ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA Bu çalışmada öncelikle Şekil 2’ de verilen Simulink

modelinin çalışması ve elde edilen sonuçların deney sonuçları ile uygunluğu ele alınmıştır. Bunun için tasarlanan ve prototipi imal edilen elektromekanik supap mekanizması üzerinde bir dizi test yapılmış ve sistemin anahtarlama durumunu gösteren deney sonuçları Şekil 5’ de verilmiştir. Burada sistemin akım sürücü devresine, bobini en yüksek akımda (yaklaşık 24 A) süren genlikte basamak gerilim sinyali uygulanmıştır. Bu aşamada amaç sadece sistemin en yüksek anahtarlama hızını belirlemek olduğundan, pratik çalışmada olduğu gibi ayrıca anahtarlama aşamasından sonra gerilim ve dolayısıyla da akım sinyali seviyesi düşürülmemiştir.

Şekil 5’ deki akım değişim eğrisinden sistemin toplam anahtarlama zamanı yaklaşık 8 ms olarak belirlenir. Benzer şekilde konum değişim eğrisinden ise supabın hareket zamanının yaklaşık 4 ms olduğu görülür. Bu da 5000 d/dak’ da. 4 silindirli bir motorda uygun bir supap zamanlamasıdır.

Zeliha KamÕú, øbrahim Yüksel, Elif Erzan Topçu

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K onum ( mm ) 7.385 7.389 7.393 7.397 7.401 7.405⁰ 3.4 6.8 10.2 13.6 17 20.4 23.8 27.2 30.6 Ak im ( A ) Zaman (s) Teorik Deneysel _Konum Akim

Şekil 5. ESM dinamik davranışı (teorik ve deneysel) Bu çalışmada ele alınan ve prototipi imal edilen EMS da 67 N/mm lik iki adet yay kullanılmış olup supabın hareket mesafesi yaklaşık 7.6 mm ve toplam hareketli kütle 156 gramdır. Mıknatıs devresinin çapı 52 mm, boyu 26. 5 mm ve disk kalınlığı 6 mm olup bobinde 156 sarım kullanılmış olup direnci 1.7 ohm’ dur. 2 adet mıknatıs devresi ve 2 adet yay disk ve supap ile birlikte uygun bir gövde içine yerleştirilmiş ve kabaca dış boyutları itibari ile 66 mm çapında ve 160 mm boyunda EMS prototipi imal edilmiştir.

Matematiksel modelin doğrulanması amacı ile Simulink modelinden elde edilen benzetim sonuçları da şekil üzerinde gösterilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi benzetim sonuçları deney sonuçlarıyla uyumludur [22]. Benzetim sonuçları özellikle sistemin anahtarlama zamanının belirlenmesinde yeterli bir yaklaşıklık sağlamaktadır.

EMS nın supap çarpma hızını azaltmak amacıyla bobin akımının anahtarlamasından elde edilen deneysel sonuçları temel alan teorik çalışmalar yürütülmüştür. Sistemin denetimi açık döngü ve kapalı döngü olmak üzere iki şekilde yapılmıştır. Mıknatıs devresi bobinine pozitif ve negatif değerler arasında değişen kare dalga ve sinüs sinyali ile rasgele sinyal gönderilerek sistem açık döngü olarak denetlenmiş ve oturma hızı kabul edilebilir değerlere düşürülmüştür. Bu uygulamada en iyi sonuç bobine rasgele giriş sinyali uygulanarak elde edilmiştir (Şekil 6). Tablo 1’ de ise rasgele sinyal ve diğer giriş sinyallerinde elde edilen oturma hızı değerleri gösterilmiştir.

Sistemin kapalı döngü denetimi üç aşamalı olarak gerçekleştirilmiş ve referans olarak belirlenen bir konum eğrisi ile çıkış konumu karşılaştırılmış üretilen hata sinyaline bağlı olarak P ve PD etki ile denetim sinyali oluşturulmuştur. Bu denetim sinyali yardımı ile de 8 kHz’ lik DGM sinyali elde edilerek bobin akımı anahtarlanmıştır. Bu uygulamada türev etki farklı bir amaç için kullanılmış olup hatanın türevi alınarak daha küçük orantı kazancında DGM sinyalinin elde edilmesi sağlanmıştır. Bobin akımının bu şekilde anahtarlanması ile oturma hızı teorik olarak önemli oranda azaltılmıştır. P ve PD etki için model sonucu Şekil 7 de verilmiştir. Bu şekillerden görüldüğü gibi P etkide oturma hızı yaklaşık olarak 0.6 m/s’ ye, PD etkide ise 0.3 m/s’ ye kadar azaltılmıştır.

