انتخاب زمان جرقه به منظور بهبود عملکرد آلایندگی موتور اشتعال جرقه ای با کنترل فازی

فهرست مطالب:

چکیده 1

    فصل اول

مقدمه. 2

1-1 بیان مساله. 2

1-2  ضرورت انجام تحقیق.. 2

1- 3 اهداف و فرضیه های پژوهش… 3

1- 4 تعریف متغیرها 4

1- 5 پیش فرض های پژوهش… 4

1- 6 تعریف اصطلاحات.. 6

   فصل دوم

2 – 1 معرفی موتورهای اشتعال جرقه ای.. 7

2 – 2 مروری بر ادبیات موضوع. 8

2 – 3 چرخه های اساسی موتور 8

2 – 4 چرخه چهارزمانه موتور SI 9

2 – 5 کنترل زمان جرقه زنی در موتور SI 13

فصل سوم

مدل سازی موتور SI 16

3 – 1 نرم افزار GT – POWER. 16

3 – 2 مدل موتور SI 17

3-3 مشخصات موتور مدل سازی شده 18

3-4 اجزای موتور مدل شده با وظایف هر جزء 19

3-4-1 باکس ورودی هوا inlet 19

3-4-2 اتصال اریفس 1. 20

3-4-3 باکس intrunner. 21

3-4-4  اتصال اریفس 2. 22

3-4-5 باکس  intport 22

3-4-6 المان انژکتور 23

3-4-7 کانال عبور هوای intvalve. 24

3-4-8 المان سیلندر 24

3-4-9 سوپاپ گازهای خروجی exvalve. 25

3-4-10 اتصال اریفس 3. 26

3-4-11 باکس exhrunner. 26

3-4-12 اتصال اریفس 4       . 27

3-4-13 المان خروجی هوا env – outlet 28

3-4-14 اتصال اریفس 5. 28

3-4-15 اتصال اریفس 6. 29

3-4-16 المان موتور 29

3-4-17 المان Simulink. 30

3-4-18 المان Torque. 30

3-4-19 سنسورهای BrakePower ، Braketorque و crankangle. 31

3-4-20 سنسور NOxppm.. 32

3-4-21 اتصال عملگر. 33

   فصل چهارم

کنترل کننده فازی.. 34

4-1 تئوری فازی.. 34

4-2 کنترل فازی.. 35

4-3 نرم افزار MATLAB. 36

4-4 شبیه‌سازی در Simulink. 36

4-5 طراحی کنترل‌کننده فازی.. 39

4-6 طراحی کنترل‌کننده PID.. 42

   فصل پنجم

5-1 اجرای مدل شبیه سازی شده موتور SI به ازای سرعت.. 44

5-2 اجرای مدل شبیه سازی شده با کنترلر فازی به ازای سرعت.. 48

5-3 طراحی کنترل کننده فازی برای موتور تحت بار 49

5-4 اجرای مدل شبیه سازی شده با کنترلر فازی به ازای بار 53

5-5 بحث و نتیجه گیری.. 55

5-6 پیشنهادها 56

فهرست منابع. 57

فهرست جداول:

جدول 3-1 مشخصات فیزیکی موتور…………………………………………………………………………………………………………………….. 19

جدول 3-2 مشخصات فیزیکی هوای محیط…………………………………………………………………………………………………………… 20

جدول 3-3 مشخصات فیزیکی اریفس 1……………………………………………………………………………………………………………….. 21

جدول 3-4 مشخصات فیزیکی پایپ intrunner………………………………………………………………………………………………….. 21 جدول  3-5 مشخصات فیزیکی اریفس 2…………………………………………………………………………………………………………………………………. 22

جدول 3-6 مشخصات فیزیکی المان intport……………………………………………………………………………………………………….. 23

جدول 3-7 مشخصات فیزیکی  المان انژکتور………………………………………………………………………………………………………… 23

جدول 3-8 مشخصات فیزیکی پایپ runner……………………………………………………………………………………………………….. 24 جدول 3-9 مشخصات هندسی سیلندر…………………………………………………………………………………………………………………………………… 25

جدول 3-10 مشخصات فیزیکی سوپاپ دود exval………………………………………………………………………………………………. 26

جدول  3-11 مشخصات فیزیکی اریفس 3……………………………………………………………………………………………………………. 26

جدول 3-12 مشخصات فیزیکی پایپ exhrunner………………………………………………………………………………………………. 27

جدول 3-13 مشخصات فیزیکی اریفس 4…………………………………………………………………………………………………………….. 27

جدول 3-14 مشخصات فیزیکی محیط هوای خروجی از موتور………………………………………………………………………………… 28

جدول 3-15 مشخصات فیزیکی اریفس 5…………………………………………………………………………………………………………….. 28 جدول 3-16 مشخصات فیزیکی اریفس 6…………………………………………………………………………………………………………………………………. 29

جدول 3-17 مشخصات فیزیکی موتور………………………………………………………………………………………………………………….. 29

جدول 3-18 مشخصات فیزیکی سنسور BrakePower……………………………………………………………………………………….. 31

جدول 3-19 مشخصات فیزیکی سنسور Braketorque……………………………………………………………………………………….. 31 جدول 3-20 مشخصات فیزیکی سنسور crankange……………………………………………………………………………………………………………….. 32

جدول 3-21 مشخصات فیزیکی سنسور NOxppm……………………………………………………………………………………………… 32

جدول 4-1: قوانین فازی طراحی‌شده برای کنترل زمان جرقه‌زنی…………………………………………………………………………….. 41

جدول 5-1: بررسی عملکرد آلایندگی موتور SI به ازای سرعت 2000 دور بر دقیقه………………………………………………….. 45

