbine

La détente des gaz dans la turbine peut être considérée comme une détente adiabatique car le débit de gaz est relativement important au regard des  pertes thermiques.   ainsi La puissance délivrée par la turbine est proportionnelle au débit de gaz q gaz  q g  ainsi qu’à la différence de température due à la détente des gaz. La puissance théorique obtenue lors d’une détente adiabatique réversible est donnée par :  P T is = q g  cp g  ( T4 – T5)is   …(2-14)  Avec: γ  1          

 P 5 ( Τ    Τ  5  )  Τ  1  is 4 4  P 4       

       

γ

 

      

…(2-15)

36

 

Chapitre2 :

M odélisation du moteur Diesel

En pr prat atiq ique ue,, la déte détent ntee n’ n’es estt pas pas is isen entr trop opiq ique ue et la diff différ éren ence ce de température obtenue dans la détente est inférieure à la valeur isentropique théorique. Comme pour le compresseur, on définit un rendement isentropique qui est le rapport entre la puissance récupérée à la turbine et la puissance théorique qui serait obtenue lors d’une détente adiabatique réversible. La puissance réelle fournie par la turbine est donc donnée par les relations suivantes :  P T   q  s c  pg  ( T 4  T 5 )   q  pg  c  pg   T 

        

1 

γ        

 P 5 Τ  1  4  P 4

       

γ

      

…(2-16)

2-4-3-b) Rendement de la turbine

Le rendement isentropique isentropique de la turbine, ainsi que défini ci-dessus, ci-dessus, est le rapport entre la puissance délivrée par la détente des gaz dans la turbine et la  puissance théorique obtenue lors de la détente réversible correspondante. En  pratique, les fabricants de turbocompresseurs associent au rendement isentropique de la turbine les pertes d’énergie entre la turbine et le compresseur  (pertes thermiques frottements) comparent la puissance parLe le compresseur à celleetde la détente et théorique isentropique de délivrée la turbine. rendement ainsi défini est souvent appelé rendement turbine et mécanique et est exprimé par la relation :  TM 



q s c ps (T 2 T 1 )

 

   P    q g c pg T 4 1   5     P 4   

   

1

   

…(2-17)

L’ordre de grandeur de ces rendements est de 60 à 80 %. En prenant ηTM  = 70%. Ou la dynamique de compresseur peut exprime par :   1 (  P   P    c   m P t  ) …(2-18) c  

   ,,   m 

sont des constants identifies,

 

  0 .11 ,  m   0  .88 .

2-4-3-c) 4-3-c) Dérivation des gaz de turbine (wastegate) (wastegate) 2-

Dans le cas de moteurs à grande plage de variation de vitesse, comme c’est le cas de tous les moteurs automobiles, automobiles, il est impératif impératif de donner un degré de li libe bert rtéé supp supplé lém menta entair iree à la turb turbin inee pour pour l’ad l’adap apte terr aux aux vari variat atio ions ns correspondantes de débit d’air. La solution la plus communément utilisée consiste à dériver une partie des gaz de turbine. Le clapet clapet de dérivation (waste (wastegate), gate), souvent souvent intégré au corps 37

 

Chapitre2 :

M odélisation du moteur Diesel

de turbine pour des raisons économiques, est, le plus souvent, commandé par un vérin pneumatique. Le dimensionnement de la turbine est effectué de façon à obtenir la  pression d’air souhaitée sou haitée aux faibles régimes de rotation rotatio n du moteur, plein couple. Le clapet est alors maintenu fermé. La caractéristique de débit de la turbine choisie contient donc le point de fonctionnement correspondant à ce régime. 2-4-4)Accélération du moteur suralimenté par turbocompresseur :

L’accélér L’acc élératio ationn du moteur moteur surali suralime menté nté par turboco turbocompr mpress esseur eur est très très influencée par la montée en régime du turbocompresseur, le couple moteur  dépendant d’une d’une part de la quantité de combustible combustible pouvant être introduite, introduite, et la rapiditéé de l’augmentation rapidit l’augmentation de la pressi pression on d’admission, d’admission, et d’autre part des effets négatifs de la contre-pression d’échappement due au turbocompresseur. Le théor théorèm èmee de l’ l’éne énerg rgie ie ci cinét nétiqu iquee nous nous perme permett d’ d’éc écri rire re l’éq l’équat uation ion d’équilibre du turbocompresseur : d  N    TC  TC  …(2-19)  P t    pc    p f     j   N  d  t 

Le mome moment nt pol polai aire re d’ d’ine inert rtie ie   ( J  –6 )   est, est, pour pour un turboc turbocom ompr pres esse seur  ur  automobile de l’ordre de grandeur de 2 de 2 · 10 kg · m2.   2 ( coeff coeffiicie cient Les pertes par frottement ( frottement ( P  f   ) sont de la forme :  f     N TC  de frottement ), pour un turbocompresseur automobile, de l’ordre de grandeur  de 700 W à vitesse de rotation nominale. 2-4-5 Turbin 2-4-5 Turbinee à géométrie variable:

Dans la turbine à géométrie variable, on fait varier la section d’entrée de la turbine turbine de façon à obtenir le rappor rapportt de détente souhait souhaitéé en tout point point du fonctionnement, quelles que soient les valeurs de débit et de température des gaz d’échappement . Dans la plupart des cas d’utilisation actuels, la plage de variation débit est suffisante pour que ce dispositif soit utilisé seul, sans dérivationde complémentaire.

Figure 2-3 Turbine  à géométrie variable à ailettess pivo ailette pivotantes tantes

38

 

Chapitre2 :

M odélisation du moteur Diesel

Différents dispositifs Différents dispositifs de turbines à géométrie géométrie variable sont utilisés utilisés ou en développement. Le système à ailettes pivotantes (figure 2-3) est le plus connu actuell act uellem ement ent ; dans le less applica application tionss automo automobile biles, s, il possède possède un rendem rendement ent maximal de 65% environ et permet une variation de débit de plus ou moins 50 % par rapport au débit de rendement maximal dans des conditions de rendement supérieur à 50 %. Les équations expériment expérimentales ales sont employées employées pour obtenir l’écoulement l’écoulement de la masse circulant dans la turbine, est : C ( X  )    B ( X VGT )   pc _  éc  VGT             pa   m éc  A( X VGT    ) 1  e  …(2-20)        A( X VGT  )  0.0566019  0.011445 X VGT   0.000626337 X VGT 2  B( X VGT  )  0.890534  0285054 X VGT   0.0107156 X VGT 2 C ( X VGT )  0.721736  0.044875 X VGT   0.00444812 X VGT 

2

La pression pression à la sortie sortie de la turbine turbine est donnée par :   7 2  P 5  105 (9  10   m éc   0.9981)  m éc  0.0002 …(2-21) 2-4-6) 24-6) Ref Refroidiss roidissement ement de l’air d’admission d’admission

Dans la plupart des applications actuelles, l’air d’admission est refroidi à la sortie du compresseur, avant de pénétrer dans le moteur. Les refroidisseurs d’air de suralimentation (RAS) peuvent être air-air ou, pour une plus grande efficacité, effic acité, air-eau. air-eau. Dans ce cas, on peut utiliser soit l’eau de refr refroidisse oidissement ment du moteur, soit l’eau provenant d’un circuit réguler à basse température (40   oC). L’efficacité d’un RAS est définie comme étant le rapport entre la chute de température du fluide comprimé et la différence entre la température d’entrée de ce fluide à celle du fluide de refroidissement  : e = ( T2 – T3)/ ( T2 – Tr) …(2-22) Tr) …(2-22) Dans le cas des refroidisseurs air-air, l’efficacité dépend de la localisation de l’échangeur et de la vitesse du véhicule. En automobile on peut admettre, en  première approximation, qu’à grande g rande vitesse un RAS a une efficacité de l’ordre de 60 %. 2-5) Les débits massiques :

La manière la plus répandue pour calculer les différents débits massiques est d'utiliser d'utiliser les formules formules de Barré-Stivenant Barré-Stivenant.. Le calcul des débits massiques massiques se trouve de façon détaillée dans les travaux de [Heyw 88], [Torr94], [Truq 97].

2-5-1 2-5-1 Débit d’air d’admissions :

Des véhicules de série actuels alors que les débits d'admission dans les cylindres cylin dres dépendent de variables éventuellem éventuellement ent mesurables mesurables sur bancs d'essais (pression et température dans chaque cylindre). 39

 

Chapitre2 :

M odélisation du moteur Diesel

L'utilisation de ce dernier dans un but de commande nécessite de connaître ces grand grandeur eurs, s, et donc donc de le less es esti time merr (modè (modèle le dynam dynamiq ique, ue, fonct fonctio ionn d'autr d'autres es variables mesurables…). D'abord D'a bord,, le taux de débit débit de masse d'air d'air dans le moteur moteur est calculé calculé en utilisant les équations suivantes:     c ad  V c _ ad  …(2-23) m T    vol   N   p T   R 120 

c _ ad 

ou : vol    vn0   nv  1 N       vn  1 N 2   vp1 p c _ ad  …(2-24)   vn0    8.2119 10 2      5   3 . 0125 10   vn1        1.0573 10 8    vn 2     vp1   9.9272 103         

L’identification de ces paramètres se fait sur un banc d'essai par variation de coefficient coefficient d'efficacité d'efficacité volumique η vol  en fonction de la vitesse du moteur et la pression pression du collecteur collecteur d’admission. d’admission. 2-5-2 d’air à travers l’élec l’électrovanne trovanne « EGR » : 2-5-2 Débit d’air

Le circuit « EGR» est modélisé par deux équations expérimentalement ajustées qui estiment la valeur de x et  de m : m egr    K  

 P 1    P 0

 A  P c _ éc  R T c éc

2   p  1    1  p0

  P c _ ad     c _ éc     P  2  p   1   p 0  

 

 

…(2-25)

 

  1

1

 2

 

 p   1    p 0

 si non

 



 s i  

 p 1  ¡Ý   p 0

2

  

1



   1    1

2  

1



1 2

    1

…(2-26)

 .

