Artcle ctaton nfo: NITA, J., WOŁCZYŃSKI, Z. Estmaton of cycle-to-cycle varatons of the ar-fuel rato n an engne wth ndrect gasolne necton. Combuston Engnes. 23, 54(3), 2-. ISSN 38-346. Józef NITA Zbgnew WOŁCZYŃSKI PTNSS 23 SC 86 Estmaton of cycle-to-cycle varatons of the ar-fuel rato n an engne wth ndrect gasolne necton Abstract: The paper presents results of nvestgaton on cycle-to-cycle varatons of the ar-fuel rato n a naturally-asprated spark gnton engne wth an ndrect multpont fuel necton. The ar-fuel rato was controlled wth the applcaton of an algorthm developed by the authors. Its characterstc feature s the ablty to adust a requred ar-fuel rato from cycle to cycle. Estmaton of cycle-to-cycle varatons was carred out on the bass of the engne test bed nvestgaton under transent and steady operatng conons. The obtaned results were compared to those presented n [], obtaned for manufacturer's parameters. The comparatve analyss has revealed decreased varatons of the ar-fuel rato controlled wth the applcaton of the developed system. Adonally, the results ndcated further mprovement drectons of the developed control system. Keywords: spark gnton engne, cylnder fll, cycle-to-cycle ar-fuel rato, cycle-to-cycle control Ocena fluktuac składu meszank wysterowane z cyklu na cykl w slnku z pośrednm wtryskem benzyny Streszczene: W publkac przedstawono wynk badań nad fluktuacą wysterowanego składu meszank palwowo-powetrzne w wolnossącym slnku o zapłone skrowym z wtryskem pośrednm welopunktowym benzyny. Skład meszank wysterowano według opracowanego we własnym zakrese algorytmu. Jego znamenną cechą est konstytuowane meszank w cylndrze o wymaganym składze w trybe z cyklu na cykl. Ocenę fluktuac tak wysterowanego składu meszank wykonano na baze wynków z badań hamownanych slnka w wybranych stanach ustalonych prześcowych. Otrzymane wynk porównano z wynkam przedstawonym w pracy [], uzyskanym dla fabrycznego sterowana w tym slnku. Analza porównawcza wykazała obnżene fluktuac składu meszank wysterowane opracowanym systemem. Badana wskazały ponao kerunk dalszego doskonalena opracowanego sposobu sterowana. Słowa kluczowe: slnk benzynowy, napełnene cylndra, cyklowy skład meszank, sterowane z cyklu na cykl. Wprowadzene Cyklowy skład meszank palwowopowetrzne merzony w spalnach slnka o zapłone skrowym est nepowtarzalny. Jego odchylene od składu refereynego (oczekwanego) w slnku z wtryskem pośrednm benzyny est duże [], co obnża efektywność wykorzystana katalzatora oraz wpływa na moc slnka zużyce palwa. Jedną z głównych przyczyn fluktuac składu meszank spalone (merzone w spalnach), est fluktuaca składu wysterowanego te meszank, t. składu wynkaącego z mas powetrza palwa zassanych przez cylnder w czase trwana poedyzego napełnena. Skład meszank spalone różn sę od składu wysterowanego (główne w stanach prześcowych) zwłaszcza z trzech następuących przyczyn: stnena tzw. flmu palwowego, występuącego zawsze w slnkach z wtryskem pośrednm bądź z zaslanem gaźnkowym, nepełnego /lub nezupełnego spalana meszank wysterowane, wad stosowanego powszechne sposobu sterowana wtryskem benzyny. Dwe perwsze przyczyny są wynkem stosowanego sposobu zaslana (wtrysk pośredn) cech konstrukcynych slnka zwłaszcza ego kolektora dolotowego. Stosowane algorytmy sterowana maą równeż znaczący wpływ na pozom te fluktuac. We współczesnych slnkach, wyposażonych w trófunkcyny katalzator, skład meszank sterowany est z wykorzystanem tzw. sondy lambda, będące dwustanowym detektorem, stwerdzaącym edyne obecność tlenu w spalnach, bądź ego brak, lecz nemerzącym ego lośc. Dwustanowy charakter sygnału z tego czunka, opóźnene ego reakc oraz zasada pracy stosowanego układu sterowana (est to zasada wykorzystuąca sprzężene zwrotne, według które wysterowany skład meszank zależy od róży mędzy składem merzonym w spalnach a składem refereynym, naczęśce stechometrycznym w poprzedh cyklach) powoduą, że skład meszank w następuących po sobe cyklach może być różny od składu refereynego []. Szczególne duża fluktuaca składu meszank ma mesce w stanach prześcowych w 2
