Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Transient Control of SIDI-Engine with VGT and VVT
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2012 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Transientreglering av SIDI-motor med VGT och VVT (Swedish)
Abstract [en]

Today's development of spark ignited (SI) engines is to a large extent focused on downsizing, i.e where a large naturally aspirated engine is replaced with a smaller turbocharged engine with the same output power. This gives a fuel consumption benefit but worsen the transient response since the torque build-up gets dependent on the turbocharger dynamics. To mitigate this problem, technology like variable geometry turbine (VGT), which has been widely used on diesel engines, and variable valve timing (VVT) can be used. In this thesis, it has been investigated how VVT and VGT should be controlled during a torque transient in order to achieve fastest possible torque build-up. The engine that has been considered is a 2 liter, direct injected, SI-engine equipped with a turbocharger with VGT. This has been investigated by applying an optimization routine from Matlab to a GT-Power model of the engine and from measurements on the actual engine. The optimization in GT-Power showed that measures which takes both the naturally aspirated part and the boosted part of the transient into account increases with the torque, and that the optimal transients had an approximately linear relationship between intake and exhaust pressure. Two control strategies based on these results were tested on the engine. In the first control strategy, the VVT and VGT were controlled such that the product of volumetric efficiency and exhaust pressure was maximized. This resulted in quite moderate torque build-up and no improvement compared to using a stationary calibration in transients. In the second control strategy the VGT was used to closed loop control the exhaust pressure towards an exhaust pressure reference, dependent on the current intake pressure. This, combined with controlling the VVT according to the stationary calibration, resulted in an apparent improvement in the torque build-up. This strategy was found to give good performance also at slightly lower oil and water temperature than nominal but the sensitivity towards gain errors in the intake or exhaust pressure measurements were quite high. This sensitivity can be handled by limit how much the control actions from the exhaust pressure controller are allowed to deviate from the stationary calibration.

Abstract [sv]

Dagens utveckling av Otto-motorer är till stor del fokuserad på "downsizing", det vill säga att en stor sugmotor ersätts med en mindre överladdad motor med samma effekt. Detta ger en minskning i bränsleförbrukning men sämre transientrespons eftersom momentuppbyggnaden blir beroende av turbons dynamik. För att minska denna effekt så kan teknik som turbo med variabel turbingeometri (VGT), som har använts i stor utsträckning på dieselmotorer, samt variabla ventiltider (VVT), användas. I detta arbete har det undersökts hur VVT och VGT ska styras under en momenttransient för att uppnå snabbast möjliga momentuppbyggnad. Motorn som arbetet har utförts på är en 2 liters, direktinsprutad Otto-motor där den ursprungliga turbon har ersatts med en med VGT. Undersökningen har gjorts genom att applicera en optimeringsrutin från Matlab på en GT-Power modell av motorn samt från mätningar på motorn. Optimeringen i GT-Power visade att storheter som beaktar både sugmotordelen och den överladdade delen av transienten ökar när momentet ökar och att de optimala transienterna hade ett approximativt linjärt samband mellan insugstryck och avgastryck. Två reglerstrategier som bygger på dessa resultat testades på motorn. I den första strategin styrdes VVT och VGT så att produkten av volumetrisk verkningsgrad och avgastryck maximerades. Detta resulterade i måttligt snabb momentuppbyggnad och ingen förbättring jämfört med att använda en stationär kalibrering i transienter. I den andra strategin användes VGT:n för att styra avgastrycket enligt en referens som beror av insugstrycket.Detta kombinerat med att styra ventilerna enligt den stationära kalibreringen resulterade i en klar förbättring i momentuppbyggnad. Denna reglerstrategi visade sig ge goda resultat också vid något lägre olje- och vattentemperatur än nominellt, men känsligheten för fel i insugs- eller avgastryckmätningen är relativt hög. Denna känslighet kan hanteras genom att begränsa hur mycket styrsignalen från regulatorn tillåts avvika från den stationära kalibreringen.

Place, publisher, year, edition, pages
2012. , 70 p.
Series
MMK 2012:69 MFM 145
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-156817OAI: oai:DiVA.org:kth-156817DiVA: diva2:767980
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-12-02 Created: 2014-12-02 Last updated: 2015-11-02

Open Access in DiVA

Transient Control of SIDI-Engine with VGT and VVT(1596 kB)172 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1596 kBChecksum SHA-512
9bf7774212b57dd723b5cf38f3a2b2e73d9a8618af89b26998018607b48916a13ac62fa8ed77b91627ee9511050c4d176b9efdd0b72f3520847ea6ffcc178011
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 172 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 469 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf