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This paper describes an innovative method to estimate the energy wall losses during the compression and combustion strokes of a gasoline engine using the cylinder pressure measurement. The estimation during the compression and combustion strokes allows to better represent the system during the combustion. A sliding mode observer is derived from a 0-d physical engine model and its convergence and stability are proved. The complete system is validated by comparing simulated cylinder pressure with measurements.

A high gain non linear observer is implemented to estimate the enclosed mass in the combustion chamber of a spark ignited engine. The observer uses the cylinder pressure measurement during the compression and combustion strokes to estimate the enclosed mass. An engine model is proposed and used as a virtual engine to build the observer. The model is validated by comparison with real measurements, obtained from experimental tests. The results of the observer are compared with the virtual engine model.

Rigidimeter is a device developed in order to determine the modulus of elasticity (MOE) of standing trees. It was used on a hybrid Larch clonal test located at INRA, Orléans, France. Some of the examined trees were felled and remeasured. The goal of this study was to contribute to the validation of the Rigidimeter, as a fast non-destructive and reliable tool for rapid evaluation of MOE, an important mechanical property of wood. Two measurements in orthogonal directions improve the accuracy especially in the presence of reaction wood. We have showed that two measurements of diameter including bark with a precision of ± 1 mm are sufficient to obtain a reliable second moment of area, which is an important parameter for the estimation of trunk MOE. Bark MOE is small compared to wood MOE, but bark thickness influences the measurement of tree diameter. A correction may be necessary to account for the presence of bark. We propose a method for estimating MOE of different trunk layers, such as bark and mature wood layer.

In this paper, a high gain observer is designed for a parameter varying polytopic model to estimate the enclosed mass in the combustion chamber of a spark ignited engine. The high gain strategy allows the design of an observer that handles the uncertain part of the system. The observer uses the cylinder pressure measurement during the compression stroke to estimate the enclosed mass. An engine compression model is used as a virtual engine to build the observer. The results of the observer are compared to the virtual engine model and a good agreement between the observed variables and the model was obtained.

This work gives tools to overcome the difficulty to determine experimentally physical properties for vegetable oils within the range of temperature typically observed during the injection phase in a diesel engine. Knowing vegetable oils' physical properties to these ranges of temperature is of fundamental importance when modeling their combustion in diesel engine. However, vegetable oils' experimental physical properties data are rare in the literature for temperature above 523 K. This paper describes experimental measurements and estimation methods for density, dynamic viscosity, thermal conductivity and heat capacity of vegetable oils for this particular range of temperature. The methodology uses several correlative methods using group contribution approach for each property and compares experimental data with predicted one to select the more accurate model. This work has shown the rapeseed and jatropha oils' physical properties can be satisfactorily predicted as a function of temperature using group contribution approach.

This paper presents a methodology dedicated to component sizing and fuel consumption evaluation of different degree of hybridization for light duty vehicles applications. The methodology will be described together with vehicle and components simulation and sizing principles. To ensure a systematic approach, with no bias for any of the cases considered, the energy management of the hybrid drivetrain will be carried out thanks to an optimization based on the Pontryagin's Minimum Principle. As hybrid fuel consumption is highly dependant on vehicle type of use, the hybrid vehicles will be evaluated on different actual use driving patterns as well as on missions representing the daily usage of the vehicle. The methodology and a panel of results are presented in the paper.

There are many engineering practical situations where heat is transferred under conditions of pulsating flow such as in the exhaust pipes of Internal Combustion Engines. In these conditions, heat transfer mechanism is affected by the pulsating flow parameters. The objective of the present work is to experimentally investigate heat transfers for pulsatile turbulent flows in a pipe. A unique experimental apparatus able to reproduce a pulsating flow representative of the engine exhaust has been designed. A stationary turbulent hot air flow with a Reynolds number of 30000, based on the time average velocity, is excited through a pulsating mechanism and exchanges thermal energy with a steel pipe. Pulsation frequency ranges from 10 to 95 Hz. The effects of pulsation frequency and pipe length are evaluated. It has been observed that flow pulsation enhances convective heat transfers in comparison with the steady case. The test-bench architecture let us to evidence that, when the flow is excited with a pulsation frequency equal to one of the resonance modes of the system, a local maximum of the heat transfers rate appears. Such behaviour has been found to be independent of the pipe length. Results also show that the actual Nusselt correlations to predict convective heat transfer are inaccurate for pulsating flows, suggesting that new correlations which account pulsation effects have to be proposed.

