Ce diaporama a bien été signalé.
Nous utilisons votre profil LinkedIn et vos données d’activité pour vous proposer des publicités personnalisées et pertinentes. Vous pouvez changer vos préférences de publicités à tout moment.
DRC33                                                   การประชุมวิชาการเครือข่ายวิศวกรรมเครืองกลแห่งประเทศไทย ครังที่ 25 ...
DRC33Abstract          This article presents an application research involving a calculation of in-cylinder air mass on a2...
DRC33อย่างเดียว คือ ค่าอัตราการไหลโดยมวลของอากาศที่                  อาศัยการจาลองแบบ Mean-Value Model โครงสร้างอ่านได้ไม่...
DRC33          m  vol  Pm , N e                                     Pm     N                                       Vc...
DRC33     egr                   1                          PmVm            (6)   โดยที่ x n ,  n p เป็ นค่าเกนขอ...
DRC33        x1   m  egr u  vol ,map  y , N e   m x1                          5. การคานวณปริ มาณอากาศในกระบอกส...
DRC33 รูปที่ 2 ภาพรวมของระบบการคานวณปริมาณอากาศ                  ในกระบอกสูบ              6. ผลการจาลองด้วยโปรแกรมคอมพิ วเ...
DRC33                                                  ออกแบบของตัวสังเกตแบบแผนเลื่อนทาให้ตวแปรส          ั               ...
Prochain SlideShare
Chargement dans…5
×

การประมาณค่าอากาศในกระบอกสูบของเครื่องยนต์ DF-PCCI โดยตัวสังเกตแบบแผนเลื่อน

This paper was proposed on the 25th ME-NETT conference 2011 at Krabi, Thailand.

  • Identifiez-vous pour voir les commentaires

  • Soyez le premier à aimer ceci

การประมาณค่าอากาศในกระบอกสูบของเครื่องยนต์ DF-PCCI โดยตัวสังเกตแบบแผนเลื่อน

  1. 1. DRC33 การประชุมวิชาการเครือข่ายวิศวกรรมเครืองกลแห่งประเทศไทย ครังที่ 25 ่ ้ 19-21 ตุลาคม 2554 จังหวัดกระบี่ การคานวณปริ มาณอากาศในกระบอกสูบโดยตัวสังเกตแบบแผนเลื่อน สาหรับเครื่องยนต์จดระเบิดด้วยการอัดแบบ DF-PCCI ุ A Sliding-Mode Observer for In-Cylinder Air Calculation on Compression Ignition Engine Operating with DF-PCCI Mode อิทธิเดช มูลมังมี*1, บัณฑิต จิรนันทศักดิ1์ และ วิทต ฉัตรรัตนกุลชัย2 ่ ิ 1 ห้องปฏิบตการควบคุมหุนยนต์และการสันสะเทือน (CRV Lab) ภาควิชาวิศวกรรมเครืองกล ั ิ ่ ่ ่ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ บางเขน กรุงเทพฯ 10900 2 ภาควิชาวิศวกรรมเครืองกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ บางเขน กรุงเทพฯ 10900 ่ * ติดต่อ: โทรศัพท์: 086-57940404 E-mail: profittidej@gmail.com (โทรศัพท์ 080-0831118 และ Email: bunditji@hotmail.com)บทคัดย่อ บทความนี้เสนองานวิจยเชิงประยุกต์เกี่ยวกับการประมาณค่าอากาศในกระบอกสูบของเครื่องยนต์จุด ัระเบิดด้วยการอัดขนาด 2.5 ลิตร ทีใช้ก๊าซธรรมชาติเป็ นเชือเพลิงร่วมกับน้ามันดีเซลและทางานในโหมด