臺灣博碩士論文加值系統

為了發展均質進氣壓燃(homogeneous charge compression ignition, HCCI)引擎之最佳化控制策略，我們以實驗數據及具曲軸角度解析度之引擎模型進行引擎燃燒時間之靈敏度分析。實驗使用華擎單缸500c.c.引擎，搭配進氣加熱系統及排氣背壓閥，再利用擷取系統來獲得所需的資料及參數。引擎模型在不同進氣溫度、空燃比(air-to-fuel ratios, AFR)及殘留氣體比率下與引擎實驗結果進行驗證。研究結果顯示，在較低的缸內溫度及空燃比下，燃燒時間點對缸內溫度靈敏度較高。另一方面，相較於缸內溫度來說，缸內氣體組成對燃燒時間點的影響是可以忽略的。

For the purpose of the optimal control development for a homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine, sensitivity of the combustion timings is analyzed based on experiment data and a crank-angle-based model. The 500 c.c. single cylinder engine is equipped with an intake air heating system and an exhaust throttle. The physics-based model is first validated against the experiment data at various intake temperatures, air-to-fuel ratios (AFR) and residual gas fractions. The results show that the combustion timings are more sensitive to the in-cylinder temperature at valve closing (Tivc) in the operating condition when the intake temperature and AFR are lower. The impact from the in-cylinder gas composition, on the other hand, is negligible compared to the effect of the temperature.

1 緒論 1
1.1 研究背景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 文獻回顧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 研究目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4 論文貢獻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.5 論文架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2 實驗設備介紹與方法介紹 11
2.1 實驗設備 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 實驗平台 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 實驗引擎 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 車輛 ECU 快速開發套件-MotoTron 系統 . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.1 Mototron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.2 MotoHawk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4.3 MotoTune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5 點火訊號放大電路系統 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.6 xPC-Target即時量測分析系統 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6.1 xPC-Target . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6.2 xPC軟體需求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.6.3 xPC-Target硬體需求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.6.4 xPC CPU Overload . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.6.5 xPC 檔案儲存 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.6.6 數據擷取系統(Data Acquisition System) . . . . . . . . . . . . 22
IV2.7 進氣加熱裝置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.8 火星塞式汽缸壓力計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.9 汽缸壓力計電荷放大器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.10 進排氣溫度計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.11 進排氣壓力計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.12 進氣流量計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.13 引擎動力計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.14 曲軸角度編碼器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.15 節氣門拉線馬達 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.16 空燃比計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.17 廢氣分析儀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.18 燃油流量計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.19 排氣背壓閥 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.20 實驗架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.21 燃油選擇 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.22 SI模式操作條件及 Engine Map 及切入 HCCI 模式策略 . . . . . . . . 44
3 模型組成 48
3.1 模型簡介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2 汽缸體積方程式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.3 氣體流率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.4 燃燒模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.4.1 開始燃燒模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.4.2 燃燒熱釋放模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.5 引擎熱傳模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.6 進氣歧管動態行為 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.7 排氣歧管動態行為 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.8 汽缸動態行為 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.9 平均有效壓力計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
V4 靈敏度分析 61
4.1 SI模式變點火時間點之分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.1.1 SI模式變點火時間點對汽缸壓力之影響 . . . . . . . . . . . . . 63
4.1.2 SI模式變點火時間點燃燒分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.1.3 SI模式變點火時間點燃燒時間點之影響 . . . . . . . . . . . . . 69
4.1.4 SI模式變點火時間點對各性能之影響 . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.2 HCCI模式各變因對其靈敏度之分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.2.1 T ivc 在各變因下對各燃燒時間點的影響 . . . . . . . . . . . . . . 78
4.2.2 T ivc 在各變因下對汽缸壓力之影響 . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.2.3 T ivc 在各變因下熱釋放分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.2.4 T ivc 在各變因下性能之影響 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5 結論與未來展望 90
5.1 結論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.2 未來展望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
附錄 A (符號定義) 92
附錄 B (餘隙容積誤差及多變行程指數之估算) 96
附錄 C (汽缸溫度推算公式一) 97
附錄 C (汽缸溫度推算公式二) 98
附錄 D (進氣加熱設定) 99
附錄 E (燃燒熱釋放模型) 100
參考文獻 102

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