slnku. W stanach tych układ ze sprzężenem zwrotnym ze względu na ego w/w cechy ne może zapewnć wymaganego składu meszank w relac z cyklu na cykl. Skład meszank sterowany est wtedy w systeme otwartym. U podstaw otwartego sposobu sterowana są tzw. mapy sterowana, wążące skład wymagany z wybranym welkoścam określaącym aktualny stan slnka [2]. Według zgodnych opn, (wyrażonych m.n. w [3]), docelowe sterowane procesem roboczym w slnku pownno zapewnć ego optymalny przebeg na pozome poedyzego cyklu, w każdym z ego cylndrów odrębne, co uzasadna ego nazwę sterowane autonomczne. Problem ten może być rozwązywany w różny sposób. Jeden z możlwych sposobów takego sterowana, oznaczony w pracach własnych skrótem C/C (Cycle by Cycle), był przedmotem badań zrealzowanych z udzałem autorów te publkac [4], [5], [6]. 2. Istota sterowana C/C Istotę sterowana C/C sposób e realzac przedstawono na rys.. Rys.. Istota sterowana C/C (a) sposób e realzac (b) (oznaczena użyte na rysunku obaśnono w tekśce) U podstaw opracowanego sposobu sterowana est metoda prognozowana w trybe z cyklu na cykl masy powetrza, które napełn cylnder w każdym z ego cykl roboczych [7]. W tym celu zastosowano tzw. termoanemometr stałotemperaturowy. Jego znamenną cechą, maącą bardzo pozytywny wpływ na szybkość pomaru est stałość temperatury czunka (względem merzonego medum) co elmnue ego nercę. Generue on sygnał analogowy u a o wartośc zwązane nelnowo z wydatkem masowym a powetrza. Sygnał u a masowego wydatku a powetrza napełnaącego cylnder w -tym cyklu est całkowany w czase odpowadaącym przedzałow kątowemu Δ m obrotu wału slnka. Dolna graa m tego przedzału wyznaczona est w tak sposób aby wyelmnowane zostały z merzonego napełnena spalny A s wtłoczone do kolektora dolotowego w faze przekryca zaworów. Górna graa p est wynkem kompromsu mędzy oczekwaną dokładnoścą wyznaczana cyklowego napełnena A a czasem T k,max wtrysku uzupełnaącego nezbędnego dla zapewnena wymaganego cyklowego składu meszank. W sposobe sterowana C/C masa powetrza A, która napełna poedyzy cylnder w -tym cyklu est wg () sumą mas powetrza: masy zmerzone A m masy prognozowane A p : A A A () m Wymagana cyklowa masa palwa F wynka z zależnośc (2): p F A (2) * gdze: * wymagany cyklowy skład meszank. Palwo o mase F, które utworzy meszankę z masą A powetrza w -tym cyklu, est wtryskwane w slnku z wtryskem pośrednm na zawór dolotowy dwukrotne w trakce: wtrysku podstawowego T -, wykonanego w cyklu - na zamknęty zawór dolotowy w suwe wydechu EVO, wtrysku uzupełnaącego T k, wykonanego na otwarty zawór dolotowy w -tym cyklu w końcowe faze suwu napełnana IVO. Masa palwa F wtryśnęta w poedyzym wtrysku powązana est z ego długoścą (czasem trwana T), zależnoścą (3): F at b (3) gdze: a, b współczynnk opsuące charakterystykę systemu wtrysku, Przebeg te charakterystyk przedstawono na rys. 2 3
