مقاله در مورد موتورهای آزمایشی

این مقاله به بررسی عملکرد موتورهای آزمایشی و تست های مختلف آن ها می پردازد. در این مطالعه، از موتور ۳.۰ لیتری V6 و سیستم های دقیق برای اندازه گیری دما، سوخت، هوا و گازهای خروجی استفاده شده تا عملکرد بهینه و آلایندگی موتور ارزیابی شود.

موتورهای آزمایشی و حالات مختلف تست موتور

تمام مطالعات انجام شده در این حوزه، بر پایه استفاده از موتورهای آزمایشگاهی طراحی شده مطابق شکل ۹-۵ صورت گرفته اند. راه اندازی این موتورهای آزمایشی در سلول های تست شامل یک موتور ۳.۰ لیتری V6 ساخت شرکت فورد بود که به یک دینامومتر الکتریکی و سیستم انتقال نیروی اتوماتیک مجهز شده بود.

برای پایش شرایط عملکرد موتور، سه نوع سنسور شامل سنسور حرارتی هوا، سنسور جریان سوخت و سنسور جریان هوا نصب شده بودند تا به ترتیب دمای ورودی، میزان سوخت مصرفی و دبی هوای ورودی به موتور را اندازه گیری کنند. همچنین، دو سنسور اکسیژن نیز در لوله های اگزوز تعبیه شده بود تا داده های دقیق تری از ترکیب گازهای خروجی ثبت شود.

اطلاعات به دست آمده از سنسورها و جریان هوا، مبنای محاسبه مقدار سوخت تزریقی به موتور قرار می گیرد تا نسبت بهینه هوا به سوخت برای عملکرد بهینه موتور تعیین شود. پردازش گر مرکزی، عرض پالس های تزریق و زمان جرقه زنی را تنظیم کرده و به انژکتورها دستور می دهد تا مقدار دقیق سوخت مورد نیاز را تزریق کنند. در این فرایند، جعبه EMC (مدل کنترل کننده الکترونیکی) به عنوان واسطی برای ارتباط سطحی میان کنترل کننده EEC-IV و سیستم جمع آوری اطلاعات عمل می کند.

سیستم سنجش سرعت زاویه ای شامل یک سنسور دیجیتال مغناطیسی و مبدل فرکانس به ولتاژ است که فرکانس سیگنال های مربوط به سرعت چرخش موتور را به ولتاژ آنالوگ تبدیل می کند. داده ها از تمامی دورهای موتور جمع آوری شده و به صورت اطلاعات تحلیلی ثبت می شوند.

دینامومتر با تولید بار متغیر، شرایط شبیه سازی شده ای از رانندگی را ایجاد می کند. این بار توسط سیستم DYNLOC IV (کنترل کننده گشتاور و سرعت) و DTC-1 (کنترل کننده دریچه گاز)، که توسط شرکت Dynesystem طراحی شده اند، مدیریت می شود.

مقادیر گشتاور و سرعت از طریق باتری و سرعت سنج به دست می آیند. دستورهای کنترل ورودی برای دریچه گاز و دینامومتر توسط یک نرم افزار رایانه ای تعیین و از طریق پورت ارتباطی سریال RS-232 به واحدهای کنترل ارسال می شوند. برای تبدیل و ثبت داده ها، از برد A/D مدل AT-MIO-16F-5 استفاده شده که با رایانه های شخصی سازگار است.

به موجب الزامات قانونی، انجام بازرسی های دوره ای و عملیات نگهداری و تعمیر موتورها به یک روند عادی تبدیل شده اند. یکی از این تست ها، برنامه ایست که توسط سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA) توسعه یافته و شامل دوره ای موسوم به IM240 است. این برنامه، همان گونه که در نمودار شکل ۱۰-۵ مشاهده می شود، مبتنی بر الگوی سرعت خودرو در طول زمان بوده و هدف آن ارزیابی عملکرد سیستم های کنترل آلایندگی در برابر آلاینده هایی نظیر مونوکسیدکربن، هیدروکربن های نسوخته و اکسیدهای نیتروژن است.

دوره IM240 به گونه ای طراحی شده تا در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی و با استفاده از دینامومتر اجرا شود. این برنامه از الگوی تقویم رانندگی شهری (UDS) اقتباس شده و بازتابی از ترافیک صبحگاهی رایج در مناطق شهری است.

این آزمون، ابزاری برای سنجش واقع گرایانه میزان آلایندگی خودروها محسوب می شود. در یک مطالعه [97]، پژوهشگران پیشنهاد افزودن تست های تشخیصی جدیدی به دوره IM240 را ارائه کردند تا امکان شناسایی و رفع نواقص در موتورهای معیوب فراهم شود و از این طریق بتوان به کاهش قابل توجهی در سطح آلودگی خودروهای موجود دست یافت.

5.8.2- ساختمان کلی تخمین فازی و نتایج آن

در سیستم تشخیص که اساس تکنیک FDI ما را تشکیل می دهد، هدف طراحی مدلی است که از اطلاعات ورودی و خروجی سیستم برای شبیه سازی یک سیستم دینامیکی استفاده کند. نوع عیب موتور که استراتژی FDI قصد شناسایی آن را دارد، شامل خطاهای کالیبراسیون است که در جدول 5.3 آورده شده اند. این خطاها به طور مستقیم بر درصد سوخت و هوا، زمان جرقه در احتراق تأثیر می گذارند که در نهایت بر میزان گازهای زائد تأثیرگذار خواهد بود.

شناسایی عیب ها و استراتژی ایزوله سازی بر اساس تخمین متغیرهای مختلفی مانند سرعت موتور (W) که بر حسب دور بر دقیقه اندازه گیری می شود، مقدار هوای وارد شده از طریق مکش منیفلد، مقدار بازشدگی دریچه بنزین (که به صورت درصدی از باز شدن کامل دریچه بیان می شود)، مقدار سوخت وارد شده به محفظه احتراق (بر حسب IB-m)، و مقدار گشتاور موتور (بر حسب ft-Lb) انجام می گیرد.

این متغیرها به طور مشخص با مدل شناسایی در نظر گرفته شده اند تا نحوه عملکرد موتور را بیان کنند.

فرمول های 5.58 تا 5.62

ورودی ها در معادلات 5.63 تا 5.67 داده شده اند (L زمان گسسته ای است که از نمونه برداری در هر دو میل لنگ موتور به دست می آید).

فرمول های 5.63 تا 5.67

خروجی از دینامومتر است. بردارهای برگشتی که برای شبیه سازی و مطالعات آزمایشی انتخاب شده اند، برای تشخیص اینکه کدام متغیرها برای تخمین دقیق سایر متغیرها مورد استفاده قرار می گیرند، به کار می روند. علاوه بر این، تعدادی ثابت تأخیر دار برای تخمین دقیق تر باید در نظر گرفته شوند.

یک روش پیشنهادی برای سیستم تشخیص غیرخطی، که برای این منظور خاص قابل استفاده است، روش NARMAX (ARMAX غیرخطی) می باشد که نسخه توسعه یافته سیستم تشخیص خطی ARMAX است. ساختار کلی مدل NARMAX از مقیاس ترکیب چندجمله ای حاوی بردار برگشت استفاده می کند.