دانلود رایگان ترجمه مقاله مکانیزم کنترل لیفت سوپاپ برای موتورها (ساینس دایرکت – الزویر 2006)

زمان بندی سوپاپ و مکانیزم کنترل لیفت سوپاپ برای موتورها

Valve timing and valve lift control mechanism for engines

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F1950

جدول 1 ابعاد چرخ دنده های سیاره ای را نشان می دهد، که در آن تعداد دندانه های دنده خورشیدی، تعداد دنده های سیاره ای B، و تعداد دنده داخلی است. زمانی که دنده خورشیدی ثابت می شود، نسبت دنده بین دنده داخلی و حامل برابرست هنگامی که قرقره زمانبندی یک دور می چرخد میل بادامک 0.8 دور می چرخد. نسبت بین سرعت میل بادامک و سرعت میل لنگ باید 2/1 در موتور، و تعداد زمان بندی قرقره موتور راه اندازی 30 است. از آنجا که سیستم ما دارای مکانیسم کاهش دنده های سیاره ای فشرده است، این اندازه در مقایسه با موتورهای معمولی کوچک است.
هنگامی که دنده داخلی قرقره تثبیت می شود، نسبت چرخش بین دنده خورشیدی و حامل برابرست با یک موتور فشرده در موتورها، مطلوب است، و حرکت دنده های سیاره ای باید در موتور کنترل قفل شود. نسبت دنده کرم و چرخ کرم با در نظر گرفتن شرایط ذکر شده و سرعت کنترل 30/1 انتخاب می شود. هنگامی که محور کنترل متصل به چرخ دنده ی خورشید 150 دور می چرخد ، میل بادامک یک دور می چرخد.
مکانیزم لیفت سوپاپ متغیر
یک میل بادامک با شیب در جهت محوری ارائه شده است همانطور که در شکل 3نشان داده شده است. با استفاده از میل بادامک، لیفت سوپاپ در هنگام حرکت میل بادامک در جهت محوری متغیر است. برای نشان دادن این مکانیسم، یک مدل از میل بادامک ساخته شد (نگاه کنید به شکل 4)، که در آن میل بادامک متشکل از شفت A و B است. شفت خروجی ذکر شده مکانیسم زمان بندی سوپاپ در بالا به سمت راست شفت A توسط یک پیچ متصل می شود. حرکت چرخشی میل لنگ موتور منتقل به شفت عبوری A از مکانیسم زمان بندی سوپاپ در بالا منتقل می شود. شفت B دارای بادامک است و به همین ترتیب چرخش شفت A به محور B منتقل می شود، زیرا شفت A به محور B با استفاده از خط نقطه گذرهای خطی متصل می شود، اما حرکت شفت B در جهت محوری به طور مستقل صورت می گیرد. شفت B دارای یاتاقان E در پایان شفت C است که دارای خط نقطه گذرهای درجه دوم حداقل در اطراف سطح خارجی است و چرخش آن محدود می شود، چرا که خط نقطه گذرهای درجه دوم با شفت C که به قاب تثبیت شده است درگیر می شود. از این رو، چرخش شفت B به به شفت C منتقل نمی شود. شفت C دارای یک پیچ توپ در پایانه دیگر است که با مهره توپ درگیر می شود. مهره توپ به پایانه شفت D متصل می شود، و دارای موتور کنترل در پایانه دیگر است. سپس، هنگامی که چرخش به شفت D با استفاده از موتور اضافه می شود، شفت C در امتداد خط نقطه گذرهای در جهت محوری لغزش می کند. شفت C و B زمانی لغزش می کند که شفت C نیز لغزش می نماید. پس از آن، میل بادامک متصل به شفت B در جهت محوری با چرخش توسط شفت A حرکت می کند. از آنجا که میل بادامک دارای یک شیب است، لیفت سوپاپ در هنگام حرکت بادامک در جهت محوری تغییر می کند. از آنجا که نسبت دنده پیچ توپی بزرگ است، یک موتور DC فشرده می تواند حرکت محوری را به طور مستقیم کنترل کند. در این آزمایش، گام پیچ توپی رو 3 میلی متر است و طیف وسیعی از لیفت بادامک 4 میلی متر تا 10 میلی متر است که در موتورهای عملی به اندازه کافی خواهد بود.

