ATAC i system - Energimyndigheten

Angreppsätt
Under etapp 1 och 2 har ett simuleringsprogram tagits fram i MATLAB för simulering av
energi och massflöde i ett motorsystem. Programpaketet (här kallat ESIM) är utbyggt av flera
moduler avgränsade som funktioner vilka representerar motor, turbo, laddluftkylare, insug
och avgassamlare m.fl. komponenter. Dessa moduler eller delar, kopplas sedan m.a.p.
massflöden, tryck och temperatur så att ett helt system modelleras.
Under etapp 3 har inlänkning av ett en-zons kemisk-kinetik program i cykelberäkning gjorts
vilket har gett en prediktering av antändningstidpunkten. Mycket arbete har lagts ned på att
studera olika uppsättningar av reaktioner och validering av beräknad antändning mot
experiment i 1-cylindrisk motor. Delar av arbetet ska presenteras vid ASME 2002 Spring
Technical Conference, April 14-17. I denna artikel har kinetiken validerats m.h.a. ESIM men
applicerats i ett kommersiellt simuleringsprogram – GT-power. Detta arbete har gjorts vid
avdelningen för Förbränningsfysik, LTH av gästforskare Luca Montorsi (University of
Modena and Reggio Emilia) i ett samarbete med Kompetenscentrat för Förbränningsprocesser
i Lund.
Vad som upptäcktes var att 1-zons kemisk- kinetikmodell är någorlunda bra på att prediktera
antändningstidpunkt men dålig på att prediktera förbränningens utbredning över tiden
(durationen). I och med att man överpredikterar förbränningshastigheten så överskattar man
även det indikerade arbetet och därmed motorns verkningsgrad. En övergång till
flerzonsmodeller skulle kunna lösa detta men bedöms som beräkningsmässigt bli för
tidsödande om syftet är att använda modellen för systemsimulering. Därför har en empirisk
modell tagits fram som bedöms som bättre kan prediktera durationen utan att ge en betydande
ökning av beräkningstid.
Uppnådda resultat
Etapp 3 har även varit en studieintensiv period i forskarutbildningen vilket har gjort att alla
erfordliga studier inför doktorsavhandlingen är klara. Mycket arbete har även gjorts för att få
kopplingen till kinetik för prediktering av värmefrigörelsen. Ren praktiskt har detta gjorts på
enklast möjliga sätt genom att kalla på kinetikberäkningsprogrammet direkt från MATLAB.
Först genereras indatafilerna till programmet och efter exekveringen av kinetiken läses dess
utdatafiler och behandlas för att passa till övriga cykelberäkningen. Detta visa schematiskt i
Figur 1.
MATLAB
System
@ 60° BTDC
Input files
Chemical kinetics
calculation
FORTRAN EXEC.
Output files
@ EVO
Figur 1 Kopplingen mellan systemsimuleringsprogrammet i MATLAB (ESIM) med
kinetikprogrammet, exekverbar fil. Kinetikprogrammet tar över beräkningarna 60 grader före
övre dödläge.