جدول 5-2: بررسی عملکرد آلایندگی موتور SI به ازای سرعت 3000 دور بر دقیقه………………………………………………….. 45 جدول 5-3: بررسی عملکرد آلایندگی موتور SI به ازای سرعت 4000 دور بر دقیقه……………………………………………………………………………….. 46

جدول 5-4: بررسی عملکرد آلایندگی موتور SI به ازای سرعت 5000 دور بر دقیقه………………………………………………….. 46

جدول 5-5: بررسی عملکرد آلایندگی موتور SI به ازای سرعت 6000 دور بر دقیقه………………………………………………….. 47

جدول 5-6: تأثیر افزایش سرعت بر زمان جرقه‌زنی و عملکرد آلایندگی موتور…………………………………………………………… 47

جدول 5-7: بررسی عملکرد آلایندگی موتور SI به ازای بار 20%……………………………………………………………………………… 50

جدول 5-8: بررسی عملکرد آلایندگی موتور SI به ازای بار 40%……………………………………………………………………………… 50

جدول 5-9: بررسی عملکرد آلایندگی موتور SI به ازای بار 60%……………………………………………………………………………… 51

جدول 5-10: بررسی عملکرد آلایندگی موتور SI به ازای بار 80%…………………………………………………………………………… 51

جدول 5-11: بررسی عملکرد آلایندگی موتور SI به ازای بار 100%………………………………………………………………………… 52

جدول 5-12: تأثیر افزایش بار بر زمان جرقه‌زنی و عملکرد آلایندگی موتور………………………………………………………………. 52

فهرست شکل ها:

شکل 1-1 : منحنی فشار احتراق برای زاویه های مختلف منحنی…………………………………………………………………………….. 5

شکل 1-2 : موتورBMW 320  اشتعال جرقه ای…………………………………………………………………………………………………… 7

شکل 2-2 :مرحله ورودی…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 9

شکل 3-2 مرحله تراکم……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 10

شکل 4-2 احتراق……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 10

شکل 5-2 مرحله انبساط یا مرحله قدرت……………………………………………………………………………………………………………… 11

شکل 6-2 خروج آنی گازها………………………………………………………………………………………………………………………………….. 12 شکل 7-2 مرحله خروج گازها………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 13

شکل 3-1 شماتیک یک موتور تک سیلندر با اجزای مربوطه……………………………………………………………………………………. 18

شکل 3 -2 مدل شبیه سازی شده  موتور درون سوز………………………………………………………………………………………………. 18

شکل 3-3 باکس ورودی هوا…………………………………………………………………………………………………………………………………. 19 شکل 3-4 باکس اریفس 1…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 20

شکل 3-5 مجرای عبور هوای intrunner…………………………………………………………………………………………………………….. 21

شکل 3-6 باکس اریفس 2…………………………………………………………………………………………………………………………………… 22

شکل 3-7 باکس intport…………………………………………………………………………………………………………………………………… 22 شکل 3-8 المان انژکتور……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 23

شکل 3-9 المان intvalve………………………………………………………………………………………………………………………………….. 24

شکل 3-10 المان سیلندر……………………………………………………………………………………………………………………………………. 24

شکل 3-11 المان exvalve………………………………………………………………………………………………………………………………… 25 شکل 3-12 اریفس 3………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 26

شکل 3-13 باکس exhrunner………………………………………………………………………………………………………………………….. 26

شکل 3-14 اریفس 4………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 27

شکل 3-15 باکس خروجی هوا outlet…………………………………………………………………………………………………………………. 28

شکل 3-16 اتصال اریفس 5………………………………………………………………………………………………………………………………… 28

شکل 3-17 اتصال اریفس 6………………………………………………………………………………………………………………………………… 29

شکل 3-18 المان Simulink……………………………………………………………………………………………………………………………… 30

شکل 3-19 المان Torque………………………………………………………………………………………………………………………………… 30 شکل 4- 1 : محیط شبیه سازی شامل موتور SI همراه با کنترل کننده…………………………………………………………………………………………………. 37

شکل 4-2: بخش کنترل کننده موتور SI شامل کنترل PID و فازی………………………………………………………………………. 37

شکل 4-3: مدل حلقه باز سیستم تحت کنترل………………………………………………………………………………………………………. 38

شکل 4-4: مدل حلقه- باز ساخته‌شده در محیط GT ISE……………………………………………………………………………………. 38

شکل 4-5: توابع عضویت فازی برای ورودی خطا……………………………………………………………………………………………………. 39

شکل 4-6: توابع عضویت فازی برای ورودی انتگرال خطا…………………………………………………………………………………………. 40

شکل 4-7: توابع عضویت فازی برای خروجی کنترل‌کننده………………………………………………………………………………………. 40 شکل 4-8: توابع عضویت فازی برای خروجی کنترل‌کننده……………………………………………………………………………………………………………….. 41

تصویر 4-9: ضوابط طراحی شده  برای خروجی کنترل‌کننده…………………………………………………………………………………… 42

شکل 5-1: مطالعه حلقه باز عملکرد آلایندگی به ازای زمان جرقه‌زنی……………………………………………………………………… 44

شکل 5-2: کنترل PI زمان جرقه‌زنی موتور و عملکرد آلایندگی موتور SI………………………………………………………………… 48

شکل5-3: کنترل فازی زمان جرقه‌زنی موتور و عملکرد آلایندگی موتور SI………………………………………………………………. 49

شکل 5-4: مدل GT suite ساخته‌شده باملاحظه بار موتور……………………………………………………………………………………. 53

شکل 5-5: کنترل فازی زمان جرقه‌زنی موتور و عملکرد آلایندگی موتور SI تحت بار 60 درصد…………………………………. 54