2.3. سنسورها
2.3.1. سنسور زاویه چرخش میل بادامک
سیستم ذکر شده در بالا به یک زاویه چرخشی اندازه گیری سنسور در کنترل نیاز دارد. در این مقاله، یک حسگر سیم پیچ ارزان با یک تراشه آهنربا توسعه داده شده است. یک تراشه آهنربای دائم در سطح میل بادامک چسبانده می شود و یک حسگر سیم پیچ ثابت روی سطح شفت با فاصله هوایی کوچک قرار می گیرد همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. در سنسور، زمانی که شفت می چرخد، ولتاژهای الکتریکی زمانی القا می شوند که تراشه آهنربا از طریق سیم پیچ عبور می کند. ولتاژ القا شده، ورودی برای یک کامپیوتر کنترل است و زوایای چرخش و فاز بین سوپاپ ورودی و سوپاپ دود محاسبه می شود. ابعاد سیم پیچ مورد استفاده در این آزمایش به شرح زیر است: شعاع بیرونی سیم پیچ = 20 میلی متر، شعاع داخلی سیم پیچ = 6 میلی متر، طول = 20 میلی متر، مقاومت الکتریکی = 1 ، به نوبه خود سیم پیچ = 500، و شکاف هوا بین سیم پیچ و شفت = 1 میلی متر.
. سنسور لیفت سوپاپ
پشته بندی حسگر جابجایی سوپاپ در موتور دشوار است، اما سنسور جابجایی می تواند در خارج از سر موتور برای حرکت در جهت محوری تنظیم شود. با استفاده از جابه جایی شفت D در جهت محوری بدون استفاده از سنسور جابجایی سوپاپ، کنترل لیفت سوپاپ را انجام می دهد. از آنجا که مشخصات میل بادامک در این سیستم سه بعدی است و مشخصات دارای خطاهای تولید است، برای محاسبه رابطه دقیق بین لیفت سوپاپ و جابه جایی شفت D در جهت محوری پیچیده است. از این رو، رابطه بین لیفت سوپاپ و جابه جایی شفت در جهت محوری اندازه گیری شد. یک سنسور شکاف لیزر، جابه جایی سوپاپ را اندازه گیری نمود و حرکت شفت توسط سنسور نوع جریان گردابی اندازه گیری شد. شکل. 6، رابطه بین ولتاژهای ناشی از V در سنسور جریان گردابی و سوپاپ لیفت L (میلی متر) در یک چرخش را نشان می دهد.
. زمانبندی سوپاپ و کنترل های لیفت سوپاپ
شکل. 7 عکس دستگاه تجربی ما را نشان می دهد. یک موتور اینورتر با قدرت 15 کیلو وات به جای یک موتور استفاده می شود. موتور، قرقره مکانیسم زمان بندی سوپاپ را با استفاده از یک تسمه زمان بندی راه اندازی می کند، و بنابراین میل بادامک ذکر شده در بالا برای سوپاپ ورودی می چرخد. موتور نیز میل بادامک را برای سوپاپ خروجی بدون مکانیزم در همان زمان با استفاده از یک تسمه زمانبندی راه اندازی می کند. یک تراشه مغناطیسی در هر میل بادامک برای تشخیص زوایای چرخشی چسبیده می شود. یک سوپاپ از موتور مرسوم استفاده می شود که 48 گرم و سوپاپ ثابت فنر است توده 12.3 N / میلی متر می باشد استفاده می شود.
همانند سیستم کنترل لیفت سوپاپ، یک موتور DC دارای ابعادی به شرح زیر استفاده می شود: ولتاژ نامی = 12 V، توان = 150W، سرعت چرخش نامی = 6440 دور در دقیقه و گشتاور امتیاز = 2030 میلی نیوتن. ابعاد موتور برای کنترل زمان بندی سوپاپ به شرح زیر است: ولتاژ نامی = 48 V، توان = 140 W، سرعت نامی = 7160 دور در دقیقه و گشتاور نامی = 2640 میلی نیوتن.

