کنترل نسبت هوا به سوخت در موتور احتراق داخلی با استفاده از کنترلرهای فازی، انتگرالی و فازی - انتگرالی

امروزه استفاده از سوخت های فسیلی در جوامع صنعتی و کشورهای در حال توسعه، افزایش چشمگیری یافته است. از آنجا که قسمت اعظم سوختهای فسیلی توسط وسایل نقلیه موتوری مورد مصرف قرار می گیرند، کاهش مصرف سوخت و گازهای آلاینده تولیدی از آنها از جمله مسایل مهم روز در صنایع خودروسازی می باشد. جهت کاهش گازهای آلاینده استفاده از کاتالیست سه راهه در خودروهای امروزی الزامی می باشد و حداکثر راندمان کاتالیست سه راهه در شرایط خاص نسبت هوا به سوخت (نسبت استوکیومتری) رخ می دهد. در این مقاله جهت کنترل نسبت هوا به سوخت در شرایط استوکیومتری، زیرمدلهای موتور احتراق داخلی بر پایه ساختار مدل مقدار متوسط موتور و نتایج تجربی موجود شبیه سازی گردیده و پاسخ مدل مدار باز در برابر اغتشاشات اعمالی (تغییرات دریچه و تغییرات گشتاور) مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که اصلی ترین عامل اغتشاشات در نسبت هوا به سوخت تغییرات دریچه گاز می باشد، جهت کنترل نسبت هوا به سوخت میزان دبی جرمی هوای ورودی به منیفولد با توجه به زاویه باز شدگی دریچه گاز تخمین زده می شود. جهت تصحیح میزان دبی جرمی هوای ورودی، تغییرات راندمان حجمی به صورت همزمان توسط سنسور فشار منیفولد هوا محاسبه و اعمال می گردد. با توجه به تخمین دبی جرمی هوای ورودی، میزان دبی جرمی سوخت تعیین می گردد. جهت جبران دینامیک سوخت از کنترل پیشخوراند یا روش تطبیق مدل استفاده می گردد. در نایت جهت کنترل نسبت هوا به سوخت و جبران خطاهای شناسایی و اغتشاشات ناشی از کارکرد موتور، از سنسور اکسیژن غیرخطی به عنوان پسخوراند استفاده می شود. در این راستا سه کنترلر انتگرالی، فازی و انتگرالی با ضرایب کنترل شونده کنترلر فازی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان می دهد که کنترل فازی - انتگرالی علاوه بر خاصیت مقاوم بودن، پاسخ سریعی جهت جبران تغییرات نسبت هوا به سوخت نشان می دهد و حداکثر خطای آن برابر با 2/5% حول نسبت استوکیومتری می باشد.

Keywords:

موتور احتراق داخلی , نسبت هوا به سوخت , شبیه سازی , کنترلر فازی - انتگرالی , سنسور اکسیژن