m F [mg/n.] 45 4 35 3 25 2 5 5 System sterowana C/C (rys. 2) zrealzowano na baze mkroprocesora C85F2. Cztery mapy (4) zamplementowano w procesorze w postac 2- batowych tablc o rozmarze 6464 każda. Źródłem sygnału u kątowego położena wału slnka był czunk ndukcyny, generuący sygnał w wynku obrotu koła zębatego zamocowanego na wale slnka. Koło zębate posada 58 równomerne rozłożonych zębów oraz przerwę o szerokośc 2-zębów do dentyfkac położena odnesena wału slnka. W oparcu o ten sygnał oblczane są równeż prędkośc obrotowe n P, n E, n m. Źródłem sygnału u p do pomaru cśnena p był czunk MAP cśnena fabrycznego systemu sterowana. Sygnał u p poddawano dolnoprzepustowe fltrac pomarow metodą -krotnego próbkowana w wybrane faze cyklu. Pomar wydatku a powetrza polegał na próbkowanu co 53µs sygnału u a wyznaczanu ego wartośc średne z dwóch kolenych próbek. Wartość średna u a zamenana była na wartość uśrednonego w tym przedzale wydatku masowego a powetrza z wykorzystanem tablcy a=f(u a ) o 256 przedzałach dyskretyzac sygnału u a. Cykl ten powtarzał sę aż wał slnka osągnął położene p. Wtedy następowało mnożene każde wartośc a wydatku przez czas Δt =53µs automatyczne sumowane wartośc kolenych loczynów aδt, w wynku, czego oblczono masę powetrza A m zam F = 2,54T w +,293,5,5 2 2,5 3 3,5 T w [ms] Rys. 2. Charakterystyka wydatkowa zastosowanego systemu wtrysku Dla beżącego wyznaczana w procese sterowana długośc wtrysków T -, T k stosowane są cztery 3-wymarowe zwązk (), nazywane potoczne mapam, opracowane dla danego slnka stosowanych w nm czunków pomarowych na etape syntezy sterowana: T n, p ) (4a) o( P P m( ne, pe P( ne, pe P( nm, pm ) (4b) ) (4c) A ) (4d) Indeksem P oznaczono suw sprężana, ndeksem E suw wydechu (obydwa w cyklu -) a ndeksem m fazę pomaru wydatku powetrza w suwe napełnana w -tym cyklu. Prędkość obrotowa n cśnene p w zwązkach (4a) (4d) są welkoścam średnm z kolenych cykl roboczych slnka, oblczonym odpowedno dla faz: sprężana (4a), wydechu (4b, 4c) napełnana (4d). Opracowane dla danego slnka zwązk (4) umożlwaą wyznaczane generowane wtrysków T -, T k w procese sterowana, według następuącego algorytmu: merz w suwe sprężana n p, oblcz n - - P, p P wyznacz w oparcu o (4a) T - (n - P, p - P ), wykona w suwe wydechu EVO dla kąta ( IL < φ I ) wtrysk T - (n - P, p - P ), merz w suwe sprężana n p, oblcz n - - E, p E wyznacz w oparcu o (4b) m oraz w oparcu o (4c) P, merz w graach m, P masowy wydatek a powetrza napełnaącego cylnder oblcz masę powetrza A m, którą napełnł sę cylnder w czase obrotu wału slnka mędzy m p ; w tym samym czase merz n p oblcz ch wartośc n m, p m, wykorzystuąc zwązek (4d), prognozu masę A P powetrza, które napłyne do cylndra do zakończena pomaru napełnena, oblcz cyklową masę powetrza A, wg () które napełnło cylnder w -tym cyklu, uwzględnaąc charakterystykę wydatkową stosowanego systemu dozowana palwa oraz palwo wtryśnęte we wtrysku T - wyznacz dla wymaganego składu λ * czas trwana wtrysku uzupełnaącego T k, dla kąta k ( IL > k p ) wykona wtrysk T k. 3. Egzemplfkaca sterowana Egzemplfkacę sterowana C/C wykonano dla przypadku meszank stechometryczne * =,. W tym celu wykorzystano eden z czterech cylndrów wolnossącego slnka typ CF 775 o poemnośc skokowe,6l. Rys. 3. Sprzętowa realzaca sposobu sterowana C/C (u dwustanowy sygnał kątowego położena wału korbowego, u p sygnał analogowy cśnena p J w zborcze częśc kolektora dolotowego, u a sygnał analogowy wydatku masowego powetrza w zaslaącego 4-ty cylnder) 4