-Moteur hybride pneumatique: une étude de l'effet de la complexité de la distribution sur les modes pneumatiques-Bien que le rendement total d'un moteur à combustion interne soit élevé, ce potentiel ne peut être pleinement exploité sur une automobile : dans les conditions réelles d'utilisation, la charge moteur moyenne (et donc le rendement) est souvent faible. De plus, l'énergie cinétique en phase de freinage est totalement dissipée sous forme de chaleur. Cet article présente un concept de moteur hybride pneumatique, et les cycles thermodynamiques associés, capable de stocker de l'énergie (et de la réutiliser) sous forme d'air comprimé. Le concept est adaptable au moteur à allumage commandé aussi bien qu'au moteur à allumage par compression. Dans tous les cas, les gains de consommation sont étroitement liés à la performance de la distribution. Cette étude se focalise sur les deux modes pneumatiques majeurs: le mode pompe pneumatique et le mode moteur pneumatique. Pour chacun d'entre eux, trois différents types de distribution sont envisagés: type 4 temps, type 4 temps avec un arbre à came débrayable et type 2 temps entièrement variable. Un modèle cinématique de l'actuateur de la soupape de charge est présenté et implémenté dans un modèle zéro-dimensionnel du moteur hybride pneumatique. Les résultats issus de la simulation, pour chacun des 2 modes pneumatiques, et pour chacun des 3 types de distribution envisagés, sont présentés avec pour objectif d'

-Stratégies de gestion de l'énergie pour un moteur hybride pneumatique basées sur la reconnaissance du cycle de conduite-Cet article présente comparativement des stratégies de gestion de l'énergie pour un nouveau concept de moteur hybride : l'hybride pneumatique. Dans cette configuration spécifique, c'est le moteur lui-même qui est hybridé (et non le véhicule). Plusieurs stratégies de gestion d'énergie sont proposées dans cet article. La première est dite Causale (CS) car basée sur des principes heuristiques de décision. La deuxième est basée sur la minimisation d'un critère d'équivalence et est appelée stratégie à Coefficient de Pénalité Constant (CPC). Dans ce cas, les flux d'énergie (depuis chaque source chimique ou pneumatique) sont décrits dans des unités identiques. Ainsi, pour un même travail à produire, il est possible de faire une «balance» entre la consommation nécessaire selon chacune des deux sources d'énergie, et ceci avec un coefficient de pondération constant. La troisième stratégie utilise un coefficient de pondération variable selon la quantité d'air disponible dans le réservoir (i.e. état de charge) et est appelée stratégie à Coefficient de Pénalité Variable (VPC). Dans ce cas, le coefficient de pénalité est une fonction non-linéaire de la pression dans le réservoir. Un autre raisonnement consiste à considérer qu'il est nécessaire d'adapter également le coefficient à la situation de conduite (embouteillage, urbain, routier, autoroutier...), pour cela il est impératif de reconnaître la situation de conduite. Le coefficient peut alors être adapté, selon la situation reconnue à la valeur optimale prédéterminée pour des situations types. Cette stratégie, à reconnaissance de situation de conduite (DPR), se base sur une fenêtre glissante où la situation de conduite est considérée à changements lents (conservatisme). Une partie du travail a été d'optimiser la taille de la fenêtre d'identification. Les situations de conduite types sont décrites par des modèles statistiques (densité de présence). La reconnaissance du cycle est basée sur une fonction de corrélation. Afin de comparer les résultats obtenus sur différents cycles de conduite (homologués et Artemis) avec les différentes stratégies proposées, les consommations minimales atteignables obtenues par Programmation Dynamique (DP) sont également données. Les résultats montrent que 40% de gain de consommation peuvent être atteints sur certains cycles. Les résultats obtenus avec les stratégies «adaptatives» (VPC et DPR) sont meilleurs que ceux obtenus avec les stratégies « constantes » (CS et CPC). De plus, les résultats obtenus sont proches des résultats optimaux obtenus avec la programmation dynamique.

The goal is to develop a controller for a common rail injection system where the calibration process for the implementation is systematic and simpler. A 0D nonlinear model of the common rail system is designed. The common rail model contains strong nonlinearities which might be hard to handle from the control point of view. In order to overcome this constraint, an input-to-state linearization is applied to the common rail nonlinear model. This procedure yields with a virtual linear system, where two optimal Linear Quadratic Regulator LQR strategies are applied. Very good results are obtained, the calibration process is significantly simplified and the controller stability is ensured.

