Экстремальное регулирование цикловой подачи топлива в ДВС на основе обратной связи по сигналу ионного тока

Экстремальное регулирование цикловой подачи топлива в ДВС на основе обратной связи по сигналу ионного тока

Автор: Будко Артем Юрьевич

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Рубрика: Информатика, вычислительная техника и управление

Статья в выпуске: 6-1 т.19, 2017 года.

Бесплатный доступ

Статья посвящена вопросам разработки адаптивных методов управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС) на основе обратной связи по сигналу ионного тока. Приведен краткий обзор методов контроля и регулирования соотношения воздух/топливо и сформулирована цель исследования. Цель исследования заключается в разработке проблемно-ориентированной модели интегральной характеристики сигнала ионного тока и системы экстремального регулирования цикловой подачи топлива на ее основе, способной обеспечить возможность работы двигателя на заданном соотношении воздух/топливо в условиях параметрической неопределенности объекта управления. На основе анализа работ сторонних авторов, а также экспериментальных исследований, обоснована возможность применения сигнала ионного тока в системах управления топливоподачей ДВС для решения задачи поддержания заданного соотношения воздух/топливо по принципу экстремального регулирования. На основе аппроксимации экспериментальных данных получены функциональные зависимости интегральной характеристики сигнала ионного тока от коэффициента избытка воздуха для различных режимов работы двигателя. На основе полученных функциональных зависимостей и математического аппарата передаточных функций разработана и верифицирована проблемно-ориентированная математическая модель интегральной характеристики сигнала ионного тока. Разработанная математическая модель, с учетом влияния коэффициента избытка воздуха, позволяет учитывать следующие динамические и статические характеристики процесса сгорания топлива: задержку воспламенения, время выгорания топлива, динамику выгорания топлива, энергетику процесса сгорания. На основе разработанной математической модели в программе MATLAB построена имитационная модель системы экстремального регулирования цикловой подачи топлива с обратной связью по интегральной характеристике сигнала ионного тока. Результаты моделирования показывают, что разработанная система экстремального регулирования способна обеспечить работу ДВС в области естественного экстремума функции зависимости интеграла ионного тока от коэффициента избытка воздуха. Также показано, что применение метода введения фиктивного экстремума позволяет обеспечить работу двигателя на любом заданном отношении воздух/топливо в пределах воспламеняемости топливно-воздушной смеси.

Еще

Двигатель внутреннего сгорания, сигнал ионного тока, система экстремального регулирования, численное моделирование

Короткий адрес: https://sciup.org/148205380

IDR: 148205380

Список литературы Экстремальное регулирование цикловой подачи топлива в ДВС на основе обратной связи по сигналу ионного тока

  • Ясников И.С., Ивашин П.В., Шайкин А.П. К вопросу о турбулентном распространении пламени в замкнутом объеме//Журнал технической физики. 2013. Том 83. Вып. 11. С. 39-43.
  • Reinmann R., Satizkoff A., Mauss F. Local AFR measurements using the spark plug as an ionization sensor. SAE paper 970856. 1997. pp. 1224-1234.
  • Estimating pressure peak position and AFR using the ionization current and artificial neural networks/Wickstrom N., Taveniku M., Linde A., Larsson M., Svensson B.//In Proceedings of the IEEE Conference on Intelligent transportation systems, November 1997. 1998. pp. 972-977.
  • Robust AFR estimation using the ion current and neural networks/Rognvaldsson T., Golunski S. E., Carlsson C., Hellring M., Reinkingh J., Larsson M., Munther T., Wickstrom N.//SAE paper 1999-01-1161. 1999. pp. 1585-1589.
  • Upadhyay D., Rizzonl G. AFR control on a single cylinder engine using the ionization current//SAE paper 980203. 1998. pp. 392-399.
  • Schneider D., Lai M.-C. D. Real-time air/fuel control in a small engine using the ionic current signal//SAE paper 1999-01-3323. 1999. pp. 2012-2020.
  • Filipek P. Estimating air-fuel mixture composition in the fuel injection control process in an SI engine using ionization signal in the combustion chamber//Eksploatacja i Niezawodnosc -Maintenance and Reliability. 2013. 15 (3): 259-265.
  • Einewall P., Tunestål P., & Johansson B. The Potential of Using the Ion-Current Signal for Optimizing Engine Stability -Comparisons of Lean and EGR (Stoichiometric) Operation//In SAE Special Publications. Vol. 2003, pp. 191-202.
  • Контроль параметров процесса сгорания в двигателе внутреннего сгорания по сигналу ионного тока/А.Ю. Будко, М.Ю. Медведев, Р.Ю. Будко, П.В. Ивашин, А.Я. Твердохлебов, Д.Н. Герасимов, В.В. Рахманов//Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т.18. №4. С.256-263.
  • Analysis of Ion Current Integral Characteristics for Estimation of Combustion Process Parameters in Internal Combustion Engines/Artem Yu. Budko, Michail Yu. Medvedev, Raisa Yu. Budko, Pavel V. Ivashin, Andrey Ya. Tverdokhlebov, Dmitriy N. Gerasimov, and Vitaly V. Rakhmanov//International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research. 2017. Vol. 6. No. 3. pp. 188-193.
  • Saitzkoff A., Reinmann R., Mauss F. In-Cylinder Pressure Measurements Using the Spark Plug as an Ionization Sensor//SAE paper 970857 (1997).
  • Lars Eriksson. Spark Advance Modeling and Control//Linkoping. 1999. SE-581 83.
  • Gao Z. et al. 2014. The correlation between the cylinder pressure and the ion current fitted with a Gaussian algorithm for a spark ignition engine fuelled with natural-gas-hydrogen blends. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering.
  • Axel Franke. Characterization of an Electrical Sensor for Combustion Diagnostics//Doctoral Thesis. 2002. Lund Reports on Combustion Physics. LRCP-80 ISSN 1102-8718.
  • Kaiadi M. et al. Closed-Loop Combustion Control Using Ion-Current Signals in a 6-Cylinder Port-Injected Natural-gas Engine//2008. SAE 2008-01-2453.
  • Zheng S. et al. Study on cycle-by-cycle variations of ion current integral and pressure in spark ignition engine//Inter-national conference on electronic and mechanical engineering and information technology, Harbin, Heilongjiang, People's Republic of China. 2011. New York: IEEE. pp. 3404-3407.
  • Wu X. et al. Experimental investigation of the effect of electrodes on the ionization current during combustion//Energy and Fuels. 2008. vol. 22. pp. 2941-2947.
  • Шайкин А.П., Ивашин П.В., Галиев И.Р. Влияние скорости распространения и ионизации пламени на концентрацию несгоревших углеводородов в газовом ДВС//Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15. № 4. С. 248-252.
  • Шайкин А.П., Ивашин П.В., Галиев И.Р. Взаимосвязь ионного тока с концентрацией углерода в топливе и видимой скоростью распространения пламени//Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2014. Т. 1. № 3 (21). С. 69-74.
  • Судоргин Н.И., Шайкин А.П., Ивашин П.В. Влияние добавки водорода в топливовоздушную смесь на максимальное давление сгорания в двигатели с искровым зажиганием//В сборнике: Транспорт. Экономика. Социальная сфера. (Актуальные проблемы и их решения) сборник статей Международной научно-практической конференции. 2014. С. 136-140.
  • Либерзон Л.М., Родов А.Б. Системы экстремального регулирования . М.: Энергия. 1965.
  • Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов/В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян и др. Учебник для вузов . 4-е изд., испр. М.: Высшая школа, 2010. 479 с.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp