تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

استخراج محدوده کاری مناسب عملگرها در موتور توربو GDI مجهز به VVT جهت شروع فرایند طراحی آزمون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
شرکت تحقیق، طراحی و تولید موتور ایران خودرو (ایپکو)، تهران، ایران
10.22034/er.2026.2089657.1132
چکیده
ضرورت کاهش مصرف سوخت و آلایندگی در کنار روند کوچک‌سازی موتورهای احتراق داخلی، به پیچیدگی روزافزون این سامانه‏‌ها منجر شده است. بر این اساس، روش‌های نگاشت نیز باید همگام با فناوری‌های جدید موتور توسعه یابند. از سوی دیگر، افزایش تعداد عملگرها در رایانه موتور، موجب طولانی شدن شدید زمان و هزینه نگاشت می‌شود. یکی از راهکارهای بنیادین و حائز اهمیت برای کاهش هزینه‌های نگاشت، تعیین بازه عملکردی مناسب عملگرها است. این امر امکان تعریف مرزهای کاربردی را برای متغیرهای نگاشت مانند زوایای باز و بسته شدن دریچه‌ها، زاویه مراحل پاشش و نسبت تقسیم پاشش فراهم کرده و در نهایت تعداد آزمون‌های تجربی در سطح موتور را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. پژوهش حاضر با تمرکز بر توسعه موتورهای بنزینی پرخوران با پاشش مستقیم مجهز به سامانه زمان‌بندی متغیر دریچه‌ها در شرکت تحقیق، طراحی و تولید موتور ایران‌خودرو (ایپکو) انجام شده است. در این موتورها، تعیین بازه کاری بهینه عملگرها پیش‌نیاز شروع نگاشت و عامل اصلی افزایش سرعت و کیفیت فرآیند نگاشت است. بدون اعمال این محدودیت‌ها، فرآیند نگاشت بسیار پیچیده، زمان‌بر و در برخی موارد غیرممکن خواهد بود. در این مطالعه، متغیرهای پایه نگاشت شامل نسبت هوا به سوخت، زاویه جرقه، زمان‌بندی دریچه‌ها، زاویه پاشش سوخت، کسر جرمی مراحل پاشش و فشار سوخت در چند موتور مشابه بررسی شده و بازه عملکردی مناسب عملگرها از طریق الگوبرداری تعیین گردیده است. بدین منظور، نقشه عملکردی موتور به سه ناحیه تقسیم شد تا دامنه آزمون مقید و تعداد حالت‌های آزمون نگاشت محدود شود؛ به‌طوری‌که نیاز به روبش نقطه‌به‌نقطه برای یافتن نقاط کاری بهینه مرتفع گردد. اعمال این روش، فضای جست‌وجوی عملگرها را در آزمون‌های نگاشت تا 99 درصد کاهش داد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Determining the operating range of the actuators in a turbocharged GDI engine with VVT for design of the experiments

نویسندگان English

Amir Akbari Sula
Mohammadreza Bahrambeigi
Irankhodro Powertrain Company (IPCo), Tehran, Iran
چکیده English

Growing concerns over air pollution and global warming have intensified the need for more efficient internal combustion engines with lower fuel consumption and emissions. At the same time, engine downsizing and the adoption of advanced technologies have significantly increased the complexity of modern engine systems. Under these conditions, insufficient calibration of engine control parameters can lead to substantial time and cost penalties during engine development. Therefore, calibration methodologies must evolve in parallel with engine technologies. In modern engine management systems, the increasing number of actuators has significantly expanded the calibration effort required for ECU mapping. One effective way to reduce this effort is to determine feasible operating ranges for the actuators before conducting engine-level calibration experiments. This enables the definition of practical constraints for key calibration variables, such as air-fuel ratio, spark timing, valve timing, injection timing, injection split ratio, and fuel pressure, thereby reducing the number of required test points. This study was conducted at Iran Khodro Powertrain Company (IPCO) and focused on turbocharged gasoline direct injection (GDI) engines equipped with variable valve timing (VVT). A benchmarking-based approach was used to extract suitable actuator operating ranges from several comparable engines. The engine operating map was subsequently divided into three regions in order to constrain the experimental domain and limit the number of candidate calibration states. This approach eliminated the need for exhaustive point-by-point mapping and reduced the actuator search space for calibration experiments by up to 99%.

کلیدواژه‌ها English

Operating Range
Turbocharged Engine
Gasoline Direct Injection
Variable Valve Timing
Design of Experiments
[1] Souhaite P, Mokhtari S. Combustion system design of the new PSA Peugeot Citroën EB TURBO PURE TECH engine. InInternationaler Motorenkongress 2014: Antriebstechnik im Fahrzeug 2014 Mar 6 (pp. 49-72). Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden. doi: 10.1007/978-3-658-05016-0_5
[2] Isermann R, Sequenz H. Model-based development of combustion-engine control and optimal calibration for driving cycles: general procedure and application. IFAC-PapersOnLine. 2016 Jan 1;49(11):633-40. doi: 10.1016/j.ifacol.2016.08.092
[3] Cooper A, Stodart A, Hancock D, Duke S, Miller J, Reader S. Development of two new high specific output 3 cylinder engines for the global market with capacities of 1.2 l and 1.5 l. SAE Technical Paper; 2019 Apr 2. doi: 10.4271/2019-01-1193
[4] Lumsden G, OudeNijeweme D, Fraser N, Blaxill H. Development of a turbocharged direct injection downsizing demonstrator engine. SAE International Journal of Engines. 2009 Apr 20;2(2009-01-1503):1420-32.
[5] Burggraf T, Joswig M, Pfetsch ME, Radons M, Ulbrich S. Semi-automatically optimized calibration of internal combustion engines: T. Burggraf et al. Optimization and Engineering. 2020 Mar;21(1):73-106. doi: 10.48550/arXiv.1806.10980
[6] Aithal SM, Balaprakash P. MaLTESE: Large-scale simulation-driven machine learning for transient driving cycles. InInternational Conference on High Performance Computing 2019 May 17 (pp. 186-205). Cham: Springer International Publishing. doi: 10.48550/arXiv.1909.09929
[7] AVL List GmbH. CAMEO – Advanced calibration tool for efficient engine development [Internet]. AVL Technical White Paper; 2019. Available from: https://www.avl.com/
[8] Asef A, Mohammadi A, Khorramirad V, Ajami N, Parivar AH, Maghsoudi Mehraban K. Study of GDI injector in constant volume chamber by optical measurements and CFD-Simulation. The Journal of Engine Research. 2022 Dec 22;69(69):39-48. doi: 10.22034/er.2022.697928
دوره 72، شماره 4 - شماره پیاپی 81
مقالات انگلیسی
زمستان 1404
صفحه 64-75

  • تاریخ دریافت 05 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 08 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 12 تیر 1405