DF-PCCI ่ ้(Diesel-Dual-Fuel Premixed-Charge Compression Ignition Engine) มีการนาอากาศเข้าด้วยระบบเทอร์โบชาร์จ(turbocharger) และระบบการนาไอเสียกลับมาเผาไหม้ซ้า (Exhaust Gas Recirculation; EGR) ปริมาณอากาศจริงที่ไหลเข้า สู่กระบอกสูบ มีความส าคัญในการกาหนดปริม าณการฉีด เชื้อเพลิง และการเผาไหม้ข องเครื่ องยนต์โดยเฉพาะเมือมีการเปลียนแปลงอัตราเร็วรอบและโหลดของเครืองยนต์อย่างทันทีทนใด โดยปกติเซ็นเซอร์วดอัตรา ่ ่ ่ ั ัการไหลอากาศ (MAF sensor) ทีตดตังบริเวณด้านหน้าไม่สามารถให้ปริมาณอากาศจริงทีใช้ในการเผาไหม้ภายใน ่ ิ ้ ่กระบอกสูบได้ เนื่องจากมีผลของปริมาณออกซิเจนทีเ หลือจากการเผาไหม้ในรอบก่อนหน้า อีกทังมีเวลาล่าช้าใน ่ ้การวัดและความคลาดเคลื่อนของตัวเซ็นเซอร์ ทาให้ประสิทธิภาพการเผาไหม้ลดลงและส่งผลต่อการตอบสนองการขับขี่ การประมาณค่าอากาศนี้อาศัยแบบจาลองทางคณิตศาสตร์ของสภาวะทางอุณหพลศาสตร์ททอร่วมไอดีรว มกับ ่ี ่ ่ความสัมพันธ์ของอัตราส่วนก๊าซทีเ่ ผาไหม้แล้ว (Burned Gas Ratio; BGR) ทีอยูในท่อร่วมไอดีมาสร้างสมการสเตท ่ ่ของระบบ และออกแบบตัวสังเกตแบบแผนเลื่อน (Sliding-mode observer) ซึงมีสมบัตคงทนต่อการเปลียนแปลง ่ ิ ่พารามิเตอร์ของระบบได้ ผลจากการทดลองประมาณค่าอากาศในกระบอกสูบด้วยตัวสัง เกตแบบแผนเลื่อนนี้พบว่าให้ปริมาณมวลอากาศทีเข้ากระบอกสูบ มากกว่าทีอ่านได้จากเซ็นเซอร์ MAF เนื่องจากคานึงถึงผลของอากาศที่ ่ ่เหลือจากการเผาไหม้ใน EGR โดยอาศัย BGR ในการคานวณปริมาณก๊าซทียงไม่เผาไหม้ จาลองผลบนโปรแกรม ่ ั ® ®MATLAB Simulink และ AVL Boostคำหลัก: ตัวสังเกต, อากาศในกระบอกสูบ, แผนเลื่อน, เครืองยนต์เชือเพลิงร่วม ่ ้
  2. 2. DRC33Abstract This article presents an application research involving a calculation of in-cylinder air mass on a2.5L compression ignition engine composing with EGR and turbocharger system, and operating on DF-PCCI mode. The DF-PCCI engine using CNG as main fuel is a multipoint-injected CNG at the intakeports after Diesel is directly injected in smaller amount, mainly for ignition purpose, resulting in lower fuelcost. The amount of in-cylinder air is important to Diesel and CNG injection calculations, especially whenwe tip-in or abrupt changes in load paddle. The presence of time delay of a MAF sensor is an obstacle inthe controller design for air/fuel ratio control. Because its combustion characteristic is close to lean burn(exceed O2), resulting in more residual air on the EGR system. The in-cylinder air is calculated fordetermine Diesel and CNG injection durations, estimation of in-cylinder air improves the engine efficiency,drivability, and emission in the exhaust. We present 1) a model of air-part system with EGR system, andthe Burned Gas Ration (BGR) (i.e., a ratio between the burned mass and the total mass) is a keyconcept of this work for estimates the combustion parameter on the intake manifold. 2) a nonlinearsliding-mode observer, which has robustness properties. The proposed algorithm was simulated on theMATLAB Simulink® as a controller and the AVL BOOST as a virtual engine. The results of this estimationprovide more accuracy in predicting the Air-per-Cylinder (APC) instantaneously, where it does notrequired in additional sensors.Keywords: Observer, In-cylinder air, Sliding-mode, Diesel-Dual-Fuel Engine 1. บทนา เผาไหม้เ ชื้อ เพลิง ได้ ท ัง สองชนิ ด พร้อ มกัน ชนิ ด คือ ้ ระบบควบคุมเส้นทางอากาศ (air-path control ดีเซลและก๊าซธรรมชาติ (natural gas)system) ในเครื่องยนต์เชื้อเพลิงร่วมดีเซลและก๊าซ พารามิเ ตอร์ส าคัญในการควบคุม ระบบเส้นทางธรรมชาติซงมีการจุดระเบิดด้วยการอัดแบบ DF-PCCI ่ึ อากาศคือ ปริมาณอัตราการไหลโดยมวลของอากาศ(Diesel-Dual-Fuel Premixed-Charge Compression (Mass Air Flow; MAF) และความดันในท่อร่วมไอดีIgnition) จะทาการควบคุมอัตราการไหลโดยมวลของ (Manifold Absolute Pressure; MAP) ค่าอัตราการอากาศทีลนเร่ง (throttle) และของก๊าซไอเสียย้อนกลับ ่ ้ิ ไหลของอากาศนี้จะถูกนามาคานวณการฉีดเชือเพลิง, ้ทีวาล์วไอเสียย้อนกลับ (Exhaust Gas Recirculation ่ กาหนดโซนของเครื่องยนต์ ฯลฯ สาหรับออกแบบการ(EGR) valve) เพื่อให้ปริมาณอากาศที่ไหลเข้ามา ควบคุม แบบป้ อ นกลับ ในเครื่อ งยนต์ อย่ า งไรก็ต ามสอดคล้องกับความต้องการของเครื่องยนต์ในขณะนัน ้ อัตราการไหลของอากาศที่ดงกล่ าวนัน เป็ น การไหล ั ้ซึงกาหนดโดยคาสังคันเร่ง (peddle) และอัตราเร็วรอบ ่ ่ เฉพาะอากาศจากภายนอก (fresh air) เข้า สู่เครื่องยนต์ (engine speed) และเพื่อกาหนดปริมาณ เครืองยนต์เท่านันและทราบจากเซ็นเซอร์วดอัตราการ ่ ้ ัการฉีดเชื้อเพลิงตามค่าที่กาหนดไว้ ดังนันจึงส่งผล ้ ไหลโดยมวลของอากาศ (MAF sensor) ทีตดตังทาง ่ ิ ้โดยตรงต่อสมรรถนะของเครื่องยนต์ (performance), ด้านหน้าเครื่องยนต์ เครื่องยนต์ดเซล 2.5 ลิตร ระบบ ีการขับขี่ (drivability) และปริมาณมลพิษในไอเสีย น า อ า ก า ศ เ ข้ า เ ค รื่ อ ง ย น ต์ โ ด ย เ ท อ ร์ โ บ ช า ร์ จ(emissions) เป็ นต้ น เครื่ อ งยนต์ DF-PCCI เป็ น (turbocharger) และการนาไอเสียกลับมาเผาไหม้ซ้าเครืองยนต์จุดระเบิดด้วยการอัดซึงดัดแปลงให้สามารถ ่ ่ ในระบบไอเสียย้อนกลับ (EGR system) ข้อบกพร่อง ของปริมาณอากาศที่อ่านได้จากเซ็นเซอร์ MAF เพียง
