Skattning av cylinderseparerat moment för effektivare och renare förbränning

Transkript

1 Skattning av cylinderseparerat moment för effektivare och renare förbränning Marcus Hedegärd April 4, 2016

2 Doktorand på Chalmers en mycket kort tid till, och jobbade tidigare med hystereskompensering för momentgivare. Handledare: Torsten Wik. Sammarbetspartner: Volvo (Johan Engbom, Krister Fredriksson, och Esteban Gelso).

3 Problemformulering 6-cylindrig 13 liters turbo diesel motor. För feldiagnosis och möjlig kompensering behöver vi kunna göra observationer av förbränningsprocessen. Cylindertryck ligger nära förbränningsprocessen. Även viktigt för att kunna identifiera bränsletyp. Problem att kunna mäta direkt, och därför önskvärt att estimera trycket från svänghjulsgivaren.

4 Problemformulering Output-Propellershafshaft, chassis, wheels, etc Oscillationdamper, Camshaft,etc Cylinders T 1 Crankshaft T nc Flywheel J F T E T D θ F Clutch Gearbox Inputshaft Antas först att både θ F och T D mäts. T i, i = 1,...,6 eller motsvarande tryck är obekanta. Antas för enkelhets skull att vevaxeln är styv. J F θf (t) = 6 i=1 T i(t) T D (t). (1) En lösning till Ekvation (1) är T 1 = J F θf +T D och T i = 0, i 1, vilket inte är den önskade lösningen.

5 Möjliga lösningar: En mer begränsad problemformulering behövs. Svårt problem, och det finns tusentals artiklar med metoder. T i (t) = L i (θ F (t))p i (t), där L i är hävarmen för cylinder i. Tryckparameterisering: p i (θ) = [ χ T ϕ (θ),χt φ (θ) ] [ ϕ φ i ], θ [ 180,540], (2) χ T ϕ och χt φ : vektorer av basfunktioner. ϕ: vektor av uppmätta parametrar (insugstryck etc). φ i : cylinderindividuell vektor av fria parametrar av längd n φ.

6 Metod för identifiering av optimala baser: Önskar så få fria parametrar n φ som möjligt. Funktionerna i χ φ och χ ϕ parameteriseras med kubiska splines. De okända parametrarna är då både φ i och splineparametetrarna, vilka ingår i produkt. Leder till icke konvext problem. Lösning: utnyttjas att en bas kan väljas så att φ i består av tryck i distinkta vinklar.

7 Resultat: Tryckdata för olika kombinationer av timing och mängdfel uppmätt MPa i testcell (över 200) Identifierad bas för n φ = 3: CAD MPa p 0 ˆp 0 ˆψ 0 + ˆψφ ˆψ Ic p Ic CAD

8 Egenskaper: δ: kvoten mellan antalet obekanta och antalet ekvationer för ett ekvationssystem. δ önskas så litet som möjligt och måste vara mindre än 1. Med hjälp av Fourierserier kan det visas att ekvationen J F θf (t) = 6 i=1 T i(t) T D (t), (3) med tryckparameteriseringen insatt svarar mot ett ekvationssystem med δ = 6n φ 2N +1, (4) där N [18,24] är antalet multiplar av grundfrekvensen som kan utnyttjas i data.

9 Egenskaper: N n φ δ Överbestämt ekvationssystem och därför möjlighet för robust design. Användning av baser minskar problem med estimering av tryck kring TDC.

10 Estimering utan momentsensor: Output-Propellershafshaft, chassis, wheels, etc Oscillationdamper, Camshaft,etc Cylinders T 1 Crankshaft T nc Flywheel J F T E T D θ F Clutch Gearbox Inputshaft För intressanta frekvenser kan vi sätt T D = G D (p)θ F där G D är en överföringsfunktion. Gäller ej medelmomentet. Leder till ekvationssystem med nästan lika små δ. Slitage och åldring av koppling. Möjlighet att identifiera G D online.

11 Projektslut: Slutdatum: sista Maj. Kvar: Felsökning. Implementering.