Print

Použití NI Engine Control pro analýzu běhu motoru s alternativním palivem a vysoce účinnými režimy spalování

-- 08.12.14

„S použitím jednotky NI ECS jsme mohli zkoumat RCCI spalování motoru za použití fosilních paliv a biopaliv při různých rychlostech a různém zatížení motoru. Systém NI ECS nám pomohl analyzovat spalování typu RCCI s takovou přesností, jež není srovnatelná s žádnou jinou řídicí jednotkou, kterou jsme našli, a to díky možnostem ovládat dva vstřikovací systémy a všechny akční členy v motoru. Mohli jsme tak implementovat prediktivní řízení následujícího cyklu.“

Zadání

Vytvořit motorovou řídicí jednotku pro výzkum nového motoru používající dva typy paliva a možnost spalování při nízkých teplotách. Řídicí jednotka musí být schopna řídit spalování na úrovni jednotlivých cyklů a musí obsahovat výkonovou elektroniku pro ovládání přímých vstřiků s vysokým příkonem.

Řešení

Použít NI Engine Control Systemu (NI ECS) s vestavěnými funkcemi pro prediktivní řízení následujícího cyklu, se schopností řídit elektromagnetické a piezoelektrické přímé vstřikování a s otevřeným programovatelným softwarem pro snadný vývoj řídicího kódu.

Výzkumné centrum motorů na University of Wisconsin-Madison, špičkové výzkumné univerzitě, pracuje na snižování emisí a zvyšování účinnosti motorů s vnitřním spalováním už od poloviny 40. let minulého století. Mezi aktuálně zkoumaná témata patří pokročilé režimy spalování, jako je například spalování při nízkých teplotách (low-temperature combustion – LTC).

Zvyšování teplotní účinnosti motoru a snižování emisí

Cílem našeho současného projektu je prozkoumat chování spalování LTC v ustáleném i přechodovém stavu se sledováním výsledných výfukových emisí a teplotní účinnosti. LTC může být metodou pro omezení škodlivých výfukových zplodin z dieselových motorů a pro udržení teplotní účinnosti.

Spalování RCCI

Existuje mnoho typů LTC, ale aktuálně zkoumaným režimem je reaktivně řízené kompresní vznícení (reactivity controlled compression ignition – RCCI). Výzkumníci ve Výzkumném centru motorů vyvinuli RCCI, nový režim spalování s dvojím druhem paliva. RCCI umožňuje dosáhnout nízkých emisí NOx a PM v široké části provozního rozsahu motoru a zároveň zvýšit jeho teplotní účinnost. Předchozí výzkum probíhal při stavech s konstantní rychlostí či zátěží motoru, ale cílem aktuálního výzkumu je ukázat chování RCCI při přechodech mezi těmito stavy.

Specifické potřeby RCCI

Potřebovali jsme plně flexibilní řídicí jednotku ECU, která by dokázala fungovat s více vstřikovacími systémy a v mnoha nestandardních konfiguracích, abychom mohli na výzkumném testovacím stanovišti motorů využívat neobvyklé spalovací režimy, jako je například RCCI. Výzkumné aplikace v minulosti typicky používaly standardní či modifikované ECU, to bylo ale pro náš projekt nepřijatelné. RCCI je způsob spalování s dvojím druhem paliva, proto jsme do standardního dieselového motoru se vstřikováním common rail potřebovali přidat nepřímé vstřikování (PFI) benzínu.

Kromě toho, protože je testovací motor založen na sériově vyráběném víceválcovém motoru, bylo potřeba také ovládat širokou škálu teplotních a tlakových senzorů. Žádný jiný komerčně dostupný software nedokáže ovládat víceválcový motor a zároveň řídit elektromagnetické vstřikování s vysokými proudy v moderním dieselovém motoru se vstřikováním common rail. Protože způsoby spalování LTC a RCCI mohou být méně stabilní než tradiční spalovací režimy, potřebovali jsme řídit jednotlivé fáze spalování na úrovni jednotlivých cyklů, což pro současný komerčně dostupný software představovalo další omezení.