  3. 3. DRC33อย่างเดียว คือ ค่าอัตราการไหลโดยมวลของอากาศที่ อาศัยการจาลองแบบ Mean-Value Model โครงสร้างอ่านได้ไม่ตรงกับมวลอากาศจริงทีเข้าสู่เครื่องยนต์ ซึง ่ ่ ของระบบและตัวแปรต่าง ๆ ทีใช้ในการประมาณค่า ่มีเ หตุ ผลดังนี้ 1) ผลกระทบของเวลาล่ า ช้า (time อากาศในกระบอกสูบ แสดงดัง รูป ที่ 1 ตัว ห้อ ย mdelay) เนื่องจากตาแหน่ งทางกายภาพของการติดตัง ้ และ  แทนตาแหน่ งในท่อร่วมไอดีและท่อร่วมไอเสียเซ็นเซอร์ MAF 2) เครื่องยนต์ DF-PCCI มีลกษณะ ั ตามลาดับ ตัวห้อย a และ eg แทนก๊าซทียงไม่เผา ่ ัการเผาไหม้สวนใหญ่เป็ นการเผาไหม้บาง (lean burn) ่ ไหม้ (สามารถแทนด้ว ยอากาศ) และก๊ าซที่เ ผาไหม้นันคือมีปริมาณอากาศส่วนเกิน (exceed air) จากการ ่ แล้ว ตามลาดับ ตัวห้อย  แทนอากาศจากภายนอกเผาไหม้เหลือปนมากับไอเสียในระบบไอเสียย้อนกลับ (fresh air) จากรูปที่ 1 อากาศไหลเข้าสู่ระบบผ่านลิ้น(EGR system) เข้าสู่เครื่องยนต์ อัตราการไหลโดย เร่ง u ด้วยอัตราการไหลโดยมวลของอากาศ mมวลอากาศส่ ว นเกิ น นี้ ไ ม่ ส ามารถทราบค่ า จาก รวมเข้า กับ มวลของไอเสีย m ในระบบไอเสียเซ็ น เซอร์ ไ ด้ ข้อ บกพร่ อ งดัง กล่ า วจะส่ ง ผลเสีย ต่ อ ย้อ นกลับ ที่ท่ อ ร่ ว มไอดี ซึ่ง มีเ ซ็ น เซอร์ ว ัด ความดันสมรรถนะ การขับขี่ และปริมาณมลพิษในไอเสีย ไม่ (intake manifold pressure; Pm ) และอุณหภูม ิมาก หากเครื่ อ งยนต์ ท างานที่อ ัต ราเร็ ว รอบคงที่ (intake air temperature; Tm ) ส่วนผสมของอากาศ(steady-state operation) แต่หากเครื่องยนต์อยู่ และไอเสียทีมาจากไอเสียย้อนกลับ จะเข้าสูเครื่องยนต์ ่ ่ในช่ว งของการเปลี่ย นอัตราเร็ว รอบหรือโหลดอย่า ง ด้วยอัตราการไหลโดยมวล m , อัตราการไหลโดยทันทีทน ใดจะส่งผลกระทบต่อการควบคุม อย่างมาก ั มวลของดีเซล m เพือจ่ายน้ ามันจากหัวฉีดดีเซลเข้า ่[3], [4], [5] ดังนัน มีความจาเป็ นต้องประมาณค่ามวล ้ เผาไหม้ในเครืองยนต์ และปล่อยก๊าซไอเสีย m ผ่าน ่อากาศจริง ที่อ ยู่ ใ นกระบอกสู บ ที่เ วลาใดๆ เพื่อ ส่ ง ท่อ ร่ ว มไอเสีย ซึ่ง มีเ ซ็น เซอร์ว ัด ความดัน (exhaustสัญญาณทีเ่ วลาจริงไปยังระบบควบคุมส่วนอืนต่อไป ่ manifold pressure; Pe ) และอุณหภูม ิ (exhaust ในบทความนี้จะนาเสนอเป็ น 6 ส่วนดังนี้ ส่วนที่ 2 temperature; Te ) การควบคุมอัตราการไหลโดยมวลแบบจาลองของระบบเส้นทางอากาศ ส่วนที่ 3 ทฤษฎี ของไอเสียย้อนกลับ m จะควบคุมโดยตาแหน่ งการการออกแบบตัวสังเกตแบบแผนเลื่อน ส่วนที่ 4 การ ปิ ดเปิ ด % u ของวาล์ว EGR อัตราการไหลโดยมวลออกแบบตัว สัง เกตแบบแผนเลื่ อ น (Sliding-mode ของไอเสียย้อนกลับแทนด้วย m ซึงจะประกอบด้วย ่observe) ส่วนที่ 5 การคานวณปริมาณอากาศใน มวลของก๊าซทีเผาไหม้แล้ว m ,eg และก๊าซส่วนทียง ่ ่ ักระบอกสูบ ส่วนที่ 6 ผลการจาลองด้วยโปรแกรม ไม่ เ ผาไหม้ m ,a แบบจ าลองทางคณิต ศาสตร์ข องคอมพิวเตอร์ ส่วนที่ 7 สรุปผลและวิจารณ์ ระบบเส้นทางอากาศมีรายละเอียดซึงจะแสดงต่อไปนี้ ่ 2. แบบจาลองของระบบเส้นทางอากาศ 2.1 Total Mass Balance in the Intake Manifold พิจารณากฎของก๊าซอุดมคติ (ideal gas law) ที่ ท่ อ ร่ ว มไอดี : PmV  M m RTm เมื่อ สมมติใ ห้ก าร เปลียนแปลงของอุณหภูมมคาน้อยมาก จะได้ ่ ิ ี่ Pm  RTm Vm  m  m  mcng  m  (1) โดยที่ mcng แทนอัตราการไหลโดยมวลของก๊า ซ รูปที่ 1 นิยามตัวแปรสาหรับเครืองยนต์ [2] ่ ธรรมชาติ ส าหรับ อัต ราการไหลโดยมวลที่ เ ข้ า สู่ เครืองยนต์ กาหนดโดย Speed-Density Equation: ่
