Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Reglerstrategi för fria ventiler: – Utveckling av en fyrtakts förbränningsmodell för att prediktera optimala ventilinställningar
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2010 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Control Strategy for Fully Flexible Valve Technology : - Development of a four-stroke combustion model to predict optimal valve settings (English)
Abstract [en]

As emission legislations across the world continuously pushes engine development forward,

engineers constantly need to come up with and implement fuel saving technologies. During the

last decade, variable cam phasing has become a popular solution to increase gas exchange

efficiency. This configuration is typically mechanically constrained by camshaft limitations, and

a solution to circumvent this problem would be to use a different valve actuation principle.

One example of this is to use pressurized air controlled by electrical solenoids. Such a system

has been developed by

Cargine Engineering

and this provides the starting point for this work. To

be able to operate the valvetrain on an actual engine, a control system is needed. For this

purpose, the AVL developed

Raptor provides a suitable design environment. The

Simulink

implementation is straightforward to alter and customize and based on feedback from position

sensors mounted on each valve, closed loop control on both intake and exhaust valve timings has

been implemented. Together with the implementation of a script for predefining a large number

of operating points that the engine test bed can then execute automatically, gathering of large

quantities of data has become easy.

Based on this data set, an existing combustion model for predicting a full four-stroke cylinder

pressure trace has been modified. Focus has been on taking the influence of valve timings and

lift heights into account and the result is a model that, for the current data set, predicts IMEP

with a standard deviation of 4.9% for the relative error. The corresponding relative error standard

deviation for PMEP estimation is 8.8%.

With this model accuracy, an optimization routine for looping through possible valve settings

offline has been developed. This routine is able to, based on user defined engine speed and fuel

mass (and assuming stoichiometric combustion), provide a level curve corresponding to a map of

optimal valve settings with respect to minimal fuel consumption. This routine works well for

certain operating points, but shows low prediction accuracy for others. The conclusion is that

more work needs to be done regarding modelling of the actual combustion event, currently

characterized by the Vibe function.

Abstract [sv]

I takt med att internationella emissionslagstiftningar driver motorutvecklingen framåt, måste

verkningsgradsförbättringar och bränslebesparande teknologier hela tiden sättas i fokus och varje

litet delsystem i ett fordon måste förses med enorma utvecklingsresurser för att förbättra

prestanda och möta marknadens krav. Under det senaste årtiondet har variabla ventiltider

utvecklats till en populär metod för att bredda och spetsa till motorprestanda. Dessa system är

dock vanligtvis mekaniskt begränsade och en annan aktueringsprincip är önskvärd.

En möjlig lösning kan vara att driva ventilerna med tryckluft istället för en kamnock. Ett sådant

system tillhandahålls av

Cargine Engineering

och det är detta system som utgör grundstommen i

det här arbetet. För att styra det här ventilsystemet krävs ett reglersystem och till detta används

det av AVL utvecklade

Raptor. Användarmiljön är Simulink

-baserad och med hjälp av

återkoppling från lägesgivare monterade på varje ventil har reglering av öppning, stängning och

lyfthöjd implementerats. Testcellen har dessutom utrustats med ett skript som möjliggör

automatisk drift av testcellen utifrån ett fördefinierat körschema. Dessa modifieringar har

tillsammans möjliggjort insamling av stora mängder mätdata på förhållandevis kort tid.

Utifrån de mätningar som gjorts har en befintlig (AVL-utvecklad) förbränningsmodell

vidareutvecklats. Modellen används för att prediktera ett komplett cylindertrycksspår för en

fyrtakts Ottomotor och modifieringarna har innefattat en mer detaljerad gasväxlingsmodell. För

att uppnå detta har det varit nödvändigt att ta hänsyn till de variabla ventiltiderna och

lyfthöjderna och resultatet är en cylindertrycksmodell som har en standardavvikelse på 4,9% i

skattning av indikerat medeltryck (IMEP). Motsvarande siffra för pumpmedeltrycket (PMEP) är

8,8%.

Med denna modellnoggrannhet ansågs det vara realistiskt att svepa möjliga ventilinställningar

offline för att på så sätt kunna hitta de optimala inställningarna med hänsyn till maximal

verkningsgrad. Givet motorvarvtal och luft-/bränsleblandning är optimeringsrutinen kapabel att

generera nivåkurvor motsvarande optimala inställningar. Rutinen fungerar bra för vissa

driftpunkter och sämre för andra och slutsatsen är att mer arbete behövs, framför allt rörande

modellering av själva förbränningen, i nuläget beskriven av Vibefunktionen.

Place, publisher, year, edition, pages
2010.
Series
MMK 2010:18 MFM135
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-99466OAI: oai:DiVA.org:kth-99466DiVA: diva2:542234
External cooperation
AVL SPEAB,Richard Backman
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-07-30 Created: 2012-07-30 Last updated: 2012-07-30Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Joakim Karlsson(3164 kB)550 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3164 kBChecksum SHA-512
b8092172d4642bb7e6dcff59a2940b4de18fb67106179a82ca4982913ff471320b3484ff21429872bf6def3f77c73c4605afc6d3465150db55b44f9336306fc4
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 550 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 140 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf