Innehållsförteckning. TSFS05 Fordonssystem Fö 2. En viktig bild. Vilka är de viktigaste egenskaperna för ett fordon? Vad är luft?

Relevanta dokument
Luft/Bränsleförhållande och bränsleomvandlingsgrad. Stegsvar: Trottel Luftmassflöde, Insugstryck, Moment

Fordonssystem. TSFS05 Fordonssystem. Vilka är de viktigaste egenskaperna för ett fordon? Genomgång av kursinformationen. Frivillig laboration?

C a H b +(a+ b 4 )(O N 2 ) aco 2 + b 2 H 2O+3.773(a+ b 4 )N 2. (A/F) = m a

Inneha llsfo rteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor (MoDr) Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor (MoDr) Fö 3 Arbetsprinciper, termodynamik och modeller för motormoment

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor (MoDr) Fö 3 Arbetsprinciper, termodynamik och modeller för motormoment

Kortfattat facit till Tentamen TSFS 05 Fordonssystem 22 december, 2009, kl 8-12

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor (MoDr) Fö 5 Lambda reglering, Emissioner, Bonus om Lambda

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

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

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Innehållsförteckning. TSFS05 Fordonssystem Fö 12 Motor Jämförelse Diesel och Bensin. Diesel- och bensinmotorer De stora skillanderna

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

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 14. Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor

Projektrapport Projekt 1 TSFS05. Linus Linusson Linnea Linneasdotter

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor (MoDr) Fö 4 Momentmodellen, Motorreglering

Laborationsrapport Laboration 1 TSFS05. Linus Linusson Linnea Linneasdotter

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor (MoDr) Fö 5 Lambda reglering, Emissioner, Bonus om Lambda

Mer om medelvärdesmodellering av motorer Generell modelleringsstrategi

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 9 Drivlina modellering. Drivlinans komponenter.

Innehållsförteckning. TSFS05 Fordonssystem Fö 11. Nedskalning och överladdning. Modelleringsstrategi MVEM. Kompressor och Turbin Modeller

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 8 Motor Övergripande reglering, laddtryck, knack och knackreglering

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Innehållsförteckning. TSFS05 Fordonssystem Fö 10. Drivlina. Drivlina Modellering. Model-Based Control. Drivlina Reglering.

Kursinformation. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 9 Drivlina modellering. Drivlinans komponenter. Innehållsförteckning

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 12. Diesel- och bensinmotorer De stora skillanderna

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 14. Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor

Innehållsförteckning. Kompressor och Turbin Modeller. Nedskalning och överladdning. Motor Repetition. Övergripande Reglering.

Systemteknik/Processreglering F3

Innehållsförteckning. Nedskalning och överladdning. Kompressor och Turbin Modeller. Motor Repetition Turboreglering. Motor Knack. Tändningsreglering

r c λ >1.1

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 07 Motor MVEM och Turbo. Modelleringsstrategi MVEM

Huvudlooparna. Luft och bränsle Arbete och emissioner. Indikatordiagram. En kort sammanfattning av termodynamiken

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 9 Motor Jämförelse Diesel och Bensin. Förbränningsprocesserna

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 12 Motor Jämförelse Diesel och Bensin. Förbränningsprocesserna

a) Vi kan betrakta luften som ideal gas, så vi kan använda allmänna gaslagen: PV = mrt

Innehållsförteckning. TSFS05 Fordonssystem Fö 7 Drivlina Reglering. Drivlina - Reglering. Drivlina - Reglering. Drivlina - Reglering

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 07 Motor MVEM och Turbo. Modelleringsstrategi MVEM

Systemteknik/Processreglering F2

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 12. Diesel- och bensinmotorer De stora skillanderna

Motor Begrepp. Fordonssystem. Fordonssystem. är att sträva efter: Fordon är idag datoriserad maskiner.

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 07 Motor MVEM och Turbo. Modelleringsstrategi MVEM

Systemskiss. Redaktör: Anders Toverland Version 1.0. Status. LiTH Fordonssimulator. Granskad Godkänd. TSRT71 Anders Toverland

Innehållsförteckning. Tändningsloopen. Repetition Ottocykelns effektivitet. Motor Knack Oktantal Oktantal & Knack. Tändningsreglering

Vad är diagnos? Diagnos i fordon och andra tillämpningar. Varför diagnos i fordon?