ssanego do cylndra w przedzale Δ m -tego cyklu. Jednocześne, w chwl gdy wał slnka osągnął położene p, poberano z tablcy 6464 wartość A P odpowadaąca wartoścom n m p m w wyznaczonym w przedzale Δ m w sposób ak dla A m. Masy A m A P sumowano co wyznaczało cyklowe napełnene A a następne z ego wykorzystanem oblczano masę F cyklowego palwa, wymaganą dla zapewnena meszank o oczekwanym cyklowym składze *, (w tym przypadku składze stechometrycznym). Charakterystyka wtryskwacza, wg (3) pozwalała oblczyć wymagany, sumaryczny czas wtrysku T w -tym cyklu równocześne po uwzględnenu czasu T rozbegu wtryskwacza wygenerowanego w faze wydechu poprzednego cyklu wtrysku podstawowego T - o czasu trwana wtrysku korekcynego T k, który był generowany w -tym cyklu. 4. Badane systemu C/C Celem badań była ocena fluktuac cyklowego składu meszank, wysterowane według sposobu C/C oraz porównane e z fluktuacą składu wysterowanego fabrycznym systemem SF badanego slnka. Program badań obemował próby w pęcu wybranych stanach ustalonych k k5 dwóch stanach dynamcznych k6, k7 a do ch oceny zastosowano zdefnowane w p.5 wskaźnk. Każdy stan pracy ustalone (k-ty punkt pracy slnka) był dentyfkowany parą dentyfkatorów stanu n k, p k, będących wartoścam średnm w zborze cykl w k-tym punkce pracy slnka, cyklowe prędkośc wrowana n c cyklowego cśnena p c w kolektorze dolotowym. Stany prześcowe dentyfkowano średnm (w zborze pełnych cykl pracy slnka) przyśpesze- dn c nem prędkośc cyklowe średną (w zborze pełnych cykl) szybkoścą zman dp c cśnena w kolektorze dolotowym. Dla oceny sterowana w stanach dynamcznych przyęto następuące krytera wyznaczana ego poszczególnych faz: faza rozbegu FR rozpoczyna sę wraz ze zmaną wymuszena (początek skokowego otwerana od α do α max przepusty powetrza) a kończy, gdy chwlowa prędkość wrowana n osągne pozom 95% prędkośc ustalone, aktywna część fazy wybegu FWA (znamenna tym, że wtryskwacze dozuą palwo), rozpoczyna sę w chwl gdy dp c /<, a kończy ostatnm wtryskem, którego czas trwana est wększy od czasu ego ałowego rozbegu T, faza wyłączonego wtrysku FWW bez wpływu na sterowalność składu meszank, faza stablzac stanu slnka podczas wybegu FWS rozpoczyna sę wraz z perwszym wtryskem, którego czas trwana est równy lub wększy nż czas trwana wtrysku na begu ałowym slnka, a kończy gdy cśnene cyklowe p w kolektorze osągne wartość ak dla begu c ałowego slnka. Fazy FR, FWA FWS przedstawone są na rys. 4 5. Faza FWW ze względu na wyłączone wtryskwacze ne est uwzględnona w ocene fluktuac składu meszank. Sposób badana w stanach ustalonych polegał na ustawenu punktu pracy n k p k slnka poprzez odpowedne otwarce α przepusty powetrza oraz obcążene go za pomocą hamulca elektrycznego momentem M w celu ustawena wymaganego cśnena p k w kolektorze dolotowym przy stablne prędkośc n k. Istota badań w wymuszonych stanach neustalonych polegała na skokowym, pełnym otwarcu przepusty α po zadanym czase, na tyle krótkm, aby ne zaczął dzałać system ograzana prędkośc obrotowe w systeme SF, e skokowym zamknęcu. W badanach rozbegu wybegu z obcążenem, slnk obcążony był momentem o stałe wartośc M. We wszystkch badanach reestrowano z rozdzelczoścą s sygnały napęcowe następuących welkośc: sygnał u kątowego położena wału korbowego z 6-co zębnego nadanka zanstalowanego na wale slnka, sygnał u p cśnena p k w zborcze częśc kolektora dolotowego, sygnał u a masowego wydatku powetrza a napełnaącego 4-ty cylnder slnka [7], sygnał u w czasu T otwarca wtryskwacza w 4- tym cylndrze. 5. Wskaźnk oceny fluktuac wysterowanego składu meszank W wynku przetwarzana zareestrowanych sygnałów napęcowych oblczono następuące welkośc charakteryzuące stany (S D) slnka: średną w zborze cykl w k-tym punkce pracy slnka, cyklową prędkość wrowana n c, średne (w warunkach ak dla n c ) cśnene cyklowe p c, średne w stane prześcowym przyśpeszene dn c, średną w stane prześcowym szybkość zman dp c cśnena p c w kolektorze dolotowym, współczynnk nadmaru powetrza w meszae wysterowane w -tym cyklu w badanym cylndrze wg (5): 5