Il peut être modélisé aussi par :

 A   Aegr  1    cos 2  egr   

…(2-27)

Aegr  : surface à ouverture maximale (m2) Φ : position position du papillon papillon d'air frais (rad) Une autre formule formule donné par 2-23 identifie identifie le paramètre paramètre A comme comme suit :  

 m f      A X  EGR , N , m  f    0.101444 X  EGR 1  0.0002297  N  1.72507     N         

0 .1

     

…(2-28)

La température température de l'air l'air entré dans l'électrovanne l'électrovanne « EGR » est: T  EGR  T    c  _  ec  …(2-29)    (T   c  _ éc  (85   273))  

 

 

 1  (1.02456  1.26022e

 

( 0.0667 m   EGR ) 

 

 1  0 .00011579 N   6.43285

  

m f   



 N   

Où 85° représente la température après l'intercooler «EGR». 40

…(2-30)

 

Chapitre2 :

M odélisation du moteur Diesel

2-5-3 5-3 Débit d’air d’échappement : 2-

 Nous appliquons les bilans énergétiques de la masse et la loi du gaz idéale au collecteur d'échappement, comme nous avons fait pour le collecteur  d'admission : dM éc  m T   m  f    m   EGR  m éc …(2-31)    ( 1)T c _ ec  m éc (  1)T C  _ ec dT ct  _ ec (m  f   m T c _ ec )    m  EGR   T  )( T c ad   …(2-32) dt   M c _ ec  RT   P c _ ec     c _ ec  M éc …(2-33) V c _ ec  RT c _ ec c _ ec   P  m     m  f   m EGR  m  …(2-34) V c _ ec   T 

2-6) 26) La dynami dynamique que du vilebre vilebrequin: quin:

La dynamique du vilebrequin est modélisée par la deuxième loi de  Newtons pour les masses tournantes. tou rnantes. Il peut être êt re énoncé par : Le moment de couple donner par :  M      I w  …(2-35) 2    I tot   N    M       g   M  fr   M ch …(2-36) 60

Ou le couple moteur donné par :  M  g  

 fc

1  3600 1  N 2  60

Q HV m  f 

…(2-38)

Le couple de frottement du cylindre peut être identifie comme suit :  M  fr   a 0  a1 N  a 2 N      2   (a 3  a4 N )P c _ ad  …(2-39) Les paramètre expérimentale donné par :  a0     7.4081 101    a1    6.1214 103   a    2.3851 10 6    2   a 3    3.5173 101     5   a 4    6.7426 10  

2-7) La dynamique du gasoil :

C'est un modèle d'écoulement du carburant il est donné par : 1 m  ff     (    m  ff    X m  f  ) …(2-40)    ff 

 X=0.2   et    ff   =0.1   sont des constant constant de temps. temps.

41

 

Chapitre2 :

M odélisation du moteur Diesel

2-8 ) Le modèle final de simulation du moteur Diesel:

Enfin on peut présenter le modèle complet du moteur Diesel en faisant changement changem ent de variable variable on a le tableaux 2-2 : TABLEAU   2-2

Les variables de la représentation sont mises sous sous forme d’espace d’ d’état état VARI VA RIAB ABL LE SYMBOL u1   xegr    m f    u2 u3   xvgt   u4   Mch   x1     N   Pc_ad   X2 X3 m ff      Pc X4   X5   Pc_éc   X6   T c_ad   X7   T c_éc  

  Désignation Taux   de récirculation du gaz d’échappement  Débit Débit d'inject d'injection ion Vari Variat atio ion n de la la géom géomét étri rie e de la la turb turbin ine e Mome Moment nt de char charge ge Vite Vitess sse e du vile vilebr breq equi uin n Pressio Pressions ns du collecte collecteur ur d'admissi d'admission on Débit Débit du film film d'inje d'injecti ction on Puissan Puissance ce de compresseu compresseur  r  Pressio Pressions ns du collecte collecteur ur d'échappe d'échappement ment Tem Tempéra pérature ture du coll collecteu ecteur r d'admissi d'admission on Tempéra Température ture du coll collecteu ecteur r d'échappe d'échappement ment

D’où on peut représenter le système d'équation de moteur sous la forme :  x1  (

60

((1   X )  u2   x3 )     n  fc  Qhv     M  fr  ( x1 , x 2 )  u 4    )    x1      2     60

)   (

2     I tot   R  x 6  x 2        (m a  m egr    m T  ) V c _ ad   3600 1 ( X   x3     u 2  x3 )

…(2-41)

  ff 

1  x 4    (  m   P    t   x 4 )  

 R  x 6  ( u   2  m éc  m egr   m T  ) V c _ éc  3600 m  (  T 3   x 6 )  (m egr    (   T egr   x6 ))  (m T   (  1)  x6 ) R  x6  x6  a V c _ ad   x2  x5 

 x 7 

(( m egr 

m éc )  ( 1

  

))

((  u 2  m T  )  (1 V c  _  éc   x 5

 

m a 

 c

 x 4 cp

a Τ  a

              

γ1

 x 2  p a

       

γ

1

        

1

     B ( u3 )   x5  C (u3 )       p a   m éc   A (u3  )   1  e          x    A( x , u  , u ) x 1 1 2 5 m egr     x25        R x7

 x  x2 V c _ ad   x6 R 120

m T  vol ( x1, x  2)   1

)  x 7 )    R   x 7

2-9 Conclusion :

Dans ce chapitre, on a exposé les différentes parties du moteur Diesel, ainsi que leurs modélisations physiques. En se basa basant nt sur sur ces résu résult ltat ats, s, on peut peut avoir avoir un modèl modèlee compl complet et et universelà pour large gamme injection  pression rampeune commune, q ui doitduestmoteur qui utilisé Diesel dans la àsuite de cettedirecte étude. haute 42

 

 

43

 

Chapitre 3 :

Identification des multi modèles

33-1 1 Introducti Introduction on :

Le Modè Modèle le obte obtenu nu par par les les mét étho hode dess expé expérim rimeental ntalees ba basé sées es sur les les relations thermodynamiques et les relations mécaniques citées dans le Chapitre  précédent est un modèle fortement non linéaire ce qui rend son utilisation pour  la surveillance du système très difficile à maître en oeuvre. Un système non-linéaire ne peut être représenté avec précision par un modèle linéaire que dans une zone restreinte de son espace de fonctionnement. En dé déco coup upan antt cet cet espa espace ce en zo zone ness où le sy syst stèm èmee peut peut être être dé décr crit it pa parr des des modèles modèl es li linéa néaire ires, s, le comp comport ortem ement ent du sy systè stème me peu peutt êtr êtree approc approché hé par une combinaison de ces modèles linéaires. L’approche multi-modèle se base sur ce  principe : le comportement du système non-linéaire est donné par un ensemble de modèles locaux affines, valides dans des zones délimitées et la contribution de cha chaque que modè odèle le loc local al est donné donnéee par sa foncti fonction on d’ d’act activ ivati ation on (ou poi poids) ds).. Comme les modèles locaux affins peuvent être centrés de manière à obtenir un modèle linéaire, nous parlerons dans la suite de modèles locaux linéaires au lieu de mod odèl èles es lo loca caux ux affi affins ns.. Le pr prob oblè lèm me d’ d’id iden enti tifi fica cati tion on revi revien entt alor alorss à déterminer déterm iner les fonctions d’activat d’activation ion et les modèles linéaires locaux. Parmi les métho Parmi méthodes des d’id d’identi entifica fication tion les plus utili utilisées sées pour les système systèmess non lin linéair éairee on peut cite citerr : Méthode basée basée sur l'optimisat l'optimisation ion du critère de stabilité. Méthode basée sur l'estimation probabiliste. Méthode basée sur l'apprentissage de multi modèles neuronal Métho Mé thode de basé aséee sur l'ide l'identi ntifi ficat catio ion n neu neuro-f ro-flou louee du modè modèle le du type type de Takagi- Sugeno. Dans notre étude étude nous somm sommes es intér intéressés essés par la dernière Méthode. La motivation la plus importante pour employer une représentation floue  pour la modélisation est que le modèle produit soit caractérisée par des règles floues explicites sous forme de langage dont la compréhension est facile pour  l’util l’u tilisat isateur eur.. Par cons conséque équent, nt, ces mé méthod thodes es sont utilisée utiliséess pour constr construire uire les modèle mo dèless flou floues es à base d dee donné données es qui devrai devraient ent non seulem seulement ent être orientée orientéess  pour trouver la meilleure approximation des processus processus,, mais également et le  plus important, elles devraient extraire la connaissance à partir des données sous so us form formee de règl règles es fl flou oues es qu quii pe peuv uven entt être être faci facile lem men entt co com mpr pris ises es et interpr int erprétée étées. s. Par cons conséque équent nt des algo algorith rithme mess qui qui identi identifien fientt les modèl modèles es flous flous  précis et interprétables devront être utilisés, C'est le raisonnement qui à été suivi dans ce chapitre.

44

 

Chapitre 3 :

Identification des multi modèles

Comme il a été déjà exprimé, pour surmonter les limitations d'emploi de la con conna naiss issanc ancee d'ex d'expe pert rt,, et ce pou pourr déf défini inirr les les règle règless floue floues, s, ce cess métho méthodes des conduisent à des bases de donnés permettant d'a d'avoir voir des modèles flous. Avec Av ec de tel telle less mé méth thode odess str struct ucturé urées es,, les les par param amètr ètres es son sontt dér dérivé ivéss à parti partirr de donnée donn ée se basa basant nt seulem seulement ent sur les donnée donnéess d’appre d’apprentis ntissage sagess . Elles peuv peuvent ent être exécutées séquentiellem séquentiellement: ent: l'étude de structure est utilisée comme comme moy moyen en d'abord d'ab ord pour trou trouver ver une stru structur cturee appropr approprié iéee de la base de règ règle le flou floue, e, alor alorss l'étude l'é tude de para paramèt mètre re est uti utilisé liséee com comme me moye moyen n pour identifier identifier les para paramèt mètres res de chaque chaque règl règle. e. Da Dans ns quelq quelques ues sys systèm tèmes es neuro neuro-flou -flouss la stru structu cture re est fixe fixe,, et seulement seulem ent l'identifi l'identification cation des paramètres est effectuée. Les algorithm algorithmes es inspirés  par le réseau neurologique en phase d'apprentiss d'apprentissage age font souvent l'étude de  paramètre. En effet, beaucoup de différentes approches existent pour  déter dé termi miner ner aut autom omati atique queme ment nt la str struct ucture ure des résea réseaux ux neurol neurologi ogique ques, s, mais mais aucunee d'eux n'est approprié pour effectuer l'i aucun l'identifi dentification cation de structure dans les modèles modèl es neuro-flous neuro-flous voir  [Jang   [Jang 92].

