Geri Dön

NVH evaluation of a high pressure fuel pump mbd modelwith the consideration of internal hydraulic effects and valve train system excitation parameters

Yüksek basınç yakıt pompasının çalışmasından kaynaklı hidrolik etkileri ve subap tahrik sistemi parametreleri dikkate alınarak dinamik modelinin titreşim analizi

PDF İndir

  1. Tez No: 310526
  2. Yazar: YAHYA SAHİP
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ATA MUĞAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 159

Özet

Bu tezin amacı, modern bir yüksek basınç yakıt enjeksiyon pompasının, dinamik hareketini yaparken, çalışmasından dolayı meydana gelen mekanik ve hidrolik etkilerin gerçekçi bir şekilde modellenmesi. Bilgisayar destekli mühendislik teknolojileri kullanılarak kam mili ve hareket eden parçaların titreşim, gürültü ve sertlik yönünden incelenmesi hidrolik ve mekanik etkiler göz önünde bulundurularak numerik modeller ve geliştirmeler kullanılmıştır. Bu bilgisayar destekli mühendislik metodolojisi, 1-boyutlu ve 2?boyutlu analitik araçlar kullanarak içten gelen etkilerin modellenmesi ve bilgisayar destekli esneyebilen bir dinamik modelinin oluşturulmasını içeriyor.Emisyon normlarının gelişimi incelendiğinde egzoz gazlarındaki zararlı atık miktarlarının sürekli olarak sınırlandığı ve izin verilen üst Iimitlerin sürekli düşürüldüğü gözlenmektedir. Yeni emisyon normlarının ekipman üreticileri tarafından sağlanabilmesi için devreye yeni motorlar ve yeni teknolojiye sahip geliştirilmiş tasarımlar girmektedir. Gelişmiş yanma kontrolleri gecikmeli enjeksiyon, yüksek enjeksiyon ve silindir basıncı gibi bazı sonuçların doğmasına sebep olmuştur. Gecikmeli enjeksiyon ile yüksek kurum oluşumu riski artmakta bu da yağda kurum oluşumu olasılığını ve buna bağlı olarak daha fazla aşınma olasılığını arttırmaktadır. Yüksek enjeksiyon ve silindir basınçları ise yüzey yüklerini arttırmakta bu da segman silindir, duvarları ve yataklarında aşınma riskini arttırmaktadır.Motor geliştirme projeleri genelde sıfırdan bir geliştirme projesinden ziyade, projelerin devamında yapılan dizayn ve doğrulama prosesi önce yapılmış hesaplara ve varsayımlara dayanır. Hesaplamalar, gerçekleşecek değişiklikleri içerirler. Bu yüzdendir ki, dizayn gereksinimleri uygulamadan uygulamaya ve kalibrasyon tipine göre değişkenlik gösterebilir. Kalibrasyon, genelde motorun kullanım koşullarını önceden tahmin ederek, arazide kullanılacak aracın olabilecek en kötü senaryolara göre modellenip, sistemlerin üstüne eklenmiş sensör paketlerininin yardımıyla, önceden hazırlanan modele göre motorun çalışma performansını iyileştirmek ve optimize etmek amacıyla yapılan operasyondur. İşte tüm bu kontrol, sistemde bulunan mekanik komponentlerin `'Elektronik Kontrol Ünitesi'' sayesinde olur.Otomobillerde emisyonlarla ilgili kanunlar çıkmadan önce bir araba motoru mikroişlemcilere gerek kalmadan üretilebilirdi. Fakat günümüzde katalitik konverter kullanmayan bir araç kullanamayız. Dolayısıyla hava/yakıt karışımını ayarlayacak bilgisayar kontrolcüsüne ihtiyaç vardır.Bir otomobilin en çok işlem yapan bilgisayar birimi motor kontrol ünitesidir bahsi edilen elektronik kontrol unitesidir. Bahsedildiği gibi bu ünite sensörlerden aldığı verileri işleyerek optimum işletimin yapılmasını sağlar. Örneğin, motorun sıcaklık seviyesi ve soğutma miktarını, aracın anlık hızı, motor devri, egsozdan atılan oksijen miktarı gibi detay bilgileri toplar ve saniyede milyonlarca işlem yaparak ateşlemenin nasıl ve ne şekil bir karışımda yapılacağına karar verir. Modern enjeksiyonlu benzin motorlarında vuruntu olmaması için ateşlemenin ne zaman yapılacağı ve enjektörün hangi salisede ne kadar yakıt püskürteceğini de yine bu modül