Motor Güç Kayıplarının Azaltılması İçin Zamanlama Sistemi Tasarım Parametrelerinin Optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada 4-zamanlı bir dizel motorun, zincir tahrik sistemi tarafından meydana getirilen toplam sürtünme güç kaybını azaltmada kullanılabilecek bir tasarım optimizasyon metodolojisi sunulmuştur. Her bir sistem parçasının zamanlama sisteminin toplam sürtünme kaybındaki iştirakını çeşitli motor çalışma koşullarında hesaplamakta kullanılan ve bilgisayar destekli simulasyon metodlarına dayanan bir zamanlama sistemi modeli geliştirilmiştir. İdeal sistem dizayn parametrelerinin; örneğin hidrolik gergi yay kuvveti ve debisinin, dişli profilleri ve ovalliğin ve yağ basıncının hesaplanması için analitik sonuçlar ve istatiksel metodlar kullanarak bir optimizasyon çalışması yapılmıştır. Ayrıca veri tutarlılığını ve parametrelerin etkileşimini değerlendirmek için en etkili parametrelerinin yüzey grafikleri kullanarak istatiksel bir çalışma tamamlanmıştır. Simulasyon sonuçları plastik klavuz-zamanlama zinciri arasındaki sürtünmenin, sürtünme kayıplarının büyük bir kısmından sorumlu olduğunu ve zamanlama zinciri sürtünmesinin artan motor hızıyla arttığını ortaya çıkarmıştır. Ayrıca, her klavuz ve dişlinin sürtünmedeki payı tanımlanmıştır. Buna ek olarak gergi yay kuvveti ve motor yağ basıncının zamanlama sisteminin verimini etkileyen en baskın dizayn parametreleri olduğu belirtilmiştir. Sonuç olarak, sistemdeki sürtünme güç kayıplarının, dizayn parametrelerini basitçe optimize ederek %20 oranında geliştirilebileceği simülasyon sonuçlarıyla gösterilmiştir.In this study, a design optimization methodology is presented that can be used to reduce the total friction power loss generated by the timing chain drive system of a four-cylinder diesel engine. A timing drive model was developed based on computer-aided simulation methods and used to calculate the contribution of each system component to the overall timing drive friction loss at various engine operating conditions. By using the analytical results and statistical methods, an optimization study was performed to calculate the ideal system design parameters, such as hydraulic tensioner spring force and flow rate, sprocket tooth profiles and circularity, and oil supply pressure. Additionally, a statistical study was accomplished in order to assess data consistency and parameter interactions by using surface plots with the most effective design parameters. The simulation results revealed that while the plastic guide – timing chain friction is responsible for the most part of the frictional losses, the contribution of timing chain friction increase with increasing speed. In addition, the share of each guide and sprocket was identified. It was found that the tensioner guide is the key element in the guiding system causing frictional losses. Furthermore, tensioner spring force and engine oil pressure were identified as major design parameters that influence the efficiency of the timing drive. Consequently, the simulation results showed that 20% improvement can be generated in the overall friction loss by simply optimizing the design parameters.