45

 

Chapitre 3 :

Identification des multi modèles

3-2 ) L'architecture du réseau neuro-flou l’ANFIS « adaptive neuro-fuzzy infe in fere renc ncee sy syste stem m» :

Pour la simp Pour simplic licité ité,, nous supposons supposons que le syst systèm èmee d'i d'infér nférenc encee flo floue ue a deux entrées   x   et   y  et une sortie   f  .   . On suppose que la base de règle contient deux règles floues  Si-Alors  du type du Takagi et Sugeno: Règle 1: Si x est A1 et y est B1, Alors f1 Alors  f1 = p1x+q1y+r1

….(3-1)

Régle 2: Si x est A2 et y est B2, Alors f2= Alors  f2= p2x+q2y+r2

….(3-2)

Figur Figuree 3-1  (a) Raisonnement floue ; (b ) équivalen équivalentt « ANFIS »

Alors le raison raisonnem nement ent flou est illus illustré tré sur la figure 3-1(a), et l'arc l'architec hitecture ture équivalente équiva lente (type ANFIS ) est montrée sur la figure 3-1(b). Les fonctions de noeud dans la même couche sont de la même famille de fonction décrites cidessous : Couche 1 :  cha  chaque que noe noeud ud i dans cette cette co couche uche est rreprése eprésenté nté par un ca carré rré ayant

une fonction de noeud :

Oi       A ( x ) i 1

….(3-3)

Ici Ici x est est l'e l'ent ntrrée au no noeeud   i, et   Ai   est l'é l'étiq tiquet uette te lin lingui guisti stique que ( petit , 1  grand , etc.…) lié à cette fonction de n œud. En d'autres termes,   Oi la fonction d'appartenanc d'appa rtenancee de   Ai   c'e c'est-e st-elle lle q qui ui spécifi spécifiee le de degré gré aavec vec lleque equell la d donnée onnée x satisfait la quantification  quantification   A i. Habituellement nous choisissons   Ai (x)   qui qui pe peu ut être en forme de cloche avec le maximum maximum égal à 1 et le minim minimum um égal à 0. Telle que la fonction généralisée de cloche :

46

 

Chapitre 3 :

Identification des multi modèles

  Ai ( x)

1



  x   c   2  i   1   a   i   

….(3-4)

bi

2

Ou la fonction gaussienne :

  A

i  x c 1 (  x ( ) exp         2 i   2 a )   i    

….(3-5)

Où {ai   bi , ci} da dans ns (3 (3-4 -4)) ou ({ai , ci} dans dans le der dernier nier ca cass (3 (3--5) es estt l'ensemble de paramètres. Pendant que les valeurs de ces paramètres changent, les fonctions en forme de cloche changent en conséquence, de ce fait exhiber de diversess formes de fonct diverse fonction ion d’appartenanc d’appartenancee sur l'étiq l'étiquette uette lin linguisti guistique que   Ai. Ai . En effet quelque soient ces fonctions continue et différentiables par morceau telles que les foncti fonction onss util utilisée iséess trapéz trapézoïdal oïdal ou trian triangulair gulairee lesqu lesquelles elles sont util utilisées isées aussi pour qu quantif antifier ier la fonction d’activation d’activation de noeud dans cette cette couche. Les paramètres dans cette couche sont désignés sous le nom de  de   paramèt paramètres res de  prémisse. Couche 2   chaque n noeud oeud dans ce cette tte couc couche he est re représent présentéé par un cercle m marqué arqué  par (Π) ( Π) mult multiplia ipliant nt les signaux entrant entrantss et envoie le produi produit. t. Par exemple

wi

 A i

( x )  

Bi

(  y ), 

i

1, 2 .

….(3-6)

Chaque sortie sortie du noeud représente représente le degr degréé d’appart d’appartenance enance d' d'une une règle. Couche 3   ch chaq aque ue no noeu eud d dan danss cette cette co couc uche he est un cercl cerclee ma marqu rquéé N. Le iieme nœud calcul calculee le rappor rapportt du iieme degr degréé d’a d’appa pparte rtenanc nancee par la so somm mmee de cha chaque que degré d’appar d’appartenanc tenancee de ttoutes outes les règles :

wi 

wi w1   w 2

….(3-7)

Pour une question de commodité, les sorties de cette couche seront   normalisées. chaqu quee noeu noeud d i dans dans cett cettee couch couchee es estt un noeu noeud d ca carré rré avec avec une une Couche 4 :   cha fonction de noeud : Où

     W  f   4

i

….(3-8)

i

est llaa so sort rtiie de llaa co couc uche he 3 3,, et et {p {p i   ,qi , r i} est l'ensemble de W i   est

 paramètres. Les paramètres dans cette couche désignés sous le nom des  paramètres conséquents  paramètres  conséquents.. seull noeud noeud dans cette couche couche est un noeud de circu circulai laire re ma marqué rqué Couche 5 : Le seu  par    Σ   qu quii calcu calcule le la so sort rtie ie gl glob obal alee com comme me ad addi diti tion on de to tous us le less signa signaux ux 5 ….(3-9) entra ent rant ntss :      W i  f   = La sortie globale



i

47

 

Chapitre 3 :

Identification des multi modèles

3-3 3 Utilisation du réseau de neuro-flou neuro-flou pour la linéarisation linéarisation du modèle : 3-

Dans la pratiqu Dans pratiquee nous avons des sys systèm tèmes es discre discrets ts où les vect vecteur eurss des données (u(k),y(k)) (u(k),y(k)) caractérisant caractérisant la dynam dynamique ique du système système qui est complexe. Il est donc difficile de trouver la décomposition de ces données pour l’obtention dess so de sous us en ense sem mbl bles es avec avec de dess rela relati tion onss liné linéai aire ress au auto tour ur d’ d’un un po poin intt de fonctionnement. Pour surmonter ce problème on fait appel a des algorithmes d’ d’in inte tell llig igen ence ce ar arti tifi fici ciel elle le qu quii peu peuve vent nt réal réalis iser er cett cettee sé sépa para rati tion on avec avec de dess incer incerti titud tudes es nég négli ligea geable bles, s, la repré représen senta tati tion on par l’a l’appr pproch ochee des résea réseaux ux de neurone neur oness nous donn donnee de bon résu résulta ltatts. Pour cela on peut utiliser la méthode (LVQ) « (LVQ)  « Learning vector quantization ». Apprrendr App endree à classif classifier ier des vect vecteurs eurs d'en d'entrée trée dan danss la cible où les clas classes ses sont choisies choi sies par l'ut l'utili ilisate sateur, ur, mais ma malhe lheureu ureusem sement ent cette mé méthod thodee nécessit nécessitee la connaissancee approprié de point de fonctionnem connaissanc fonctionnement ent du systèm systèmee et elle exige la concepti conc eptio on préa préalabl lablee aux systèm systèmes es choisi de rése réseaux aux spécifiés spécifiés (com (combie bien n de couche dans le réseaux réseaux , combien de neurone dans ch chaque aque couche) pour se faire faire on fait appel à une méthode hybride qui va répondre à notre besoin et ce par la conception concepti on d’un systè système me neuro neuro-flou -flou utilis utilisant ant une méthod méthodee de classifi classificat cation ion spéciale :   LOLIMOT LOLIMOT ''  '' local linear model trees ''. 3-4 34 ) LOLIM LOLIMOT OT "local linear linear model trees": trees":

Le but du modèle local linéaire (LOLIMOT) est de fournir à l'utilisateur  industriel et à l'ingénieur de recherche un outil rapide et facile à utiliser pour  l'identification des systèmes non linéaire. Le but est l'élaboration d'un modèle gl glob obal al en rédu réduis isan antt la vale valeur ur d'er d'erre reur ur de tria triage ge.. Afin Afin de réal réalis iser er ce bu but, t, l'im l'impl plant antati ation on d'a d'algo lgori rithm thmee doi doitt conver converger ger d'une d'une façon façon fiabl fiablee sans sans aucune aucune influence aléatoire (comme ils peuvent être provoqués par des initialisations aléatoires aléatoi res pour les techniques d'optimisa d'optimisation tion non linéair linéaire). e). Le noyau de (LOLIMOT) est un algorithme par accroissement rapide de construction pour modèles neuro-flous localement linéaires également connus sous le nom du mod modèle èle flou  flou de Takagi Sugeno. Par suite des buts mentionnés, les techniques d'optimisation non linéaires abstraites sont évitées. D'autre part une architecture du modèle non linéaire très fl flexi exible ble ser seraa cho choisi isiee pou pourr per perme mett ttre re l'ide l'identi ntifi fica cati tion on d'une d'une gra grande nde var variét iétéé différentee de structures non linéaires des processu différent processuss dynamiqu dynamiques, es, et ce en dehors des connaissanc connaissances es antér antérieur ieures. es. Une solutio solution n qui s’impose s’impose à ces demandes demandes est l’architecture locale linéaire du modèle neuro-floue ainsi que l’algorithme de (LOLIMOT) pour l'identification. Les modèles dynamiques avec p   entrées   et q  sorties   sont représentés  par la structure NARX ((ii= 1, …. ,q)  yˆ i ( k  )  f  i  u 1 ( k   1) ,  , u 1 ( k   nu 1 ) ,  , ….(3-10)

u  p ( k   1) ,  , u  p ( k   nu  p ) ,  y 1 ( k   1) ,  ,  y 1 ( k   ny 1 ) ,  ,  y  p ( k   1) ,  ,  y  p ( k   ny  p )



48

 

Chapitre 3 :

Identification des multi modèles

Où les Où  les nu i   et et n  nyyi sont les ordres dynamiques du système. La structure du modèle qui est représenté dans (3-10) exécute une étape de prédiction en avant pour l'identification des paramètres, le modèle peut être exécuté en parallèle ave avecc le processus (simulation) (simulation) en retournant retournant les sorties de modèle mo dèless de préd prédict ictio ion n   yˆ i  au li lieu eu d'em d'empl ploy oyer er les les mes esur ures es pr prod odui uite tess pa parr le  processus. 3-5  Architecture du modèle: La structure structure du rése réseau au neuroneuro-flou flouee local local lin linéair éairee est représ représent entée ée dans la  figure 3-2 3-2.. Chaque neurone réalise un modèle modèle local linéa linéaire ire (LL (LLM) M) et associé à une fonction d’appartenance d’appartenance qui détermine détermine la région constr construite uite d’ appartenanc appartenancee du « LLM » La fonction d’appartenance construit une unité de partition, c.-à-d.,  M 

ils sont normalisés tells que :

    (z )  1 i

….(3-11)

i 1

Figure 3-2. Structure du réseau neuro flou du modèle linéaire local  avecc m neu ave neuron rones es pou pourr le n x   LLM d'entrées X et n z  fo  fonctions nctions de appa appartena rtenance nce d'entr d'entrées ées z 

Pour tou Pour toute te entré entréee z du m modè odèle le,, la sort sortie ie du modèl modèlee neuro fl floue oue loc local al linéairee est calculé comm linéair comme: e: ˆ Y 

m

 (w i 1

i ,0

 wi ,1 x1  wi, 2 x  2    wi,nx xnx )  i ( z )

….(3-12) t

Où les modèles linéaires locaux dépendent de   x =[x1   , x2   , xt 3, …..   , xn] et les fonctions fonctions d’appart d’appartenance enance dépendent de   z  =  = [ z1  , z2 , z3  , … , zn] . Ainsi Ai nsi,, la sorti sortiee du résea réseau u est calc calcul ulée ée com comme me une somme somme des facte facteur ur des  pondérations de dess sorties des modèles linéaires locaux où  i ( z    ) sont interprétées interprétées commee des facteurs de pondérati comm pondérations. ons. Le réseau est est int interpo erpolé lé entre les différ différents ents « LLM » avec les fonctions fonctions d’appartenance. d’appart enance. Les poids poids W   W i,j sont  des es param paramètre ètress linéaires du réseau. i,j   sont d Les fonctions d’appartenance sont typiquement choisies comme Gaussiennes normalisée norma lisées. s. Les fonctions d’appartenan d’appartenance ce sont :  i ( z ) 



i m

( z )   j ( z )

 j  1  

….(3-13)

Avec :

