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.

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.