ayarlar. Bir anlamda motorun çalışmasını ve işletimi için herşeyi kontrol edip karar veren ve bunları komut vererek uygulatan en önemli ünitedir. Tabi bunu kendine has yazılımı ve özelleştirilmiş yapısıyla gerçekleştirir. Yani sadece bu iş için optimize edilmiştir.Genelde, `'motorun kalbi'' denilen yakıt enjeksiyon sistemi, motor çalışma sisteminde şüphesiz en önemli rollerden birine sahiptir. Yakıt enjeksiyon sistemi, motor ihtiyacına göre gerekli yakıt miktarını motora ulaştırmaya çalışır, aynı zamanda dizel patlama prosesinin temelini oluşturan yeterli yakıt-hava karışımını sağlamak için yüksek basınçlı yakıtın atomizasyon olmasını sağlar. Geleceğin dizel püskürtme sistemi olarak tanımlanan `'Common Rail'' yakıt enjeksiyon sistemi, özellikle Avrupa'da gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. `'Common Rail'' teknolojisinde basınç üretimi ve enjeksiyon birbirinden ayrı. Ayrı bir yüksek basınç pompası yakıt hattını sürekli olarak yakıtla besliyor. Diğer dizel doğrudan sistemleri her püskürtme işlemi için yüksek yakıt basıncını her defasında yeniden biriktirmek zorunda kalırken, `'Common Rail'' Sistemi düşük motor devirlerinde bile uygun basınçlı yakıtı daima hazır bulunduruyor. Üstelik, `'Common Rail'' teknolojisi her çalışma döngüsü başına çoklu püskürtme sağlıyor olmasından ötürü de klasik sistemlerden ayrılır. Bu döngü, sessiz çalışma için ön püskürtme (pilot enjeksiyon), ideal güç konuşlandırması için ana püskürtme, düşük emisyonlar için ise ikincil püskürtme şeklinde üçe ayrılır. Yakıt enjeksiyon memelerine basınçlı kısa hatlar aracılığıyla ulaşır. Püskürtme basıncı ne kadar yüksekse, enjeksiyon sistemi de yakıtı o kadar ince bir şekilde püskürtebilir ve böylelikle daha da verimli bir yanma sağlayabilir.Genel olarak konvansiyonel çalışma sistemine sahip olan enjeksiyon sistemlerine örnek olarak, tek pompa enjeksiyon sisteminde, yük profilleri ve dinamki etkiler yüksek beklenmez.Fakat, yüksek basınçlı modern enjeksiyon sistemlerinin titreşim, gürültü ve sertlik üstüne etkisi genelde ihmal edilmesine rağmen, yüksek basınç rayında bulunan basınç ki, yanma için gerekli basıncı sağlamak adına, basınç dalgalanmalarının titreşimleri nedeniyle çok büyük etkisi vardır. Genele olarak, modern enjeksiyon pompalarının çalışma sistemlerinden meydana gelen etki, yüksek bir aralıkta hareket ettiği için motor gürültüsüne ciddi bir şekilde etki eder.İvme ölçerlerle kritik noktalardan alınmış veri, hassas bir şekilde motordan ve yüksek basınç pompasından, öncelikli olarak pompanın dinamik ve hidrolik etkilerini analiz etmeye uygun bir şekilde alındı. Bunun yanısıra silindir kafası üzerinde duran kam mili, valfler, emme manifoldu, egzos manifoldu, valf tahrik sistemi ve yüksek basınç rayı gibi komponentlerin hepsinden de yine titreşim karakterlerini açıklayabilecek şekilde titreşim ölçümü alındı.Yüksek basınç pompası içinde çalışan komponentlerin dinamik etkileşimi, özellikle kam mili, kontak halinde bulunan dişliler, dinamik yataklar ve dış gövde bilgisayar destekli esneyebilen bir modelin oluşturulmasıyla incelendi. Böylece pompanın titreşim varsayımı, bu model üzerinden hesaplandı.Dinamik bir modelin oluşturulmasında, motorun kullanılan devri ve yüksek basınç pompasının basma sistemi komponentlerinin yük profilleri sınır şartlar olarak nitelendirilebilir. Bu iki sınır şartının, özellikle motor devri, titreşim etklierinin gözlenmesinde önemli bir role sahiptir. Bu nedenle, dikkate alınan motor devri, tüm frekans ve genlik dağılımının motor titreşimi yönünden sorunlu olabilecek kullanım şartlarını göstermesi gerekir.Tezin ilk aşamasında projenin metodolojisi anlatıldı. Metodolojide, basamak basamak hangi komponent ve sistemlerin ne şekilde