شماره ركورد
34913
پديد آورنده
سيد سينا ذكريائي نژاد
عنوان
توسعه يك مدل رياضي براي موتورهاي پاشش مستقيم گازسوز مجهز به پاشش مستقيم آب براي كاربريهاي سختافزار در حلقه
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي خودرو گرايش قواي محركه
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1405/2/19
استاد راهنما
علي قاسميان مقدم
استاد مشاور
نداشتم
دانشكده
مهندسي خودرو
چكيده
با توجه به سختگيرانهتر شدن قوانين مربوط به حدود مجاز توليد دياكسيدكربن و ساير آلايندهها و همچنين رقابت خودروهاي برقي و هيبريدي، موتورهاي درونسوز نيازمند بهينهسازي و ارتقاء مستمر ميباشند. استفاده از گاز طبيعي بهعنوان سوختي پاكتر و توسعه موتورهاي گازسوز پاشش مستقيم، به دليل كاهش آلايندگي و بهبود عملكرد، مورد توجه گسترده قرار گرفته است. همچنين فناوري پاشش مستقيم آب ميتواند در بهبود راندمان حرارتي و عملكرد احتراقي مؤثر باشد. در اين راستا، توسعه توابع كنترلي و كاليبراسيون موتورهاي تزريق مستقيم گاز طبيعي(NGDI)، بهويژه در حضور پاشش مستقيم آب، نيازمند مدلي سريع و درعينحال دقيق براي پيشبيني رفتار ترموديناميكي سيلندر است تا در فرآيند توسعه ECU و كاربردهاي سختافزار در حلقه مورد استفاده قرار گيرد. در اين پژوهش، يك مدل ترموديناميكي شبهابعادي دوناحيهاي مبتني بر زاويه ميللنگ در محيط سيمولينك متلب توسعه يافته است كه شامل مدل جريانهاي ورودي و خروجي، انتقال حرارت، فرآيند احتراق مبتني بر مدل واكنش شيميايي دو مرحلهاي همراه با همبستگي وابسته به نسبت آب به سوخت (W/F)، و زيرمدل تزريق و تبخير مستقيم آب ميباشد و با رويكرد قانون اول ترموديناميك و با هدف كارايي محاسباتي بالا حل شده است. اعتبارسنجي مدل در سه مرحله انجام شد: در بخش موتوري و تحليل جريان با نرمافزار GT-Power با خطاي فشار سيلندر 2- تا 8 درصد، در موتور NGDI خشك با خطاي 4- تا 12 درصد، و در موتور GDI مجهز به پاشش مستقيم آب با خطاي 5- تا 10 درصد. همچنين تحليل حساسيت نسبت به تغييرات ضريب همارزي و زاويه جرقه، تطابق روند نتايج با منابع مرجع را نشان داد كه بيانگر قابليت اعتماد مدل در فرآيند كاليبراسيون است. در نهايت، چارچوب توسعهيافته امكان پيشبيني سريع و پايدار رفتار سيلندر را فراهم نموده و ميتواند بهعنوان ابزاري كارآمد در توسعه استراتژيهاي كنترلي و كاليبراسيون مجازي ECU مورد استفاده قرار گيرد. واژههاي كليدي: شبيه¬سازي شبهابعادي، شبيه سازي دو ناحيهاي، موتور گازسوز، پاشش آب، پاشش مستقيم سوخت، سخت افزار در حلقه
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/02
عنوان به انگليسي
Developing a mathematical direct injection natural gas engine model equipped with direct water injection for HiL applications
تاريخ بهره برداري
5/9/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيدسينا ذكريائي نژاد
چكيده به لاتين
With increasingly stringent regulations on permissible levels of carbon dioxide and other pollutants, as well as competition from electric and hybrid vehicles, internal combustion engines require continuous optimization and advancement. The use of natural gas as a cleaner fuel and the development of direct-injection gas engines have received considerable attention due to their potential to reduce emissions and improve performance. Additionally, direct water injection technology can effectively enhance thermal efficiency and combustion performance. In this context, the development of control functions and calibration for natural gas direct injection (NGDI) engines, particularly in the presence of direct water injection, requires a fast yet accurate model to predict the thermodynamic behavior of the cylinder, enabling its use in ECU development and hardware-in-the-loop applications. In this study, a two-zone quasi-dimensional thermodynamic model based on crank angle was developed, which includes models for intake and exhaust flows, heat transfer, combustion processes based on a two-step chemical reaction model coupled with a water-to-fuel (W/F) ratio correlation, and a sub-model for direct water injection and evaporation. The model was solved using the first law of thermodynamics with the aim of high computational efficiency. Model validation was carried out in three stages: in the motoring and flow analysis using GT-Power with cylinder pressure errors of 2–8%, in a dry NGDI engine with errors of 4–12%, and in a GDI engine equipped with direct water injection with errors of 5–10%. Sensitivity analysis regarding equivalence ratio and spark timing changes also showed trends consistent with reference sources, indicating the model’s reliability for calibration purposes. Ultimately, the developed framework enables fast and stable prediction of cylinder behavior and can serve as an efficient tool for developing ECU control strategies and virtual calibration.
Keywords: Quasi-dimensional simulation; Two-zone modeling; Natural gas engine; Water injection; Direct fuel injection; Hardware-in-the-loop
كليدواژه هاي فارسي
شبيه سازي شبهابعادي , شبيه سازي دو ناحيهاي , موتور گازسوز , پاشش آب , پاشش مستقيم سوخت , سخت افزار در حلقه
كليدواژه هاي لاتين
Quasi-dimensional simulation , Two-zone modeling , Natural gas engine , water injection , direct fuel injection , Hardware-in-the-Loop
Author
Seyed Sina Zakaryaei Nezhad
SuperVisor
Dr. Ali Ghasemian