Microscale precise position measurement and monitoring of sliding valves

Abstract

In present study, a sensor, Accuciser, is presented to know the position of sliding valves which have ferromagnetic or diamagnetic guide. The main objective is to develop a sensor, which has low cost and high resolution, that measures the displacement of engine valves or SCR injectors which are used in especially in the automotive industry. For now, the position of the valves, which are using in propulsion systems, or SCR injector cannot be known with a signal from an analog sensor. Instead of analog sensor, the mapping is used from experimental data. However, this mapping gives inaccurate results due to driving style or usage of the system. After seeing the gap in these systems, the sensor was developed, and it fulfils this gap. The sensor is developed based on Faraday’s Law of Induction which was discovered by Michael Faraday in 1830. The sensor consists of two coils and one coil located on top of the other. The most important property of the proposed sensor is working with a direct current. In fact, if the valve is actuated by an electromagnetic force, there is no power consumption on the sensor. The experimental results, for the latter property, are corroborated by theoretical calculations. The output of the sensor is directly proportional to the displacement of the core and it has high signal-to-noise ratio because of the nature of magnetism. The results show that using Accuciser, the proposed sensor, to monitor valve displacement gives more reliable results than current technology.

Bu çalışmada, ferromanyetik ve/veya diyamanyetik klavuza sahip olan kayar valflerin pozisyonunu okuyabilmek için bir sensör geliştirilmiştir. Temel amaç, özellikle otomotiv sektöründe kullanılan motor sübapları veya SCR enjektörü gibi komponentlerin pozisyonlarının anlık olarak gözlemlenebilmesi için gerekli olan düşük maliyetli ve yüksek çözünürlüklü bir sensör geliştirilmesidir. Hali hazırda yakıt sisteminde veya seçici katalitik indirgemede kullanılan enjektörlerin ve valflerin pozisyonları analog bir sensörden alınan bilgilere göre bilinememektedir. Bunun yerine deneylerden alınan verilere göre bir haritalama yapılmaktadır. Ancak aracın veya sistemin kullanıma bağlı olarak bu haritalama yanlış sonuçlar verebilmektedir. Sistemdeki bu açığın görülmesiyle yeni bir sensöre ihtiyaç duyulmuştur ve prototipi yapılan sensör ile bu açık giderilmiştir. Dizayn edilen sensör, Michael Faraday trafından 1830 yılında bulunan Faraday'ın indüksiyon kanunu baz alınarak geliştirilmiştir. Sensör üst üste sarılmış iki adet bobinden oluşmaktadır. Sensörün en önemli özelliklerinden birisi doğru akımla çalışmasıdır. Hatta kullanılan valf elektro manyetik tahrik ile çalışıyor ise, sesörde güç tüketimi olmamaktadır. Teorik hesaplamalar ile desteklenen deney sonuçları sensörün bu özelliğini kanıtlamaktadır. Sensörden alınan çıkış sinyali valfin yer değiştirmesiyle doğru orantılı olup manyetizmanın doğası gereği yok denebilecek kadar az bir gürültüye sahiptir. Sonuçlar göz önünde bulundurulduğunda ve günümüz teknolojisi ile kıyaslandığında, Accuciser sensörü daha güvenilir sonuçlar vermektedir.