تعيين شروع و طول احتراق موتور اشتعال‌تراكمي مخلوط‌همگن به روش مقدار متوسط براي كاربردهاي كنترلي

Defining Start and Duration of Combustion in HCCI Engines using Mean-Value Method for Control Applications

امروزه موتورهاي اشتعال تراكمي مخلوط همگن، انديشه‌اي نوين براي كاهش مصرف سوخت و آلاينده‌هاي توليدي موتور محسوب مي‌شوند. به همين علت بررسي‌هاي گوناگوني در اين زمينه انجام شده است. مهم‌ترين مشكل براي انبوه‌سازي اين موتورها در صنعت، دشواري كنترل احتراق در آنها است. برخي از متغيرهاي موتور بر احتراق و عملكرد آن تأثير بسزايي دارند. بررسي اين متغيرها در يك الگوي تك ناحيه‌اي، شدت تأثير هر يك از آنها بر عملكرد موتور را به طور كيفي مشخص مي‌كند. در اين مقاله يك مدل تك ناحيه‌اي با در نظر گرفتن سينتيك مفصل شيميايي در محيط برنامه نويسي نرم‌افزار متلب ايجاد و پس از واسنجي، تأثير متغيرهايي نظير فشار و دماي مخلوط ورودي، نسبت هم‌ارزي، مقدار گازهاي برگشتي، رطوبت نسبي و دور موتور بر زمان شروع و طول دوره احتراق به دقت بررسي شد. سوخت موتور در اين بررسي متان بوده و زمان شروع احتراق، لحظه‌اي در نظر گرفته شده كه 5درصد سوخت موجود مصرف شده است. در نهايت از برازش نتايج حاصل از شبيه‌سازي، رابطه‌اي براي زمان شروع و طول دوره احتراق با تكيه بر اصول مدل‌سازي روش مقدار متوسط به منظور استفاده در مدل‌هاي كنترل‌گرا ارائه شده است. همچنين مقدار ميانگين مشتق سوم فشار بر حسب درجه لنگ در لحظه شروع احتراق براي موتور مورد نظر گزارش شده كه يكي از مهمترين معيارهاي تعيين زمان شروع احتراق در كاربردهاي كنترلي است.

In recent years, homogeneous charge compression ignition engines are a promising idea to reduce emissions and fuel consumption of internal combustion engines. Thus many researchers and industries have focused on this topic. Combustion phasing control is the main problem in the mentioned engines’ commercialization. There are some key parameters affecting the combustion characteristics. A single zone thermodynamic model can investigate these effects numerically. In this paper, a single zone thermodynamic model is developed and validated with experimental data. The developed model includes detailed chemical kinetics. This model is used to study the effects of inlet temperature and pressure, equivalence ratio, exhaust gas recirculation rate, inlet air humidity and engine speed on the start of combustion and its duration. The fuel was pure methane and the start of combustion is defined at a crank angle where 5% of the fuel is consumed. As a result, an interpolated relation was introduced to be used in control-oriented models. The third derivation of pressure due to crank angle is either calculated as the most important start of the combustion indicator in control utilization. The results show the proper accuracy of the model and the introduced relations. The effect of inlet air humidity on the start of combustion is negligible.