Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Vývoj spalovacích motorů
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Vývoj spalovacích motorů

Společnost Ricardo získala zajímavou zakázku od japonské automobilky Mitsubishi, která vyrábí a montuje do svých vozů G-DI motory. Úkolem společnosti Ricardo bylo navrhnout novou strategii řízení vstřikování tak, aby motor splňoval emisní limity Evropské unie.

Evropské limity jsou podstatně přísnější než japonské a bez radikálního snížení emisí by automobilka Mitsubishi nesměla některé vozy na evropský trh dodávat. Vývojáři společnosti Ricardo Consulting Engineers při řešení tohoto úkolu použili výpočetní a simulační prostředí MATLAB, Simulink a Stateflow od firmy MathWorks, se kterým úspěšně vyřešili i mnoho předchozích zakázek.

G-DI motory

Motory s přímým vícebodovým vstřikováním (G-DI) se liší od ostatních motorů se vstřikováním paliva v tom, že benzin je vstřikován přímo do válce motoru, kde vytváří vrstvenou nehomogenní směs se vzduchem. Tato technologie nabízí zvýšení výkonu motoru a úspornější provoz při zachování tvrdých emisních standardů Evropské unie. Dosáhnout těchto výhod je však možné jen při dodržení přesně stanovených optimálních poměrů benzinu a vzduchu v palivové směsi.
Výkon a ekonomiku provozu G-DI motoru lze zvýšit optimalizací řízení přepínačů, které ovládají přechody mezi operačními režimy motoru. Každý přechod z jednoho režimu do následujícího vyžaduje změnu složení palivové směsi. Řídicí jednotka musí optimálně řídit nejen jednotlivé přechody mezi režimy motoru, ale i složení směsi v závislosti na stavových veličinách motoru. Navíc přepínání režimů není okamžitým dějem (v některých případech přechod trvá téměř čtyři sekundy), takže každý přechod vyžaduje vlastní regulaci.

Návrh řídicího systému

Vývojáři definovali při návrhu řídicího systému pro Mitsubishi 6 hlavních operačních režimů: startování, běh s homogenní palivovou směsí, běh s vrstvenou nehomogenní palivovou směsí, regeneraci z NOx šoku, přetížení a zastavení motoru.
Při návrhu řídicího systému se vývojový tým musel vypořádat s řadou protichůdných požadavků. Například běh motoru s vrstvenou nehomogenní palivovou směsí vykazuje velmi nízkou spotřebu paliva, avšak v tomto režimu se mohou emise NOx hromadit uvnitř výfukového systému, což snižuje výkon motoru a především nepřípustně zvyšuje zplodiny motoru. Nahromaděné emise lze spálit občasným obohacením palivové směsi. Toto obohacování je však nutné provádět velmi opatrně, aby nedocházelo ke znatelným změnám točivého momentu motoru, které by mohly být negativně vnímány řidičem. Jediným řešením této úlohy je použití komplexního počítačového modelu celého systému a testování jednotlivých řídicích strategií.
Vývojáři vytvořili model všech šesti operačních fází motoru v programu Simulink a jeho nadstavbě Stateflow. Pro popis dynamických prvků systému použili bloková schémata Simulinku. Logické vazby přechodů mezi stavy motoru byly popsány stavovými diagramy programu Stateflow. Výsledný komplexní model sice obsahoval velký počet bloků, ale vzhledem k jeho hierarchické struktuře byl velmi dobře zvládnutelný z hlediska vývoje, údržby i použití. Na modelu pracovalo současně několik vývojářů, každý na příslušné části a úrovni hierarchické struktury. Výsledný model systému pomohl detailně zhodnotit všechny řídicí strategie a vybrat optimální řešení.
Výsledkem práce vývojového týmu je snížení emisí G-DI motorů Mitsubishi o zhruba 50 % při zachování ostatních parametrů motoru. Použití výpočetního a simulačního prostředí MATLAB, Simulink, Stateflow podstatně urychlilo vývojový proces a tím značně snížilo náklady na zavedení nového motoru do výroby. Navíc práci vloženou do návrhu modelu je možné zúročit i na dalších zakázkách. Simulink podporuje modulární přístup k návrhu řídicích systémů a dovoluje modelovat různé motory jednoduchou modifikací základního modelu - stačí jen nahradit některé bloky simulinkového schématu. Tento přístup nejen urychluje vývoj aplikací a pomáhá zachovávat jejich kvalitu na nadstandardní úrovni, ale také významným způsobem snižuje náklady na vývoj.
Distributorem produktů společnosti The MathWorks v ČR a SR je firma Humusoft, s. r. o.

Další články

Obráběcí stroje a technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: