Supaplar için elektromekanik eyleyici tasarımı ve denetiminin araştırılması

Abstract

ÖZETBu tez çalışmasında, elektromekanik supap mekanizmasının matematik modeliçıkarılmış ve sistemde kullanılabilecek uygun bir mıknatıs devresi araştırılmıştır. Bununiçin literatürde disk ve piston tipi olarak anılan mıknatıs devrelerinin kullanıldığı üç modeltasarlanmış, tasarım parametrelerinin etkisi incelenmiş ve bu modellerin statik ve dinamikkarakteristikleri teorik olarak elde edilerek uygun mıknatıs devresi belirlenmiştir.Yapılan çalışmalar sonucunda elektromekanik supap mekanizmaları için disk tipimıknatıs devresinin daha uygun olduğu görülmüş ve bunun sonucunda iki farklı yapıdaelektromekanik supap mekanizması tasarlanarak prototipleri imal edilmiştir.Bir mekatronik sistem olarak ele alınabilecek elektromekanik supapmekanizmalarının tamamlayıcı kısmını teşkil eden elektronik sürücü devreler de buçalışmanın bir parçası olarak tasarlanıp imal edilmiştir.Prototip modeller üzerinde sistemin statik ve dinamik karakteristiklerininbelirlenmesi amacıyla çeşitli deneysel çalışmalar yürütülmüştür. Statik deneylerde mıknatısçekim kuvveti ölçülmüş ve özellikle de disk kalınlığının çekim kuvveti üzerindeki etkisibelirlenmiştir. Bu çalışmalarda çekim kuvvetinin yakın mesafelerde (0.1 mm) yaklaşıkolarak 1800-2000 N' a çıkabileceği gösterilmiştir. Mekanizmanın dinamik karakteristikleriise basamak cevabı testleri ile belirlenmiş ve supabın en düşük açma/kapama zamanı Model1' de yaklaşık 4.7 ms, Model 2' de yaklaşık 4 ms olarak tespit edilmiştir. Statik ve dinamikkarakteristikler için elde edilen deney sonuçları ile benzetim sonuçlarının iyi bir uyumsağladığı görülmüştür.Elektromekanik supap mekanizmaları için en kritik durumlardan birisi olan supabınoturma hızı denetiminin analizi yapılmış, denetim işlemi teorik olarak gerçeklenmiş veuygun denetim teknikleri kullanarak oturma hızının yaklaşık olarak istenen değerleredüşürülebileceği gösterilmiştir. Bu durum ayrıca basit deneysel çalışmalarla dadoğrulanmıştır.Tasarlanan modeller kamlı sistem ile karşılaştırılmış ve yüksek motor hızlarında ikisistem arasında iyi bir uyum elde edilmiş ve bu modellerin yüksek devirli motorlardakullanılabilecek türde olduğu öngörülmüştür.Anahtar Kelimeler: Elektromekanik supap mekanizması, mekatronik sistem,mıknatıs devresi, tasarım parametreleri

ABSTRACTIn this thesis, the mathematical model of the electromechanical valve actuator isobtained and a suitable magnetic circuit which can be used in this system is investigated.Three models using disc or plunger type of magnetic circuit are designed, the effect ofdesign parameters is investigated and static and dynamic characteristics of these models aretheoretically obtained. Therefore a suitable magnetic circuit is determined.A disc type of magnetic circuit is determined as the most suitable type andconsequently, two types of electromechanical valve actuator are designed and prototypes ofthese systems are produced.Current driver circuits of electromechanical valve actuators are designed aselements of a mechatronic system.Experimental studies are done on the prototypes to obtain static and dynamiccharacteristics of the system. Magnetic force is measured in static experiments and theeffect of disc thickness on the magnetic force is also designated. In these works it is showedthat magnetic force may increase up to 1800-2000 N at shorter distances (0.1 mm).Dynamic characteristics of the system are determined by step response tests and it isdesignated that open/close time of the valve is approximately 4.7 ms in Model 1 and 4 ms inModel 2. It can be seen that theoretical results are in good agreement with experimentalresults for static and dynamic characteristics.The contact velocity control which is the one of critical problems ofelectromechanical valve actuator is analyzed, the control is verified theoretically and it isseen that contact velocity is decreased to desired value by appropriate control techniques.This situation is also confirmed by experimental studies.The designed models are compared with the conventional system with camshaft anda good agreement between two systems at higher engine speeds is obtained. So it issuggested that these models can be used in IC engines.Key Words: Electromechanical valve actuator, mechatronic system, magneticcircuit, design parameters