Search

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.

I en tid då varje nyhetsutsändning behandlar klimatfrågan ur en eller annan vinkel blir det allt viktigare att öka medvetenheten hos allmänheten. Fordonsindustrin har ett stort ansvar när det kommer till att reducera skadliga och miljöförstörande utsläpp, dels från fabriker och dels från vägfordon. KTH Maskinkonstruktion har i samarbete med SAAB Automobile AB tagit på sig att utreda bränsleförbrukningsfrågan lite djupare och närmare bestämt fokusera på bromssystemet och hur dess utformning påverkar bränsleförbrukningen. Ett befintligt bromsok till en existerande personbil bearbetas först i ett CAD-program för att sedan implementeras i en FEM-analys. Detta görs för att utreda hur den återförande kraften på bromskolven beror av olika egenskaper hos bromssystemet. Förhoppningen är att denna kunskap i förlängningen ska kunna användas för att öka denna kraft och på så sätt få bort den anliggning som nästan alltid finns mellan bromsbelägg och skiva. Denna anliggning bidrar till en ökad bränsleförbrukning till följd av ökat rullmotstånd men har också en positiv effekt då den håller bromsskivorna rena från rost och smuts. Utan att göra för stora och kostnadskrävande förändringar i det befintliga bromssystemet hoppas man kunna öka den återförande kraften och därigenom minska den genomsnittliga bränsleförbrukningen. Efter avslutad studie kunde konstateras att materialet hos O-ringen har en viss inverkan på den återförande kraften, både med avseende på elasticitetsmodul och med avseende på friktionstalet mellan bromskolv och O-ring. Kraftens storlek tros även kunna påverkas genom geometriska förändringar på framför allt bromsoket, men denna teori fanns inte möjlighet att utvärdera närmare. In a day when the global climate threat is on the news almost every day, raising the public awareness becomes more and more important. Within this area, the automotive industry has an enormous responsibility. SAAB Automobile AB, in cooperation with KTH Department of Machine Design, has decided to investigate the fuel consumption issue a bit more thoroughly and focus on the brake system. This is made in order to see how the design of the brake system affects the average fuel consumption. A standard brake caliper from an existing car has been edited in a CAD program and then implemented in a FEM program for further analysis. This is being done in order to find out how the reaction force affecting the piston correlates with the different properties of the surrounding components. The hope is that this increased knowledge will aid engineers in designing more efficient and more environmentally friendly brake systems. Ideally, this should be done without altering the basic design of the caliper or the piston. Minor changes could be allowed but the main focus is on the O-ring that seals the gap between the piston and the caliper. It was found that the stiffness of the O-ring as well as the frictional coefficient between the piston and the O-ring affected the magnitude of the force quite noticeably. The force magnitude is also believed to shift if the geometry of the caliper is changed. Due to technical restrictions this theory has not been verified.

I en tid då varje nyhetsutsändning behandlar klimatfrågan ur en eller annan vinkel blir det allt viktigare att öka medvetenheten hos allmänheten. Fordonsindustrin har ett stort ansvar när det kommer till att reducera skadliga och miljöförstörande utsläpp, dels från fabriker och dels från vägfordon. KTH Maskinkonstruktion har i samarbete med SAAB Automobile AB tagit på sig att utreda bränsleförbrukningsfrågan lite djupare och närmare bestämt fokusera på bromssystemet och hur dess utformning påverkar bränsleförbrukningen. Ett befintligt bromsok till en existerande personbil bearbetas först i ett CAD-program för att sedan implementeras i en FEM-analys. Detta görs för att utreda hur den återförande kraften på bromskolven beror av olika egenskaper hos bromssystemet. Förhoppningen är att denna kunskap i förlängningen ska kunna användas för att öka denna kraft och på så sätt få bort den anliggning som nästan alltid finns mellan bromsbelägg och skiva. Denna anliggning bidrar till en ökad bränsleförbrukning till följd av ökat rullmotstånd men har också en positiv effekt då den håller bromsskivorna rena från rost och smuts. Utan att göra för stora och kostnadskrävande förändringar i det befintliga bromssystemet hoppas man kunna öka den återförande kraften och därigenom minska den genomsnittliga bränsleförbrukningen. Efter avslutad studie kunde konstateras att materialet hos O-ringen har en viss inverkan på den återförande kraften, både med avseende på elasticitetsmodul och med avseende på friktionstalet mellan bromskolv och O-ring. Kraftens storlek tros även kunna påverkas genom geometriska förändringar på framför allt bromsoket, men denna teori fanns inte möjlighet att utvärdera närmare. In a day when the global climate threat is on the news almost every day, raising the public awareness becomes more and more important. Within this area, the automotive industry has an enormous responsibility. SAAB Automobile AB, in cooperation with KTH Department of Machine Design, has decided to investigate the fuel consumption issue a bit more thoroughly and focus on the brake system. This is made in order to see how the design of the brake system affects the average fuel consumption. A standard brake caliper from an existing car has been edited in a CAD program and then implemented in a FEM program for further analysis. This is being done in order to find out how the reaction force affecting the piston correlates with the different properties of the surrounding components. The hope is that this increased knowledge will aid engineers in designing more efficient and more environmentally friendly brake systems. Ideally, this should be done without altering the basic design of the caliper or the piston. Minor changes could be allowed but the main focus is on the O-ring that seals the gap between the piston and the caliper. It was found that the stiffness of the O-ring as well as the frictional coefficient between the piston and the O-ring affected the magnitude of the force quite noticeably. The force magnitude is also believed to shift if the geometry of the caliper is changed. Due to technical restrictions this theory has not been verified.