modelleneceği anlatıldı. Bu modelleme detayları ise ilerleyen bölümlerde detaylandırıldı. Metodoloji kısmında, hangi test verilerinin kullanılacağı, hangi komponentlerden hangi çıktılar alacağını anlatan bir kısım hazırlandı. Tezin en önemli kısmı, tezin metodolojisi olduğu için modellerin birbirleriyle olan etkileşimi çok önemli. Bu etkileşimin verimli bir şekilde oluşturulması ve farklı dinamik ve sınır şartlarında birbirlerine olan etkileşimi her zaman daim çalışabilmesi için kararlılığı iyi bir sistem oluşturulması gerekiyordu. Modellenmiş sistemlerim matematiksel denklemleri ilgili bölümlerde anlatıldı. Genel olarak modellerin mekanik etkileşimleri kısmen daha çok önemsendi.Takip eden bölümlerde modellenecek sistemlerin zaman içerisinde gelişim prosesleri anlatıldı. Dizel sistemlerin yakıt enjeksiyon sistemleri ve dizel sistemlerin valf sistemi tahrik sistemlerinin tipik özellikleri ayrı ayrı anlatıldı.Dizel motorlarda yakıt enjeksiyon sisteminin tipinden bağımsız olarak başlıca amaçları genel olarak, püskürtülecek yakıt miktarını ayarlayarak silindirlere göndermek, motorun tüm devirlerinde ve çalışma yüklerinde yakıtı istenilen zamanda ve miktarda silindirlere püskürtmek, püskürtmenin hızlı bir şekilde başlamasını ve bitmesini sağlamak, yakıtı çok küçük parça ve zerreler halinde (atomize halde) püskürterek, yanma odasının her tarafına ve düzgün bir şekilde dağılmasını sağlamaktır. İşte tüm bu operasyon detaylarının sağlanması için dizel motor enjeksiyon pompası en önemli rollerden birine sahiptir.Yüksek basınç yakıt enjeksiyon pompası, içinde bulunan yakıt pompa pistonu sayesinde düşük basınç tarafından içeriye dolan yakıt, kam profiline sahip yakıt enjeksiyon poması şaftı sayesinde basma hareketini yapar. İşte bu dinamik hareket sayesinde yakıt basıncı yaklaşık 2 bar mertebesinden 2000 bar mertebesine kadar ulaşır. Bu dinamik hareket esnasında, emiş ve basış kısmında sıralanmış çekvalfler sayesinde basınç kontrolü yapılabilmektedir.Bu dinamik hareket yüzünden, yüksek basınç yakıt enjeksiyon pompasının şaftına yüksek miktarda kuvvet biner. Bu kuvvet yüzünden, dinamik etkiler altında beklenenden değişik titreşim cevabı verebilir.Valf tahrik sistemi ise zincir, kayış veya dişli olmak üzere değişik tipte güç aktarma sistemleri kullanılabilir. Yüksek basınç pompasının çekmiş olduğu tork değeri yüksek mertebelerde olduğu için, bu yukarıda sayılan valf tahrik sistemlerinden herhangi birinin etkileşimi yine önemli olacaktır. Bu çalışmada, zincir tipli valf tahrik sistemi dikkate alınmıştır. Zincir tipi valf tahrik sisteminde, zincir lokmalarının birbirlerine göre dinamik hareketleri incelenmiş, matematiksel denklemleri gösterilmiştir.Günümüz dizel motorlarında, Elektronik Kontrol Ünitesi valf tahrik sisteminin hızını ve pozisyonunu anlık olarak takip eder, ona göre motorun yakıt enjeksiyon sisteminin püskürteceği yakıt miktarını, motor sistemine giren hava miktarına göre kontrol eder. Tüm bu karışık algoritma içerisinde, püskürtülecek yakıt miktarına bağlı kontrolden sorumlu sensörler, aynı zamanda yakıt enjeksiyon pompasının titreşim karakteristiklerine etki eder.Bunun yanısıra, krank milinin çevrim oranına bağlı olarak, yakıt enjeksiyon pompasının deviri belirlenir. Bu çevrim oranı, hem motorun basacağı yakıt miktarının kalibrasyonuna ve bu bağlamda titreşim karakterlerine etki eder.Bu tez çalışmasının sonucunda, krank şaftının çevrim oranının optimizasyonu bunun yanısıra kalibrasyon optimizasyonu ve fazlama sayesinde titreşim karakteri değiştirilebilir. Böylece, tüm bu optimizasyon parametrelerinin değiştirilmesi için motor testi yapmak yerine, daha hızlı ve maliyetsiz bir şekilde bu tez metodolojisini kullanarak yapmak mümkün.