A L F (5) O gdze: A masa powetrza zassanego do cylndra w -tym cyklu wg zależnośc (6), A A A (6) m F masa palwa wtryśnęta do kolektora dolotowego sterowanego cylndra w -tym cyklu wg (7), przy czym: F F w s F at w w p b (7) (8) Wzór (7) ma zastosowane w przypadku, gdy meszankę w -tym cyklu tworzy palwo F będące wynkem welokrotnych wtrysków F s w w lczbe s, występuących bądź w suwe wydechu EVO cyklu - /lub suwe napełnena IVO w cyklu. Masa palwa F w wtryśnęta na zawór dolotowy w poedyzym wtrysku zależy lnowo od czasu T w ego trwana wg (8). Współczynnk a b we wzorze (8) charakteryzuą konstrukcę zastosowanego systemu wtrysku palwa. Skład wysterowany meszank o cyklowym współczynnku nadmaru powetrza wg (5) stanow podstawę do wyznaczana ego zmennośc (fluktuac) z cyklu na cykl w wybranych stanach statycznych dynamcznych. Dla oceny te zmennośc zastosowano nże zdefnowane wskaźnk, określone w zborze pełnych cykl pracy slnka: średn, cyklowy skład meszank w cylndrze, którego marą est współczynnk nadmaru powetrza wg (9) wysterowane meszank: (9) błąd sterowana składem meszank w stane ustalonym w k-tym punkce pracy slnka wg (): * * () odchylene średne wysterowanego składu cyklowego wg () od cyklowego składu średnego wg (9): gdze: 2 () 2 (2) est rozrzutem średnm cyklowego składu odchylene maksymalne wg (3) wysterowanego cyklowego składu meszank od składu średnego wg (9): 2 gdze: dla (3) max max, oraz, max,mn mn mn, (4) Wskaźnk () est syntetycznym wskaźnkem akośc sterowana cyklowym składem meszank. Jego wykorzystane dla oceny akośc sterowana ma sens w tych przypadkach, w których znany est skład oczekwany (refereyny) *. Wskaźnk ( 3) są maram błędów sterowana, maących swoe źródła w opracowane metodze sterowana C/C (błąd metody) e egzemplfkac (błąd egzemplfkac). Udzał obydwóch źródeł w błędze można ocenć m.n. metodą symulac dynamczne, angażuące w procese oceny opracowany sterownk [7], [8], [9]. Dla opsu fluktuac cyklowego składu meszank (ak równeż fluktuac nnych welkośc, np. prędkośc obrotowe, cyklowego napełnena, dawk wtryśnętego palwa tp.), w mesce wskaźnków (9) (3) mogą być stosowane wybrane wskaźnk stosowane w analze statystyczne wynków pomarów, take ak wartość przecętna, waraa, odchylene standardowe nne. Jest to wtedy zasadne, gdy przetworzenu poddawane są duże zbory danych a celem analzy est np. loścowa ocena wpływu fluktuac cyklowego składu na toksyczność spaln, zmanę mocy, zużyca palwa czy fluktuacę prędkośc obrotowe slnka. 6. Analza porównawcza systemów sterowana SF C/C składem meszank W publkac [] przedstawono wynk badań w zakrese fluktuac cyklowego składu meszank w ednym z czterech cylndrów slnka z wtryskem pośrednm MPFI, wysterowanym systemem fabrycznym (SF) frmy GM Delco. Średn cyklowy skład meszank, wysterowany systemem C/C w 4-tym cylndrze slnka pracuącego w 5-cu stanach ustalonych k k5 przedstawono na rys. 4. Tabela. Wskaźnk fluktuac cyklowego składu meszank wysterowanego systemu SF C/C w stanach ustalonych w slnku EWP k k2 k3 k4 k5 n k p k CCS [rpm] [hpa] [-] [-] [-] SF 25 964,873,8,4 C/C 23 964,962,8, SF 54 27,975,5,85 C/C 56 264,82,2,5 SF 29 646,84,,35 C/C 29 649,4,5,36 SF 599 344,74,6,27 C/C 526 346,947,25,6 SF 53 93,64,5,36 C/C 58 928,947,5,32 6
