Dizel motorlarda kam mili tasarımı –valf ve valf yaylarında hata analizi
Camshaft design failure analysis of valve and valve springs
Yazar: KAYHAN ÇALICA
Danışman: PROF. DR. İMDAT TAYMAZ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Silindir başına 2 valften 4 valfe geliştirilmiş motorun yeniden tasarlanacak eksantrik mili profilinin,valf dizisinin ve valflerin çalışmasını nasıl kontrol ettiğinin araştırılmasıdır. Tasarım iyileştirmeleri ve doğru malzeme seçimleri ile motorun işletme ömrü uzayacak ,tamir bakım masrafları azaltılmış olacaktır. Bu tezin temel amacı silindir başına 2 valften 4 valfe yükseltilmiş dizel motorun bu geliştirme esnasında tasarımı tamamen yenilenen silindir kafası, eksantrik mili ve valf grubunun tasarım kriterlerinin araştırılması ve protatip test sonuçlarının incelenmesidir. Motor bloğunda mevcut fikstür ve kesici takımlarının kullanılması için köklü bir değişiklik yapılmamıştır. Emme ve egzos valfleri, eksantrik miline karşı sürekli kayan ve dolayısıyla kam profilini takip eden üstten külbütörler tarafından çalıştırılır. Eksantrik mili profilinin tasarımının, valf asla zıplamayacak, yani çalışma sırasında külbütör mekanizmanın eksantrik mili ile temasını kaybetmesini önleyecek şekilde yapılması önemlidir. Bu, valf düzeneğinde öngörülemeyen yükleme durumlarına yol açacak ve istenmeyen bir valf çalışmasına neden olacaktır. Bununla birlikte, valf kapatıldığında, valflerin düzgün bir şekilde oturması için hassas bir valf boşluğu istenir, bu da kapatıldığında emme/egzozun sızdırmaz kalmasını sağlar. Eksantrik milinin dairesel hareketinden valfin dikey, doğrusal hareketine geçiş, eksantrik mili lobları tarafından üretilir. Bu nedenle, bu lobların tam profili, valfin nasıl çalıştırıldığı konusunda çok önemlidir. Külbütör kolu ile birlikte lob profili, valf hareketinin kaldırma eğrisini, hızını, ivmesini ve sarsıntısını belirler. Son olarak, lobun şekli valf zamanlamasını belirler. Herbir silindirdeki dört valf yayı, silindir kapağı ile valf tutucusu arasında bulunurlar. Yayın silindir kapağına dayanan ucu sabittir, yay tutucudaki karşı ucu ise supap başı itildiğinde supap ile birlikte hareket eder. Yay sıkıştırmasını sağlayan sistem budur.Emme ve egzoz valfleri uzunluk ve çalışma sırasında hareket, montaj tasarımı aynıdır. Valfin düzgün kapanmasının önemi nedeniyle, valf yayı montaj sırasında ön gerilir, böylece valfe her zaman etki eden bir kapatma kuvveti vardır.Bu sistemler dikkate alınarak tamamlanan tasarım sonrası protatip üretimi gerçekleşmiştir. Protatip motor test dinamometresinde 600 saat dayanım testine tabi tutularak, eksantrik mili valfler ve valf yaylarındaki etkiler analiz edilmiştir.

Abstract:
It is the investigation of how the redesigned camshaft profile of the engine, which has been developed from 2 to 4 valves per cylinder, controls the valve sequence and the operation of the valves. With design improvements and correct material selections, the operating life of the engine will be extended, and repair and maintenance costs will be reduced. The main purpose of this thesis is to investigate the design criteria of the cylinder head, camshaft, and valve train of the diesel engine, which has been upgraded from 2 valves per cylinder to 4 valves, and to examine the prototype test results. No fundamental changes have been made in the engine block to use existing fixtures and cutting tools. The intake and exhaust valves are operated by overhead rockers that slide continuously against the camshaft and thus follow the cam profile. It is important that the camshaft profile is designed in such a way that the valve never bounces, that is, preventing the rocker mechanism from losing contact with the camshaft during operation. This will cause unpredictable loading conditions in the valve assembly and cause undesired valve operation. However, when the valve is closed, precise valve clearance is required for the valves to fit properly, which ensures that the intake/exhaust remains sealed when closed. The transition from the circular motion of the camshaft to the vertical, linear motion of the valve is produced by the camshaft lobes. Therefore, the exact profile of these lobes is crucial to how the valve is operated. The lobe profile, together with the rocker arm, determines the lift curve, velocity, acceleration, and jerk of the valve action. Finally, the shape of the lobe determines valve timing. The four valve springs in each cylinder are located between the cylinder head and the valve retainer. The end of the spring resting on the cylinder head is fixed, while the opposite end in the spring holder moves with the valve when the valve head is pushed. This is the system that provides spring compression. Intake and exhaust valves length, and movement during operation, assembly design is the same. Due to the importance of proper closure of the valve, the valve spring is pre-stressed during assembly, so there is always a closing force acting on the valve. The prototype production was completed after the design was completed considering these systems. The effects on the camshaft valves and valve springs were analyzed by subjecting the prototype engine to a 600-hours durability test in a test dynamometer.