CHƯƠNG IV : CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ DIESE L– ĐẶC ĐIỂM TỐI ƯU HÓA SỐ
4.2 Tối ưu hóa động cơ để sử dụng diesel sinh học
4.2.2 Tối ưu hóa lịch sử tỷ lệ phun
Hãy xem xét một hệ thống phun được điều khiển bằng cơ học. Hãy để mục tiêu là xác định một số tham số của nó để lịch sử tốc độ tiêm thực tế sẽ càng gần càng tốt với một số lịch sử mục tiêu được chỉ định. Cần lưu ý rằng lịch sử tốc độ phun mục tiêu được liên kết với một động cơ hoạt động tương ứng chế độ. Do đó, nếu N chế độ hoạt động cần được tính đến, điều này có nghĩa là N lịch sử tốc độ tiêm đích phải được xác định.
Một khi hệ thống được xem xét đã được tham số hóa đầy đủ, điều đầu tiên cần chú ý là chức năng mục tiêu. Nếu mục tiêu là đạt được tốc độ phun tối ưu lịch sử, chức năng mục tiêu phải được xác định như một số thước đo của sự bất đồng giữa lịch sử tốc độ tiêm đích thực và mục tiêu. Có tính đến điều này, chức năng mục tiêu có thể được định nghĩa là
trong đó các ký hiệu 1 ... N ký hiệu lịch sử
tốc độ tiêm mục tiêu và thực tế, tương ứng và là một hằng số chuẩn hóa. N biểu thị số chế độ hoạt động của động cơ theo đang xét, l là tổng số khoảng thời
gian con có độ dài bằng nhau trên khoảng thời gian [0, T], t0 ¼ 0 và t1 ¼ T. Các biến thiết kế và phản hồi được tập hợp trong vectơ b và u tương ứng.
Rõ ràng là bằng cách tối thiểu hóa hàm mục tiêu đã cho, chênh lệch giữa tỷ lệ tiêm mục tiêu và thực tế cũng sẽ được giảm bớt. Tốt nhất, nếu có thể lấy được f ¼ 0, lịch sử mục tiêu và tốc độ tiêm thực tế sẽ khớp hoàn toàn.
Sau khi xác định hàm mục tiêu, bước quan trọng tiếp theo là xác định hạn chế tối ưu hóa. Đối với một hệ thống phun cơ học, cần xác định ít nhất một số hạn chế áp đặt nhỏ nhất. Một số ràng buộc này có liên quan đến bộ theo dõi cam và một số đặc điểm phun.
Về cấu hình cam, cần tập trung một số chú ý vào bán kính cục bộ e. Nói chung, bán kính cục bộ của acurve được xác định trong tọa độ cực, ρ ¼ ρ (φ), có thể được thể hiện như Bằng cách sử dụng biểu thức này và thực hiện một số công việc toán học, bán kính cục bộ của đường cong biên dạng cam có thể được viết là
Vì lý do công nghệ, giá trị dương tối thiểu ξmin (+) và giá trị cực đại giá trị âm ξmax ()
của bán kính cục bộ nên bị hạn chế bởi
Ở đây và trong văn bản sau, các ký tự trên L và U được sử dụng để biểu thị giới hạn dưới và giới hạn trên của một tham số hoặc đại lượng.
Để tránh quá tải mômen xoắn và mất tiếp xúc giữa cam và người theo dõi, gia tốc pít tông
Về hiệu suất tiêm, một số chú ý cần được tập trung vào thời điểm phun θ và thời gian phun ϑ (cả hai đại lượng đều được đo bằng độcủa trục cam) và tiếp nhiên liệu qinj, z [mm3/Cú đánh]. Biểu thị mục tiêu phun thời gian bằng θp z, khoảng thời gian tiêm mục tiêu bằng ϑp z và mục tiêu tiếp nhiên liệu theo q pchế độ điều hành, các ràng buộc áp đặt có thể được viết là
Cuối cùng, các giá trị của các biến thiết kế cũng phải được hạn chế bởi,
để ngăn chặn một thiết kế không được chấp nhận về mặt công nghệ.
