Camless Engine Valve Actuation (CEVA) technologies have been known for improving fuel efficiency, enhancing power output, and reducing emissions of Internal Combustion(IC) engine. Electro-Hydraulic valve actuators are used to eliminate the camshaft of an existing Internal Combustion(IC) engine and to control the valve timing and valve duration independently. This thesis presents a research activity like hydraulic actuator design, dynamic simulations, analysis and adaptive valve timing control of a CEVA. Electro-Hydraulic valve actuator’s main function is to provide fully variable open/close valve timing.
The CEVA system has been modeled by means of a powerful hydraulic simulation tool, AMESim, which is useful for the dynamic simulations and analysis of hydraulic systems. The designed model has been validated through comparisons with mathematical model and experimental results obtained in a prototype test bench. A proposed CEVA system controls valve landing velocity through a mechanically designed snubber. The dynamic analysis and performance results of a CEVA with hydraulic snubber are verified by comparing simulation in AMESim with experimental results on a prototype test bench.
This research is also focused on the adaptive valve timing control of a CEVA system. A particular challenging control obstacle expected is the performance of valve actuators at cold operating condition. This is mainly due to the extremely nonlinear characteristics of fluid viscosity to temperature change. At a low temperature condition, CEVA’s response is very sluggish. The valve timing control algorithm proposed in this thesis is used to robustly control opening timing and closing timing regardless of fluid temperature variations. A proposed valve timing controller is to guarantee the valve timing and lift repeatability without using expensive linear position sensors.
Test bench data and simulation results indicate that a CEVA system would verify the effectiveness, feasibility of a fully variable valve timing technology, and a proposed valve timing controller.
세계 자동차업계는 환경 및 에너지 문제를 해결하기 위하여 에너지 사용저감 기술을 개발하는데 주력하고 있다. 이러한 노력의 대부분은 엔진의 연비개선에 집중되고 있다. 현재 고유가 시대가 지속되고, 대기오염에 전 세계적인 관심이 높아져가는 시점에서 소비자들은 출력이 높고 연비가 좋은 자동차를 원하고 있고, 가장 대중적인 운송수단이 자동차의 고효율화를 요구하고 있다. 또한 점점 강화되어가고 있는 자동차 배기가스 허용규제를 만족시킬 수 있는 엔진 및 차량의 개발이 시급한 실정이며, 차량의 연비는 성능, 승차감 및 배기가스와 밀접한 관계를 가지는데 이는 연비의 무조건적인 개선이 성능이나 배기가스측면에서 악영향을 줄 수도 있다. 따라서 연비개선을 위한 노력은 근본적으로 엔진의 시스템적인 관점에서 이루어져야하고 이러한 노력의 일환으로 무한가변밸브시스템의 개발과 정밀한 타이밍제어기술이 요구된다.
본 연구에서는 무단가변밸브시스템을 구현할 수 있는 유압식 캠리스엔진 밸브엑츄에이터를 개발하였고, 다양한 작동환경하에서 유압식 밸브엑츄에이터의 강인한 제어성능을 확보하기위하여 적응 밸브타이밍제어기법에 대한 연구를 수행하였다. 유압식 밸브엑츄에이터의 내구성확보와 NVH 개선을 위하여 유압식 완충효과를 기대할 수 있는 Snubber 를 설계하였고 동작성능을 검증하기 위하여 시뮬레이션과 실험을 실시하였다. 본 논문에서 제안한 밸브타이밍 제어기는 엔진밸브의 변위를 실시간으로 측정하는 고가의 센서를 사용하지 않고 흡.배기 밸브가 완전히 열리고 닫히는 시간만을 측정해서 간접적으로 엔진밸브의 리프트변화를 예측하고 제어타이밍을 결정하게 된다. 캠리스엔진 밸브엑츄에이터의 설계상의 어려움을 극복하기 위한 방안을 모색하고 기존의 엔진에 적용하기 위한 기술향상을 기하고자 하였고 밸브타이밍제어기법의 성능검증을 위한 실험을 통해서 제안한 시스템에 대한 평가와 문제점을 분석하고 개선점을 제시하였다.
