Modellering av bränsledynamik i vevhuset för en liten tvåtaktsmotor

For any crankcase scavenged two-stroke engine, the fuel dynamics is not easily predicted. This is due to the fact that the fuel has to pass the crankcase volume before it enters the combustion chamber. This thesis is about the development of a model for fuel dynamics in the crankcase of a small crankcase scavenged two-stroke engine that gives realistic dynamic behavior. The crankcase model developed in this thesis has two parts. One part is a model for wall wetting and the other part is a model for concentration of evaporated fuel in the crankcase. Wall wetting is a phenomenon where fuel is accumulated in fuel films on the crankcase walls. The wall wetting model has two parameters that have to be tuned. One is for the fraction of fuel from the carburetor that is not directly evaporated and one parameter is for the evaporation time of the fuel film. The thesis treats tuning of these parameters by running the model with input data from measurements. Since not all input data are possible to measure, models for these inputs are also needed. Hence, development of simple models for air flows, fuel flow, gas mixing in the exhaust and the behavior of the λ-probe used for measurements are also treated in this thesis. The parameter estimation for the crankcase model made in this thesis results in parameters that corresponds to constant fraction of fuel from the carburetor that evaporates directly and a wall wetting evaporation rate that increases with increasing engine speed. The parameter estimation is made with measurements at normal operation and three specific engine speeds. The validity of the model is limited to these speeds and does not apply during engine heat-up. The model is run and compared to validation data at some different operation conditions. The model predicts dynamic behavior well, but has a bias in terms of mean level of the output λ. Since this mean value depends on the relation between input air and fuel flow, this bias is probably an effect of inaccuracy in the simple models developed for these flows.För alla tvåtaktsmotorer med bränslematning genom vevhuset är bränsledynamiken svårpredikterad. Detta beror på att bränslet måste passera vevhusvolymen innan det når förbränningskammaren. Denna uppsats handlar om utveckling av en modell som ger realistisk dynamik för bränslet i tvåtaktsmotorers vevhus. Vevhusmodellen i denna uppsats har två delar. Den ena delen är en modell för bränslefilm på motorväggar och den andra delen är en modell för koncentration av förångat bränsle i vevhusvolymen. Bränslefilmsmodellen har två parametrar som måste trimmas. Den ena är andelen bränsle från förgasaren som inte förångas direkt och den andra är tidsåtgången för förångning av bränslefilmen. Uppsatsen behandlar trimning av dessa parametrar genom körning av modellen med indata från mätningar. Eftersom inte all indata kan mätas behövs även modeller för dessa. Därför behandlar uppsatsen även utveckling av enkla modeller för luftflöde, bränsleflöde, gasblandning i avgasvolymen och beteende hos den för mätningar använda λ-sonden. Parameterestimeringen för vevhusmodellen som är gjord i denna uppsats resulterar i parametrar som svarar mot konstant andel av bränslet från förgasaren som förångas direkt och en förångningshastighet för bränslefilmen som ökar med ökande motorhastighet. Parameterestimeringen är gjord med mätdata från normal körning vid tre olika motorhastigheter. Giltigheten för modellen är begränsad till dessa hastigheter och kan inte appliceras på körning av motorn vid kallstart. Modellen är körd och jämförd med valideringsdata från olika körfall. Modellen förutser dynamiska beteenden väl, men har ett systematiskt fel gällande medelvärdet på λ. Eftersom detta medelvärde beror på förhållandet mellan luftflöde och bränsleflöde in i vevhuset är sannolikt detta systematiska fel en effekt av osäkerhet i de enkla modeller som utvecklats för dessa flöden