Model Based approach to Predict Boundary Conditions of a Single  Cylinder Test Engine

Abstract: Huvudämnet i denna avhandling är användningen av prediktiva modeller för att styra randvillkori en encylindrig motor. Encylindriga motorer används i utvecklingen av nya motorer för att studeraförbränningskoncept. De utgör en modulär plattform för utveckling av bland annat nyaventilkoncept, förbränningsmetoder, bränsleinsprutningsmetoder och portkonstruktioner. I enproduktionsmotor representeras turboaggregatet och motorn av ett kopplat dynamiskt system därmotorns driftspunkt bestämmer avgasmottryck och insugstryck. Det är nödvändigt att utföraexperiment på encylindriga motorer med rätt insug- och avgasmottryck för att studierna ska vararealistiska. Dessa encylindriga motorer har dock oberoende ventilstyrda insug- och avgassystemdär driftspunkten för en produktionsfärdig flercylindrig motor simuleras. Därför finns det ett behovav att använda modellbaserade tekniker för att styra inlopps- och utloppstryck. I denna avhandling har en metod utvecklats för att förutsäga randvillkor med hjälp av en skaladversion av den encylindriga modellen tillsammans med en modell av ett turboaggregat. Endetaljerad 1D modell av en encylindrig provcell skapades i AVL Boost. Modellen har sedanvaliderats med hjälp av mätdata och skalats till en flercylindermodell. En 0D Simulinkmodell harutvecklats utöver 1D modellen för att jämföra deras användning i en realtidsapplikation. Samtidigttas det hänsyn till de avvikelser från verkliga processer som sker i båda modellerna. 0D modellenrepresenterar en enkel motormodell för att förutsäga stationär prestanda genom att förutsätta kvasistationär strömning. Motivationen bakom att använda en sådan modell är att de förutsagdamedelvärden av inlopps- och utloppstryckspår ger en mer realistisk referensparameter som kananvändas för att styra randvillkoren på en encylindermotor. Avgasturbinen har också modellerats i syfte att studera volutets dämpande effekt på det pulserandeavgasflödet. Olika extrapoleringsmetoder för turbinmappar studerades där fysiskt baseradealgoritmer användes för att extrapolera turbindata. Turbinvolutet och dess effekter påturbinprestanda har diskuterats tillsammans med uppskattning av effektiviteten hos turbinen underostadiga flödesförhållanden. Dessa modeller har sedan kalibrerats och validerats motvevaxelupplösta cylindertryck och cykelmedelvärderade parametrar från mätdata som erhållitsfrån den encylindriga provmotorn. De fel och avvikelser mellan 0D- och 1D modellerna ochmätdata identifierades och diskuterades. En styralgoritm baserad på den encylindriga 1D Boostsimuleringen utvecklades för att reglera insug- och avgastryck och jämfördes sedan mellan 0D-och 1D modellerna för att utvärdera prestanda och noggrannhet.