The effect of ozone addition on combustion of Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine was examinated to define a 0D physical model of combustion and proposed a predictive static model of combustion parameters. All parameters of the physical model were identified using a single-cylinder fueled with iso-octane running at constant engine speed (1500rpm) and equivalence ratio (ϕ= 0.3) but various EGR rate and ozone rate. Experimental data are used to validate the physical model. The results show that the 0D one zone model yields good results to capture combustion parameters like in-cylinder pressure maximum (Pmax), the corresponding angle (CADpmax) and the crank angle degree when 50% of the fuel had burned (CA50). All these parameter are strongly dependent on ozone addition and EGR rate. Then, mathematical equations are presented to describe the static relation between combustion parameters and both EGR rate and ozone addition.

In many industrial combustion chambers, the flame-wall interaction is still a relevant research subject ought to the fact that this complex phenomenon can induce high HC emissions. In the case of I.C. engines, it seems to be interesting to get new experimental data about flame quenching and local stretch rate effect on the flame. For that, we have decided to develop an experimental set-up which allows to be on head-on quenching configuration as in real case. By using Tomographic Particle Imaging Velocimetry and with the development of new algorithms, the determination of different quantities such as flame velocity, reactant one and flame speed versus different stretch cases is available. Therefore the aim of this paper is to criticise and to propose different methods to estimate as well as possible the local flame speed. For that, our method was firstly tested on simplified cases : spherical propagation or analytically generated flame front. Finally, it was applied on our configurat...

This paper describes an innovative method to estimate the energy wall losses during the compression and combustion strokes of a gasoline engine using the cylinder pressure measurement. The estimation during the compression and combustion strokes allows to better represent the system during the combustion. A sliding mode observer is derived from a 0-d physical engine model and its convergence and stability are proved. The complete system is validated by comparing simulated cylinder pressure with measurements.

To improve the prediction of the combustion processes in spark ignition engines, a 0D flame/wall interaction submodel has been developed. A two-zones combustion model is implemented and the designed submodel for the flame/wall interaction is included. The flame/wall interaction phenomenon is conceived as a dimensionless function multiplying the burning rate equation. The submodel considers the cylinder shape and the flame surface that spreads inside the combustion chamber. The designed function represents the influence of the cylinder walls while the flame surface propagates across the cylinder. To determine the validity of the combustion model and the flame/wall interaction submodel, the system was tested using the available measurements on a 2 liter SI engine. The model was validated by comparing simulated cylinder pressure and energy release rate with measurements. A good agreement between the implemented model and the measurements was obtained.

-Un modèle de combustion à allumage par compression basé sur la physique et la chimie tabulée : des modes de combustion contrôlés par la chimie jusqu'aux modes contrôlés par le mélange-Ce papier présente une nouvelle approche 0D phénoménologique pour prédire le déroulement de la combustion dans les moteurs Diesel à injection directe pour toutes les conditions d'utilisation usuelles. Le but de ce travail est de développer une approche physique en vue d'améliorer la prédiction de la pression cylindre et du dégagement d'énergie, avec un nombre minimum d'essais nécessaires à la calibration. Les contributions principales de cette étude sont la modélisation de la phase de pré-mélange de la combustion et une extension du modèle pour les stratégies d'injections multiples. Dans ce modèle, le taux de dégagement d'énergie dû à la combustion pour la phase pré-mélangée est relié à un taux de réaction moyen du carburant. Ce taux de réaction moyen de carburant est évalué à l'aide d'une approche basée sur un taux de réaction local de carburant tabulé et la détermination d'une fonction de densité de probabilité (PDF) de la fraction de mélange (Z). Cette PDF permet de prendre en compte la distribution de richesse existante dans la zone pré-mélangée. L'allure de cette PDF présumée est une β-fonction standardisée. Les fluctuations de la fraction de mélange sont décrites avec une équation de transport pour la variance de Z. La définition standard de la fraction de mélange, établie dans le cas de flammes de diffusion, est ici adaptée à une combustion pré-mélangée de type Diesel pour décrire l'inhomogénéité de la richesse dans le volume de contrôle. La chimie détaillée est décrite au travers de la tabulation du taux de réaction relatif à la flamme principale et du délai d'auto-inflammation relatif à la flamme froide, ces tabulations sont fonction de la variable d'avancement c, du taux de gaz brûlé ainsi que des grandeurs thermodynamiques telles que la température et la pression. Le modèle de combustion de diffusion est basé sur l'évaluation d'une fréquence de mélange qui est fonction du taux de turbulence dans la chambre et fonction de la masse de carburant vapeur disponible. Ce modèle de combustion est l'un des sous-modèles inclus dans le modèle thermodynamique de chambre de combustion basé sur une approche 2 zones différentiant gaz frais et gaz brûlés. De plus, un sous-modèle concernant la multi-injection a été développé pour prendre en compte les interactions entre les jets et pour décrire l'impact de la multi-injection sur le mélange air/carburant. Les résultats numériques ont été comparés aux mesures réalisées sur un moteur Diesel Renault de 2 litres. Pour l'ensemble des points de fonctionnement explorés, une bonne correspondance a été obtenue entre les résultats issus des simulations et les mesures expérimentales.

