Publication: İçten yanmalı bir motorun modellenmesi ve doğrulanması
Abstract
Günümüz dünyasında dizel motorlar; otomotiv endüstrisinin yanı sıra denizcilik, savunma ve silah sanayi gibi sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Otomotiv endüstrisindeki emisyon standartlarının getirdiği sınırlamalar dizel motorların kullanımını azaltmış gibi gösterse de verimli yakıt tüketimi dizel motorları diğer sektörler için hala iyi bir alternatif haline getirmektedir. Emisyon limitlerinin azalması ve artan yakıt maliyetleri şirketleri dizel motor sistemlerine daha fazla eyleyici eklemeye ve dizel motorlar için ayrıntılı kontrol yöntemleri geliştirmeye zorlamıştır. Tüm bu gelişmeler ise daha hassas bir kontrol için dizel motorların ve alt bileşenlerinin modellenmesinin önemi artmıştır.Bu çalışmada bir dizel motor, ağırlıklı olarak hava yolu bileşenlerini içeren, basitleştirilmiş bir silindir modeliyle modellemektir. Dizel motora ait ortalama değer motor modeli (MVEM) elde edilmiş olup; dizel motor çevrimi sürekli olduğu kabul edilmiştir. Dizel motorun kontrolünde dışarıdan verilen hız referansına göre pedal bilgisi üreten bir boylamsal sürücü modeli ve bir araç modeli kullanılmıştır. Boylamsal sürücü modeli hız hatasına göre PI kontrol metodu kullanarak hızlanma ve yavaşlama komutu üretmekten sorumludur. Araç modeli ise motorun üretmiş olduğu tork değerini alarak araç tekerleklerine aktarmaktan sorumludur. Bu çalışmaya konu olan dizel motor modelleme ve kontrol yöntemi, hesaplama yükünü azaltmasına rağmen yüksek doğruluğu korumasıyla getirdiği etkin sadelik nedeniyle ilerleyen zamanlarda başka çalışmalara da temel olabilecek niteliktedir.Dört bölümden oluşan bu çalışmanın birinci bölümünde çalışmanın genel amacından bahsedilmiştir. İkinci bölümde, bir dizel motorun çalışma prensibi ele alınarak motorun hava akış bileşenleri ve bunların modellenmesinden bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde, simülasyon dosyaları, kontrolör tasarımı ve simülasyon sonuçları ele alınmıştır. Son bölümde ise simülasyon sonuçları yorumlanmış, modelde kullanılan varsayımların ve tekniklerin sonuçlar üzerindeki etkisinden bahsedilmiştir. Elde edilen sonuçların ileride yapılacak çalışmalara yol göstermesi adına görüş bildirilmiştir.
In today's world, diesel engines are widely used in automotive industry, marine industry, and defense industry. Although recent emissions standards in the automotive industry appear to have reduced the use of diesel engines, efficient fuel consumption still makes diesel engines a good choice for other industries. Reduction in emission limits and increased fuel costs have forced companies to add more actuators to diesel engine systems and develop detailed control methods for diesel engines. All these developments have increased the importance of modeling diesel engines and their sub-components for more precise control. In this study, a diesel engine is modeled with a simplified cylinder model, which mainly includes air path components. Considering the diesel engine cycle as continuous, average value engine model (MVEM) of a diesel engine is obtained. For the control of the modeled diesel engine, a longitudinal driver model and a simplified vehicle model are used to generate pedal information according to the external speed reference. The longitudinal drive model is responsible for generating acceleration and deceleration commands using the PI control method based on the speed error. The vehicle model is responsible for transferring the torque generated by the engine to the vehicle wheels according to the specified vehicle variables. Although the diesel engine modeling and control method developed during this study reduces the computational load, in future further studies can be conducted based on it due to its effective simplicity and high accuracy.This study consists of four sections. In the first section of this study, main objectives are mentioned. In second section, the air path components of a diesel engine and their modeling are discussed via considering operating principles of a diesel engine. In third section, simulation files, controller design and simulation results are discussed. In the last section, simulation results are interpreted and the effect of assumptions and techniques used on the model is mentioned. An opinion has been expressed in order to guide future studies.
In today's world, diesel engines are widely used in automotive industry, marine industry, and defense industry. Although recent emissions standards in the automotive industry appear to have reduced the use of diesel engines, efficient fuel consumption still makes diesel engines a good choice for other industries. Reduction in emission limits and increased fuel costs have forced companies to add more actuators to diesel engine systems and develop detailed control methods for diesel engines. All these developments have increased the importance of modeling diesel engines and their sub-components for more precise control. In this study, a diesel engine is modeled with a simplified cylinder model, which mainly includes air path components. Considering the diesel engine cycle as continuous, average value engine model (MVEM) of a diesel engine is obtained. For the control of the modeled diesel engine, a longitudinal driver model and a simplified vehicle model are used to generate pedal information according to the external speed reference. The longitudinal drive model is responsible for generating acceleration and deceleration commands using the PI control method based on the speed error. The vehicle model is responsible for transferring the torque generated by the engine to the vehicle wheels according to the specified vehicle variables. Although the diesel engine modeling and control method developed during this study reduces the computational load, in future further studies can be conducted based on it due to its effective simplicity and high accuracy.This study consists of four sections. In the first section of this study, main objectives are mentioned. In second section, the air path components of a diesel engine and their modeling are discussed via considering operating principles of a diesel engine. In third section, simulation files, controller design and simulation results are discussed. In the last section, simulation results are interpreted and the effect of assumptions and techniques used on the model is mentioned. An opinion has been expressed in order to guide future studies.