Innehållsförteckning. TSFS05 Fordonssystem Fö 9. Drivlina. Drivlina Modellering. Model-Based Control. Drivlina Reglering

Formalia. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 1. Varför modeller? Föreläsning 1: Modeller och modellbygge

Testprotokoll. Redaktör: Simon Malmberg. Version 0.1. Status LIU Flervariabla reglerstrategier för avancerade motorer. Granskad

Termoakustik motor för återvinning av spillvärme

EMERSON. Marine Fuel Measurement Solutions. Emerson Overview. Agenda Marin: Fuel Control - Efficiency. Michael Jägbeck

Systemkonstruktion Z2

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

Bränsleanalys och rökgaskalkyl. Oorganisk Kemi I Föreläsning

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

Föreläsning 1 Reglerteknik AK

AUTOMATIC CONTROL REGLERTEKNIK LINKÖPINGS UNIVERSITET. M. Enqvist TTIT62: Föreläsning 2. Här är

Sammanfattning av föreläsning 4. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 5. Identifiering av olinjära modeller

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 07 Motor MVEM och Turbo. Modelleringsstrategi MVEM

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 8. Motorreglering Kort historik

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 3. Sammanfattning av föreläsning 2 PID-reglering Blockschemaräkning Reglerdesign för svävande kula

Innehållsförteckning. TSFS05 Fordonssystem Fö 5. Luft och bränsle Arbete och emissioner. Trevägskatalysatorn och lambdafönsteret.

Förbättrad överhettartemperaturreglering med framkoppling från fysikaliska processmodeller. Martin Råberg

Why Steam Engine again??

övningstentamen I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

TURBO Systemskiss. 5 december Status. Granskad SL

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 8 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 8. strömningslära, miniräknare.

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 2

Föreläsning 2. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 3 september Avdelningen för reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

Modellbygge och simulering av L. Ljung och T. Glad - Kap 1-2

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik fk M (TSRT06)

Innehållsförteckning. TSFS09 Modellering och Reglering av Motorer och Drivlinor Fö 11 Drivlina Reglering. Drivlinemodellering. Drivlina - Modellering

Adaptiva metoder för förbättrad motor och fordonsreglering Testprotokoll. FADR - FordonsAdaptiv DriftsRegulator. Version 1.0.

Sammanfattning av föreläsning 5. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 6. Modellkvalitet och validering. Bias och varians

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 6 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 6. strömningslära, miniräknare.

Modellering av en Tankprocess

P1. I en cylinder med lättrörlig(friktionsfri) men tätslutande kolv finns(torr) luft vid trycket 105 kpa, temperaturen 300 K och volymen 1.40 m 3.

CHALMERS ROCK PROCESSING SYSTEM

Sammanfattning av föreläsning 11. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 12. Simulering. Föreläsning 12. Numeriska metoder och Simulering

AUTOMATIC CONTROL REGLERTEKNIK LINKÖPINGS UNIVERSITET. M. Enqvist TTIT62: Föreläsning 3 AUTOMATIC CONTROL REGLERTEKNIK LINKÖPINGS UNIVERSITET

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Höghastighetsturbiner för småskalig kraftvärme

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 2

Modellering av Dynamiska system. - Uppgifter till övning 1 och 2 17 mars 2010

Systemskiss. LiTH Reglering av Avgaser, Trottel och Turbo Niclas Lerede Version 1.0. Status. Reglerteknisk Projektkurs RATT LIPs

Reglerteknik AK. Tentamen 9 maj 2015 kl 08 13

TYP-TENTAMEN I TURBOMASKINERNAS TEORI

Betygstentamen, SG1216 Termodynamik för T2 25 maj 2010, kl. 9:00-13:00

Energiomvandling av biobränsle/torv/avfall i småskaliga anläggningar g med hjälp av höghastighetsgeneratorer

EXAMENSARBETE. Pressure and Flow Control of a Pulverized Coal Injection Vessel WOLFGANG BIRK CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET

REGLERTEKNIK KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120 Tentamen , kl

Kan lägre metanhalt göra biogasen mer lönsam?

