Control of solenoid-based injectors with different nozzle types to achieve soft-landing and mass flow rates

Abstract

Electromagnetic (EM) solenoid actuator has recently gained attention in research because of their cost-effectiveness, compact size, and low heat dissipation. Due to these advantages, these devices are used in a variety of applications including injector systems in automobiles. However, a major drawback of using such devices is their unfavorable design to attach any physical sensor, which gives rise to their uncontrollable nature. Due to the discrete actuation properties, the solenoid actuator generates unwanted noise at the time of closing, mechanical wear, and tear, and lack of control over the actuator reduces its practical adaptability. The main focus of this dissertation is the development of open-loop control approaches to achieve low seating velocities, referred to as soft-landing, and to regulate mass flow rates using solenoid-based injectors. \\ Prior to further research, different control algorithms were evaluated for tracking performance, and the better-performing control algorithm was selected. A novel open-loop control methodology to achieve lower seating velocities (soft-landing) for solenoid-based injector systems has been proposed, to reduce impact noise and mechanical deterioration. Moreover, a quantification of the attributes to achieve soft-landing has been investigated, for the generic application of the control law on any solenoid-based injector, without any sensory feedback. In addition, the mass flow rate control for the solenoid-based injector in the open-loop environment that is, without the use of any physical sensor feedback is investigated. A novel robust control approach for tracking mass flow rate reference profiles using a solenoid-based injector has been presented. The proposed control approach successfully tracked the desired mass flow rate reference profiles, to be used in various automotive and chemical injection applications.

Elektromanyetik (EM) solenoid eyleyici, düşük maliyeti, kompakt boyutu ve düşük ısı yayılımı nedeniyle son zamanlarda araştırmalarda dikkat çekmektedir. Bu avantajlardan dolayı bu cihazlar, otomobillerde enjektör sistemleri dahil olmak üzere birçok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Ancak, bu tür cihazları kullanmanın en büyük dezavantajı, herhangi bir fiziksel sensörü takmak için elveriş\-siz tasarımlara sahip olmalarıdır. Bu olumsuz tasarım özellikleri, bu cihazları kontrol edilemez yapmaktadır ve kapanma anında istenmeyen gürültü, mekanik aşınmaya yol açmaktadır. Bu durum, elektromanyetik selenoid eyleyicilerin pratik uyarlan\-abilirliğini azaltmaktadır. Bu tezin ana odak noktası, yumuşak kapanış olarak adlandırılan düşük kapanma hızlarına ulaşmak ve solenoid tabanlı enjektör kullan\-arak kütle akış hızlarını düzenlemek için açık döngü kontrol algoritmaları geliştirmektir. Takip etme performansı için farklı kontrol algoritmaları karşılaştırıl\-mıştır ve daha iyi performans gösteren kontrol algoritması seçilmiştir. Yeni bir açık döngü kontrol metodolojisi; solenoid tabanlı enjektör sistemlerinde kullanılmak üzere, darbe gürültüsünü ve mekanik bozulmayı azaltmak, daha düşük oturma hızlarına ulaşmak, yumu\-şak iniş yapmak için önerilmiştir. Ayrıca, herhangi bir sensör geribildirim olmaksızın, solenoid tabanlı enjektör sistemleri üzerinde uygulan\-abilmesi için yumuşak iniş elde etmeye yönelik özelliklerin nicelleştirilmesi çalışılmıştır. Solenoid tabanlı enjektör için kütle akış hız kontrolü, açık döngü ortamında herhangi bir fiziksel sensör geri bildirimi kullanılmaksızın incelenmiştir. İstenen kütle akış hızı profillerini takip etmesi için solenoid tabanlı bir enjektör kullanılarak yeni bir gürbüz kontrol metodolojisi sunulmuştur. Önerilen kontrol yaklaşımı, çeşitli otomotiv ve kimyasal enjeksiyon uygulamalarında kullanılmak üzere istenen kütle akış hızı profillerini başarıyla takip etmiştir.