In this work, a model for predicting evaporation characteristics (constant of evaporation and evaporation time) of cottonseed oil and diesel fuel has been developed and validated experimentally in the temperature range of 684-917 K under atmospheric pressure. The experimental study is based on the fibre-suspended droplet evaporation technique. The theoretical model for predicting evaporation characteristics is based on the determination of transport properties and thermodynamic properties of different phases of cottonseed oil using the properties of its predominant fatty acids (linoleic, oleic and palmitic). Results show that taking into account convection in the quasi-steady model by the correlation of Ranz and Marshall is enough to give a good prediction of the constant of evaporation of diesel fuel in the studied temperature range. For cottonseed oil, the quasisteady model gives a good prediction for temperatures from 684 K to 773 K while for temperatures from 773 K to 917 K, it is necessary to take into account the convection and the influence of the heating period of the droplet for a good prediction of the constant of evaporation. For the duration of heating and evaporation time, the model gives a rather good prediction for cottonseed oil for the temperature range from 840 K to 917 K.

-Échange de chaleur convectif dans un moteur hybride pneumatique-Plusieurs études ont déjà montré que le concept d'hybride pneumatique est une alternative techniquement et économiquement viable à l'hybridation électrique. Malgré l'absence de combustion lors d'un fonctionnement en mode entraîné ou pneumatique, les échanges de chaleurs convectifs restent un facteur de premier ordre sur un bilan énergétique. Il faut donc disposer d'un modèle précis d'échange de chaleur instantané afin de prévoir la pression instantanée dans un cylindre du moteur. Cette étude montre que, à cause de l'extinction du mouvement de tumble à l'approche du point mort haut, la forme originale du modèle de Woschni n'est pas adaptée, pour un moteur opérant en mode pneumatique entraîné, à décrire la forme mesurée des échanges de chaleurs instantanés en fonction de l'angle vilebrequin. Les auteurs proposent une modification du modèle de Woschni décrivant plus fidèlement les échanges de chaleurs instantanés lors des courses de compression et de détente, applicable pour les modes pneumatique et entraîné avec coupure d'injection. En premier lieu, le nouveau modèle à paramètres constants est identifié à partir de mesures expérimentales effectuées en mode entraîné sous diverses conditions opératoires. Le mode suralimentation pneumatique sans combustion (allumage non déclenché) est alors étudié, en utilisant des valeurs de paramètres identiques à celles utilisées en mode entraîné. Cette étude montre que le modèle modifié reste pleinement applicable au mode suralimenté, et ceci malgré une certaine modification de la structure aérodynamique interne du cylindre créée par l'ouverture de la soupape de charge sous un haut rapport de pression.

Le but de ce travail est de verifier l'influence, d'une part, d' un ameliorant d' indice de cetane - le nitrate d'hexyle, et d'autre part, de la temperatu^e de l'air admis sur les delais d'inflammation des huiles vegetales dans un moteur diesel a chambre de turbulence. Les ^esultats revelent que dans un moteur sensible aux conditions rencontrees par le carburant au moment de I'injection: - 8% environ de nitrate d'hexyle sont necessaires aux huiles vegetales courantes pour avoir les memes valeurs de delai d'inflammation que le gazole, - les huiles presentant les delais les plus longs, avec une temperature d'admission de 25 deg C. retrouvent les valeurs de delais du gazole lorsque l'air est admis a 105 deg C (+80 deg C). (Resume d'auteur)