Industriella styrsystem, TSIU06. Föreläsning 2

Temperaturreglering. En jämförelse mellan en P- och en PI-regulator. θ (t) Innehåll Målsättning sid 2

Industriell reglerteknik: Föreläsning 4

Simulering och reglerteknik för kemister

Bränsleanalys och rökgaskalkyl. Oorganisk Kemi I Föreläsning

Transkript:

Innehållsförteckning TSFS5 Fordonssystem Fö forts. Lars Eriksson - Kursansvarig Per Öberg - Vikarierande föreläsare Fordonssystem, Institutionen för Systemteknik Linköpings universitet larer@isy.liu.se Trottelflöde bränslets väg August 3, Vilka är de viktigaste egenskaperna för ett fordon? En viktig bild effektivt arbete = låg bränsleförbrukning låga emissioner = god miljö körbarhet säkerhet Luft och bränsle = arbete och emissioner Fuel Valves Exhaust manifold Throttle Air Emissions Intake manifold Cylinder Catalyst Piston Power Crank shaft Vad är luft? Bränsle Constituent Symbol Molar mass Volume [%] Mass [%] Oxygen O 3.999.95 3.4 Nitrogen N 8.3 78.9 75.53 Argon Ar 39.948.93.8 Carbon dioxide CO 44..3.5 Neon Ne Helium He. En enkel modell Syre är syre. Allt annat är atmosfärsiskt kväve. Air = O +3.773N Fuel Carbon Hydrogen Sulphur -octane petrol 85. 4.9. Motor petrol 85.5 4.4. Diesel oil 86.3 3.6.9 Kemisk energi till termisk energi (värme) C 8 H 8 +.5O 8CO +9H O +Värme Energivärde för ett bränsle: q HHV Higher heating value (vattnet i vätskeform kondensering) q LHV Lower heating value (vattnet i gasform) Isooktan C 8 H 8 ett vanligt referensbränsle q HHV = 47.8 [MJ/kg] q LHV = 44.3 [MJ/kg] Förbränning och stökiometri Perfekt förbränning av ett kolväte - Ett sensor/aktuator perspektiv Samband mellan aktuator och sensorer samt sensorer inbördes. C a H b +(a+ b 4 )(O +3.773N ) aco + b H O+3.773(a+ b 4 )N ṁat θth pi ṁfi θign λbc λac Stökiometriskt luft/bränsle-förhållande (A/F) = m a och (A/F) s = (a+ b 4 )( 6.+3.773 4.7) m f.a+.8b Normaliserat luft/bränsle-förhållande λ = (A/F) (A/F) s och φ = λ Intake Mth Ti Catalyst Exhaust Frigjord värme och en enkel modell Mload Me Q = min(λ,) m f q LHV N

Stegsvar: Trottel Luftmassflöde Stegsvar: Throttle Luftmassflöde 5 Throttle > Air mass flow Throttle angle [deg] 5 5 5 5 3 35 4.5 Air mass flow [kg/s]..5 5 5 5 3 35 4 Stegsvar: Trottel Insugstryck Stegsvar: Trottel Insugstryck 5 Throttle > Intake manifold pressure Throttle angle [deg] 5 5 5 5 3 35 4 8 Pressure [kpa] 6 4 5 5 5 3 35 4 Stegsvar: Bränsleinjektor Lambda sensor Stegsvar: Bränsleinjektor Lambda sensor 3.5 x 3 Fuel injector > lambda sensor Fuel injection [s] 3.5 4 6 8.4.3.. λ [].9.8.7 4 6 8 Model : Trottelrörelse Modell : Trottel med trottelregulator Input u Torque Motor Driving Torque Friction Load Torque (from air-flow) Spring Drivande moment, M th Trottelvinkel, α Rörelsedynamik, DC-motor med återföringsfjäder (Newtons a lag) d α +adα = b (M th M air ) c (α α ) Modellering av M air är inte lätt (montering och aerodynamic) Användning: Reglerdesign av trottelservo. Behövs en dynamisk modell? α = G th (s)α ref G th = Behövs en andra ordningens modell? Kärnfrågor vid modellering: Vad skall modellen användas till? Vilken nogrannhet behövs? sτ th +