Hàm mục tiêu (8.30), các ràng buộc (8.33), (8.35), (8.36), (8.37) và một mô hình phản hồi thích hợp (ví dụ, BKIN, Sect. 2.1.2) xác định hoàn toàn vấn đề tối ưu hóa. Thật không may, hàm mục tiêu và một số các ràng buộc nói chung không thể phân biệt được đối với b vì sự hiện diện của các toán tử "min" và "max". Để có được một hình thức phù hợp vấn đề, người ta có thể tiến hành như sau (Kegl 1995, 1996).
Trong bước đầu tiên, một biến thiết kế nhân tạo bổ sung bn + 1∈R được giới thiệu. Sau đó, người ta có thể xác định một hàm mục tiêu mới bằng cách
Cần lưu ý rằng ảnh hưởng của việc giảm thiểu hàm mục tiêu mới và có tính đến các ràng buộc bổ sung, về cơ bản giống như ảnh hưởng của tối thiểu hóa hàm mục tiêu ban đầu (8,30). Trong bước thứ hai, trước tiên ta nên xem xét các đại lượng phụ thuộc vào thời gian e và a. Trong khoảng thời gian [0, T] các đại lượng này có thể có một số cực tiểu cục bộ và cực đại, có vị trí và mức thay đổi khi b thay đổi. Tuy nhiên, thực tế kinh nghiệm cho thấy rằng thường thì mức tối thiểu và tối đa giống nhau trên toàn cầu, nếu các biến thiết kế thay đổi trong một phạm vi hợp lý. Nói cách khác, các nhà khai thác
"Min" và "max" trong (8.32) và (8.34) luôn trả về cùng một cực trị. Đang lấy tính đến điều này, người ta giả định rằng các đại lượng ξminð Þ þ, ξmaxð Þ, ζ và ς là có thể phân biệt đối với b và không có sự biến đổi của những ràng buộc này là cần thiết.
Dựa trên giả thiết đã nêu ở trên, dạng cuối cùng của thiết kế tối ưu vấn đề được đưa ra bởi hàm mục tiêu (8.38), các ràng buộc (8.33), (8.35), (8.36), (8.37), (8.39), và bằng phương trình phản ứng (8.15). Vấn đề này có thể được giải quyết trực tiếp bằng hầu như bất kỳ phương pháp lập trình toán học dựa trên gradient nào.
Để minh họa cho lý thuyết, người ta có thể coi nhiên liệu diesel điều khiển điện tử hệ thống phun (ECD FIS) với bơm điều khiển thời gian bọc ngoài (Needhamet al. 1990) (Hình. 8.5). Máy bơm kiểm soát thời gian ở tay áo của nó cung cấp một lượng lớn linh hoạt trong việc đo lượng nhiên liệu và thời điểm bắt đầu phun. Cấu tạo cơ bản của một máy bơm điều khiển thời gian bọc ngoài cũng giống như cấu tạo cơ học bơm cỡ P có điều khiển BOSCH. Sự khác biệt duy nhất là một tay áo đính kèm có thể được tìm thấy ở khối pít tông. Do đó, mô hình toán học của một FIS thông thường và ECD có thể giống nhau, ngoại trừ trường hợp thứ hai, các tham số điều khiển liên quan đến tay áo phải được coi là độc lập và có thể thay đổi tham số hơn là các hằng số đã cho.
Bằng cách tính đến các thuộc tính của ECD FIS, có thể đáng để chạy một quy trình tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh cả hình dạng của biên dạng cam và giá trị của các thông số điều khiển phun. Bằng cách xem xét một số động cơ hoạt động các chế độ đồng thời, có thể đạt được mức tiêm gần mục tiêu tỷ lệ trong một loạt các chế độ vận hành động cơ. Dữ liệu đầu vào của FIS — cần thiết để tính toán phản ứng của hệ thống — được lấy từ các ví dụ số, được mô tả trong (Kegl 1995, 1996)
Để tối ưu hóa hệ thống, bốn trường hợp khác nhau của vấn đề thiết kế sẽ được xem xét, phân biệt bởi loại đường cong biên dạng cam K và bởi số lượng các chế độ vận hành động cơ được tính đến đồng thời
81Hình 4.5 Hệ thống phun nhiên liệu ECD với bơm điều khiển thời gian bọc ngoài
Các trường hợp A và C được xem xét để xác minh lợi ích đạt được bằng cách sử dụng một đường cong Be´zier hợp lý hơn là đối chiếu không hợp lý của nó.
