مدلسازي و تحليل عملكرد و آلايندگي موتور احتراق جرقه اي در شرايط استارت سرد

Modeling and analysis of functionality and exhaust emission of spark ignited engine under cold start condition

در اين مقاله مدلي كنترل پذير از يك موتور EF7 در شرايط استارت سرد ارايه شده است. با به كارگيري اين مدل مي توان استراتژي كنترل مناسبي را جهت كاهش آلايندگي در شرايط استارت سرد ارايه نمود. اين مدل به طور كلي از 3 بخش عمده تشكيل شده است، بخش اول مدل مقدار متوسط موتور است كه پارامترهاي فلوي هواي ورودي به داخل چندراهه ورودي، فشار موجود در چندراهه ورودي، فلوي مخلوط سوخت و هواي ورودي به سيلندر و دور موتور را محاسبه مي نمايد. بخش دوم، مدل دمايي مسير خروجي است كه پارامتر دماي متوسط مبدل كاتاليست را محاسبه مي نمايد. بخش سوم، مدل آلاينده هاي خروجي است كه مقدار آلاينده هاي پر خطر منواكسيد نيتروژن و هيدروكربن هاي نسوخته موجود در گاز حاصل از احتراق را تخمين ميزند. در اين مدل اثر زمان بندي متغير سوپاپ هاي ورودي و خروجي سيلندرها كه نقش به سزايي در افزايش راندمان تنفسي موتور و در نتيجه افزايش راندمان كلي موتور و كاهش مصرف سوخت و آلايندگي دارند به خوبي مدل شده است. اين مدل بر اساس داده برداري هاي متعدد از موتور، جداول كاليبراسيون موجود در واحد كنترل الكترونيكي و روابط رياضي حاكم بر فرآيند به دست آمده است. در پايان نيز مدل ارايه شده با استفاده از يك موتور EF7-1700cc مجهز به زمانبندي متغير سوپاپهاي ورودي، كاليبره و صحه گذاري شده است و بيشترين خطاي حاصل از شبيه سازي در حدود 6.2% مي باشد كه مربوط به محاسبه دور موتور است. همچنين مدل آلاينده هاي خروجي نيز با دقت مناسبي مقدار آلاينده ها را تقريب مي زند.

In this paper, a control oriented model for EF7 engine during cold start phase has been presented. This model enables control engineer to develop an appropriate control strategy for emission reduction during cold start. This model generally consists of three main parts. First part is a mean value engine model which estimate intake air mass flow, intake manifold pressure, fuel and air mass flow that enter the cylinder and engine speed. Second part models exhaust path temperature. This part estimates the catalyst converter mean temperature. Third part estimates the exhaust harmful emissions quantities including unburned Hydrocarbons and Nitrogen monoxide (NOx). The model takes into account the influence of intake and exhaust valve variable timing on volumetric efficiency, engine efficiency, fuel consumption and emissions. This model has been obtained based on several measurements, ECU calibration tables and mathematical equations governing the process. Proposed model has been validated and calibrated based on data acquisition from an EF7 engine equipped with VVT. Results indicate that highest error of the model is for engine speed estimation and its value is about 6.2%. Moreover, the model estimates exhaust emissions value with appropriate accurately.