3.996.36.8.6.4. Compressible flow restriction Sonic velocity Sub sonic velocity...3.4.5.6.7.8.9 Pressure ratio p r [ ] γ γ+ γ γ Luftflödesmodell Modell 3: Luftintag Ett system Kompressibel isentropisk strömning genom en strypning. ṁ at = p a RTa A th (α) C th (α) Ψ(p r ) Area A th (α) Kontraktion C th (α) Ljudhastigheten Regulator för luftflödet och trottel. Statiskt eller dynamiskt system? ṁ at = G at (s)ṁ at,ref α α Ψ(pr) = Ψ(p r ) [ ] γ γ γ γ ( pr pr ( ( ) γ+ ) ) γ+) ( γ γ+ ( ) γ pr > γ γ+ Andra ordningens system? G at (s) = sτ at + Sammanfattning av modellen, förslag till Projekt Innehållsförteckning ṁref Spjällhus αref Luftmassflödesregulator Spjäll- servo Luftmassflödesgivare αth Elmotor Modell uth ṁth Massflöde till cylinder Tryckuppbyggnads dynamik Simulering Insugsrörsmodell Validering Modell Modell 3 bränslets väg Fyra modeller (tre numrerade): Modell : Trottelrörelse u th α Modell : Trottelservo α ref α Luftmassflöde: A(α) ṁ at Modell 3: Luftmassflödesregulator: ṁ at,ref ṁ at - Massflöde till motor Motorgeometri Kort ordlista ṁat θth pi ṁfi θign λbc λac Intake Ti Catalyst Exhaust Beteckning Engelska Svenska V d Displacement volume Sveptvolym (motorvolym) V c Clearance volume Kompressionsvolym B Bore Borrning S Stroke Slag l Connecting rod length Vevstakslängd a Crank radius Vevaxelradie θ Crank angle Vevaxelvinkel Mth Me Mload N Insugsrör Fyllnadsgrad Insugsrör Luftflöde Fyllnadsgrad = volumetric efficiency η vol = volymflöde in i motor svept volym per tidsenhet = ṁac ρ a V d n cyl N n r = Beskriver motorns förmåga att suga in ny luft Mappas upp i bromsbänk η vol (N,p i ) Inkluderas som en delmodell i en större modell Ett exempel: ṁ ac n r ρ a V d n cyl N η vol (N,p i ) = c +c N +c p i +c 3 Np i +... Modellen för luftflödet till cylindrarna ṁ ac (N,p i,ρ a ) = η vol (N,p i ) ρ av d n cyl N n r densiteten från ideala gaslagen ρ = m V = p RT ṁ ac (N,p i,t i ) = η vol (N,p i ) p i V d n cyl N R T i n r η vol (N,p i ) mappas upp i bromsbänk parametrarna c i bestäms från mätdata med minstakvadratmetoden

