Modeling of Fuel Dynamics in a Small Two-Stroke Engine Crankcase
ÿþF o r a n y c r a n k c a s e s c a v e n g e d t w o - s t r o k e e n g i n e , t h e f u e l d y n a m i c s i s n o t e a s i l y p r e d i c t e d . T h i s i s d u e t o t h e f a c t t h a t t h e f u e l h a s t o p a s s t h e c r a n k c a s e v o l u m e b e f o r e i t e n t e r s t h e c o m b u s t i o n c h a m b e r . T h i s t h e s i s i s a b o u t t h e d e v e l o p m e n t o f a m o d e l f o r f u e l d y n a m i c s i n t h e c r a n k c a s e o f a s m a l l c r a n k c a s e s c a v e n g e d t w o - s t r o k e e n g i n e t h a t g i v e s r e a l i s t i c d y n a m i c b e h a v i o r .
T h e c r a n k c a s e m o d e l d e v e l o p e d i n t h i s t h e s i s h a s t w o p a r t s . O n e p a r t i s a m o d e l f o r w a l l w e t t i n g a n d t h e o t h e r p a r t i s a m o d e l f o r c o n c e n t r a t i o n o f e v a p o r a t e d f u e l i n t h e c r a n k c a s e . W a l l w e t t i n g i s a p h e n o m e n o n w h e r e f u e l i s a c c u m u l a t e d i n f u e l f i l m s o n t h e c r a n k c a s e w a l l s . T h e w a l l w e t t i n g m o d e l h a s t w o p a r a m e t e r s t h a t h a v e t o b e t u n e d . O n e i s f o r t h e f r a c t i o n o f f u e l f r o m t h e c a r b u r e t o r t h a t i s n o t d i r e c t l y e v a p o r a t e d a n d o n e p a r a m e t e r i s f o r t h e e v a p o r a t i o n t i m e o f t h e f u e l f i l m .
T h e t h e s i s t r e a t s t u n i n g o f t h e s e p a r a m e t e r s b y r u n n i n g t h e m o d e l w i t h i n p u t d a t a f r o m m e a s u r e m e n t s . S i n c e n o t a l l i n p u t d a t a a r e p o s s i b l e t o m e a s u r e , m o d e l s f o r t h e s e i n p u t s a r e a l s o n e e d e d . H e n c e , d e v e l o p m e n t o f s i m p l e m o d e l s f o r a i r f l o w s , f u e l f l o w , g a s m i x i n g i n t h e e x h a u s t a n d t h e b e h a v i o r o f t h e »- p r o b e u s e d f o r m e a s u r e m e n t s a r e a l s o t r e a t e d i n t h i s t h e s i s .
T h e p a r a m e t e r e s t i m a t i o n f o r t h e c r a n k c a s e m o d e l m a d e i n t h i s t h e s i s r e s u l t s i n p a r a m e t e r s t h a t c o r r e s p o n d s t o c o n s t a n t f r a c t i o n o f f u e l f r o m t h e c a r b u r e t o r t h a t e v a p o r a t e s d i r e c t l y a n d a w a l l w e t t i n g e v a p o r a t i o n r a t e t h a t i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g e n g i n e s p e e d . T h e p a r a m e t e r e s t i m a t i o n i s m a d e w i t h m e a s u r e m e n t s a t n o r m a l o p e r a t i o n a n d t h r e e s p e c i f i c e n g i n e s p e e d s . T h e v a l i d i t y o f t h e m o d e l i s l i m i t e d t o t h e s e s p e e d s a n d d o e s n o t a p p l y d u r i n g e n g i n e h e a t - u p .
T h e m o d e l i s r u n a n d c o m p a r e d t o v a l i d a t i o n d a t a a t s o m e d i f f e r e n t o p e r a t i o n c o n d i t i o n s . T h e m o d e l p r e d i c t s d y n a m i c b e h a v i o r w e l l , b u t h a s a b i a s i n t e r m s o f m e a n l e v e l o f t h e o u t p u t ». S i n c e t h i s m e a n v a l u e d e p e n d s o n t h e r e l a t i o n b e t w e e n i n p u t a i r a n d f u e l f l o w , t h i s b i a s i s p r o b a b l y a n e f f e c t o f i n a c c u r a c y i n t h e s i m p l e m o d e l s d e v e l o p e d f o r t h e s e f l o w s .
Johan Andersson and Oscar Wyckman
2015
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