  1  ( z 1  c i,1 ) 2   ( z nz   ci ,nz  ) 2         i ( z )  exp     2 2   2    i,1  i,nz      

….(3-14)

49

 

Chapitre 3 :

Identification des multi modèles

Les centres et les écarts type sont les paramètres non paramètres  non linéaires du réseau. réseau. Dans l'interprétation floue du système chaque neurone représente une règle. Les fonc foncti tion onss d’ap d’appa part rten enan ance ce repr représ ésen enttent ent les les lieu lieux x de règl règlee et le « LLM » représentent représent ent les conséq conséquents uents des règles. La fonction d'appartenance d'appartenance Gaussienne unidim unidimensionnel ensionnel est de la forme :   1  ( z  j  ci , j ) 2     2  i , j ( z  j ) exp ….(3-15) 2      i , j   Peut être être combin combinéé par une t-norme (conjonct (conjonction) ion) réali réalisée sée avec l'opérateur l'opéra teur de produi produitt pour form former er la foncti fonction on d'appartenanc d'appartenancee mult multidim idimensionne ensionnell qui est représe représentée ntée en (3-14) (3-14).. L'une des forces principales des modèles modèles neuro-floue neuro-flouess local liné linéaire aire est que les antécédents antécédents et les conséq conséquents uents ne doivent pas dépendre des variabl variables es identiques, c.-à-d.   z    et   x peuvent être choisi indépendamment. 3.6 Algorithme d'identification :

La con constr struct uctio ion n de l'al l'algor gorit ithm hmee (LO (LOLI LIMO MOT) T) com combi bine ne une strat stratégi égiee heuristique pour la décomposition de l'espace d'entrée avec une optimisation   [Nelll 99], [Nell 96 96]] et  [Cast 00]. des moindres moindres carrés llinéaire inéaire lo locale cale voir  [Nel Ce der dernie nierr est ut util ilisé isé pou pourr l'est l'estim imati ation on du poi poids ds liné linéair aires es   W i,j (3-12). ). i,j   en (3-12 L'espacee d'entrée est projeté sur un rectangle qui a comm L'espac commee centres les fonctions d'appartenance gaussien  μ i (z). L'éca 'écart rt type type de dess ce cess Ga Gaus ussi sien enss so sont nt choi choisi siss pr prop opor orti tion onne nell llem emen entt aux aux  prolongements hyper rectangulaire pour expliquer la granularité variable. Ainsi, les les par param amètr ètres es non li linéa néair ires es   ci,j   et   σ i,j   sont sont déter détermi minés nés par une app approc roche he heuristique heuristi que pour éviter explicitem explicitement ent l'optim l'optimisation isation non linéair linéaire. e. 3-6-1 L'estim 3-6-1 L'estimation ation des paramè paramètres: tres: L' L'id idée ée de derr rriè ière re l'ap l'appr proc oche he d'es d'esti tim matio ation n loca locale le es estt de co cons nsid idér érer  er  l'optimisation des paramètres du modèle ARX en tant que différents problèmes. Less pa Le para ram mètre ètress po pour ur chac chacun un de dess mod odèl èles es liné linéai aire ress loca locaux ux so sont nt es esti tim més séparément, en négligeant les interactions entre les modèles locaux. Ceci réduit la variance d'erreur et augmente le biais d'erreur systématique du mod odèl èlee et pe peut ut être être vu ains ainsii com comme tech techni niqu quee de régu régula lati tion on qu quii rend rend l'estimation robuste avec un bruit centré, pour plus de détails voir   [Nell 99]. La mo moti tivat vation ion pour pour ce cette tte app approc roche he pro provi vient ent du  i , j      0 dans lequ lequel el aucu aucune ne

interaction entre les lieux des différent interaction différentss modèl modèles es locaux. Au lieu d'estimer tout  tout   n = m   (n x+ 1) 1) paramètres  paramètres simultanément comme dans l'approche global , , les estimations   loca locale less sépar séparées ées de m sont portés portés pou pourr les les n x+ 1 param  paramètres ètres de chacun des modèle modèless local linéaire. Le vecteur paramètre pour chacun de ces i ces  i   = 1 , . . . , M  estimations   estimations est: ….(3-16) wi  [wi ,0  w   i ,1  wi, nx ]t  Les matrices correspondantes de régression sont:

50

 

Chapitre 3 :

Identification des multi modèles

1  x1 (1)  x2 (1) 1  x ( 2)  x ( 2) 1 2   X  i         1  x1 ( N )  x 2 ( N )



 x nx (1) 



 x nx ( 2) 

  



     x nx ( N )  

….(3-17)

Où N  Où  N dénote dénote le nombre d'échantillons de données.  Notez que les matrices de régression de tous les models locaux linéaires   i   = 1 …. M  ….  M  sont  sont identiques puisque les éléments d éléments  dee  X  dépendent pas des modèle modèless    i ne dépendent locaux.. locaux La sort sortie ie du mod modèle èle loc local al linéai linéaire re est : t  ….(3-18)  yˆ i  [  yˆ i (1   )  yˆ i  (2)   yˆ i ( N )]  yˆ i    X i wi

La sort sortie ie du sys systèm tèmee lini linière ère (3-12) est pris prisee en compte compte seul seulem ement ent

lorsque la fonction  Ф  Ф(.) (.) est proche de 1 . Ceci est le cas près du  du  centre de Ф(.) , les données dans cette région sont forte fortement ment appropr appropriées iées pour l'estim l'estimation ation   de W i  , quand la fonct fonction ion d’ap d’appart partenan enance ce dim diminue inue les donn données ées devi devienne ennent nt m moins oins appropriées approprié es pour l'estim l'estimation ation   de W i   et plus app appropri ropriéé pour l'es l'estim timati ation on du modèle voisin . En conséquence, il est préférable d’appliquer une optimisation des moindres moindres carr carrés és pon pondéré déré où les pondé pondérat rations ions sont donnés par la valeur valeur de  N 

fonction d’appartenance, c.-à-d.  I i     i ( z ( j ))  e 2 ( j )  min wi

….(3-19)

 j1

Où e ( j )  y (  j )   yˆ ( j ) représente le modèle d'erreurs pour les échantil échantillons lons de données. Pour le cas extrême  i,  j      0 ,  i  ( z  (  j )) est égale égale à 0 ou à 1, qui sont seulement un sous-ensemble des données est employé pour l'estimation de W  de  W i   , Pour  σ  σ i,j  > 0 toutes toutes les données d'échantil d'échantillons lons sont exploité exploitées es pour l'estim l'estimation ation mais ma is ce ceux ux don dontt la val valeur eur d’ d’app appar arten tenanc ancee est pro proch chee de 0 sont sont prati pratique queme ment nt ignorées.

51

 

Chapitre 3 :

Identification des multi modèles Début

 y

M=1, c 

max  

 y

min

 c  0  .5  y min

 

w  j  ( X   j  Q j   X     j ) 1 X   j Q j y  j Q j= diag{Φ j(z(1),   Φ j(z(2),…. Φ j(z(n j)}  N 

 (  z (n))e (n)

 I i 

  i

2



 Max (I  j  ), j j=1 Calcul : C(M+1,j), C(i,j) σ   M+1 M+1,, , σ   i,

Calcul de  Φi,j  pour chaque LLM wi,  j  ( X  i , j Qi,   j  X    i,  j ) 1 X  i , j Qi , j yi , j w M 1,   j  ( X  M 1, j Q    M 1,  j  X    M 1,  j ) 1 X  M 1 , j Q M 1, j y M 1, j = +1

 I  i ,  j 

 N 



   ( z ( n )) e 2 ( n )

i ,  j

n 1

 Non

 j=nz Oui  I i,r   ) i,r = Min(I ii,j ,j )

wi=wi,r  , , w M+1 = w M+1,r  , M=M+1  ,  M=M+1

moyenne( I  moyenne(  I i,r )δ >δ max > 0 voir  0 voir  figure  figure 4-1, 4-1 , l’inégalité (4-32) devient : ( Ai GiC    max I ) P   P ( Ai  Gi C    max I )  0 (4-33)  ( Ai  GiC    min I )   P ( Ai  Gi C    min I )  0 Remarque : la : la partie imaginaire des valeurs propres des observateurs locaux n’est pas limité limitéee avec cette contrain contrainte, te, ce qui peut générer une dynamique a fortes oscillations.

Une autre idée est d’affecter les valeurs propres des observateurs observateurs locaux danss une rég dan région ion S( S(α α , β ) voir figure 4-2, 4-2 , qui est l’intersection entre un cercle, de centre (0, 0), de rayon β rayon  β et  et du demi-plan gauche limit limitee par une droite d’abscisse d’abscisse égale a (−α (−α). ).

75

 

Chapitre 4

Génération des résidus

Figuree 4-2 Région des valeurs valeurs propre propre Figur

Corollaire 4.1 : les observateurs locaux d’un multiobservateur ont des valeurs  propres dans da ns la région région S(   S( α , β   ,  β  ),  ), s’il  s’il exist existee une matrice matrice P défin définie ie positiv positivee telle que  pour ii Є  {1,  pour    {1, ...,M} : ...,M} : T       P  ( Ai  Gi C )  P   0 (4-34)    P    P ( Ai  Gi C )   T  ( Ai  G iC )  P   P ( Ai  GiC )  2  P  0 Ces inégalités inégalités peuvent être résolue résoluess a l’aide d’outils numériques numériques « LMI » (linear matrix inequality) [Boyd 94].  Si les valeurs propres de toutes les matrices d’état des observateurs locaux (Ai locaux  (Ai −  − GiC)  GiC) pour   pour ii Є {1...,M} sont {1...,M}  sont dans la région S(α S(α,  β  β), ), les pôles de la dynamique de l’erreur du multiobservateur sont dans la région S(α S(α,  β ). 4-5-2 Conception d’un multiobservateur à entrées inconnues :

Dans ce paragra paragraphe, phe, nous consi considérons dérons un système système non liné linéaire aire représenté  par un multimodèle, où une partie des entrées est inconnue. L’objectif est l’estimation des états et des sorties de ce système ainsi que des entrées inconnues. inconn ues. Pour cela, il est proposé la synthèse d’un multiobser multiobservateur vateur basée sur  l’élimination de ces entrées inconnues. Il est possible de montré comment déterminer déterm iner les gains des observa observateurs teurs locaux, ces dernier dernierss étant solutio solutions ns d’un ensemble d’inégalités matricielles non linéaires. Dans cette section en décrivant la conception d’un multiobservateur, dans le cas ou les matrices d’influence des entrées inconnues sont distinctes pour  chaque modèle local. 4-5-3 Matrices d’influence d’entrées inconnues :

Considérons un système non linéaire représente sous forme multimodèle soumiss a l’influence des entrées inconnues : soumi  M    x (t )    i ( z (t )) Ai x(t )  B i u(t )  Ri u (t )   Di   (4-35) i 1   y (t )  Cx (t )  M      i ( z (t ))  1 (4-36) avec :  i 1 0   i ( z (t ))  1 i  1,, M 