Insugsrör Luftflöde Mappar Insugsrör Tryckuppbyggnad Air flow [g/s] 45 4 35 3 5 5 5 Luftflöde Air flow into cylinder η vol [%] 9 8 7 6 5 Fyllnadsgrad Volymetric efficiency Insugsrör Kontrollvolym med massbevarande Massförändring dm = ṁ at ṁ ac Tillståndsekvation ideala gaslagen 4.8.6 Manifold pressure [bar].4. 3 Engine speed [rpm] 4 5.8.6 Manifold pressure [bar] ṁ ac (N,p i ) η vol (N,p i ) Np i T i.4. 3 Engine speed [rpm] Vi kan ju mäta ṁ ac, så varför gå omvägen via η vol (N,p i )? Flödet beror på var vi kör men det gör inte effektiviteten. Modellen skall klara av andra omgivningstryck/temperaturer! 4 5 p i = mr T i V i Antar att R, T i och V i är konstanta dp i = R T i V i dm = R T i V i (ṁ at ṁ ac ) Simulering Ordinära differentialekvationer Implementering av tryckuppbyggnad Linjära system dx(t) = Ax(t)+Bu(t) y(t) = C x(t)+du(t) Olinjära system dx(t) = f(x(t),u(t)) y(t) = g(x(t),u(t)) [time ThrottleArea] From Workspace Throttle area Throttle mass flow Upstream pressure Upstream temperature Throttle Model Throttle Mass Flow pman Cylinder Mass Flow Inake Manifold Model Engine speed Cylinder mass flow Intake temperature Engine Mass Flow Model Cylinder mass flow Känner f(x,u), g(x,u), u(t), samt x(t ). Söker lösningen x(t) for t [t,t end ] t t dx(τ) dτ dτ = x(t) x(t ) Vad blir x(t)? t x(t) = x(t )+ f(x(τ),u(τ))dτ t Implementering i Simulink: u(t) = s u(t) Numeriska lösningsmetoder (Euler, Runge-Kutta, Adams,...) ODE för tryckdynamiken i insugsröret Throttle Mass Flow Cylinder Mass Flow K dp R*Tman/Vman s Manifold Pressure p pman Specifiera initialtillståndet p = p(t ) i s dp = R V T (ṁat ṁac) p(t) = p + t t dp p(t) = p + R T V (ṁat ṁac) p(t) = p + s R V T (ṁat ṁac) Insugsrör Modellvalidering Insugsrörsmodell Validering Validering Jämföra modell och verklighet (mätning) [time ThrottleArea] Throttle area From Workspace Throttle mass flow Upstream pressure Throttle Mass Flow Upstream temperature pman Throttle Model Cylinder Mass Flow Engine speed Cylinder mass flow Intake temperature Cylinder mass flow Inake Manifold Model Engine Mass Flow Model Koppla in uppmätta signaler till modellen Simulera Utsignal Jämför simuleringsresultatet med mätningen Insugsrör Modellvalidering Bränslets väg Trottel, insugsrör, fyllnadsgradsmodell Throttle Angle [V].45.4.35.3.5.5.5 3 3.5 4 4.5 5 Intake Manifold Pressure [kpa] 6 55 5 45 4.5.5.5 3 3.5 4 4.5 5

Modelleringsuppgift Bränsleinjektor Injektorn öppnas av en puls % Valve position.3 Timedelay and wall wetting. φ []. % t_inj φ [].9 Fuel inj. normalized φ=/λ.8 4 6 8 time [s].5.95.9.85.8.5.5 3 3.5 4 4.5 5 time [s] Sammanslagen öppnings- och stängningstid t. Injicerad massa Bränsleflöde m fi = c p (t inj t (u batt )) ṁ fi = Nn cyl n r m fi = Nc (t inj t (u batt )) Bränsleflöde Bränslefilm Bränsleflöde Bränslefilm Fuel Injector Inlet Valve Intake Manifold Fuel Puddles Engine Cylinder En del ( X) går direkt in i cylindern. En del X träffar väggarna och fastnar i en bränslefilm. Bränslet avdunstar från filmen med en tidskonstant τ fp och går slutligen in i cylindern. (A/F) Transportfördröjning och sensordynamik Bränslets väg Validering In till cylinder λ(t) = ṁac(t) ṁ fc (t) (A/F) s Tidsfördröjnig, τ d (N) λ exh (t) = λ(t τ d (N)) Sensordynamik d λ s(t) = (λ exh(t) λ τλ s (t)) d λ s(t) = τλ (λ(t τ d(n)) λ s (t)) (A/F) Modellvalidering Injektor, väggvätning, tidsfördröjning och sensordynamik. (A/F) Modellvalidering (en annan motor) 3.5 x 3 Timedelay and wall wetting Injection time [ms] 6.6 6.5 6.4 6.3 6. 6. Injection time [s] 3.5 4 6 8 Lambda.6.4..98.96 6.5.5.5.5.5.5 λ []...9.8 Measured Modeled.7 4 6 8 4 Glöm inte bort att sätta initialvärden!

Innehållsförteckning Modelleringsmetodologi parameterbestämning bränslets väg Hur kan man bestämma modellparametrar? Fysik och grundläggande principer. Givet i datablad från tillverkaren. Stegsvarsexperiment (se laborationskompendiet). Uppmätta insignaler in till modellen, jämför modellutsignal och uppmätt utsignal. Manuell tuning Systematisk optimering, minstakvadrat Trottelflöde Massflöde till cylinder Tryckuppbyggnads dynamik Simulering Insugsrörsmodell Validering bränslets väg Bränsleinjektor Bränlsedynamik Bränslefilm Bränslets väg Validering