[deg] [hpa] [-]; F 5 [mg] [rpm] [-],5,,5,,95,9,85 k ( rpm; 96 hpa) k2 (5 rpm; 27 hpa) k3 (29 rpm; 65 hpa) k4 (52 rpm; 34 hpa) k5 (5 rpm; 93 hpa) 2 3 4 5 6 7 8 9 No. Cycle [-] Rys. 4. Wysterowany systemem C/C cyklowy skład meszank w 4-tym cylndrze slnka w stanach ustalonych W tabel zestawono dla tych stanów wartośc zdefnowanych wyże wskaźnków fluktuac składu dla obydwóch systemów sterowana: SF C/C. Dane zameszczone w tabelach, 2 3 dla sterowana SF, pochodzą z publkac własne []. W analzowanych pęcu stanach ustalonych kk5 slnka sterowanego systemem SF fluktuaca składu zmena sę znacząco: odchylene średne prawe 8-krotne, (k4/k) a odchylene maksymalne prawe 9-krotne (k4/k). Zmany składu dla systemu C/C wynosły odpowedno: 3- krotne 5,5-krotne. Namnesza fluktuaca cyklowego składu występue dla obydwóch systemów przy namnesze prędkośc nawększym obcążenu (zbory k). Obydwa wskaźnk posadaą wartośc namnesze wśród 5-cu stanów, a przy tym są porównywalne względem sebe. Meszanka o składze nablższym stechometrycznemu (wskaźnk = mn) konstytuowana est w obydwóch systemach w warunkach zborów k2 k3, w których dla systemu SF aktywne est sterowane z sondą lambda. Średn dla tych dwóch stanów błąd względny sterowana wg () est porównywalny wynos dla obydwóch systemów około 5%. Fluktuaca składu w warunkach ak w stane k3 est dla obydwóch systemów prawe dentyczna a e wskaźnk maą wartośc zblżone do wartośc średne wszystkch pęcu stanów. Przewaga sterowana C/C w stane slnka ak w zborze k2, spowodowana est prawdopodobne strukturalną wadą systemu SF, t. korektą post-factum składu w układze regulac ze sprzężenem zwrotnym z udzałem sondy lambda. Nawększa fluktuaca składu meszank w obydwóch systemach występue przy nawyższe prędkośc obrotowe nskm obcążenu slnka (stan k4), przy czym przy sterowanu C/C w tych warunkach fluktuaca est około 3-krotne mnesza nż przy sterowanu SF. Meszanka wysterowana przez system SF w tych warunkach pracy slnka (k4) est nezasadne bogata. Wysoką fluktuacę składu, będącą prawdopodobne skutkem wypadana zapłonów z powodu zbyt bogate meszank, wywołue wzrost fluktuac prędkośc obrotowe a w wynku tego wzrost fluktuac cyklowego napełnena cylndrów powetrzem. Mus to skutkować przy nezaawansowanych systemach sterowana wzrostem fluktuac wysterowanego składu meszank. W stanach prześcowych wysterowanych systemem C/C (rys. 5 6) wększą fluktuacę składu zdentyfkowano w slnku bez zewnętrznego obcążena (tabela 2) nż z ego stałym zewnętrznym obcążenem (tabela 3). Tabela 2. Wskaźnk fluktuac składu meszank wysterowanego przez systemy SF C/C w rozbegu wybegu slnka neobcążonego a).2..9.8.7.6.5.4.3.2. Fg CCS dn c dp c [c./mn/s] [hpa/s] [-] [-] [-] 5a SF 23 749,6,774,75,549 5a C/C 2483 242,3,2,48,8 5b SF -72-242,5,597,375,78 5b C/C 738-644,,66,223,32 5c SF -92 79,6,947,23,375 5c C/C -97 66,,28,68,63 c.5 F c.7 4 5 6 7 8 9 5 45 4 35 3 25 2 5 8 6 4 2 8 4 7
[deg] [deg] [hpa] [hpa] [-]; F 5 [mg] [-]; F 5 [mg] [rpm] [rpm] M [Nm] [deg] [hpa] [-]; F 5 [mg] [rpm] b) c).2..9.8.7.6.5.4.3.2..2..9.8.7.6.5.4.3.2. c.7 F c.2 975 25 5 75 25 5 75 28 3 32 34 36 38 4 5 45 4 35 3 25 2 5 8 6 4 2 8 4 Rys. 5. Fluktuaca składu w stane rozbegu wybegu slnka neobcążonego wysterowanego systemem C/C F c.76 5 45 4 35 3 25 2 5 8 6 4 2 8 4 W slnku ze sterowanem fabrycznym SF [], fluktuaca składu meszank ma charakter zankaących w cągu około,3 sekundy oscylac całkowce wygasaących w cągu następne,5 sekundy. Stablzaca składu meszank występue przy bardzo bogate meszae (dla rozbegu ałowego =,77, dla rozbegu z obcążenem =,82). We wszystkch cyklach rozbegu meszanka est palna. W stane