76

 

Chapitre 4

Génération des résidus

Ou :  x(t)  x (t) Є Rn est est le ve vect cteu eurr d’ d’ét état at ,  , u(t) Є R m es estt le vec vecte teur ur de dess entr entrées ées,, q  p n, est  est le vecteur des entrées inconnues et  y(  y(t) t) Є R représente le (t ) ЄR  , q < n, vecteur des sorties mesurables. Pour le ième modèle local,  local,   A i Є  R  R n×n est la matrice d’état , Bi Є   R R n×m est la matrice n×q n×1 d’entrée connue , connue , Ri Є  R  R et et   Di Є  R  R représente un vecteur dépendant du point  p×n

de fonctionnement ;  ;   C  Є   R est la matrice de sortie. Enfin , z(t) représente z(t)  représente le vecteur de décision vecteur décision dépendant de l’entrée l’entrée connue et/ou des variable variabless d’état. Considérons le multiobservateur, d’état  ˆ (  t   décrit de la façon suivante  [Akhe 02]  :  M    z (t )    i ( z (t )) N i z (t )  Gi1u (t )  Gi2  Li y (t )   (4-37) i 1   xˆ (t )  h(t )  Ey (t )  N i Є R n×n , Gi1 Є Rn×m , Li  Є R n×p est le gain du ième observateur local, G local,  G i2 Є R n est un ve vect cteu eurr co cons nsta tant nt et E est est un unee matri atrice ce de tran transf sfor orm matio ation. n. En util utilis isan antt l’expression de l’erreur de reconstruction d’état donnée par l’équation (4.30) et l’expression l’expr ession de   ˆ   t    don donnée née par l’é l’équa quatio tion n (4.29), (4.29), l’express l’expression ion de l’e l’erreu rreur  r  devient : (4-38) e(t)=(I+EC)x(t)-h(t) Sa dérivée par rapport au temps s’explicite : e(t )  

 M 

   ( z (t )) P  A  x(t )   B u (t )   R u (t )    D    N   z (t )  G i

i

i

i

i

u (t )  G i 2   Li y (t ) 

i1

i 1

(4-39)

avec : P=I+EC  : P=I+EC  e(t ) 

 M 

   ( z (t )) N  e(t )   PA   N  P   L C  x(t )   PB i

i

i

i

i

i

 G i1 u (t )  ( PDi  Gi 2 )   PRiu (t )

i 1  M 

  ( z (t )) N  e (t )   PA   N   K  C  x (t )   PB  G u (t )  ( PD  G )  PR u (t )  (4-40)



 i1

i

i

i

i

i

i

i1

Avec : K  : K i =N  E+L i i  Si l’on impose les condition suivantes : 0

 PRi

(4-40-a)

 P    I    EC 

(4-40-b)

 N i   PAi  K i C 

(4-40-c)

 Li   K i   N i E 

(4-40-d)

Gi1   PBi

(4-40-e)

Gi2   PDi

(4-40-f)

 M 

   ( z (t )) N  i

i 1

i

est  stable

(4-40-g)

i

i2

i

77

 

Chapitre 4

Génération des résidus

L’erreur de reconstruction d’état tend asymptotiquement vers zéro et (4.39) se rédui réduitt à :

 

 M 

e(t )  

   ( z (t ))   N  e(t ) i 1

i

i

(4-41)

Il est important de noter que la stabilité des matrices N  matrices  N  ,i     i Є {1, ...,M},  M  ne garantit pas forcement la stabilité de la matrice   ( z (  t ))   N i Ce poi point nt est i 1 i   traité dans le paragraphe qui suit. La convergence asymptotique de l’erreur d’estimation d’état (4.38) est garantie  par la résolution des conditions (4.41) selon les trois étapes suivantes : 1. calcul de la matrice   E  E  en  en utilisant la relation (4.40a), on en déduis alors la matrice P  matrice  P  a  a l’aide de (4.40b). 2. ca calc lcul ul de dess mat atri rice cess   N i   et   K i   gar garan anti tiss ssan antt la stab stabil ilit itéé de la matri atrice ce  M    ( z ( t ))   N i . i 1 i   3- calcule calcule les gain gain L  L ,i Gi1  et  e t  G i2 par les relations présentées dans (4-40). 4-5-4 Convergence globale du multiobservateur : L’équation dynamique (4.41) est globalement asymptotiquement stable,

s’ilT  X existe symétrique et définie positive X  positive  X , telle que :  N  , M  (4-42)   XN iune  0  matrice i   1,  i En s’appuyant sur l’équation l’équation (4.42), il est énoncer le théorè théorème me suivant suivant:: Théorème 4.2 [Akhe 03a] :  l’erreur d’estimation d’état entre le multimodèle à entrées inconnues (4.35) et le multiobservateur (4.37 37)) converge asymptotiquement vers zéro, si toutes les paires (Ai, C) sont observables et si les conditions suivantes sont vérifiées     i Є {1, ...,M} :  PRi

0

(4-43-a)

 P    I    EC 

(4-43-b)

 N i   PAi  K i C 

(4-43-c)

 Li   K i   N i E 

(4-43-d)

Gi1   PBi Gi2   PDi

(4-43-e) (4-43-f)

où P = I + EC   et X où P et X Є Rn×n est une matrice symétrique définie positive. En utilisant l’équation (4.43c), l’inégalité (4.43-a) devient :  PAi   K i C T   X    X  (4-44)    PAi   K i C    0 L’inégalité (4.43) est non linéaire par rapport aux variables  variables   K i   et  et   X. X. il  il est  présenté, dans le paragraphe suivant, la démarche permettant de résoudre l’ensemble des contraintes (4.43). 4-5-4-a Méthode de résolution : Des mét étho hode dess de réso résollut utiion on ontt été été pr prop opos osée éess pour pour réso résoud udre re de dess inégalités matricielles non linéaires et en particulier bilinéaires   [Chad 01].   La méthode que nous avons adoptée est basée sur un changement de variable.

78

 

Chapitre 4

Génération des résidus

La réso résollut utiion de dess co cont ntra raiint ntees (4. 4.43) 43) s’ s’ef effe fect ctue ue,, comm omme indi indiq qué  précédemment en trois étapes. 1. Si la m mat atri rice ce CR es estt de ple plein in ra rang ng li ligne gne,, la re rela lati tion on (4 (4.4 .43-b) 3-b) déte déterm rmin inee complètement la matrice E du multiobservateur. En notant la pseudo-inverse de (CR), on a : ( )

  T 

T 

1

(CR )  (CR) (CR (CR ) )  E    R (CR ) ( )

(4-45-a) (4-45-b) On en déduit alors la valeur de la matrice P : (4-45-c)

 P    I    R  (CR  ) ( ) C 

2. Ens Ensuit uite, e, llaa rés résolu olutio tion n des iné inégal galité itéss matric matriciel ielles les ((4.4 4.43a) 3a) dans llesq esquel uelles les o on n a remplace les matrices matrices Ni par leurs valeur valeurss issues de (4.43c) (4.43c) s’écrivent :

 PAi   K i C T   X    X  PAi    K i C   0 i   1,, M 

(4-46-a)

Afin de li Afin linéa néari riser ser ce cess in inég égal alit ités és,, no nous us cons consid idér érons ons le ch chan angem gement ent de variable suivant : wi      XK i (4-46-b) Les inégalités (4.39) peuvent alors être réécrites:  PAi T   X    X  PAi    W i C    C T W iT   0 i   1, , M  (4-46-c) Ces de Ces dern rniè ière ress in inég égal alit ités és ma matri trici ciel elle less so sont nt linéa linéair ires es par rappo rapport rt aux aux variab var iables les inco inconnue nnuess X et Wi. Par cons conséqu équent ent,, des outils outils « LM LMII » peuvent peuvent être utilisés pour résoudre (4.46-c). Ayant résolu ce problème et obtenu des solutions   X   et W  et  W i vérifia vérifiant nt (4.46(4.46-c), c),   1 on en déduit les gain K  gain K i :  K i    X    W i (4-46-d) 3. Les matrices   E, P, K i  ayant été déterminées, on en déduit les matrices d’état N  d’état  N i  et les gains L gains L ,i Gi1   et Gi2 :  N i  PAi  K i C   Li   K i  N i E 

(4-47-a) (4-47-b)

Gi1   PBi

(4-47-c) (4-47-d)

Gi 2  PDi

4-5-4-b Placement de pôles

Dans cette partie, on examine comment améliorer les performances du multiobservateur, notamment en ce qui concerne la vitesse de convergence vers zéro de l’e l’erre rreur ur d’e d’esti stimat mation ion d’é d’état tat.. La dyn dynami amique que du multio multiobse bserva rvateu teurr est choisiee de telle mani choisi manière ère quelle soit plus rapide que celle du multim multimodèle. odèle. Pour Po ur assu assure rerr un unee ce cert rtai aine ne dy dyna nam mique ique de co conv nver erge genc ncee de l’er l’erre reur  ur  d’estimation d’état, on définit dans le plan complexe la région S(α S(α,   β) comme l’intersection entre un disque, de centre (0, 0) et de rayon   β , et du demi-plan gauche limite par une droite d’abscisse (−α (−α). ).

79

 

Chapitre 4

Génération des résidus

Pour Po ur ga gara rant ntir ir qu quee les les va vale leur urss pr prop opre ress de la matri atrice ce

 M  i 1

   i ( (t )) )) N i

appartiennentt à la région appartiennen région   S( α , β   ,  β  ),  ), la  la résolution de l’équation (4.46-c) de l’étape 2 de la démarc démarche he pr préc écéd éden ente te est remp rempla lacée cée pa parr la résol résolut utio ion n de dess inéga inégali lité téss suivantes [Akhe 03a] : T 

T 

T 

 PAi  X   C  W i       P   0  XPA W  C     P    i i    T  T  T   PAi   X    X  PAi   W i C   C  W i  2  X   0

(4-48)

4-5-5 Estimation des entrées inconnues :

Plusieurs travaux ont été réalises pour l’estimation des entrées inconnues dans da ns le ca cadre dre de dess sy systè stème mess dy dynam namiq ique uess linéa linéair ires es   [Maqu [Maqu 94]   et [St Stot ot 01 01]. ]. Edw dwar ards ds et Sp Spur urge geon on ont pr prop opos oséé de deux ux métho éthode dess s’ s’ap appu puy yant ant su surr des des observa obs ervateu teurs rs à mode mode gli glissan ssant, t, pour dét détect ecter er et estim estimer er les défau défauts ts de capteu capteurs rs [Edwa 00].  Liu et Peng ont présenté, en utilisant un observateur de Luenberger, l’estimation des états inconnus d’un système dynamique linéaire soumis a des  perturbations. L’algorithme d’estimation de ces perturbations est basé sur  l’inverse de la dynamique du système [Liu 02]. Il est démon démontré tré précédem précédemment ment que la convergence de l’obse l’observateur rvateur (4.37) du système (4.35) est garantie si les conditions (4.40) sont vérifiées et les paires (A ,i C) C) sont  sont observables. En régime permanent, l’erreur d’estimation d’état tend vers zéro ; en remplaçan remplaçantt x(t) par  ˆ (  t )  dans l’équation (4.35 (4.35)) nous obtenons :  M    xˆ (t )    i ( z (t )) Ai xˆ (t )   Bi u(t )  R uˆ (t )  Di   i 1   yˆ (t )  C  xˆ (t )

(4-49)

Remaarquo Rem rquons ns que dans l’équa l’équatio tion n (4. (4.45) 45) la seu seule le var variab iable le inc inconn onnue ue est  bien la variable uˆ   (t   ) qu quii rep repré rése sent ntee une es esti tima mati tion on de l’en l’entr trée ée inco inconn nnue ue,, l’équation l’équa tion peut être réécri réécrite te de la maniè manière re suivante :      M    xˆ (t )      i ( z (t )) Ai xˆ (t )  B iu (t )   Ruˆ (t )   Di     i1     W uˆ (t )     yˆ (t )    C  xˆ(t )        M      i ( z (  t ))R i     où :  K    i 1  (4-51)  0    

(4-50)

Sous l’hypothèse que cette matrice que est appelé  appelé   K  K    soit de plein rang colonne, alors on est ramené à un système d’équation linéaire en   uˆ  (t) qui est équivalent a un problème d’optimisation linéaire qu’on sait résoudre avec la méthode métho de des moind moindre re carré.

