Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 06 Motor MVEM och Turbo. Kursinformation.

Transkript

1 Innehållsförteckning SFS9 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 6 Motor MVM och urbo Lars riksson - Kursansvarig Fordonssystem, Institutionen för Systemteknik Linköings universitet larer@isy.liu.se Motor urbo restanda och modellering October, 6 Förra erioden (Projekt ) Grundläggande motor Arbetsrincier missioner Motorreglering Denna eriod (Projekt + + enta): urbo modellering (Proj del ) urbo reglering (Proj del ) Motor fördjuning ändningsreglering urbo Diesel Avancerade motorkoncet Diagnos Drivlina modellering (Proj del ) Drivlina reglering (Proj del ) Innehållsförteckning Motor urbo restanda och modellering

2 8 6.9 H H O O NO x.. λ Lambda window NO x Medelvärdesmodellering Inomcykelmodeller: V-diagram, Momentmodellen Reglering av luft och bränsle (fram- och återkoling) ṁat αth im ṁfi θign λbc λac Innehållsförteckning atalyst Intake xhaust Motor urbo restanda och modellering im Mth Me O volume in % NOx and H in ½ Mload N Mer om medelvärdesmodellering av motorer Generell modelleringsstrategi Reetition viktiga storheter ryck Massflöde ṁ (emeratur ) Metodik = Söndra och härska Kontrollvolym Restriktion Kontrollvolym Restriktion... Volymerna i rör Kontrollvolymer Mass- & energi-bevarande Diffekvationer: dm dt = ṁin( ) ṁout( ) d dt =... Komonenter som styr flödet Restriktioner eller umar Mass- & energi-transort Statiska ekvationer: ṁin( ) = f(,...)

3 Modeller för massflöden Olika modeller beroende å flödeskaraktäristik. Är flödet turbulent eller laminärt? Re = ρud µ Re > 5 flödet är turbulent Re < flödet är laminärt = / ie flow / = ρ ṁ ρa d Med vilken hastighet strömmar gasen? U < 7 m/s inkomressibelt flöde U > 7 m/s komressibelt flöde De flesta flöden i motorer är: turbulenta inkomressibla µ = ṁ πd µ Vissa reglerventiler kräver komressibla flödesmodeller Inkomressibelt flöde Laminärt flöde R us = lam ṁ ṁ = us lam us R us där lam = är en komonentkonstant och R us beskriver us inlosdensiteten. urbulent flöde = ρus U R us = ṁ us us ṁ = R us Båda innehåller densitets korrektion ρus = R us us Inkomr. Intercooler, luftfilter och avgassystem Validering Intercooler, luftfilter och avgassystem Air Filter Pressure Model Intercooler Pressure Model 5 8 af [kpa] Measured Model. m / a a air ic [kpa] 6 Measured Model m c air c / xhaust System Pressure Loss Intercooler Residual Plot es [kpa] 5 Measured Model 6 8. m / t a+f t ic,mod int,meas [kpa] m c air c /

4 α α omressible flow restriction Sonic velocity Sub sonic velocity Pressure ratio r [ ] γ γ γ γ γ γ+ γ+ γ r Komressibelt flöde Komressibelt flöde rottel och andra styrventiler Komressibel isentroisk strömning genom en stryning ṁat(α,amb,amb,π) = amb Ramb Ath(α) th(α) Ψ(Π) tt exemel: rotteln Area Ath(α) Kontraktion th(α) Ljudhastigheten Ψ( r ) [ ] Ψ(r) = ( r ( ( ) γ ) ) γ+) ( γ γ+ ( r > γ+ ) γ γ emeraturmodeller Intercooler emeraturmodeller Avgastemeratur Flödesrestriktionsmodell enligt ovan emeraturmodell baserad å effektivitet εic = c ic c cool Bestäm εic(ṁic,cool,ṁcool,...) från motorma. Använd modellen ic = c εic(...)(c cool) Modelleringsrincier Överbliven energi från den termodynamiska cykeln. Värmeöverföring från avgasrör, turbin och katalysator till omgivningen. Omfattande material i boken Huvudbudska: Det finns modeller!

