Enhancement of proportional solenoid valve to manage variable displacement oil pump

Abstract

The present work was done within BONTAZ – BCTP Equipamento Automóvel with the aim of optimising a solenoid valve used to manage an automotive variable displacement oil pump (VDOP). The system works by using the solenoid valve to hydraulically regulate the pump to provide less oil flow, lowering its engine torque demand, thus reducing fuel consumption and emissions. The product in question has been facing problems during customer end of line (EoL) tests, regarding oscillation in the engine oil pump’s output pressure, resulting in a percentage of the parts being considered not OK (NOK). To avoid reproducing the issue in the newer generation of the solenoid valve, this work serves as a tool to understand the problem faced by the customer and take corrective measures. Firstly, a revision of the literature was carried out, in order to accurately describe the functioning of oil pumps, and more specifically variable displacement types. Additionally, the functions of different types of solenoid valves and their control systems were enumerated. Secondly, the methodology followed in the execution of the work was established, starting from a brief description of the system in study, followed by a product and process analysis, where the documents related to production of the solenoid valve are presented. There is an explanation of the functional tests employed on the solenoid valves, as well as the test benches where these were done, along with the software used to analyse the performance curves. Some changes had to be done to the pump test bench, which are also shown. From a problem-solving point of view, quality tools such as an Ishikawa diagram and the evaluation matrix were applied in order to provide a well-guided approach to the problem and assist in finding the root cause. The tests and analysis done were based on the possibilities presented here, which were gathered from the research and brainstorming within the Bontaz Portugal R&D team. Furthermore, the present work provided Bontaz with the tools to create a simulation model of a solenoid valve operated variable displacement vane oil pump, which can be used to develop new products and foster internal knowledge on VDOP systems. Lastly, the experimental results from the different tests are presented and discussed.

O presente trabalho foi desenvolvido na BONTAZ – BCTP Equipamento Automóvel, com o objetivo de otimizar uma electroválvula utilizada para gerir uma bomba de óleo de caudal variável para automóvel. O sistema funciona através da utilização duma electroválvula para regular hidraulicamente a bomba para fornecer menos caudal, reduzindo o seu consumo de binário e, por isso, reduzindo consumo de combustível e emissões. O produto em causa tem enfrentado problemas durante os testes End of Line (EoL) do cliente, relacionados com oscilação da pressão de descarga da bomba, o que resulta numa percentagem das peças serem consideradas não OK (NOK). Para evitar reprodução deste problema na nova geração da electroválvula a ser desenvolvida, este trabalho serve de ferramenta para a compreensão do problema encontrado pelo cliente e para tomar ações corretivas. Em primeiro lugar, é feita uma revisão à literatura, de forma a descrever o funcionamento de bombas de óleo e, mais especificamente, dos tipos de caudal variável. Adicionalmente, as funções de diferentes tipos de electroválvulas e os seus sistemas de controlo são enumerados. De seguida, a metodologia seguida na execução do trabalho é estabelecida, começando por uma breve descrição do sistema em estudo, seguida duma análise de produto e projeto, em que os documentos relacionados com a produção da electroválvula são apresentados. São explicados os testes funcionais feitos às electroválvulas, bem como os bancos de ensaio em que estes se realizam e o software em que se analisam as curvas de desempenho. Algumas alterações que tiveram de ser feitas ao banco de ensaios são expostas. Do ponto de vista da resolução do problema, ferramentas de qualidade como um diagrama Ishikawa e a matriz de avaliação foram aplicadas de modo a seguir uma análise cuidada ao problema e dar auxílio na descoberta da causa raiz. Os testes e análises feitas foram baseados nas possibilidades neles apresentadas, que foram recolhidas através de pesquisa e brainstorming no seio da equipa de R&D da Bontaz Portugal. Além disso, o presente trabalho equipa a Bontaz com as ferramentas necessárias à criação de um modelo de simulação de bombas de óleo de caudal variável equipadas com electroválvula, que poderá ser utilizado para o desenvolvimento de novos produtos e para fomentar conhecimento interno sobre bombas de volume variável. Por fim, os resultados experimentais dos diferentes testes são apresentados e discutidos.