80

 

Chapitre 4

Génération des résidus

La so solu luti tion on num numér ériq ique ue de ce pr prob oblè lèm me es estt ba basé séee su surr le calc calcul ul de la  pseudo inverse de la matrice matrice   K . Enfin l’expression de l’estimation de l’entrée inconnue inconn ue est donnée par l’équa l’équation tion suivante :  M     ˆ (t )  D   ˆ ˆ 1   x ( t  ) (  z  ( t  ))  A  x ( t  )  B u ( t  )  R u            T  T     i i i i i (4-52) uˆ (t )   K   K   K   i 1    y (t )  C  xˆ (t )     On peut simplifiée l’équation 4-52 par :   M  1 T  T     ˆ ˆ (t )  D   ˆ ˆ    ( )   ( (   )) ( ) ( ) u (t )  k 1 k 1 k   x t   z  t   A  x t   B u t   R u      1    i i i i i i 1      M    Où :  K 1       i ( z (  t )) Ri    i1   4-6 6 Détec Détection tion des panne panness par banc d’observateur 4-

Dixon  [Dixo 04]  a proposé une procédure de détection et d’identification de défauts en utilisant un banc d’observateurs pour un système électromécanique. Zolghadri et al [Zolg 96]   ont développé un générateur de résidus, en utilisant un banc d’observateurs pour la détection et la localisation de défauts, sur une installation hydraulique en tenant compte des non linéarités du système. Tan et al [Tan 02]  ont proposé une méthode de détection et de reco recons nstr truc ucti tion on de défa défaut utss de ca capt pteu eurs rs en util utilis isan antt un ob obse serv rvat ateu eurr à mode ode glissant. Less di Le diffé fféren rente tess str struct ucture uress de ban bancc d’o d’obse bserva rvate teurs urs pré présen senté tées es ici ici son sontt valables pour les structures de banc de multi multiobservateu observateurs. rs. 4-6-1 Détection par observateur unique :

La détection consiste à estimer complètement le vecteur de sortie y(t) à l’aide d’un seul observateur piloté par une seule mesure, voir figure (4-3). u

Système

y

y1 yi

Capteurs

yn

Logique de décision

yi ŷ1 me

Observateur  ŷn

Figure 4-3 Détection par observateur unique

4-6-2 Détection on par un banc d’observ d’observateurs ateurs 4-6-2 Détecti

Cette fois, on suppose que le vecteur d’état est complètement observable et on reconstruit autant de sorties qu’il y a de mesures. Le nombre d’observateurs est donc égal aux nombres de sorties mesurés, voir figure (4-4).

81

 

Chapitre 4

Génération des résidus

ŷ11

y

u

Système

y1

Capteurs y1

Observateur 1

Logique de décision

yi

Observateur 2

 …

yn

Observateur 3

Figure 4-4 Détection par banc d’observateur 

4-6-3 46-3 Détecti Détection on par observat observateur eur généralisé 

Le nombre d’observateurs utilisés est égal au nombre de combinaisons  possibles de me mesures, sures, voir la figure (4-5). Chaque observateur d’état peut être  piloté par différentes sorties, ce qui augmente le nombre de degrés de libertés de la détection de défauts. Dans un so souc ucii de cl clar arté té,, il es estt pr prés ésent entéé un exem exempl plee ay ayan antt de deux ux Exemple :   Dans 2 sorties y sorties  y1  et y  et  y 2, le nombre de combinaisons égal à 2 à 2 −  1 = 3. u

y

y1

Capteurs

Système

y2 y1 ŷ11

Observateur 1

ŷ21

Logique de décision

yi ŷ12

Observateur 2

ŷ22

ŷ13

Observateur 3

ŷ23

Figure 4-5 Détection par ’observateur généralisé 

82

 

Chapitre 4

Génération des résidus

4-6-4 46-4 Détecti Détection on de défauts actionneurs actionneurs

Afin de pou Afin pouvoi voirr dét détec ecte terr et loc local alise iserr les défaut défautss d’ d’ac acti tionn onneur eurs, s, nous nous  pouvons utiliser des o observateurs bservateurs à entrés inconnues. Un banc de multiobservateurs à entrés inconnues reconstruit le vecteur de sortie ème et le vecteur d’état par autant de multiobservateurs qu’il y a d’entrés. Le i multiobservateur est piloté par toutes les sorties et toutes les entrés excepté la ème ème i (ui ), voir la figure (4-6).. La détection et la localisation de défaut du i actionneur sont effectuées en considérant l’entrée   ui   comme étant une entrée inconnue au systèm systèmee u1 ui um

y

y1

Système

Capteurs y1 ŷ

Observateur 1

Logique de décision

yi ŷ

Observateur i

 …

yn ŷ

Observateur p

Figure 4-6 Détection par observateur à entrée inconnue

4-7 Conclusion : Tout au long de ce chapitre, nous avons présenté deux techniques de détection des pannes pannes capteur capteurss qui sont :

  L’approche L’approche par esp espace ace de parité parité..   L’approche par observateurs. On a étudié ces deux approches pour les représentations mono modèle, ainsi que leur extension pour les représentations multi modèles. On a ut utiilisé les techniqu quees de l’esp spaace de pa parrité ro rob buste ste et ce cellle de dess observateurs observa teurs à entrées inconn inconnus, us, et ce pour la détecti détection on des pannes actionneur. actionneur. Enfin, on a explicité les techniques de banc d’observateur pour la détection et la localisation des pannes. L’app L’ appli lica cati tion on de ce cess de deux ux ap appr proch oches es es estt fait faitee su surr le modè modèle le repré représe sent ntan antt le moteur Diesel a rampe commune, ainsi l’ensemble capteur et actionneur du ce système sont soumis a différentes défauts et la simulation est présenté dans la 5iéme chapitre. -

-

83

 

84

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

5-1 Introduction :

Dans ce cha Dans chapi pitr tree on util utilis isee les les résul résulta tats ts de la mo modél délisa isati tion on du sy systè stème me sou souss form formee multi ulti mod odèl èles es co coup uplé léss repr représ ésen enté téss à la fin fin de chap chapit itre re 3, po pour ur la géné gé néra rati tion on de dess rési résidu duss da dans ns l'es l'espa pace ce de pa pari rité té es estt ce pa parr la fo form rmat atio ion n de dess équations d'auto redondance. Les rés résult ultaas obt obtenu enuss son sontt com comparés parés par l'u l'util tilisa isatio tion n d'un d'unee autre autre techni technique que en l’occurrence le banc d'observateurs. Les pannes consi considérées dérées pour la simulati simulation on sont :   Panne capteur capteur de vitesse vitesse du véhic véhicule. ule. Cette panne panne à une incidenc incidencee directe sur l’état réelle réelle du régime moteu moteurr en conséquence le calculateur aura à compenser un manque ou un excès de gaso ga soil il (p (par ar l’ l’ac acti tion on sur sur les les in inje ject cteu eurrs et ce à caus causee des des défa défaut utss sur  sur  l’ensemble circuit et capteur).   Panne capteur capteur de pr pression ession du ccollec ollecteur teur d'admissi d'admission on.. Cette panne panne est due à la dérive de la ré résista sistance nce du capteu capteurr ou au mauvais contac con tactt du câble câble de liais liaison. on. Cett Cettee panne per perturb turbee le régi régime me mot moteur eur en 







outre il apparaît apparaî t le une indica indication tion ce comm qui impliq implique modification ion de la réponse du ré régulate gulateur ur deerroné la rampe commune. une. ue une modificat   Pan Panne ne su surr « EGR », la vanne vanne est coi coincé ncéee pos positi ition on de fermetur fermeturee Quan Qu and d la vann vannee « EG EGR R » est co coin incée cée en positi position on de fer ferme metu ture re,, aucu aucun n flux de gaz ne peut passer à travers la vanne « EGR », ce qui implique une augmentation de la température dans la chambre de combustion et une diminut diminution ion de la puiss puissanc ancee du mo moteu teur, r, aussi il est à sou soulig ligner ner une augmentation de la pollution du moteur.   Pan Panne ne d’inj d’inject ecteur. eur. El Elle le est sur surtou toutt dû à une panne panne de l’élec l’électro trovann vannee de l’injecteur ou sur la partie mécanique de l’injecteur lui-même, cette panne influe sur le régime moteur surtout au ralenti, elle diminue la puissance du moteur et crée une vibration du moteur ainsi une fumée blanche se

dégage de l’échappe l’échappement. ment. Remarque : Dans cette cette ét étude ude en simu simulation lation l’on cconsid onsidère ère cinq sorties du systèm systèmee : Pc_ad, Pc_ec, Tc_ad, Tc_ec , n, rep repré rése sent ntan antt resp respec ecti tive vem men entt les les pr pres essi sion onss du collecteur d'admissions et de l'échappement et les températures d'admission et d'échappemen d'écha ppementt ainsi que la vitesse de moteur. moteur. Concernant la structure du banc d’observateurs celui ci se compose de cinq observateurs chacun à une entrée autre que l’entré du système qui est la sortie du capteur capteur qui doi doitt être sensibl sensible. e. 55-2 2 détec détection tion des pannes capte capteur ur par l’esp l’espace ace de parit paritéé :

On utilise utilise le multim multimodèle odèle de type 4-26 formé par les matrices représentées représentées dans le paragraphe paragraphe 3-7, ansi que la formation formation matri matriciell ciellee 4 4-2 -27 7 pour la génération génération des résidus,, enfin les sortie résidus sortiess du systèm systèmee sont obtenus par simul simulation ation..

