An investigation of effect of applied electrical voltage on system dynamic behaviour and energy consumption of an electromechanical valve actuator

Elektromekanik supap mekanizması, içten yanmalı motorlarda yakıt tüketimi ve kirletici oranlarının azaltılmasında uygulanan yeni bir teknolojidir. Bu sistem elektromekanik değişken zamanlamalı supap mekanizması olarak da bilinmekte olup motorun hızına ve çalışma şartlarına bağlı olarak supapların uygun zamanda açılıp kapanmasını sağlar. Bu çalışmada disk tipi mıknatıs devresi kullanan bir elektromekanik supap mekanizması ele alınmış ve uygulanan elektrik geriliminin sistemin dinamik karakteristikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Geliştirilen MATLAB/Simulink modeli farklı giriş gerilimlerinde elektromekanik supap mekanizmasının dinamik davranışını analiz etmek için kullanılmıştır. Farklı giriş gerilimlerinin elektromekanik supap mekanizmasının cevap hızı ve enerji tüketimi üzerindeki etkileri karşılaştırılmıştır. 42 V değerinde bir giriş geriliminin uygun bir cevap hızı sağlamak için yeterli olduğu ve bu gerilim değerinde enerji tüketiminin daha az olduğu gösterilmiştir. Aynı zamanda yay katsayısının sistemin dinamik performansını etkileyen kritik bir parametre olduğu belirlenmiştir.

Bir elektromekanik supap mekanizmasına uygulanan elektrik geriliminin sistemin dinamik davranışı ve enerji tüketimi üzerindeki etkisinin araştırılması

The electromagnetic valve actuation (EMVA) system is a new technology for the improvement of fuel efficiency and the reduction of emissions in internal combustion engines. The system is known as an electromechanical variable valve train and it provides opening and closing of the valves at the appropriate times depending on the speed and the working conditions of the engine. In this study, an EMVA system with a disc type of electromagnetic circuit is considered and the effect of the supplied electrical voltage on the dynamic characteristics of the EMVA system is investigated. A computer simulation model (MATLAB/Simulink model) is developed and used to analyze the dynamic behavior of the EMVA system for various input voltages. The effects of the various input voltages on the time response and energy consumption of the EMVA system are compared. It is shown that a certain level of the input voltage (42 Volt) is enough to get a reasonable response time and to keep the energy consumption low. It is also found that the stiffness of the spring is a critical parameter that affects the dynamic performance of the system.

PDF

___

1. Peterson, K., Stefanopoulou, A. and Wang, Y., "Control of Electromechanical Actuators: Valves Tapping in Rhythm", Mohammed Dahkeh Symposium. University of California, Santa Barbara, http://ghost.engin.umich.edu/pubs.html. (2002).
2. Pischinger, M., Salber, W., Staay, F. V. D., Baumgarten, H. and Kemper H., "Low Fuel Consumption and Low Emissions-Electromechanical Valve Train in Vehicle Operation", Internatioanal Journal of Automotive Technology. Vol. 1. No.1, 17-28 (2000).
3. Kamış, Z., Yüksel, İ. ve Topçu, E. E. "Bir Elektromekanik Supap Mekanizması Tasarımı", Otomotiv Teknolojileri Kongresi, Bursa, 300-307 (2002).
4. Kamış, Z. ve Yüksel, İ., "Elektromekanik Supap Mekanizması Tasarımı ve Tasarıma Etki Eden Parametrelerin Araştırılması", Mühendis ve Makine. ISSN 1300-3402. Sayı 523,14-27 (2003).
5. Park, S. H., Lee, J., Yoo, J., Kim, D. and Park, K., "Effects of Design and Operating Parameters on the Static and Dynamic Performance of an Electromagnetic Valve Actuator", Journal of Automobile Engineering. Vol.217, 193-201 (2003).
6. Giglio, V., Iorio, B., Police, G. and di Gaeta, A., "Analysis of Advantages and of problems of Electromechanical Valve Actuators", Variable Valve Actuation 2002. SAE 2002-01-1105 (2002).
7. Giglio, V., Iorio, B., Police, G. and di Gaeta, A., "Preliminary Experiences in the design of an Electromechanical Valve Actuator", Internal Combustion Engine 2001 Congress, Italy, 23-25 (2001).
8. Wang, Y., Stefanopoulou, A., Haghgooie, M., Kolmanovsky, I. and Hammoud, M., "Modeling of an Electromechanical Valve Actuator for a Camless Engine", Proceedings AVEC 2000. 5 th Int. Symposium on Advanced Vehicle Control. No 93 (2000).
9. Butzmann, S., Melbert, J. and Koch, A., "Sensorless Control of Electromagnetic Actuators for Variable Valve Train", Variable Valve Actuation 2000. SAE. 2000-01-1225, 65-70 (2000).
10.Hoffmann, W., Peterson, K. and Stefanopoulou, A., "Iterative Learning Control for Soft Landing of Electromechanical Valve Actuator in Camless Engines", Proceedings American Control Conference. 2860-2866(2001).
11.Kawabe, T., "Initial Condition-adaptive robust control for a high-speed magnetic actuator", Control Engineering Practice, Volume 11, Issue 6, 675-685 (2003).
12.Peterson, K., Stefanopoulou, A., Megli, T. and Haghgooie, M., "Output Observer Based Feedback for Soft Landing of Electromechanical Camless Valvetrain Actuator", Proceedings of American Control Conference,1413-1418(2002).