A Machine Learning Modeling Approach for High Pressure Direct Injection Dual Fuel Compressed Natural Gas Engines
Notice bibliographique
Résumé
The emissions and efficiency of modern internal combustion engines need to be improved to reduce their environmental impact. Many strategies to address this (e.g., alternative fuels, exhaust gas aftertreatment, novel injection systems, etc.) require engine calibrations to be modified, involving extensive experimental data collection. A new approach to modeling and data collection is proposed to expedite the development of these new technologies and to reduce their upfront cost. This work evaluates a Gaussian Process Regression, Artificial Neural Network and Bayesian Optimization based strategy for the efficient development of machine learning models, intended for engine optimization and calibration. The objective of this method is to minimize the size of the required experimental data set and reduce the associated data collection cost for engine modeling. This technique is demonstrated by generating engine performance models for a Dual Fuel High Pressure Direct Injection (HPDI) CNG Engine. Models are generated for the emissions and performance of a pilot ignited, direct injection, natural gas engine using only typical control inputs (e.g.: speed, injection timings, and fuel and air pressures). This modeling technique is first demonstrated on a full-factorial data set collected over a narrow operating space and then compared to a much coarser data set collected over a much larger space using the Box-Behnken approach. Ten sets of neural network and Gaussian process regression models were generated for each engine output. The aggregated model results demonstrate that the machine learning models perform very well for the full factorial data set with correlation coefficients generally over 0.8 and normalized root mean square errors generally under 10%, while the response surface model is unable to characterize the outputs due to the size of the data. While there is a loss in performance using the coarser Box-Behnken data set, the machine learning methods do show some strong results for certain outputs. Models for NOX, CO2, O2, Peak Cylinder Pressure, EQR and Gross Indicated Power have R2 greater than 0.8 and normalized root mean square errors less than 20%. In general, Gaussian process regression shows the higher performing results with less performance variation over multiple tests compared to the neural network models. With further study, this method could enable the rapid evaluation and implementation of technologies and fuels for emission reduction.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».