hrvatski

Modeliranje i regulacija modernog dizelskog motora s turbonabijanjem

Magistarski rad sastoji se od šest poglavlja. U prvom, uvodnom poglavlju daje se kratki osvrt na značajni tržišni uspjeh dizelskih motora u Europi u posljednjih deset godina (1997 – 2008. g.). Ističu se razlozi tog uspjeha, te se još spominju tri uvodna područja, i to: ekologija, zakonske norme i industrija nafte. U drugom poglavlju dan je kratki pregled teorijskih osnova dizelskog motora i princip njegova rada. Navedene su osnovne definicije fizikalnih veličina, radne značajke i njihove oznake. Veličine poput prosječnog indiciranog tlaka, indicirane korisnosti, efektivne snage motora, faktora viška zraka i slično spominju se gotovo u svim slijedećim poglavljima, te ih je odmah na početku rada bilo potrebno definirati. U trećem poglavlju opisani su svi podsustavi dizelskog motora od kojih će se sastojati cjelokupni matematički model motora. Dan je naglasak na upravljačke komponente (aktuatore, senzore, upravljačko računalo), dok konstrukcijski dio motora poput klipova, klipnjače, bregaste osovine, nije bio u fokusu ovoga rada. Podsustavi koji su detaljnije opisani u ovom trećem poglavlju su: sustav za recirkulaciju (povrat) ispušnih plinova, visokotlačni sustav za ubrizgavanje goriva (engl. common– rail), sustav prednabijanja dizelskog motora temeljen na turbini sa zakretnim lopaticama, te kao posljednji opisan je sustav za elektroničku regulaciju i upravljanje radom dizelskog motora. U četvrtom poglavlju razvijen je matematički model dizelskog motora s prednabijanjem. Kao osnova koristio se usrednjeni model motora (engl. Mean Value Engine Model, u daljnjem tekstu MVEM model) koji je razvijen 1991. godine na tehničkom Univerzitetu u Kopenhagenu. Prvo su matematički opisane sve komponente od kojih se sastoji model motora, a zatim se model implementirao unutar programa za simulaciju dinamičkih sustava MATLAB SIMULINK 7.0. Prikazani su i tipični primjeri simulacije postavljenog modela. Peto poglavlje odnosi se na tri projektirana sustava regulacije motora. U regulacijskom krugu ugrađeni su diskretni PI ili PID regulatori. U uvodnom dijelu petog poglavlja, izvedena je prijenosna funkcija diskretnog PID regulatora u Z-području. Regulator se podešava pomoću Takahasijeve procedure zasnovane na oscilacijskom eksperimentu. Prvi projektirani sustav regulacije je uređaj za regulaciju brzine vozila, tzv. tempomat. Poremećajnu veličinu predstavlja postotak nagiba ceste koji se mijenja od +5 % (uspon), pa sve do -5 % (nizbrdica). Simulacijsko ispitivanje projektiranog tempomata provedeno je u četvrtom i petom stupnju prijenosa mjenjača. Drugi projektirani regulacijski sustav odnosi se na regulaciju povrata ispušnih plinova u usisni kolektor motora, tzv. EGR regulacija. Da bi se ova regulacija mogla uspješno realizirati bilo je potrebno u usisni kolektor matematičkog modela motora ugraditi dodatni aktuator koji se naziva elektronička EGR zaklopka. Regulator djeluje direktno na električni EGR-ventil čijim se zatvaranjem, odnosno otvaranjem prigušuje protok ispušnih plinova prema usisu, a indirektno i na EGR zaklopku čijim se zatvaranjem prigušuje protok svježeg zraka iz kompresora i stvara podtlak nužan za ostvarenje povrata ispušnih plinova. Posljednji projektirani regulacijski sustav odnosi se na regulaciju tlaka prednabijanja. Ovaj regulacijski krug je ugrađen u već postojeći simulacijski model uređaja za regulaciju brzine vozila, tzv. tempomata. Rezultat ove simbioze je složeni simulacijski model sa dva ugrađena regulatora, jedan za regulaciju brzine vrtnje, a drugi za regulaciju tlaka prednabijanja. Regulator djeluje na električni aktuator kojim se direktno mijenja napadni kut turbinskih lopatica, odnosno indirektno protok ispušnih plinova kroz turbinu.

Turbodizelski motor; turbina sa zakretnim lopaticama; EGR ventil; EGR zaklopka; EGR regulacija; regulacija tlaka prednabijanja; regulacija brzine vozila; tempomat; diskretni PID regulator; usrednjeni model motora; Takahasijeva procedura

nije evidentirano