Özet (Çeviri)

The main purpose of this thesis is to develop a reliable multi body dynamic (MBD) model of a high pressure common rail pump in order to understand the dynamic behavior of reciprocating pumps under the actions of the mechanical and hydraulic forces. The development and the use of a numerical model to predict vibrational response from reciprocating high pressure pumps with camshafts due to dynamic and hydraulic effect using Computer-Aided Engineering (CAE) technologies. This CAE methodology process, as outlined in this thesis study, includes measured data, computational flexible multibody dynamics and 1D and 2D analytic tools to evaluate internal effects.The development of a complete new engine without extensive CAE support is no longer done. Beginning stages in the design and validation process decisions are based on preliminary assumptions and calculation. Calculations accompany revisions throughout. Requirements and recommendations vary from application to application and it is the reason, demand depends in engine design and calibration.Generally called 'the heart of the engine', the high pressure fuel injection system is without any doubt one of the most important engine systems which takes a role for diesel engine working principle. High pressure fuel injection system meters the required fuel delivery according to engine requirements; meanwhile it generates the high pressure profiles on injector required for atomization of the fuel, for sufficient fuel air mixing and for diesel combustion event.As the system working principle of conventional systes for instance; unit pump injection system, general load profiles and dynamic effects are expected with low profiles. The influence of high pressure mechanical systems of Common Rail (CR) on Noise, Vibration and Harshness (NVH) is typically inconsiderable and neglected, although there are excessive loads due to high pressure oscillation inside the rail, which is sufficient enough to excite cylinder head and combustion chamber area. In general, high pressure common rail pump working mechanism generates high range of force frequency which result in valuable contribution to overall engine NVH behavior.The measured test data is used to identify and reproduce the input excitation which is primarily generated from engine and high pressure pump dynamic and hydraulic. The dynamic interaction of the high pressure pump components, including excitation camshaft, contacting gears, dynamic joints, and flexible housing is modeled using flexible multibody techniques. The vibrational response to the vibration of the high pressure pump housing is then predicted using simulation techniques.For the multi body dynamic model, the operating engine speed defined at the high pressure fuel pump and the resistance load defined at the output of high pressure plungers are considered to be the boundary conditions. Both of these mentioned two boundary conditions, especially the engine speed, are very important to the model to reproduce the excessive vibrational characteristics. It has to be emphasized that the engine speed must contain both the frequency and amplitude of the problematic load cases of the engine?s operating conditions which are also reviewed.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    439579

    Model based driveline analysis and controller development for improved driveability

    Sürülebilirliğin iyileştirilmesi için model bazlı aktarma organları analizi ve kontrolcü geliştirme

    ZİYA CABA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL AHMET GÜNEY

    DR. ORHAN ATABAY

  2. Tez No

    789096

    Varyant histolojili mesane tümörü tanılı hastalarda sağkalımı etkileyen faktörlerin retrospektif değerlendirilmesi

    Retrospective evaluation of factors affecting survival in patients with bladder tumor with variant histology

    BAYRAM ALIYEV

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    ÜrolojiEge Üniversitesi

    Üroloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET CEYHUN ÖZYURT

    DOÇ. DR. FUAT KIZILAY

    DOÇ. DR. BANU SARSIK KUMBARACI

  3. Tez No

    676412

    Evaluation of structure-borne NVH performance of a passenger car using virtual simulation process in the low frequency range

    alçak frekans aralığında sanal simülasyon süreci kullanılarak bir otomobilin yapısal kaynaklı NVH performansının değerlendirilmesi

    ÖMER FARUK GÜMÜŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Makine MühendisliğiPiri Reis Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERKAN NOHUT

  4. Tez No

    558694

    Seat backrest vibration improvement of a commercial vehicle

    Bir ticari araç koltuğunun sırt titreşimlerinin iyileştirilmesi

    AHMET AVŞAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALUK EROL

  5. Tez No

    397855

    Investigation of geartrain impact noise in diesel engines

    Dizel motorlarda dişli darbe gürültüsünün incelenmesi

    ALİ TATAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KENAN YÜCE ŞANLITÜRK

Geri Dön