85

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

On calcule le vecteur de parité orthogonale à la matrice H 0   est on utilise la formule form ule 4-1 4-13 3 pou pourr la géné générat ration ion des résidu résidus. s. Dans Dans le cas de fonctio fonctionnem nnement ent norm no rmal al (abs (absen ence ce de dé défa faut uts) s) no nous us ob obte teno nons ns les les figu figure ress 55-1, 1, 55-2, 2, auss aussii en  présence de défauts capteur on a les figures, 5-3 à 5-4. Résidus du système Signal réelle pa Signal indique parr capteu capteur  r 

Signaux réelles Signaux indique par capteur 

Figure e 5-1 Signaux ux généré des sorties sortie réelle réelles s du système etredondance des sorties sorties du capte ur ainsi  Figur que lesSigna résidus pars les équations d’auto de capteur l’espace de  parité en absence de bruit de mesure m esure

86

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes Résidus du système Signal réelle Signal indique pa parr capteu capteur  r 

Figur Figuree 5-2 Signa Signaux ux des des sorties sorties réelle réelless du système système et des sortie sortiess du c pteur ainsi  que les résidus généré par les équations d’auto redondance de l’espace de parité en  présence de bruit de mesure m esure

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Chapitre 5

Simulations et détections des pannes Résidus du système Signal Sign al réel réelle le Signal indique pa parr capteu capteur  r 

sorties réelles du système système et des sorties du capteur capteur ainsi  Figure 5-3 Signaux des sorties que les résidus généré par les équations d’auto redondance de l’espace de parité cas  panne capteur de vitesse

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Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidus Résidu s du s stème Signal réelle Signal indique p par ar capte capteur  ur 

Figur Figuree 5-4 Signa Signaux ux des sorties sorties réelles réelles du système et des sorties sorties du capteur capteur ainsi  que les résidus généré par les équations d’auto redondance de l’espace de parité cas  panne capteur de pression de collecteur d’admission

89

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Les résidus générés en cas de fonctionnement normal du système (absence des  pannes) sont parfaitement nuls dans le cas idéal voir la figure 5-1, en présence de br brui uitt de me mesur suree les les rési résidus dus pr pren endr dron ontt des vale valeur urss pr proc oche he de zér zéro o et so sont nt généralemen généra lementt très inférieur au seuil de détectio détection. n. La valeur des résidus varie entre des valeurs négatives et d’autres positives et ce à cause du signe d du u ve vecteur cteur de p parité arité ainsi qu quee du bruit de mesure. mesure. Cas de simulation de panne de type biais additif, seul le résidu correspondant au cap capte teur ur défa défaill illant ant admet une val valeur eur sup supérie érieure ure au seuil seuil de détect détection ion voir  voir  figure 5-3 panne capteur de vitesse et 5-4 panne capteur de pression .En cas de  panne capteur de vitesse à l’instant t=95sec la valeur du résidu associé devienne devien ne impor importante tante par rapport au seuil de détect détection ion est cela jusqu' jusqu'àà l’instan l’instantt t=160se t=1 60secc où nous aur aurons ons la dis dispar pariti ition on de la pan panne ne ain ainsi si la val valeur eur du rési résidu du devienne négligeable par rapport au seuil de détection. En cas de panne panne capteu capteurr de pressi pression on nou nouss pouvons pouvons voir voir la variat variation ion du ré résid sidu u associé. L’application de l’équation d’auto redondance pour le diagnostic des pannes rend rend la localisati localisation on parfaite des capte capteurs urs défiants. défiants.

détections ions des pannes capteur par l’espace de parit paritéé : 5-3 détect

Pour la détection de pannes actionneur on utilise l’espace de parité robuste aux entréess incon entrée inconnues nues afin de générer les résidus voir figure 5-5 jusqu'à figure 5-20.

90

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidu du système

Résidu du système

  r 

Figure 5-5 Résidu insensible au 1 entrée   du système

Résidu du système

Figure 5-6 Résidu insensible au 2 entrée du système

éme

Résidu du système

Figure 5-7 Résidu insensible au 3 entrée du systè système me

  me

Résidu du système

Figure 5-8 Résidu insensible au 4 entrée du système

  me

Résidu du système

  r 

Figure 5-9 Résidu insensible au 1 entrée du système on présence du bruit 

  me

Figure 5-10 Résidu insensible au 2 entrée du système on présence du bruit 

91

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidu du système

Résidu du système

iéme

iéme

Figure 5-11 Résidu insensible au 3 entrée du système on présence du bruit 

Figure 5-12 Résidu insensible au 4 entrée du système on présence du bruit 

Les cas de fonctionnement normal du système, on peut faire la même remarque comme dans le cas précèdent voir figure 5-5 à 5-12. Résidu du système

Résidu du système 10

-10

  r 

iéme

Figure 5-13 Résidu insensible au 1 entrée du système on présence du bruit  et panne de 1er  actionneur 

Résidu du système

Figure 5-14 Résidu insensible au 2 entrée du système on présence du bruit  et panne de 1er  actionneur 

10

Résidu du système

-10 ié e

Figure 5-15 Résidu insensible au 3 entrée du système on présence du bruit  er  et panne de 1 actionneur 

iéme

Figure 5-16 Résidu insensible au 4 entrée du système on présence du bruit  er  et panne de 1 actionneur 

92

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidu du système

Résidu du système

éme

Figure 5-18 Résidu insensible au 2 éme entrée du système en présence du bruit  iéme et panne de 2 actionneur 

Figure 5-17 Résidu insensible au 1 entrée du système en présence du bruit  et panne de 2iéme actionneur 

Résidu du système 10

Résidu du système

-10

Figure 5-19 Résidu insensible au 3iéme entrée du système en présence du bruit  iéme et panne de 2 actionneur 

Figure 5-20 Résidu insensible au 4 éme entrée du système en présence du bruit  iéme et panne de 2 actionneur 

Les rési Les résidu duss gé géné néré réss pa parr la relat relatio ion n de pa pari rité té res reste te inse insens nsib ible less au aux x panne panness actionneur correspondant à l’entrée inconnu. Dans le cas de panne de l’ l’électrovan électrovanne ne « egr » seul le résidu correspond correspondant ant à l’ l’entrée entrée « Xegr » reste nul les autres rési résidus dus prenne prennent nt des valeurs valeurs supérieur supérieures es aux seuil seuil de détectio détection, n, voir figur figuree 5-13 à 5-16. L’eff L’effet et de cette panne est que le mélange mélan ge d’air chaux d’échap d’échappeme pement nt n’entre pas dans le collecte collecteur ur d’admissi d’admission, on, il en résult résultee l’augm l’augmentati entation on de la tempér température ature de com combustio bustion n ainsi que lles es émission émissi onss polluantes polluantes de de No et Nox. En out outre re nous aurons aurons une diminutio diminution n du régime moteur et l’augmentation de la consommation de gasoil. En cas de panne de l’injecteur le résidu associe à cette panne reste nul voir  figure 5-17. 5-17. Les autres résidus associés aux autres capte capteurs urs peuvent prendre des valeur non nul, voir figure 5-18 à 5-20. Dans le cas de panne actio actionneur nneur où nous aurons plusi plusieurs eurs actio actionneurs nneurs en pannes il est difficile d’isoler l’actionneur défaillant.

93

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

5-4 Détections des pannes capteur par banc d’observateur: Concernant la structure du banc d’observateurs celui ci se compose de cinq ci nq obs obser erva vate teur urs. s. L Les es fig figur ures es 5-20 à 55-21 21 repr représ ésen enta tant nt les sor sorti ties es de 5 observateurs observa teurs avec les sorti sorties es du système ainsi que les résid résidus us générés en état de fonctionnement normal du système. ésidus du système système

er 

5-21 -21 Signa Signaux ux des sorties sorties du 1 observateur en absence des pannes Figure 5

94

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du système Sortie d’ob d’observ servateu ateurr 2

0.5

ésidus du du s stème

-0.5 -1

Figuree 5-22 Signaux des Figur des sorties du du 2 iéme observateur en absence des pannes

95

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

ésidus du système Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 3

Figuree 5-23 Figur 5-23 Signau Signaux x des sortie sortiess du 3iéme observateur en absence des pannes

96

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 4

1

Résidus du système

-1

Figuree 5-24 Signaux des sortie Figur sortiess du 4 iéme observateur en absence des pannes

97

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidus de système Sortie du système Sortie d’ob d’observ servateu ateurr 5

Figuree 5-25 Signaux des Figur des sorties du du 5 iéme observateur en absence des pannes

98

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

L’erreur de reconstruction des sorties ne dépasse pas les 2% par rapport à la mesure du capteur associé, donc elle est inférieure au seuil de détection qui est de 5%, on conclus que tout les sorties de l’obser l’observateur vateur sont accepta acceptables bles.. Sortie du systèm systèmee

Résidus Résidu s du s stème

Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 1

Figure 5-26 Signa Figure ignaux ux des sorties du 1er  observateur pour une panne du capteur de vitesse vitesse

99

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidus du système Sortie du système Sortie d’ob d’observ servateu ateurr 2

iéme

Figuree 5-27 Signau Figur Signaux x des sorties sorties du 2

observateur observa teur pour pour une pann pannee du capt capteur eur de vitesse

100

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidus Résidu s du s stème Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 3

Figure 5-28 Signaux des sorties du 3 iéme obse observat rvateur eur pour pour une pann pannee du capt capteur eur de vitesse vitesse

101

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidus Résid us du s stème Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 4

Figuree 5-29 Signau Figur Signaux x des sorties sorties du 4iéme obse observa rvateur teur pour pour une pann pannee du capt capteur eur de vitesse

102

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidus Résidu s du s stème Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 5

Figuree 5-30 Signau Figur Signaux x des sorties sorties du 5iéme obse observa rvateur teur pour pour une pann pannee du capt capteur eur de vitesse

103

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidus du système

  r 

Figur Figuree 5-31 Signa Signaux ux des sorties sorties du 1 observateur pour une panne capteur de de pression du collecteur d’admission

104

 

Chapitre 5 1

x 10

     )     m      /     r 0      t      (     n

Simulations et détections des pannes

Vitesse du moteur 

0      %

-50

Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 2

-1

-100 0

400

50 100 150 Pression de collecteur collecteur d' d'air air d' d'admission admission

200

200

0

50

100

150

200

Pression de collecteur d'air d'écha d'échappement ppement

150

200

-50 0

50

100

150

200

50

100

150

200

50

100

150

200

50

100 temps (sec)

150

200

100

     %

0

50

100

150

200

Te Températur mpérature e de collecteur d'air d'ad d'admiss miss ion

0

-50 0 40 20

     )300      K      °      (      T250

     %

0

50

100

150

200

Températur Température e de collect eur d'air d'échappement échappement 900

0

-20 0

40 20

     )      K800      °      (      T

700

100

50

350

200

50

     % 0

     )      l     a 150     c     s     p     a      K100      (      P

50

0 50

     )      l     a     c     s     a200     p      K      (      P

0

Résidus Résidusdu du système sistème

50

     %

0

0

50

100 temps (sec)