Şekil 6. Açık döngü denetim (rasgele sinyal) Tablo 1. Giriş sinyali biçimine göre supabın oturma hızı

Sinyal Biçimi Oturma Hızı (m/s)

Kare 0.17 Sinüs 0.13 Rasgele 0.12 0 x 10-3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 K o num ( mm )/ H iz ( m /s ) 0 1 2 3 4 5 6 x 10-3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Ak im ( A ) Zaman (s) P-Denetim Denetimsiz Denetimli Konum Akim Hiz 0 x 10-3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 K o num ( mm )/ H iz ( m /s ) 0 1 2 3 4 5 6 x 10-3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Ak im ( A ) Zaman (s) PD-Denetim Denetimsiz Denetimli Konum Akim Hiz

Şekil 7. Kapalı döngü denetim (teorik)

Açık döngü ve kapalı döngü denetim için elde azaltılması hareket süresini belli oranda arttırmaktadır.

Şekil 8’ de ise sistemin normal çalışma (a) ve akımın anahtarlanması (b) durumunda deneysel olarak elde edilen denetim sonucu verilmiştir. Şekil 8a’ dan görüldüğü gibi normal çalışmada hız kestiriminden hareketin yaklaşık olarak 2 m/s’ lik bir hızla tamamlandığı görülür. Şekil 8b’ de ise bobin akımı hareket sonunda 8 kHz ve % 50 doluluk oranındaki DGM sinyali ile anahtarlanarak oturma hızı azaltılmaya çalışılmıştır. Şekilden görüldüğü gibi akımın anahtarlanması ile hareket sonunda konum eğrisinde yumuşak bir geçiş olmakta ve supabın hareketi kam profiline yaklaşmaktadır. Bu da hareket sonunda hızın azaltıldığının bir göstergesidir. Bu durumda oturma hızı hız kestiriminden yaklaşık olarak 0.24 m/s olarak tespit edilmiştir.

Kullanılan sinyal ölçüm tekniği ve sürücü devrenin yapısına bağlı olarak deneysel ölçümlerde konum eğrisi ve özellikle düşük genlikli akım eğrisinde yüksek frekanslı salınımlar ortaya çıkmıştır. Gerçekte sistem bu salınımları algılamamaktadır. Özel filtreleme işlemleri yoluyla bu salınımları düzeltmek mümkün olmakla beraber bu durum sistemin dinamik davranış karakteristiklerinin belirlenmesinde etkili olmadığından bu çalışmada ayrıca filtreleme işlemlerine yer verilmemiştir.

Elektromekanik Supap MekanizmalarÕnda Geribeslemeli Denetimin AraútÕrÕlmasÕ

a b Şekil 8. Açık döngü denetim (deneysel)

Şekil 5-8’ de zaman ekseni açısından bir farklılık görülmektedir. Bu durum deneysel sonuçların supabın sürekli çalışması sırasında herhangi bir zaman aralığı için elde edilmiş olmasından kaynaklanmaktadır.

4. SONUÇ

Elektromekanik supap mekanizmasının en kritik problemi olan oturma hızı denetimi teorik olarak ele alınmıştır. Bu durumda kapalı döngü denetimde PD etki ve DGM tekniği ile oturma hızı 0.21 m/s’ ye kadar düşürülebilmiştir. Deneysel çalışmalarda oturma hızının akımın anahtarlanması ile azaltılabileceği gösterilmiştir. Bu konuda, çarpma hızını daha fazla düşürebilecek uygun denetim algoritması üzerindeki çalışmalar devam etmektedir.

Bu çalışmada elektromekanik supap mekanizmaları için tasarlanan modelin gerek kuramsal gerekse

deneysel olarak elektromekanik supap

mekanizmalarında uygulanabilirliği ortaya konmuştur. Supabın oturma hızı azaltıldığında ve uygun imalat koşulları altında gerçeklendiğinde otomobil motorlarında uygulanabilir yapıda olduğu gözlenmiştir.

5. KAYNAKLAR

[1] M. Pischinger, W. Salber, F.V.D. Staay, Baumgarten, H. ve H. Kemper. “Benefits of the Electromechanical Valve Train in Vehicle Operation”. Variable Valve Actuation, s: 43-53, 2000.

[2] http://www.fev.com/f_index.html (Electromechanical valve control)

[3] Y. Wang, A.Stefanopoulou, M Haghgooie, I. Kolmanovsky, ve M. Hammoud. “Modeling of an Electromechanical Valve Actuator for a Camless Engine”. Proceedings AVEC, 5 th Int. Symposium on Advanced Vehicle Control, 93, 2000.

[4] V. Giglio, B. Iorio, G. Police, ve A. Gaeta. “Analysis of Advantages and of Problems of Electromechanical Valve Actuators”. Variable Valve Actuation, SAE 2002-01-1105, 2002.

[5] S.H. Park, J. Lee, J. Yoo, D. Kim, K. Park ve Y.A. Cho . “Developing Process of Newly Developed Electromagnetic Valve Actuator - Effect of Design and Operating Parameters”. SAE, 02FFL-93, 2001. [6] Park, S.H., Lee, J., Yoo, J. ve Kim, D. A study on the

design of electromagnetic valve actuator for VVT engine. KSME International Journal. Cilt: 17, s: 357-369, 2003a.

[7] S.H. Park, J. Lee, J. Yoo, D. Kim, K. Park. “Effects of Design and Operating Parameters on the Static and

Dynamic Performance of an Electromagnetic Valve Actuator”. Journal of Automobile Engineering, s: 217, 193-201, 2003b.

[8] C. Nitu, B. Gramescu, ve S. Nitu. “Application of Electromagnetic Actuators to a Variable Distribution System for Automobile Engines”. Journal of Materials Processing Technology. Cilt: 161, s: 253-257, 2005.

[9] W.S. Chang, T.A Parlikar, M.D. Seman, D.J. Perreault, J.G. Kassakian ve T.A. Keim. “A New Electromagnetic Valve Actuator”. Power Electronics in Transportation, s: 109-118, 2002.

[10] R.E. Clark, G.W. Jewell, S.J. Forrest, J. Rens ve C. Maerky. “Design Features for Enhancing the Performance of Electromagnetic Valve Actuation Systems”. IEEE Transactions on Magnetics. Cilt: 41, No: 3, s: 1163-1168, 2005.

[11] Z. Kamış ve İ. Yüksel. “Elektromekanik Supap Mekanizmalarında Tasarım Parametrelerinin İncelenmesi”. U.Ü. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. Cilt: 9, No: 2, s: 45-58, 2004.

[12] Z. Kamış ve İ. Yüksel. “An Investigation of Effect of Applied Electrical Voltage on System Dynamic Behavior and Energy Consumption of an Electromechanical Valve Actuator. G. U. Journal of Science, Cilt: 17, No: 3, s: 161-177, 2004.

[13] Z. Kamış ve İ. Yüksel. “Yay Enerjisinin Elektromekanik Supap Mekanizmalarının Performansına Katkısı”. Mühendis ve Makine, Cilt: 46, No: 543, s: 39-50, 2005.

[14] Y. Wang, T. Megli ve M. Haghgooie. “Modeling and Control of Electromechanical Valve Actuator”. Variable Valve Actuation, SAE. 2002-01-1106, 2002. [15] J.Y. Xiang. “Modeling and Control of a Linear

Electro-mechanical Actuator (LEMA) for Operating Engine Valves”. IEEE, s: 1943-1948, 2002.

[16] P.B. Eyabi. “Modeling and Sensorless Control of Solenoidal Actuators”. PhD Thesis. Ohio State University, Columbus, USA, 2003.

[17] K.S. Peterson. “Control Methodologies for Fast & Low Impact Electromagnetic Actuators for Engine Valves. PhD Thesis. University of Michigan, USA, 2005.

[18] S .Butzmann, J. Melbert ve A. Koch. “Sensorless Control of Electromagnetic Actuators for Variable Valve Train”. Variable Valve Actuation, SAE. 2000-01-1225, s: 65-70, 2000.

[19] A. Stubbs. “Modeling and Controller Design of an Electromagnetic Engine Valve”. M.Sc. Thesis, University of Illinois, Urbana-Champaign, 2000. [20] M. Montanari, F. Ronchi. ve C. Rossi. “Trajectory

Generation for Camless Internal Combustion Engine Valve Control”. IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 9-12 June 2003, Brazil. s: 454-459, 2003.

[21] C. Tai ve T.C. Tsao. “Control of Electromechanical Actuator for Camless Engines”. Proceedings of the American Control Conference, 4, s: 3113-3118, 2003. [22] Z. Kamış. “Supaplar İçin Elektromekanik Eyleyici

Tasarımı ve Denetiminin Araştırılması”. Doktora Tezi, Uludağ Üniversitesi, Bursa, 2005.

[23] Roters, H.C. Electromagnetic Devices. John Wiley, USA. 1941.

Zeliha KamÕú, øbrahim Yüksel, Elif Erzan Topçu

Biyomedikal Amaçlı Fiber Bragg Izgara (Fbg)