Experimental research on single-acting hydraulic drive for valves of internal combustion engines

Experimental research on single-acting hydraulic drive for valves of internal combustion (IC) piston engines and the test setup used for this purpose have been described. The test setup presented consisted of typical poppet valve assembly of a high-speed IC engine, commercial hydraulic actuator, and electrically operated hydraulic distributor, which controlled the flow of the working fluid supplied to the hydraulic actuator. In the test setup, a Caterpillar solenoid valve of the HEUI fuel system was used as the distributor. Time histories of the current control signal, valve displacement, and system working pressures for different values of the hydraulic actuator supply pressure and for different distributor opening time intervals were measured and analysed, wit h results of the measurements and analyses having been presented in this paper. Based on the valve displacement vs. time curves recorded, the valve kinematics has been analysed in details. The properties of the valve drive system of this type have been discussed and values of the basic motion parameters characterizing this drive have been given. Special attention has been drawn to the valve motion delay measured from the beginning of the current control signal, valve opening and closing times, velocities, and accelerations, and impact of the actuator supply pressure on the valve motion. The results obtained were taken as a basis for developing a model of the valve drive system of this type. Further simulation tests will be needed to assess the applicability of such a valve drive system to IC piston engines. They would also enable the comparing of the solution proposed with the hydraulically operated engine valve actuation systems known from the literature.

W artykule opisano stanowisko badawcze i badania eksperymentalne hydraulicznego napędu jednostronnego działania dla zaworów rozrządu tłokowego silnika spalinowego. Zaprezentowano stanowisko badawcze składające się z typowego zaworu rozrządu szybkoobrotowego silnika spalinowego, komercyjnego siłownika hydraulicznego i rozdzielacza sterującego przepływem czynnika zasilającego siłownik hydrauliczny. Jako rozdzielacz wykorzystano elektrozawór Caterpillar z systemu HEUI. Przedstawiono wyniki pomiarów przebiegów czasowych prądowego sygnału sterującego, wzniosu zaworu oraz ciśnień roboczych w układzie dla różnych wartości ciśnień zasilających siłownik hydrauliczny oraz różnych czasów otwarcia rozdzielacza. W oparciu o zarejestrowane przebiegi wzniosów zaworu przeprowadzono szczegółową analizę kinematyki zaworu. W artykule omówiono właściwości oraz podano wartości podstawowych parametrów ruchu charakteryzujące taki napęd. Szczególną uwagę zwrócono na opóźnienie ruchu zaworu w stosunku do początku prądowego sygnału sterującego, czasy i prędkości i przyspieszenia otwierania i zamykania zaworu oraz wpływ ciśnienia zasilania na ruch zaworu. Uzyskane wyniki stały się podstawą do opracowania modelu napędu tego typu. Dalsze badania symulacyjne pozwolą na ocenę możliwości zastosowania takiego napędu w tłokowych silnikach spalinowych. Umożliwią również porównanie proponowanego rozwiązania ze znanymi z literatury hydraulicznymi napędami rozrządu.