Detta examensarbete är utfört på uppdrag från AVL Södertälje Powertrain Engineering AB.

Målet med arbetet har varit att utveckla ett styrsystem för ett elektroniskt styrt pneumatiskhydrauliskt

ventilsystem på en encylindrig förbränningsmotor i en testcell. AVL är en

oberoende firma som utvecklar drivlinor med förbränningsmotorer samt instrumenterings- och

testsystem. Ventilsystemet, med ett fungerande styrsystem, ska användas i AVLs utvecklingsoch

forskningsarbete på förbränningsmotorer.

Ventilsystemet,

Free Valve Technology

, är utvecklat av Cargine Engineering AB och består av

elektroniskt styrda pneumatisk-hydrauliska aktivatorer som opererar en motorventil individuellt.

Aktivatorernas styrsystem har utvecklats helt i

Simulink

och implementerats som en integrerad

del i det av AVL utvecklade motorstyrsystemet Raptor. Hårdvaran och plattformen är ett rapid

prototyping system från dSPACE GmbH. Systemet har visat sig fungera tillfredsställande i en

testcellmiljö vid lyfthöjder större än 3 mm och varvtal lägre än 2500 rpm, även under

förbränning. Under 2 mm lyft blir ventillyftet instabilt och över 2500 varv per minut kan

ventillyftet bli lägre – beroende på duration – på grund av att ventilöppningshastigheten är

konstant i tid, inte vevaxelgrader, och ventilen därmed inte hinner öppnas fullt före stängning.

Systemets cykel till cykel-variationer på öppnings- och stängningstider samt ventillyft är i

storleksordning på ca 10 procent inom ventilernas stabila område, med påföljande påverkning

på gaväxlingsvariationerna. Systemets energiförbrukning tillsvarar ca 4 kW för en fyrcylindrig

16-ventils motor vid 6000 varv/min.

Systemet har ett grafiskt gränssnitt som tillåter att ventiltider och -lyft kan bestämmas fritt och

enkelt av användaren, men med en säkerhetsfunktion som begränsar ventiltider så att kollision

med kolven undvikas. En funktion för att köra motorn i 8-takt finns, och nya funktioner, kan

läggas till.

Slutsatsen som kan dras är att – även med de utmaningarna som kvarstår – fungerar

ventilsystemet tillfredsställande och kan användas i sin nuvarande form i testcellsmiljö.

Examensarbetet har också visat att kombinationen av Raptor, RapidPro-systemet och friheten

med pneumatiska ventiler öppnar för nästan obegränsade testmöjligheter. Det är en stark

indikation på att detta system kan vara värdefullt i AVLs framtidiga arbete med utveckling och

forskning inom förbränningsmotorteknologi.

This master thesis is a project commissioned by AVL Södertälje Powertrain Engineering AB.

The purpose has been to develop a control system for an electronic pneumatic-hydraulic valve

actuation system installed in a one cylinder test engine. AVL is an independent company

which develops powertrain systems with internal combustion engines as well as

instrumentation and test systems. The valve actuation system is to be used in their research

and development of internal combustion technology.

The valve actuation system, called

Free Valve Technology

, is developed by Cargine

Engineering AB and consists of electronically controlled, pneumatic-hydraulic actuators

operating each engine valve individually. The control system for the actuators has been

developed entirely in

Simulink

and implemented as an integral part of the AVL developed

engine control system,

Raptor

, on a dSPACE rapid prototyping system platform. The system

has proved to be working satisfactorily in a test cell environment at lift heights above 3 mm

and engine speeds below 2500 rpm, even during combustion. Below 2 mm lift height, the

valve operation no longer is stable and dependable, and at engine speeds above 2500 rpm,

valve lift may be truncated –depending on duration – due to the valve opening speed constant

in time, not in crank angle degrees and thus does not manage to open fully before closing. The

system’s cycle to cycle variations of valve timing and lift are around 10 percent inside the

stable operation frame, with subsequent effect on gas exchange variations. Energy

consumption of the system was found to be equivalent to 4 kW at 6000 rpm for a 16 valve

four-cylinder engine.

The system has a graphic user interface that allows the user to freely change valve timing and

lift effortlessly, but with a safety function limiting timing to avoid valve and piston collision. A

function for operating the engine at 8-stroke combustion mode exists, and new features can

easily be added to the existing system.

This thesis has reached the conclusion that even though a lot of problems and challenges still

remain with this system the valve actuation system works satisfactorily and can be used in its

present form in test cell conditions. This thesis has also shown that the combination of a rapid

prototyping system together with the versatility in the free valve system opens almost endless

testing possibilities. It shows a strong indication that the free valve technology will be valuable

in AVL’s further research and development in internal combustion technology.