Sähköhydraulisen venttiiliohjauksen analysointi ja parantaminen

Abstract

Ohjelmistokehitykseen on alettu viime vuosina kiinnittämään entistä enemmän huomiota ja sen myötä ohjelmistojen kehitysprosessia halutaan lyhentää. Tämän työn tarkoituksena on tehdä Wärtsilän sähköhydraulisesta venttiiliohjausjärjestelmästä uuteen kehitysalustaan soveltuvampi versio. Samalla järjestelmän ominaisuuksia halutaan parantaa. Sähköhydraulisen venttiiliohjauksen avulla ohjataan siis polttomoottorin kaasunvaihtoventtiileitä ja järjestelmää käytetään tuotekehityksessä erilaisten nokka-akselin profiilien testaamiseen. Ohjaustarkkuus on yksi järjestelmältä vaadituista ominaisuuksista ja tässä työssä esitellään tapoja, joilla siihen pystytään vaikuttamaan. Työn tavoitteena on tehdä uusi yksinkertaisempi implementaatio tämän hetkisestä ohjausmallista. Lisäksi ohjaukselle halutaan löytää sopiva näytteenottoväli, jotta päästään vaatimusten mukaiseen seurantatarkkuuteen ja vältytään prosessorin liialliselta kuormittamiselta. Uuden implementaatiomallin toimivuutta testattiin ensin prosessimallin avulla, jonka jälkeen sen ominaisuuksia tarkasteltiin testirigillä. Testaustulosten perusteella implementaatiomalli toimii odotetulla tavalla. Venttiilin ohjaustarkkuuteen havaittiin vaikuttavan muun muassa käytetty venttiilin referenssiprofiili, säätimien virittäminen, toimilaitteen ja ieksen välissä olevan välyksen suuruus sekä näytteenottoväli. Suositelluksi näytteenottoväliksi valikoitui 0,1 ms. Näytteenottovälin valinta perustuu seurantavirheen suuruuteen, kun sitä tarkasteltiin absoluuttisen maksimivirheen, keskihajonnan ja toistettavuuden avulla. Moottorilla näytteenottovälin tulee todennäköisesti olla vielä pienempi vaadittuun ohjaustarkkuuteen pääsemiseksi, sillä rigitesteissä ei ole huomioitu moottorin palokammion paineita eikä siitä johtuvaa lämpötilan muutosta. Uuden implementaatiomallin myötä prosessorin laskentakapasiteettiä saatiin hieman pienennettyä. Malli on kuitenkin edelleen raskas, jonka vuoksi osa mallin laskennasta kannattaisi siirtää paremman suorituskyvyn omaavalle mikropiirille, FPGA:lle. Tulevaisuudessa uusi implementaatiomalli otetaan käyttöön tuotekehityksessä käytetyllä testimoottorilla. Pidemmän ajan tulevaisuuden suunnitelmana voitaisiin pitää EHVA-järjestelmän käyttöönottamista myös tuotantomoottoreissa, jolloin moottorin tehokkuus olisi mahdollisimman hyvä myös eri käyttöolosuhteissa.