PHYSICAL MODEL OF SI-ENGINE PROCESS AND GAS EXCHANGE FOR REAL-TIME IMPLEMENTATION IN ENGINE MANAGEMENT SYSTEM

Abstract

This paper presents a physical, crank angle resolved model of spark ignited (SI) engine process and gas exchange developed by Continental AG for real‐time engine management system. Transient 1D flow in pipe systems is the most time‐consuming part of the numerical solution. A so‐called detailed model, including intake and exhaust pipe components, is defined and reduced to its fast‐running version where pipes are neglected. Experimental validation confirms that the detailed model captures transient effects and fulfills accuracy targets over the entire engine operation range, while the fast‐running model requires additional empirical parameterization. Both models, however, provide more detailed information on dynamic gas exchange process and the in‐cylinder state for each individual engine cycle than today’s data driven models do (e.g., transient gas states and internal engine exhaust gas recirculation). Finally, simplifications according to classical acoustic theory are proposed for pipe components to solve the conflict between accuracy and real‐time capability.

Tento článek prezentuje fyzikální model čtyřdobého procesu a výplachu zážehového spalovacího motoru. Model byl vyvinut u Continental AG pro účely sériových řídících jednotek. Nestacionární 1D proudění v potrubních systémech je časově nejnáročnější součástí numerického řešení. Proto je nejprve definován podrobný model, zahrnující řešení sacích a výfukových potrubí, který je dále zjednodušen na rychle fungující verzi se zanedbáním zákona zachování impulsu v potrubních systémech. Experimentální ověření potvrzuje, že podrobný model zachycuje přechodové jevy a splňuje cíle přesnosti v celém rozsahu provozu motoru, zatímco zjednodušený model vyžaduje další empirickou parametrizaci. Oba modely však poskytují podrobnější informace o výplachu a termodynamickém stavu ve válcích než to činí běžné datově orientované modely (např. přechodné stavy plynu, nebo vnitřní recirkulace výfukových plynů motoru). Nakonec jsou navržena zjednodušení řešení proudění v potrubích podle klasické akustické teorie s cílem vyřešení rozporu mezi přesností a schopností dosáhnout řešení v reálném čase na daném hardwaru (ECU 240 MHz).