ałowego rozbegu slnka wysterowanego systemem C/C (rys. 5a), w perwszym cyklu stanu wysterowana meszanka posada skład nepalny ( =,45). W cyklu drugm meszanka est palna lecz uboga (,2). Kolene cztery cykle to stablzaca składu. Począwszy od cyklu 6 skład meszank stablzue sę na pozome blskm składu wymaganego. Syndrom perwszego cyklu sterowana C/C tak nazwano umowne ten problem w sprawozdanu [3] ma równeż mesce w faze rozbegu slnka obcążonego (cykl 3) (tabela 3, rys. 6a). Jest to skutek newystarczaące długośc przedzału czasowego w faze p na wygenerowane odpowedne długośc wtrysku korekcynego T k. Wadę tą można skorygować w wynku optymalzac przedzału T k. a).2..9.8.7.6.5.4.3.2. c.2 c.4 M F 2 4 6 8 2 8 4-4 -8 54 48 42 36 3 24 8 2 8 6 4 2 8 4 8
[deg] [hpa] [-]; F 5 [mg] [rpm] M [Nm] [deg] [hpa] [-]; F 5 [mg] [rpm] M [Nm] b) c).2..9.8.7.6.5.4.3.2..2..9.8.7.6.5.4.3.2. c.29 c.33 M 3 35 4 45 5 55 M 48 56 64 72 8 F 8 4-4 -8 54 48 42 36 3 24 8 2 8 6 4 2 8 4 8 6 4 2 8 4 Rys. 6. Fluktuaca składu w stane rozbegu wybegu slnka z wstępnym, stałym obcążenem, wysterowanego systemem C/C F 8 4-4 -8 54 48 42 36 3 24 8 2 Tabela 3. Zestawene wskaźnków oceny fluktuac składu meszank wysterowanego przez systemy SF [], C/C w wymuszonych stanach prześcowych w slnku ze stałym, początkowym obcążenem. Fg CCS dn c dp c [c./mn/s] [hpa/s] [-] [-] [-] 6a SF 6 397,5,82,64,489 6a C/C 392 583,,44,82 6b SF -8-874,854,3,664 6b C/C -235-6347,652,25,488 6c SF -4 65,4,,92,49 6c C/C -87 36,3,46,36 Zubożene meszank w cyklu 3 rys. 6a est mnesze nż w cyklu 6 rys. 5a lecz to ne ma stotnego znaczena, poneważ wcąż est to meszanka nepalna. W 4-tym cyklu od wystąpena wymuszena, skład meszank stablzue sę na pozome blskm składow żądanemu. W tych samych warunkach sterowane SF powodue fluktuacę około 4-krotne wyższą []. W perwsze częśc fazy wybegu (FWA) fluktuaca składu w przypadku wybegu bez obcążena średn skład wysterowany systemem fabrycznym SF wynos ok.,6 a ego odchylena są bardzo duże ( =,375, =,78). Skład ten w te faze (cykle 2325) zmena sę oscylacyne, a następne ubożee przez kolenych 9 cykl, aż do zanku palnośc meszank. Ta część fazy wybegu trwa w systeme SF łączne przez 3 cykl. W przypadku wybegu z obcążenem skład meszank do cyklu 3 wzbogaca sę a następne ubożee do cyklu 38. Zakres zmennośc wysterowanego składu w cągu 8 cykl wynos =,664, =,3. W systeme C/C ta część fazy charakteryzue sę (w obydwóch przypadkach) stotnym wzbogacenem składu w bardzo krótkm czase. Dla wybegu bez obcążena (rys. 5b) trwa to przez 4 cykle (c.8 c.2) z maksymalnym odchylenem =,32. Dla wybegu z obcążenem (rys. 6b) czas trwana te fazy wynos równeż 4 cykle (c.3 c. 33) a odchylene maksymalne wynos =,488. Fluktuaca w tym stane pracy, merzona odchylenem maksymalnym składu est ponad,5-krotne wększa w systeme SF nż w systeme C/C. Wpływ obcążena slnka na fluktuacę składu cyklowego est stotne wększy w systeme fabrycznym SF, nż w systeme C/C. W faze trzece wybegu, t. po ponownym włączenu wtryskwaczy, skład meszank w perwszych czterech cyklach w systeme SF (rys. 5c 6c []) est bardzo bogaty. Średn w zborze skład meszank ak równeż ego fluktuaca są wększe w stane wybegu z obcążenem nż bez obcążena. Faza ta w systeme SF przebega z poedyzym wtryskem na cykl, a wtrysk drug uaktywnany est 9