  4. 4. DRC33 m  vol  Pm , N e  Pm N Vcyl e (2)  A F actual  RTm 120  A F stoi A  Fg  Fd โดยที่ Vcyl แทนปริ ม าตรการกระจั ด (displaced  R  A F  g  1  R   A F dvolume (m3)) N e แทนอัตราเร็วรอบ (rpm) และvol แทนประสิ ท ธิ ภ าพเชิ ง ปริ ม าตร (volumetric  m ,a  mcng  m  R  A F  g  1  R   A F defficiency) ซึงได้คาจากการทดลอง ่ ่2.2 Composition Balance in the Intake Manifold โดยที่ m แทนอัตราการไหลโดยมวลของดีเซลทีใช้, ่นิย ามอัต ราส่วนโดยมวลระหว่ างก๊า ซที่เ ผาไหม้แ ล้ว R แทนอัตราส่ว นโดยพลังงานของการใช้เพลิง ก๊า ซ(burned gas) mm,eg ต่อก๊าซทังหมด (ส่วนทีเผาไหม้ ้ ่ ธรรมชาติต่ อดีเ ซล,  A F  g และ  A F d เป็ นแล้ว (burned) + ส่วนที่ยงไม่เผาไหม้ (unburned ั ค่าคงทีเท่ากับ 16.3 และ 14.6 ตามลาดับ นันคือ ่ ่gas)) โดยพิจ ารณาที่ท่ อ ร่ว มไอดี/ท่ อร่ ว มไอเสีย  A F stoi  16.3R  14.6 1  R   14.6  1.7R และตามลาดับ กาหนดโดย พารามิเตอร์ Fexh  m ,eg m ใน (4) พิจารณาจาก Fint  mm,bg  mm,bg  1 mm,a (3) สมการสมดุลมวลทีกระบอกสูบ และอาศัยนิยามค่า  ่ mm mm,a  mm,bg mm ข้างต้น จะได้และ m ,eg m ,eg  t   IEG     t 1  m ,a  t   IEG   IEG m ,eg m ,eg m ,a Fexh    1 (4)   m  t   IEG   mcng  t   IEG    m m ,a  m ,eg m และโดยที่ mm,a เป็ นมวลของก๊ า ซที่ ย ั ง ไม่ เ ผาไหม้ m  m ,eg  t   IEG   m ,a  t   IEG   (unburned gas) ซึ่งสามารถพิจารณาเป็ นมวลของ   m  t   IEG   mcng  t   IEG   อากาศที่อยู่ใ นไอเสีย ตัว ห้อ ย m และ  แทน โดยที่  IEG  3  เป็ นช่วงเวลาหน่ วงเนื่องจากตาแหน่ งในท่อร่ม ไอดีแ ละท่อร่ว มไอเสีย ตามล าดับ การดูดอากาศโดยเริมจากวาล์วไอดีปิ ดในจังหวะดูด ่เมือพิจารณาอัตราการเปลียนแปลงของ Fint จะได้ ่ ่ อากาศเข้า (aspiration center) ไปจนถึงจุดศูนย์กลาง ของจังหวะคายไอเสีย (exhaust center) เพื่อวัดค่า  Fint  RTm PmVm  m  Fegh  Fint    m  mcng  Fint  ออกมา เรีย กว่า Induction-to-Exhaust-Gas (IEG) (5) delay) [2]2.3 การคานวณอัตราส่วนของมวลก๊าซที่ เผาไหม้ 2.4 การคานวณอัตราการไหลโดยมวลของ EGRแล้วในท่อร่วมไอเสีย ( Fexh ) จากสมดุลมวลบนท่อร่วมไอดี จะได้ว่า เนื่องจาก Fexh ขึนอยู่กบปริมาณอากาศทีเหลือ ้ ั ่ megr  masp  mmaf  mcng  mmจากการเผาไหม้และมีความสัมพันธ์กบค่าอัตราส่วน ัสัมพัทธ์ระหว่างอากาศต่อเชือเพลิง (relative air/fuel ้ โดยสมมติให้อตราการไหลโดยมวลของไอเสียสามารถ ัratio:  ) เราจึงสามารถคานวณ Fexh ได้ในเทอม ั ั เขียนในรูป megr  egru โดยที่ egr เป็ นฟงก์ชนของ  (โดยทีค่า  ได้มาจากเซ็นเซอร์ท่ตดตังใน ่ ี ิ ้ ทีขนอยูกบอุณหภูม ิ และความดันในท่อร่วมไอเสีย u ่ ้ึ ่ ัห้องทดสอบ) สาหรับเครืองยนต์เชือเพลิงร่วมทีทางาน ่ ้ ่ แทนตาแหน่ งของการเปิ ดวาล์ว EGR (ร้อยละ 0-1)ในโหมด DF-PCCI เรามี ดังนัน้
