کنترل زمان بندی احتراق در موتورهای احتراق تراکمی هموژن (hcci) براساس مدل دینامیکی

تولید آلایندگی کم و راندمان بالای مصرف سوخت در موتورهای احتراق داخلی از اهداف اصلی صنعت خودروسازی امروزی می باشد. موتورهای احتراق تراکمی با مخلوط هموژن (hcci) نوع جدیدی از موتورهای احتراق داخلی هستند که به لحاظ تولید آلایندگی اکسیدهای نیتروژن، دوده و ذرات معلق و نیز مصرف سوخت عملکرد مطلوبی نسبت به موتورهای بنزینی و دیزلی دارند. هرچند معایبی نیز وجود دارد که مانعی جدی بر سر راه به کارگیری گسترده این نوع موتورها در صنعت شده است. مهم ترین معضل موجود، عدم امکان کنترل مستقیم زمان اشتعال بر خلاف دو نوع دیگر متداول موتورها است. این نوع اشتعال در حقیقت یک فرآیند کینتیکی پیچیده است که عوامل مختلفی بر آن اثرگذار هستند. احتراق با زمان کنترل نشده می تواند منجر به تشدید معایب این نوع موتورها از جمله تولید آلاینده های مونوکسیدکربن و هیدروکربن نسوخته و افزایش نوسانات سیکلیک شود. استراتژی های کنترلی و نیز کنترلرهای مختلفی جهت کنترل زمان اشتعال hcci وجود دارد. استراتژی به کار رفته در این پژوهش کنترل زمان اشتعال موتور hcci دو سوخته با تنظیم عدد اکتان یا نسبت مخلوط دو سوخت پایه ی ان هپتان و ایزواکتان می باشد و از روش کنترل بر اساس مدل (model-based control) بهره گیری می شود. برای این منظور از یک مدل ترمودینامیکی گسسته پس از ساده سازی های اولیه استفاده می شود. یک مدل کنترلی غیرخطی جهت پیشگوئی زمان احتراق، طراحی و با نتایج ازمایشگاهی صحه گذاری می شود. نتایج شبیه سازی حاکی از زمان بسیار کم شبیه سازی این مدل نسبت به مدل فیزیکی است (در حدود 1 میلی ثانیه برای شبیه سازی هر سیکل موتور با پردازنده 2.67 گیگاهرتز intel). از این مدل جهت طراحی کنترلی استفاده می گردد. کنترلرهای مختلفی ازدو دسته کلی : کنترلر های تنظیم تجربی و کنترلر های بر اساس مدل طراحی (شامل: lqr، فیدبک حالت انتگرالی بهمراه فیدفوروارد، lqg و کنترلر مود لغزشی) و عملکرد آن ها بر روی مدل فیزیکی اولیه (که برای یک موتور تک سیلندر ریکاردو (ricardo) تعیین پارامتر شده) در محدوده ای از عملکرد موتور بررسی و مورد مقایسه قرار می گیرد. ضمن این که کنترلرهای هر دود گروه به لحاظ عملکرد تعقیب شرایط یکسانی دارند، در دفع اثرات اغتشاشات فیزیکی عملکرد کنترلرهای بر اساس مدل می تواند بهینه تر باشد، بدین ترتیب که کنترلرهایی نظیر فیدبک حالت انتگرالی و همچنین lqg با انحراف کمتری از خروجی در اثر اعمال اغتشاش، مقاومت از خود نشان می دهند. همچنین کنترلر مود لغزشی توانائی دفع اثر نامطلوب اغتشاش را با سرعت بیشتری داراست. این ویژگی های متمایز همگی از موارد مطلوب و متناسب با عملکرد موتورهای hcci است چرا که در این نوع موتورها به دلیل سرعت به نسبت بالای احتراق، کنترلری سریع که در برابر اغتشاشات عملکرد مطلوبی داشته باشد و بتواند بازه عملکرد این نوع موتورها را نیز تا حدودی افزایش دهد، بسیار موثر خواهد بود. در نهایت کنترلر مود لغزشی با عملکرد تعقیب و مقاومت مناسب بع عنوان کنترلری جدید و موثر در عرصه کنترل زمان اشتعال hcci معرفی می گردد.