150

200

  me

-20 0

Figuree 5-32 Signa Signaux ux des sortie sortiess du 2 observateur observa teur pour une panne capteur de pression du Figur collecteur d’admission

105

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidus du système Sortie du systèm systèmee Sortie d’ob Sortie d’observ servateu ateurr 3

Figure 5-33 Signaux des sorties du 3iéme observate observateur ur pour une panne capteur capteur de pression du collecteur d’admission

106

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidus du système Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 4

Figuree 5-34 Figur 5-34 Signau Signaux x des sortie sortiess du 4iéme observa observateur teur pour une panne capteur capteur de pression du collecteur d’admission

107

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Résidus du système Sortie du système Sortie d’ob d’observ servateu ateurr 5

Figure 5-35 Signaux des sorties du 5iéme observate observateur ur pour une panne capteur capteur de pression du collecteur d’admission

108

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

On peut int interp erprét réter er les résulta résultats ts préc précéde édents nts en examina examinant nt les sensibi sensibili lités tés des résidus vis-à-vis des sorties utilisées pour la reconstruction. er 

Ainsi le 1 observateur construit à partir de la première sortie qui présente un défa dé faut ut gé génè nère re des des esti estim mat atio ions ns sens sensib ible less aux aux dé défa faut utss de cett cettee so sort rtie ie.. Pa Par  r  conséquent les résidus de sortie sont eux aussi sensible aux défauts de cette sortie. Toujours pour cette observateur quand la 2ème sortie n’est pas utilisée dans la reconstruction les estimations des cinq sorties ne sont pas sensible aux défauts de la sortie 2. En ce qui concerne les résidus de sorties, seul le deuxième est sensible aux défauts de la sortie 2. Ainsi nous aurons cet état de fait pour  l’ensemble l’ensem ble que consti constitue tue le banc d’observateu d’observateur. r. On peut s’interroger sur l’avantage éventuel d’utiliser un autre observateur. Ce  point technique, lié à la robustesse de la détection, sort du cadre de ce  problème ; le lecteur peut approfondir cette étude à partir de la référence  [Gert 93]. 5-5 Cas d’une panne actionneur :

Pour une panne actionneur on utilise un observateur à entrée inconnue présenté dans le paragraphe 4-6-4, et comme nous avons quatre entrées du modèle on  peut construire quatre observateurs à entrée inconnue, les résidus générés par  ces observateurs observateurs en fonctionnem fonctionnement ent normale du système système sont représenté représentéss sur les figures 5-16, 5-17, 5-18, 5-19. On considère considère een n premi premier er lieu que la vann vannee « EGR » est touj toujours ours en po positio sition n de ferm fermet etur uree qu quel elqu quee so soit it so son n exci excita tati tion on,, les les sort sorties ies de dess obse observ rvat ateu eurs rs sont sont représenté repr ésenté sur les figures 5-20, 5-21, 5-21, 55 -22, 5-23. On consid considère ère en second lie lieu u qu’un qu’un injecteur injecteur est en pan panne ne lorsq lorsqu’ u’ il ne s’ouvre s’ouvre  pas quelque soit son excitation, les sorties des observateurs sont représentés ssur  ur  les figures figures 55-24, 24, 5-25, 55-26, 26, 5-28.

109

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du systèm systèmee Sortie d’ob Sortie d’observ servateu ateurr 1

er 

Figure 5-36 Signaux des sorties du 1

observateur à entrée inconnu en absence des pannes

110

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du système Sortie d’ob d’observ servateu ateurr 2

Figuree 5-37 Signa Figur ignaux ux des sorties du 2

iéme

observateur à entrée inconnu en absence des  pannes

111

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 3

iéme

Figure 5-38 Signaux des sorties du 3

observateur à entrée inconnu en

absence des pannes

112

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 4

On cas d’absence d’absence des panne tout les résidu sont nul leur leur indicti indiction on est variée variée par le fait des  bruit de mesure voir figure 36 à figure 39. La moyenne des valeur des résidu sur un fentre de calculee glissant est calcul est nul car les bruit du mesure mesure sont sont des bruit bruit blanc.

iéme

Figure 5-39 Signaux des sorties du 4 observateur à entrée inconnu en absence des pannes

113

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 1

Figure 5-40 Signaux des sorties du 1 er  observateur à entrée inconnu en cas de  panne sur l’électrovanne « EGR »

114

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du système Sortie d’ob d’observ servateu ateurr 2

iéme

Figure 5-41 Signaux des sorties du 2 observateur à entrée inconnu en cas de panne sur l’électrov l’électrovanne anne « EGR »

115

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du système Sortie d’ob d’observ servateu ateurr 3

iéme

Figure 5-42 Signaux des sorties du 3 iéme observateur à entrée inconnu en cas Figure 5-20: signaux de sorties du 3 observateur à entrée inconnu en cas de panne sur l’électrov l’électrovanne anne « EGR »  panne d’EGR

116

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 4

iéme

Figure 5-43 Signaux des sorties du 4 observateur à entrée inconnu en cas de panne sur l’électro l’électrovanne vanne « EGR »

117

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du système Sortie d’ob d’observ servateu ateurr 1

er 

Figure 5-44 Signaux des sorties du 1

observateur à entrée inconnu en cas

 panne d injecteur 

118

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du systèm systèmee Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 2

ieme

Figure 5-45 Signaux des sorties du 2 observateur à entrée inconnu en cas de panne d’injecteur 

119

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du système Sortiee d’ob Sorti d’observ servateu ateurr 3

iéme

Figure 5-46 Signa Figure Signaux ux des sorties sorties du 3 observateur à entrée inconnu en cas  panne d’injecteur 

120

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Sortie du système Sortie d’ob d’observ servateu ateurr 4

ieme

Figure 5-47 Signaux des sorties du 4 observateur à entrée inconnu en cas  panne d’injecteur 

121

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

Il est à souligner dans le cas de panne « EGR » l’ensemble des résidus issus des observa obse rvateu teurs rs 2, 3, 4 dépa dépassen ssentt les seuil seuilss de détec détecti tion, on, seul le 1er  observateur  génère un résidu nul. Voir figures 5-40 à 5-43. Le même constat est fait pour la  panne d e l’injecteur. Voir figures 5-44 à 5-47 5-6 Estimation des entrées inconnues : La procédure procédure de dét détect ection ion est basée sur la géné générat ration ion de vecteur vecteur de rési résidus dus en utilisant un multi observateur a entrée inconnue. Aussi nous avons utilisé la relation relati on 4-46 pour l’esti l’estimati mation on des entrée entréess inconnues (afin d’isoler la panne). Entréee du s stème Entré Entrée estimée Entrée du système

Figure 5-48 Signal estimé de command de l’électrovanne « EGR » et entrée réelle du système

ntrée ntr ée du du s stème stème

Figure 5-49 Signal estimé de command de l’injecteur et entrée réelle du système

Les ent entrée réess estim estimées ées sont trè trèss pert perturb urbées ées voir voir figure figure 5-48, 5-48, nous nous remarqu remarquons ons aussi qu’elles qu’elles sont très proche des entrées réelle réelless du système système voir figure 5-49.

122

 

Chapitre 5

Simulations et détections des pannes

5-7 Création d’un interface de simulation :

Lors de simulation de la structure D.D.P « Diagnostic Détection des Pannes » sous matlab il a été crée un interface graphique permettant la visualisation du composants composa nts du mote moteur ur qui sont soumis aux pannes ééventuel ventuelles les voir figure 5-50. A travers cet l’on suivre l’évolution panne sur les diffèrent composant et interface l’affichage en peut temps réel de la réponsede delastructure D.D.P. moteur 

Figure 5-50 I nterface nterface graphique de simulation

5-8 Conclusion :

L’étude en simulation de plusieurs cas nous permet de fournir d’une part la génération des résidus à l’aide de l’espace de parité celle ci offre des résultats es esccom ompt ptés és av avec ec un tr trav avaail de pr pro ogr gram amm matio ation n pe peu u cha harrgé gé,, d’ d’au autr tree pa parrt l’ l’ap appr proc oche he pa parr ba banc nc d’ d’ob obse serv rvat ateu eurs rs néce nécess ssit itee un unee ch char arge ge im impo port rtan ante te eu  programmation mais avec des résultats plus explicites. Concernant la détection de pannes actionneur nous avons utilisé l’espace de  parité robuste aux entrées inconnues ainsi que les observateurs à entrées inconnues.  Nous pouvons conclure que l’ensemble des résultats en simulation est satisfaisant.

123

 

Conclusion générale

Cette étude aborde le problè problème me de détectio détection n et diagnostic de défaut défautss dans les moteurs Diesel injection directe à rampe commune. Pour pouvoir répondre à cette problématique il a été nécessaire de passer par une étape préliminaire qui consiste en la modélisation physique du moteur en question, ce travail accompli dans sa dimension globale nous a permis de passer à l’étape d’identification des  paramètres par une approche neuro-floue. Il en découlera de cette partie la construction de multimodèles locaux découplés qui répondront avec une grande fi fidé déli litté pa parr rapp rappor ortt au sy syst stèm èmee ph phy ysiqu sique. e. Il es estt à so soul uliign gner er que que la dite dite co const nstru ruct ctio ion n né néce cessi ssite tera ra un travai travaill de si simu mula lati tion on so sout uten enu u av avec ec un d’essai important.

nombre nombre

Avant d’entamer la partie détection et diagnostic de défauts nous avons  passé en revue quelques techniques de «D.D.P » diagnostic et détection des  pannes afin de s’assurer la bonne adaptation de ces technique avec l’ensemble système et modèle. En effet nous avons appliqué les deux méthodes que nous avonss jug avon jugéé appr appropri opriées ées à sav savoir oir l’espac l’espacee de pari parité té et un banc banc d’ob d’obser servate vateurs, urs, nous no us av avon onss pro propo posé sé un unee st stru ruct cture ure « D.D D.D..P » aut autou ourr du bloc bloc de gé génér nérat atio ion n de résidus rési dus qui tie tiendra ndra com compte pte des défa défauts uts cap capteu teur, r, action actionneu neurrs, et systèm système. e. Une étude en simulation est faite sur cette partie en mettant en évidence l’apparition de panne sur l’ensem l’ensemble ble du systèm système. e. Après analyse de plusieurs exemples de simulations on peut dire que la struc str uctu ture re « D D.D .D.P .P » répo répond nd de faç façon on cla clair iree et cela cela en pr prése ésenc ncee de panne panness en donnant une analy analyse se sur les cause causess responsa responsables. bles. Enfin à partir de cette étude il convient de souligner les perspectives qui demeurent ouvertes ouvertes en proposant proposant l’étude de l’int l’intégrati égration on des pannes additives additives l’introduct l’int roduction ion de capteur spécif spécifique ique et ce pour détecter détecter la présence de l’eau dans le gasoil, l’insertion d’une commande tolérante aux pannes et pour clôturer la  boucle il sera nécessaire d’améliorer la surveillance en introduisant une structure de coopération Homme Machine.

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