  5. 5. DRC33 egr  1  PmVm  (6) โดยที่ x n ,  n p เป็ นค่าเกนของตัวสังเกต ˆ  masp  mmaf  mcng   u  RTm  ั ั ่ และ sign  S    p เป็ นฟงก์ชนทีทาหน้าทีสวิตช์ ่ผลคูณของ (6) และ u แทนอัตราการไหลโดยมวล เมือ ่  s1   e1 ของก๊ าซไอเสียย้อนกลับ megr บนท่อ EGR โดย     S   (10)ก า ห น ด ค่ า เ ริ่ ม ต้ น egr  0.014 ใ น กา ร เ ขี ย น  s p  ep     โปรแกรม2.5 สมการสเตทของระบบทางเดิ นอากาศ โดยที่ e  x  x เป็ น ตัว แปรสเตทคลาดเคลื่ อ น ˆ ในทีน้ีสมมติว่าการเปลียนแปลงของอุณหภูมมค่า ่ ่ ิ ี (error state variables) และ sign  S  สอดคล้องกับน้อยมาก ( Tm  0 ) นันคือเป็ นกระบวนการอุณหภูม ิ ่ sign  S    sign  s1  sign  sp  Tคงที่ (isothermal) โดยแทนค่า (2) ใน (1) และสมมติ   (11)ให้ x =  Pm Fm  T  2 เป็ น ตัวแปรสเตท (statevariables) และ y  Pm  1 เป็ น ตัว แปรเอาท์พุ ต พื้นผิวแผนเลื่อน (sliding surface) กาหนดโดยจะได้สมการสเตท (state equations) หรือแบบจาลอง S  0 และค่า อัต ราขยาย    ij   i 1,...,n; j 1,..., pอ้างอิง (reference model) สาหรับออกแบบตัวสังเกต และเงื่อนไขสาคัญสาหรับ เสถียรภาพเชิงเส้นกากับวง(หัวข้อที่ 4) ดังนี้ กว้าง (globally asymptotically stable) คือการ ออกแบบพืนผิวแผนเลื่อน S เพือให้ S T S  0 ้ ่ x1   m  m  mcng   egr u  vol ,map  x1 , N e   m x1  m x2  x1  Fexhegr u   m  mcng  egr u  x2  4. การออกแบบตัวสังเกตแบบแผนเลื่อน y  x1 พิจารณาจาก (7) พลวัตของตัวสังเกตแบบแผนเลื่อน กาหนดโดย (7)โดยที่ int RTm Vm และ int  N e , Tm   x1   m  m  mcng   egr u ˆ 1 RTm Vcyl  Ne 120  vol ,map  y , N e   m x1   sign  S  ˆ   m 3. ทฤษฎีการออกแบบตัวสังเกตแบบแผนเลื่อน  x2  ˆ y  Fexhegr u  พิจารณาระบบไม่เป็ นเชิงเส้น     m  mcng   egr u  x2 ˆ  yx   x  f  x, u  1   (8) (12)  y  h  x   โดยที่    และก าหนดให้ S  x1  x1  x1 ˆโดยที่ x n , u m และ y  n สมการสเตท จะได้สมการสเตทของความคลาดเคลื่อน (error stateของตัวสังเกตแบบแผนเลื่อนของระบบ (8) อยูในรูป ่ dynamics) ในรูป x  f  x u   sign  S  ˆ ˆ, (9)
  6. 6. DRC33  x1   m  egr u  vol ,map  y , N e   m x1  5. การคานวณปริ มาณอากาศในกระบอกสูบ      sign  x1  x1  เนื่ อ งจากพารามิเ ตอร์ ส าคัญ ที่บ่ ง บอกปริม าณ  (13)   อากาศทีเ่ หลือจากการเผาไหม้คอ BGR โดยอาศัย (3) ื  y  x2  m   m  mcng   egr u  x2 และ (4) จะได้      Fexh  x2  egr u  สัดส่วนของปริมาณอากาศในท่อร่วมไอดี: mm,aเราต้องออกแบบอัตราขยาย  เพื่อให้บนพืนผิวแผน ้ 1  Fint  (14) mmเลื่อน S  0 สอดคล้องกับเงื่อนไข S S  Sx1  0 T สัดส่วนของปริมาณอากาศในท่อร่วมไอเสีย:ดังนัน จึงเลือก ้ m ,a 1  Fexh  (15) m   m egr u  x1 vol ,map  y, N e  m  โดยสัดส่วนของปริมาณอากาศทังสอง มีค่า ตังแต่ 0 ้ ้การวิเคราะห์เสถียรภาพ (stability analysis) ของ x2 : (คือปิ ด TPS และเปิ ด EGR) ถึง 1 (คือปิ ด EGR และเนื่ องจากพลวัตของ x1 เป็ น อิส ระกับ x2 ดังนัน จึง ้ เปิ ด TPS) ซึงบอกถึงปริมาณอากาศทีมอยู่ต่อปริมาณ ่ ่ ีสามารถแยกการวิเ คราะห์เสถีย รภาพได้อย่ างอิส ระ ก๊าซทังหมดในขณะนันและทีบริเวณนัน