Konfigurace motoru

Experimenty jsme prováděli na vznětovém motoru s objemem 1,9 litru vybaveném turbínou s proměnnou geometrií, recirkulací spalin s chlazením (EGR) a s proměnným vírovým číslem. Podrobné specifikace jsou na obrázku 1. Použili jsme standardně vyráběný hardware, s výjimkou mezichladiče a ECU jednotky, a přidali systém nepřímého vstřikování PFI. Obrázek 2 ukazuje upravené sací potrubí.

http://controlengcesko.com/fileadmin/grafika/Barca_Karchova/Casopis_listopad14/NItab1.JPG

http://controlengcesko.com/fileadmin/grafika/Barca_Karchova/Casopis_listopad14/NIob1_2.JPG

 

 

NI Engine Control System

Kvůli režimu RCCI jsme nahradili standardní jednotku ECU jednotkou NI ECS. Tuto změnu jsme provedli, abychom získali plný přístup ke všem akčním členům v motoru a zároveň mohli řídit přídavné nepřímé vstřiky a aby motor fungoval v režimu RCCI. Na rozdíl od většiny standardních ECU jednotek umožňuje NI ECS přístup ke všem mapám motoru i k dalším řídicím parametrům a jejich modifikacím v reálném čase.

NI ECS zahrnuje kontrolér na bázi PXI, který umožňuje plné řízení časování a tlaku vstřikování, otevírání ventilu EGR, pozice VGT a dalších parametrů, jež musejí být upravovány při aplikaci různých způsobů spalování či řízení. Prováděli jsme záznam těchto parametrů, stejně jako dalších příkazů a naměřených hodnot používaných v ECU jednou při každé otáčce hřídele. Získali jsme tak přehled o stavu řídicího systému a doplnili data získávaná z dalších externích čidel. Dodatečné laboratorní parametry jsme zaznamenávali pomocí sběru dat na bázi systému NI SCXI.

http://controlengcesko.com/fileadmin/grafika/Barca_Karchova/Casopis_listopad14/NIob3_4.JPGVýsledky

S použitím jednotky NI ECS jsme mohli zkoumat RCCI spalování při různých rychlostech a různém zatížení motoru, s fosilními palivy i s biopalivy. Systém NI ECS nám pomohl prozkoumat spalování RCCI s takovou přesností, jež není srovnatelná s žádnou jinou řídicí jednotkou, kterou jsme našli, a to díky své schopnosti ovládat oba vstřikovací systémy a všechny akční členy v motoru, čímž jsme mohli implementovat prediktivní řízení následujícího cyklu.

Kromě toho nám funkce pro řízení následujícího cyklu v systému NI ECS umožnila ještě přesnější řízení spalovacího procesu za ztížených podmínek, jako je zahřívání motoru a změna rychlosti či zatížení. Dokázali jsme dokonce přepínat spalovací režimy v reálném čase. Výhody systému NI ECS nám pomohly ukázat, že teplotní efektivita motoru vzrostla o 15 procent a škodlivé emise NOx a PM se snížily průměrně o více než 90 procent pro většinu provozních podmínek.

Budoucí aplikace

Na testovacím stanovišti motoru jsem měli s používáním softwaru od NI takový úspěch, že vyvíjíme podobný kontrolér založený na PXI, který by byl používán v sériově vyráběném hybridním voze se spalováním RCCI. Laboratorní kontrolér NI ECS s řízením následujícího cyklu nám pomůže implementovat spalování RCCI od laboratorních zkoušek až po nasazení do vozidla rychleji a snadněji.

National Instruments (Czech Republic), s. r. o.Sokolovská 136D186 00 Praha 8, ČR

Tel: +420 224 235 774, Fax: +420 224 235 749
E -mail: ni.czech@ni.com, czech.ni.com

Autor: Reed Hanson, University of Wisconsin-Madison


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Moderní technologie pro potravinářský průmysl IV
2017-09-20 - 2017-09-20
Místo: Kongresové centrum Praha
Moderní technologie pro farmaceutický průmysl IV
2017-09-21 - 2017-09-21
Místo: Kongresové centrum Praha
MSV 2017 - Mezinárodní strojírenský veletrh
2017-10-09 - 2017-10-13
Místo: Výstaviště Brno
DeburringEXPO
2017-10-10 - 2017-10-12
Místo: Exhibition Centre Karlsruhe, Rheinstetten, Germany
Údržba 2017
2017-10-11 - 2017-10-12
Místo: Konferenční centrum Akademie věd ČR – zámek Liblice

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

Mitsubishi Electric Europe B.V.
Mitsubishi Electric Europe B.V.
Pekařská 621/7
155 00 Praha 5
tel. +420 251 551 470

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 737 489 292

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Ano, proto se je snažíme minimalizovat
Ne, jsou na odpovídající úrovni
Nejsou vysoké, ale rychle rostou

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2017 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI