Dört silindirli dört zamanlı bir dizel motorunun dinamik modeli ve titreşimlerinin incelenmesi
Dynamic model of a four-cylinder four-stroke diesel engine and investigation of its vibrations
Yazar: HAMİT SOLMAZ
Danışman: PROF. DR. HALİT KARABULUT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Mekanik titreşim = Mechanical vibration ; Taşıt motorları = Vehicle engines ; Zorlanmış titreşim = Forced vibration ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Taşıtlarda sürüş güvenliği ve konforu olumsuz yönde etkileyen unsurlardan birisi titreşimlerdir. Taşıt titreşimlerinin temel kaynakları yol pürüzlülüğü ve motor titreşimleridir. İçten yanmalı motorda meydana gelen titreşimler, motorun çalışma prensibinin gereği olarak tamamen yok edilememektedir. Ancak hareketli parçaların kütlelerinde yapılacak optimizasyonlarla bu titreşimler azaltılabilir. Ayrıca uygun motor takozlarının kullanılmasıyla meydana gelen titreşimlerin karoseriye iletimi de minimize edilebilmektedir. Bu çalışmada dört silindirli dört zamanlı bir dizel motorunun dinamik modeli geliştirilmiş ve  motor titreşimleri incelenmiştir. Geliştirilen model motor bloğunun üç eksendeki öteleme hareketlerini, bu eksenler etrafındaki dönme hareketlerini ve krank milinde meydana gelen hız dalgalanmalarını ihtiva eden yedi serbestlik derecesine sahip bir modeldir. Modelde silindir gaz basınç kuvvetleri, hareketli parçaların atalet kuvvetleri, hidrodinamik ve kuru sürtünme kuvvetleri, harici yük momenti ve marş momenti dikkate alınmıştır. Motor bloğunun sabit bir zemine önden iki ve arkadan bir takoz ile bağlandığı kabul edilmiştir. Analizin daha gerçekçi olması için tek silindirli bir dizel motorundan deneysel olarak elde edilen silindir içi basınç verileri kullanılmıştır. Modelin sayısal çözümü için Taylor seri metodu kullanılmış ve FORTRAN dilinde bir program hazırlanmıştır. Geliştirilen simülasyon programı kullanılarak farklı motor yüklerinin, silindir basıncında meydana gelen çevrimsel farklılıkların, biyellerin atalet kuvvetlerinin, birleştirilmiş krank ve volan atalet momentlerinin, pistonların atalet kuvvetlerinin, karşı ağırlıkların atalet kuvvetlerinin etkileri incelenmiştir. Uygun takoz parametrelerinin belirlenebilmesi için öncelikle her eksendeki optimum eşdeğer takoz parametreleri belirlenmiş daha sonra tork dönme ekseni dikkate alınarak üç takoz için ayrıklaştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, geliştirilen modelin içten yanmalı motorların titreşim kaynaklarının belirlenmesinde, bu titreşimleri azaltma çalışmalarında ve uygun takoz parametrelerinin belirlenmesinde kullanılabileceği belirlenmiştir.

Abstract:
Vibrations are one of the factors that affect vehicle driving safety and comfort negatively. Principal sources of vehicle vibrations are ground roughness and engine vibrations. The vibrations occurring in the internal combustion engines are not completely eliminated because of the working principle of the engine. Despite that, vibrations can be reduced by optimizing the mass of the moving parts. In addition this, the transmission of the engine vibrations to the chassis frame can be minimized by using appropriate engine mountings. In this study, a dynamic model of a four-cylinder four-stroke diesel engine was developed and engine vibrations were investigated. The model developed has seven degrees of freedom involving three translational and three rotational movements of the engine block and the crankshaft speed fluctuations. In the model, the cylinder gas pressure forces, inertia forces of the moving parts, hydrodynamic and dry friction forces, external load torque and starter torque were taken into consideration. It was assumed that the engine block was fixed to a rigid ground with two fronts and one rear mount. To improve the reliability of the analysis, the cylinder pressure was taken from a single cylinder four stroke diesel engine experimentally. For the solution of dynamic model a method based on Taylor series was used and a simulation program was developed in FORTRAN. By using the prepared simulation program the influences of; different engine loads, the cyclic variation of the in-cylinder pressure, the connecting rods inertia forces, the combined flywheel and crankshaft inertia moment, inertia forces of pistons, inertia forces counterweights; were examined. In order to determine appropriate mount parameters, primarily optimal equivalent mount parameters were determined on each axes, then decoupling of equivalent parameters into three engine mounts was carried out by considering torque roll axis decoupling. As the result, it is proved that, the model developed can be used for determination of vibrations generated by the engine, reducing these vibrations and determining appropriate engine mounting parameters.