5 Gas temeratures Wall temeratures ngine A Dynamic data ime [min] o Model w Model Avgastemeratur Statisk modell Validering Avgastemeratur Dynamisk modell Validering emeraturen starkt massflödesberoende Dynamik: Gas (.s) - Sensor (s) - Väggtemeratur (s) ngine B urbine inlet temerature ngine [K] Measured Model Model [K] ev bc Model Model [K] o w w xhaust mass flow [kg/s] xhaust mass flow [kg/s] w w Innehållsförteckning Grundläggande om turbo Motor urbo restanda och modellering

6 a) b) c) e) d) f) Överladdning Suercharging Metoder för överladdning Definition Från komendiet Suercharging is the collected name for several methods that increase the intake air density, i.e. methods that charges extra air to the cylinder, and one articular method is called turbocharging. a) Mekanisk överladdning b) urboladdning c) våstegs turbo, seriell d) våstegs turbo, arallell e) Motordriven komressor f) urboladdning med turbocomound tt turboaggregat Nedskalning och överladdning entrifugalkomressor Radialturbin Betrakta ett fordon som kan utrustas med två olika motorer. Varför ger en stor motor högre bränsleförbrukning än en liten? Svaret ligger i att motorn alltid körs å dellast.

7 Volume/V c Nedskalning Dellastförluster sfc [g/kwh] Hur utnyttjas bruttoarbetet? ngine torque [Nm] 6 5 Pressure [bar] ngine seed [RPM] Volume/V c Hur utnyttjas bruttoarbetet (i en. liters motor)? Nedskalning och överladdning Utilization of Gross Indicated Work.9 Puming.8 Friction.7 Utilization [%] Useful orque [Nm] Pressure [bar] Bränsleförbrukning som funktion av last. Mindre motor,.6 liter, är mer effektiv......men mindre roligt att köra. urboladdning av.6 liters motorn. förbättrad bränsleförbrukning utan förlorad accelerationsrestanda. turbofördröjning, och liten effektivitetsförlust.

8 Π c Surge Line omressor Ma N = c.5 N =8 c.76 = = = W [kg/s] c,corr = urbine Ma xansion Ratio /Π t urboladdning och momentkaraktäristik Innehållsförteckning orque orque deficiency urbo charged engine Naturally asirated engine Shaed orque Motor urbo restanda och modellering ngine Seed Komressor- och turbinrestanda Maar Komressor- och turbinekvationer orrected flow [kg/s] fficiency [ ] På tavlan Pressure ratio Πc = xansion ratio = Πt Korrigerat massflöde och korrigerad hastighet ffektivitet Hur bestäms komressor- och turbinrestanda?

9 _amb _amb ambient _amb ambient _amb xhaust Restriction W_es u W_af m flow u u m flow u flow _ambient _amb ambient _amb_ flow Air filter Restriction W_af [kg/s] Air filter Receiver _es [K] _es Ground u u _af _es Ground6 _af urbine Receiver _es[pa] _es omressor _es _af [Pa] _af [K] w_tc u_wg _em _em _turb m_es q_t w_tc u_wg [...] 5 W_com [kg/s] m*_c _c q_c _Raf _Raf w_tc _Rc w_tc [rad/s] q_c q_t dynamics urbine and wastegate omressor Receiver _em [K] _em Ground u u _Rc _em _c Ground5 9 _em[pa] xhaust Manifold n_e W_ic _cool cool _c [K] rad/s > U/min /i conv W_ic _u _u em w_e W_e w_e 6 W_ic [kg/s] u_th [deg] im im ti q_e Intercooler 5 _ic [Pa] _c [Pa] W_e_fg erminator 6 _ic [K] MALAB Function degarea lambda [ ] ngine Intercooler Receiver Ground u _ic 7 _i m[pa] _im _im _ic u m flow u effective area down flow down Butterfly throttle Intake manifold 8 _im [K] u down 7 W_th [kg/s] Ground W_th 8 W_cyl [kg/s] Π c Surge Line omressor Ma N = c.5 N =8 c.76 = = = W [kg/s] c,corr = urbine Ma xansion Ratio /Π t Bestämning av komressor- och turbinrestanda Komressor och urbin Modeller ṁc V ωtc B M ṁa,tu ṁf,tu Grundläggande rinci Generaliserade restriktioner i MVM ṁ = f(π,ωtc) η = f(π,ωtc) W = f(π,ωtc,in) orrected flow [kg/s] fficiency [ ] - Komressor, - urbin, V - reglerventil, B - brännare M - Mekanisk komressor n MVM för en urbomotor Stegsvar för turbomotor - urbo lag down down down down down down down down _cool [K] mflow e _down _fwd_flow [K] _down air Flow lambda down hrottle [%] Pressure [kpa] ω tc [krad/s] ime [s]

10 Innehållsförteckning Motor urbo restanda och modellering