Estimating air-fuel mixture composition in the fuel injection control process in an SI engine using ionization signal in the combustion chamber

• Autorzy: Filipek P.

Warianty tytułu

PL

Szacowanie składu mieszanki w procesie sterowania wtryskiem benzyny w silniku ZI z wykorzystaniem sygnału jonizacji w komorze spalania

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The paper offers a comparison between signals produced by a lambda sensor and ionization sensor to estimate air-fuel mixture composition in the fuel injection control process in an SI engine. The method of measurement is described and characteristics of the ionization signal in the conducted experimental tests are given. The paper also presents a numerical model of the internal combustion engine that was designed and then used in the simulations to examine the usefulness of ionization signal for estimating air fuel mixture composition. The conducted tests demonstrated the advantage of the controller using the ionization measurement in the combustion chamber over the controller using signals produced by a classic lambda sensor.

PL

W artykule zawarto porównanie sygnałów z sondy lambda oraz czujnika jonizacji do szacowania składu mieszanki w procesie sterowania wtryskiem benzyny w silniku o zapłonie iskrowym. Opisano sposób pomiaru i charakterystykę sygnału jonizacji w przeprowadzonych badaniach doświadczalnych. Przedstawiono stworzony model matematyczny silnika spalinowego, którego użyto do przeprowadzenia badań symulacyjnych, testujących użyteczność sygnału jonizacji do szacowania składu mieszanki paliwowopowietrznej. Wykazano przewagę regulatora wykorzystującego pomiar jonizacji w komorze spalania w porównaniu z regulatorem korzystającym z sygnału klasycznej sondy lambda.

Słowa kluczowe

EN

internal combustion engine; composition of air-fuel mixture; ionization current; fuel injection; spark plug

PL

silnik spalinowy; skład mieszanki; prąd jonizacji; wtrysk benzyny; świeca zapłonowa

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 15, no. 3
• Strony: 259--265
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Filipek P.

• Department of Machine Design Faculty of Mechanical Engineering Lublin University of Technology ul. Nadbystrzycka 38, 20-618 Lublin, Poland,

Bibliografia

• 1. Abhijit A, George G, Naber J. Correlation of Air Fuel Ratio with Ionization Signal Metrics in a Multicylinder Spark Ignited Engine. SAE SP 2009; 2248: 45–62.
• 2. Abhijit A, Naber J. Ionization Signal Response during Combustion Knock and Comparison to Cylinder Pressure for SI Engines, SAE SP 2009; 2159: 25–40.
• 3. Ambrozik A, Kruczyński S, Łączyński J, Tomaszewski D. Badania sygnałów z sond lambda w trójfunkcyjnym reaktorze katalitycznym na potrzeby OBD II. Journal of KONES 2002; 12(3): 5–9.
• 4. Czarnigowski J. A neural network model-based observer for idle speed control of ignition in SI engine. Engineering Applications of Artificial Intelligence 2010; 23: 1–7.
• 5. Eriksson L, Nielsen L, Glavenius M. Closed Loop Ignition Control by Ionization Current Interpretation. SAE Technical Paper 1997; doi:10.4271/970854.
• 6. Eriksson L, Nielsen L. Ionization current interpretation for ignition control in internal combustion engines. Control Eng Pract 1997; 5 (8): 1107–1113.
• 7. Eriksson L, Nielsen L, Nytomt J. Ignition control by ionization current interpretation. SAE Technical Paper 1996; doi:10.4271/960045.
• 8. Filipek P. Badania jonizacji pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej silnika ZI w aspekcie obserwacji procesu spalania. Raport końcowy z projektu badawczego KBN nr PB-8T 12D 022-20. Politechnika Lubelska 2001.
• 9. Filipek P. Badania poziomu jonizacji w komorze spalania silnika spalinowego o zapłonie iskrowym. Folia Societatis Lublinensis 2002; 11: 66–73.
• 10. Filipek P. Sterowanie wtryskiem benzyny w silniku o zapłonie iskrowym z wykorzystaniem sygnału jonizacji w komorze spalania. Rozprawa doktorska Politechnika Lubelska 2006.
• 11. Gajewski J, Jedliński Ł, Jonak, J. Classification of wear level of mining tools with the use of fuzzy neural network. Tunnelling and Underground Space Technology 2013; 35: 30–36.
• 12. Gajewski J, Jonak J. Towards the identification of worn picks on cutterdrums based on torque and power signals using Artificial Neural Networks. Tunnelling and Underground Space Technology 2011; 26: 22–28.
• 13. Gao Z, Wu X, Man Ch, Meng X, Huang Z. The relationship between ion current and temperature at the electrode gap. Applied Thermal Engineering 2012; 33(34): 15–23.
• 14. Gao Z, Wu X, Gao H, Liu B, Wang J, Meng X, Huang Z. Investigation on characteristics of ionization current in a spark-ignition engine fueled with natural gas–hydrogen blends with BSS de-noising method. International Journal of Hydrogen Energy 2010; 35(23): 12918–12929.
• 15. Hellring M, Holmberg U. A comparison of ion-current-based algorithms for peak pressure position control. SAE Technical Paper 2001; doi:10.4271/2001-01-1920.
• 16. Hung D, Zhu G, Danne N, McKoskey J. Knock Detection for a Large Displacement Air-Cooled V-Twin Motorcycle Engine Using In-Cylinder Ionization Signals. SAE Technical Paper 2008; doi:10.4271/2008-32-0028.
• 17. Lundstrom D, Schagerberg S. Misfire detection for prechamber SI engines using ion-sensing and rotational speed measurements. SAE Technical Paper 2001; doi:10.4271/2001-01-0993.
• 18. Minelli G, Moro D, Solieri L, Cavina N, Corti E. Knock indexes normalization methodologies. SAE Technical Paper 2006; doi:10.4271/2006-01-2998.
• 19. Rivara N, Dickinson P B, Shenton A T. A neural network implementation of peak pressure position control by ionization current feedback. J Dyn Syst Meas Control 2009; 131(5): 051003.
• 20. Saitzkoff A, Reinmann R, Berglind T, Glavmo M. An ionization equilibrium analysis of the spark plug as an ionization sensor. SAE Technical Paper 1996; doi:10.4271/960337.
• 21. Saitzkoff A, Reinmann R, Mauss F, Glavmo M. In-cylinder pressure measurements using the spark plug as an ionization sensor. SAE Technical Paper 1997; doi:10.4271/970857.
• 22. Schneider D, Lai M. Real-time air/fuel ratio control in a small SI engine using the ionic current signal. SAE Technical Paper 1999; doi:10.4271/1999-01-3323.
• 23. Wendeker M. Sterowanie wtryskiem w silniku samochodowym. Lubelskie Towarzystwo Naukowe, 1999.
• 24. Wu X. M, Gao Z, Jiang D M, Huang Z H. Experimental investigation of the effect of electrodes on the ionization current during combustion. Energy Fuels 2008; 22(5): 2941–2947.
• 25. Yoshiyama S, Tomita E, Hamamoto Y. Fundamental study on combustion diagnostics using a spark plug as ion probe. SAE Technical Paper 2001; doi:10.4271/2000-01-2828.