3.1. کنترل زمان بندی سوپاپ
با تغییر مراحل چرخشی بین بادامک ورودی و بادامک اگزوز، کنترل زمان بندی سوپاپ انجام می شود. میل بادامک اگزوز با فاز ثابت می چرخد، اما فاز میل بادامک ورودی در این سیستم متغیر است. کنترل برای تغییر تنها فاز، و کنترل سوپاپ پاسخ لازم نیست، چرا که میل بادامک حرکات سوپاپ را ایجاد می کند. کنترل باید با اقدام شتاب و یا کاهش سرعت موتور راننده متناظر باشد. از آنجا که سرعت عمل تا حدودی کند است، سرعت کنترل نسبتاً کوچک است. از آنجا که سفتی مکانیسم زمان بندی سوپاپ با استفاده از دنده سیاره ای و کرم بزرگ باشد، لرزش های کوچک می باشند. با این حال، سیستم دارای اصطکاک بزرگ است. از آنجا که نیروی اصطکاک با جنبش سوپاپ ها و میل بادامک متفاوت است، معادله حرکت سیستم غیر خطی است، و داشتن پویایی نظری دشوار است. برای سیستم، کنترل PID قابل اجرا است، چرا که در هنگام انتخاب بهره های بازخورد مناسب، به پویایی سیستم نیاز ندارد. از آنجا که پارامترهای سیستم تغییر نمی کنند، همان بهره ها در همان موتورها قابل کاربرد هستند. انجام چند آزمایش و یا با استفاده از تنظیم کننده PID، بهره ها به راحتی به دست می تواند به دست آید. برای داشتن مقدار تنظیم شده، کنترل انتگرالی (I-کنترل) معتبر است، اما اغلب ثبات کنترل را تحت تاثیر قرار می دهد و نیاز به یک تقویت کننده بزرگ دارد. در کنترل حال حاضر، چون اصطکاک (میرایی) بزرگ است، از حد خارج شدن به طور قابل توجهی کوچک، و منطقه با ثبات بزرگ خواهد شد. این بدان معنی است که کنترل با استفاده از کنترل-P برای موقعیت ذکر شده زیر ممکن است. در این شرایط، بهره زیاد کنترل-P قابل اجرا است که مربوط به تقویت کننده قدرت می باشد. بنابراین، کنترل بازخورد PD برای داشتن موقعیت تنظیم شده (کنترل-P) و جذب ارتعاش (D-شاهد) انجام می شود.
ولتاژهای القا شده در سنسورهای سیم پیچ، ورودی یک پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP) هستند. در این آزمایش، کامپیوتر (DSP) نمونه های ولتاژهای القا شده را در سنسورهای سیم پیچ می گیرد و حداکثر مقدار هر سیم پیچ در یک چرخه را پیدا می کند. تعداد دفعات مشاهده شده از پیک تا پیک در میل بادامک ورودی به معنی تعداد شمارش کلی در یک چرخش است. در نظر بگیرید که تعداد شمارش بین اوج میل بادامک ورودی و میل بادامک اگزوز باشد. زاویه تغییر زاویه فاز (درجه) بین بادامک ورودی و بادامک اگزوز C = آغاز می شود. هنگامی که نمونه برداری در یک چرخه به پایان رسیده باشد، شمارنده در صفر تنظیم می شود، آنگاه شمارش بعدی شروع می شود. چرخش فرکانس (RPS) توسط ارائه می شود که در آن فرکانس نمونه برداری است.
این مرحله باید در سرعت های پایین و بالا موتور بزرگ باشد، اما در سرعت های متوسط باید کوچک باشد. با ساخت این کنترل، ضرایب انرژی افزایش می یابند و در گاز خروجی کاهش می یابد. از این رو، تصور می شود که مرحله هدف منحنی در شکل 8 باشد. با استفاده از سرعت میل بادامک اندازه گیری شده، فاز هدف از شکل 8 محاسبه می شود.