ดังนันอัตรา ้ ้ ่ ้ ้สาหรับทุกค่า umin  u  umax การไหลโดยมวลของเฉพาะก๊ า ซที่ย ัง ไม่ เ ผาไหม้ x2  Dynamics: (unburned EGR + fresh air) คือ m x2  y    m  m cng   egr u  x2  ˆ ˆ  m ,ub  1  Fint m  t  (16)   Fexh  x2  egr u  โดยพิจารณาร่วมกับ Speed-Density Equation (2) : aint  t  x2  bint  t  egr ˆ ˆ บนท่อร่วมไอดี และค่า Fint , Pm ที่ได้จากตัวสังเกตโดยที่ aint i n t y  m  mcng  egru  และ แบบแผนเลื่อน และเนื่องจากเครื่องยนต์ DF-PCCI มีbint int  Fexh  x2  u มีค่าขอบเขตบนเป็ นบวก ระบบของหัว ฉี ด ก๊ า ซธรรมชาติ ท่ีติ ด ตัง ในบริเ วณ ้ yนันคือ ่ ปริมาตรควบคุม (control volume) ของท่อร่วมไอดี 0  am  aint  t   aM ทาให้ความดัน ในท่อร่ว มไอดีจ ะมีค่า สูงกว่ า ปกติอ ัน เนื่องจากแรงดันของการฉีดก๊าซธรรมชาติ ดังนันอัตรา้และ การไหลโดยมวลทีเข้ากระบอกสูบของก๊าซทียงไม่เผา ่ ่ ั 0  bm  bint  t   bM ไหม้ (จาก EGR) และอากาศ กาหนดโดยสาหรับทุกเวลา t0 จะได้ x2  aint  t  x2  bM et   masp  1  Fint m  t   mcng  t  ˆ ˆ (17)ซึงมีผลเฉลยกาหนดโดย ่ x2  t     aint  s  x2  s  ds  c t  0 t ภาพรวมของการคานวณปริมาณอากาศในกระบอกสูบ 0 แสดงดังรูปที่ 2โดยที่ c x2  0  bM  และอาศัย Gronwall’sLemma [3] จะได้ว่า   aint  s  ds t x2  t   ce 0  ce ainttดังนัน จุดสมดุล  x1, x2    0,0 มีเสถียรภาพเชิง ้เส้นกากับ (asymptotically stable)
  7. 7. DRC33 รูปที่ 2 ภาพรวมของระบบการคานวณปริมาณอากาศ ในกระบอกสูบ 6. ผลการจาลองด้วยโปรแกรมคอมพิ วเตอร์ รูปที่ 3 ความดันในท่อร่วมไอดี Pm ทีได้จากตัวสังเกต ่ ® x1 เทียบกับ x1 ใน AVL Boost ˆ ตัวสังเกตแบบแผนเลื่อนสาหรับการประมาณค่าอากาศในกระบอกสูบทีออกแบบในหัวข้อที่ 4 จะนามา ่จาลองการทางานบน MATLAB Simulink® และเชื่อมกับระบบ AVL Boost® ซึงจะทาหน้าทีเป็ นเครื่องยนต์ ่ ่เสมือน (virtual engine) โดยรับคาสัง่ Peddle 0.2%-0.4% ที่อตราเร็วรอบเครื่องยนต์ 2000rpm และ ัสอดคล้องกับโหลด IMEP ดังรูปที่ 3 Layer_1 700000 IMEP 2KD (Pa) 600000 500000 ˆ รูปที่ 4 BGR ในท่อร่วมไอดี Fint ทีได้จากตัวสังเกต ่IMEP (Pa) 400000 300000 200000 x2 เทียบกับ x2 ในแบบจาลองอ้างอิง ˆ 100000 0 -100000 0 1 2 3 4 5 6 7 ผลลัพธ์ของสมการ (17) แสดงในรูปที่ 5 ในหน่ วยของ kg/s เราต้องแปลงให้เป็ นหน่ วย kg/stroke เพื่อ EndOfCycleTime (s) รูปที่ 3 โหลด IMEP จากคาสัง่ Peddle 0.2%-0.4% ในช่วงเวลา 5-5.5sec เปรียบเทียบกับปริมาณอากาศต่อกระบอกสูบ (APC) จาก AVL Boost® (รูปที่ 6) โดยพบว่า APC จากตัวสาหรับผลลัพธ์การประมาณค่าตัวแปรสเตท Pm และ ˆ สังเกตมีค่า 350mg/stroke ซึงน้อยกว่าปริมาณอากาศ ่ ® ˆ Fint ทีได้จากตัวสังเกตแสดงดังรูปที่ 4 โดยพบว่าตัว ่ ที่อ่านได้จ าก AVL Boost คือ 0.00043kg (หรือแปรสเตทที่ป ระมาณค่า ได้ส ามารถติดตามสัญญาณ 430mg/stroke) เนื่องจากมีการคิดมวลก๊าซทังหมด ้ออกจริงทีวดจาก AVL Boost ได้เป็ นทีน่าพอใจโดยมี ่ั ่ (burned + unburned) จึงทาให้มมากกว่าทีประมาณ ี ่ค่าคลาดเคลื่อนสูงสุดไม่เกิน 20 kPa สาหรับค่า BGR ได้จ ากตัว สังเกตซึ่งคิด เฉพาะปริม าณอากาศ (fresh( Fint ) ห รื อ x2 ส า ม า ร ถ ติ ด ต า ม ส ถ า น ะ ข อ ง ˆ air) และก๊าซทียงไม่เผาไหม้ (unburned gas) เท่านัน ่ ั ้แบบจาลองอ้างอิง x2 ได้เป็ นอย่างดี (ดูรปที่ 5) ู สอดคล้องกับสมมติฐานเบืองต้นคือ ค่ามวลของอากาศ ้ ทีได้จากตัวสังเกตควรจะมีค่ามากกว่า 280mg/stroke ่ ซึงอ่านได้จากเซ็นเซอร์ MAF (รูปที่ 7) เนื่องจากได้ ่ รวมเอาปริ ม าณอากาศที่ เ หลื อ อยู่ ใ นก๊ า ซไอเสี ย ย้อนกลับไปคิดด้วย
  8. 8. DRC33 ออกแบบของตัวสังเกตแบบแผนเลื่อนทาให้ตวแปรส ั เตททังสองของตัว สังเกตสามารถติด ตามแบจ าลอง ้ อ้างอิง (reference model) ได้อย่างดีทาให้สามารถ คานวณปริมาณอากาศ (fresh air) และก๊าซทียงไม่เผา ่ ั ไหม้ (unburned gas) ในท่อร่วมไอดีซงจะถูกดูดเข้า ่ึ กระบอกสู บ ต่ อ ไป การค านวณปริม าณอากาศใน กระบอกสูบ ด้วยตัวสังเกตที่น าเสนอได้บทความนี้ ม ี ข้อดีคอ 1) ลดเวลาล่าช้าของ MAF เซ็นเซอร์โดยใช้ ื สถานะของอุณหภูมและความดันที่ท่อร่วมไอดีซ่งอยู่ ิ ึรูปที่ 5 ปริมาณอากาศต่อกระบอกสูบ (APC) ในหน่วย ใกล้กระบอกสูบมากกว่าในการคานวณ 2) คานึงถึงผล mg/stroke ทีประมาณค่าได้ ่ ของอากาศทีเ่ หลือจากการเผาไหม้ใน EGR โดยอาศัย BGR ในการคานวณปริม าณก๊า ซที่ย งไม่เ ผาไหม้ั เท่านัน 3) ไม่ตองการการติดตังเซ็นเซอร์เพิมเติม ้ ้ ้ ่ 7. เอกสารอ้างอิ ง [1] Waszkiewics, S.D., Tierney, M.J. and Scott, H.S. (2009). Development of coated, annular fins for adsorption chillers, Applied Thermalรูปที่ 6 ปริมาณอากาศต่อกระบอกสูบ (APC) ในหน่วย Engineering, vol. 29(11-12), August 2009, pp. kg จาก AVL Boost® 2222 – 2227. [2] Wilfrid Perruquetti and Jean Pierre Barbot (Eds.) (2002). Sliding Mode Control in Engineering, Marcel Dekker, Inc., [2] Stotsky, A.A. (2009). Automotive Engines: Control, Estimation, Statistical Detection, Springer- Verlag Berlin Heidelberg. [3] Khalil, H.K. (2002). Nonlinear Systems, third edition, Prentice Hall. [4] Chauvin, J., Petit, N., Rouchon, P., Gilles Corde, and Vigild, C. Air Part Estimation onรูปที่ 7 ปริมาณอากาศต่อกระบอกสูบ (APC) ในหน่วย Diesel HCCI Engine, SAE International mg/stroke ทีประมาณค่าได้ ่ Conference, No. 2006-01-1085, 2006. 6. สรุปผลและวิ จารณ์ [5] Chauvina, J., Corde, G., Petit, N. and บทความนี้เ สนอแบบจ าลองของระบบเส้น ทาง Rouchonb, P., Motion Planning for Experimentalอากาศประกอบด้วย พลวัตของสองตัวแปรสเตท คือ Air Path Control of a Diesel Homogeneousความดันในท่อร่วมไอดี (intake manifold pressure) Charge-Compression Ignition Engine, Controlและอัตราส่วนโดยมวลของก๊าซทีเผาไหม้แล้วต่อก๊าซ ่ Engineering Practice, Vol. 16 page 1081-1091,ทังหมด (Burned Gas Ratio; BGR) อีกทังการ ้ ้ 2008.

×