Tọa độ của sáu điểm điều khiển, xác định K, được đưa ra bởi biểu thức
Một số thông số hình học và điều khiển được chọn để phục vụ như thiết kế biến. Các biến thiết kế hình học là góc cam tại máy bơm bằng không. Pít tông nâng φ0 [CAM], các tham số cix, i ¼ 2 ... 5 và ciy, i ¼ 3, 4 nữa như các hệ số trọng số ψi, i ¼ 2 ... 5. Các biến thiết kế kiểm soát là pít tông bơm nâng h ðzÞ p, z ¼ 1 ... N, và thời gian phân phối hình học t ðzÞ d, z ¼ 1 ... N. Việc nâng trước pít tông bơm ảnh hưởng đến thời gian phun và thời
gian phân phối hình học ảnh hưởng đến thời gian tiêm với hệ quả của việc ảnh hưởng cũng như nhiên liệu. Cần lưu ý rằng hai các thông số liên quan đến một chế độ vận hành riêng lẻ. Như vậy, đối với N hoạt động chế độ 2N của các tham số như vậy nhập vào tập các biến thiết kế.Đối với các trường hợp A, B, C và D, vectơ của các biến thiết kế được định nghĩa là
Các giá trị ban đầu của tất cả các biến thiết kế cũng như các giới hạn dưới và trên của chúng, cho trong Bảng 8.1, trong mọi trường hợp đều giống nhau.
Các giới hạn dưới và giới hạn trên của các đại lượng bị ràng buộc cũng có được coi là giống nhau trong mọi trường hợp:
Lịch sử tốc độ tiêm mục tiêu được chọn phù hợp với các hướng dẫn thảo luận trong (Kegl 1999). Lịch sử tốc độ tiêm đã chọn (Hình 8.6) xác định giá trị của các tham số sau: mục tiêu bắt đầu tiêm θp z, mục tiêu tiếp nhiên liệu qp vết thương; z và khoảng thời gian tiêm mục tiêu ϑp z Giá trị của chúng được cho trong Bảng 8.2.
Khoảng thời gian tính toán theo độ của trục cam là [20, 80] cho tất cả các hoạt động các chế độ. Các khoảng thời gian tương ứng [0, T] tính bằng giây là [0, 0,01111] và [0, 0,01667] cho các chế độ hoạt động z ¼ 1, 2, và [0, 0,02] cho z ¼ 3,4, 5. Đối với tất cả các chế độ hoạt động, tổng số khoảng phụ được đặt thành l ¼ 10.
Trong trường hợp A và B, chỉ xem xét chế độ vận hành động cơ đầu tiên. Tại đây chế độ, sau khi tiêm có mặt ở thiết kế ban đầu. Bằng cách tối ưu hóa nhiên liệu hệ thống tiêm, sau khi tiêm đã được loại bỏ (Hình 8.7) giữa lịch sử mục tiêu và tốc độ tiêm tối ưu là thỏa đáng trong cả hai trường hợp.
3Bảng 4.1 Giá trị ban đầu và giới hạn của các biến thiết kế
82Hình 4.6 Lịch sử tốc độ phun mục tiêu
4Bảng 4.2 Tốc độ quay của bơm và dữ liệu mục tiêu cho tất cả các chế độ vận hành của động cơ
Như dự đoán, thiết kế tối ưu trong trường hợp B tốt hơn một chút so với thiết kế tối ưu trong trường hợp A. Giá trị tối ưu của các biến thiết kế như sau:
Giá trị tương ứng của các hàm mục tiêu là (A) và (B)
. Trong trường hợp C và D cả năm chế độ vận hành động cơ đã được đưa vào bài toán thiết kế tối ưu. Một lần nữa, sự thống nhất giữa lịch sử tốc độ tiêm mục tiêu và tối ưu tốt
hơn một chút trong trường hợp D so với trường hợp C. Giá trị tối ưu của các biến thiết kế như sau:
83H ình
4.7
84Hình 4.8 Lịch sử tốc độ phun cho trường hợp D (đường cong Be´zier hợp lý) cho 5 chế độ vận hành
Các giá trị tương ứng của các hàm mục tiêu là (C) và (D)
. Đối với trường hợp D, mục tiêu, ban đầu và tiêm tối ưu lịch sử tốc độ được so sánh trong Hình 8.8, trong đó tốc độ tiêm q_ tiêm được đưa ra trong [mm3/ stroke] và góc trục cam φ trong [CAM].