w końcowe częśc te fazy, powoduąc wzrost fluktuac składu. Trzeca część fazy wybegu wysterowana systemem C/C charakteryzue sę stotne mneszą nż w systeme SF fluktuacą składu oraz mneszym odchylenem składu średnego od składu refereynego (rys. 5c 6c). Podobne ak w przypadku sterowana systemem SF, przy sterowanu systemem C/C wzrost obcążena powodue wzrost fluktuac składu. Wzrost te fluktuac w te częśc wybegu w wynku zastosowana sterowana C/C est średno 2-krotne mneszy nż przy sterowanu fabrycznym SF. 7. Wnosk. Przyęte w analze wynków mary fluktuac składu z cyklu na cykl meszank wysterowane w tym samym cylndrze (odchylene średne, odchylene maksymalne, rozrzut średn) dobrze charakteryzuą proces nepowtarzalnośc tego składu. 2. Uśrednona w stanach ustalonych fluktuaca cyklowego składu meszank w cylndrze wysterowanego systemem C/C est 3-krotne mnesza nż wysterowana systemem SF; e obnżene Bblography/Lteratura [] Nta J., Wołczyńsk Zb.: Estmaton of unrepeatablty of cycle mxture composton n an ndrect gasolne necton engne, Combuston Engne/Slnk Spalnowe 4/29. [2] Nta J.: Trędy rozwoowe systemów sterowana wtryskem benzyny, Referat wygłoszony na XVI Ogólnopolskm Sympozum Naukowym: Motoryzacyne Problemy Ochrony Środowska, Poltechnka Warszawska, Warszawa, 28. [3] Wolańsk P. I nn: Problemy spalana w slnkach spalnowych. Ekspertyza, Polska Akadema Nauk, str. 54, 57, Warszawa, 2. [4] Rozwó sposobu sterowana składem meszank z cyklu na cykl na przykładze slnka benzynowego, Sprawozdane z pracy zlecone przez Komtet Badań Naukowych, Nr umowy 4 T2D 9 27, Radom, 27. [5] Wołczyńsk Zb.: Metoda sterowana składem meszank palwowo-powetrzne w slnku benzynowym, Rozprawa doktorska, Poltechnka Radomska, Radom, 25. Mr Józef Nta, DSc., DEng. Professor n the Faculty of Mechaal Engneerng at Kazmerz Pulask Unversty of Technology and Humantes n Radom. Dr hab. nż. Józef Nta profesor na Wydzale Mechaznym Unwersytetu Technologczno-Humanstycznego w Radomu. est tym wększe m wększe est obcążene slnka m mnesza est ego prędkość obrotowa. 3. Pozom obnżena fluktuac wysterowanego systemem C/C względem fluktuac w systeme SF, cyklowego składu meszank w cylndrze est szczególne wysok (ok. 4-krotny) w stane rozbegu slnka. Na wartość wskaźnków te fluktuac ma w te faze negatywny wpływ składu meszank w perwszym cyklu po zastnenu wymuszena. 4. W aktywne częśc fazy wybegu (faza zanku wtrysków), fluktuaca składu cyklowego wysterowanego est nawększa ze wszystkch stanów slnka, wysterowanych obydwoma systemam sterowana. Czas zankana wtrysków w faze wybegu est stotne krótszy w przypadku sterowana C/C. 5. Nezasadne est (ze względów ekologcznych) w slnku z wtryskem pośrednm palwa, wyłączane wtrysku w stanach wybegu (hamowane slnkem). Występuący flm palwowy w kolektorze dolotowym skuteczne przeszkadza w optymalzac długośc wtrysku w te faze. [6] Nowy sposób sterowana składem meszank palwowo-powetrzne w slnku benzynowym w stanach prześcowych, Sprawozdane z pracy zlecone przez Komtet Badań Naukowych, Nr umowy 8 T2D 4 2, Radom, 24. [7] Nta J.: Determnaton of cylnder fllng to control fuel necton, -th EAEC CON- GRESS, Budapeszt, 27. [8] Nta J., Komorska I.: A smulaton based verfcaton of the cycle by cycle fuel necton control, Asa Pacfc Automotve Conferee, Hano, 29. [9] Nta J.: Evaluaton of qualty of the system for control of mxture composton n SI engne by the method of dynamc smulaton: F2- C-89, FISITA CONGRESS, Budapest, 2. [] Nta J., Wołczyńsk Zb.: The evaluaton of cycle by cycle mxture composton In an ndrect necton engne, Combuston Engne/Slnk Spalnowe 4/29(39). Mr Zbgnew Wołczyńsk, DEng. Doctor n the Faculty of Mechaal Engneerng at Kazmerz Pulask Unversty of Technology and Humantes n Radom. Dr nż. Zbgnew Wołczyńsk adunkt na Wydzale Mechaznym Unwersytetu Technologczno-Humanstycznego w Radomu.