Kylsystemsdiagnostik

För att minska bränsleförbrukningen och utsläppen har länge motorer med högre termisk verkningsgrad och förbränningstryck utvecklats. Detta medför dock ökade mekaniska och termiska belastningar på motorerna, vilket kan leda till kylsystemskavitation och kavitationsskador på cylinderfodren. Något som därför är av intresse är att utveckla diagnostiska modeller som skulle kunna detektera kavitation för att konsekvenserna av ska kunna undvikas. Det här examensarbetett presenterar utvecklingen av prediktiva modeller för att detektera kavitation runt cylinderfodren i lastbilsmotorer. Modelleringen bygger på hypotesen att storleken ett tryckfall mellan kylvätsketrycket och kylvätskans mättnadsångtryck när ångbildning sker är proportionell kollapstrycket från kavitationsbubblor nära cylinderfodrets yta. Modellernas robusthet undersöktes även med avseende på varierande frekvensinnehåll i trycksignalerna samt olika glykolkoncentrationer I kylvätskan. En annan central del av studien är att analysera korrelationen mellan tryckdata insamlade på en specifik plats i kylsystemet och modellernas utdata baserat på tryckdatan vid fodren. Syftet med detta är att undersöka möjligheten att göra en tillförlitlig kavitationsdiagnos i fordon som är i drift. Modelleringen baseras på signaler från relativa trycksensorer monterade i kylvätskan nära cylinderfodrena samt en absolut trycksensor monterad nära systemsensorns position. Flera modeller utvecklades I MATLAB och utvärderades mot en referensmodell som mäter trycket från bubbelkollapser. De initiala modellerna fokuserade på signalupplösning och beräkningar som minimerar CPU-tid, men dessa modeller visade sig vara otilräckliga för att detektera kavitation. Detta ledde till en mer avancerad metod, kallad kavitationsintergalen (CI), som beräknar skärningsintegralen mellan kylvätsketrycket och mättnadsångtrycket över alla analyserade motorcykler. Fem delmodeller av kavitationsintegralen utvecklades, där CI 2 och CI 5 gav bäst resultat. Ingen av modellerna kunde dock förutsäga kavitationsnivån med tillräcklig noggranhet. Däremot fungerade modellerna väl för att klassificera om kavitation förekommer eller inte när temperaturen var konstant. CI 5 och CI 2 analyserades vidare i en frekvensstudie, som visade att modellerna kräver en signalbandbredd på åtminstånde 3 000 Hz. Båda modellerna visade även robusthet när glykolkoncentrationen varierades. Korrelationsanalysen baserades på kavitationsintegralen samt en liknande negativ integral av trycket vid systemsensor positionen. Resultat visade en svag korrelation, vilket ledde till slutsatsen att en diagnos som är baserad på denna metod inte är tillräckligt tillförlitlig. Sammanfattningsvis kan de framtagna modellerna avgöra om kavitation uppstår eller inte, men vidare skulle förbättringar krävas gällande temperatur och flödeshastighet. Resultatet visar även att tryckskillnaden mellan kylvätsketrycket och mättnadsångtrycket inte korellerar med mängden kavitation vid cylinderfodren. Dessutom är kopplingen mellan dessa tryck för svag för att möjliggöra en robust och tillförlitlig kavitationsdiagnostik.