Hidrolik tork konverterlerin geometrik boyutlarına bağlı olarak performans parametrelerinin tespiti

Abstract

ÖZET: Hidrolik tork konverter, otomatik transmisyon sistemlerinin önemli bir elemanıdır. Otomobiller, otobüsler, iş makinaları ve santrallarda değişik tiplerde hidrolik tork konverterler kullanılmaktadır. Başlıca görevi, motordan aldığı torku vite kutusuna arttırarak iletmektir. Ana yapısı bir pompa çarkı, bir türbin çarkı ve bir statordan oluşan tork konverterlerin, değişik uygulama tipleri mevcuttur. Çalışmada; otomobillerde kullanılan simetrik, dairesel kesitli, üç elemanlı (tek kademeli), tek fazlı veya iki fazlı (tek yönlü kavramalı) tork konverter tipi ele alınmıştır. Hidrolik tork konverterde birbirinden bağımsız üç eleman olması, bunların farklı açısal hızlarda hareket edebilmeleri, iç akışın üç boyutlu, kararsız akış ve akışkanın viskoz yağ olması araştırmaların uzun yıllar deneysel boyutta kalmasına sebep olmuştur. Bilgisayar teknolojisindeki ilerlemelerle, iç akışın modellenmesinde nümerik metodlar kullanılmaya başlanmıştır. Motor rölantide iken motor tarafından üretilen tork minimum değerdedir. Fakat tork konverter içinde vorteks akış çok yüksek olduğundan türbin çarkı motorda üretilen torktan daha büyük bir torka sahip olur. Böylece ilk hareket için gerekli olan tork sağlanmıştır. Aracın hızının artması ile vorteks akış azalır, dönel akış artar ve çıkış torku da düşmeye başlar. Giriş-çıkış torkları eşitlendiğinde giriş-çıkış hızları oranı 0,8-^0,9 arasında bir değerdedir. Çıkış torkunun pompa torkundan daha düşük seviyelere inmemesi için statorla tek yönlü kavrama kullanılmıştır. Böylece tork oranları bire ulaştığında stator dönmeye başlar ve sistem hidrolik kavrama olarak çalışmaya başlar. İç akışın matematiksel analizi Euler'in turbomakinalar eşitliğinden yararlanılarak tek boyutlu incelenmiştir. Sistemin tork ve güç eşitlikleri şöyledir: t =t +T 't xp 's Pp ~ f/ = Pşok + ^ak Pompa gücü ile türbin gücü arasındaki fark, şok ve akış kayıplarının toplamına eşittir. Buradan yola çıkarak hidrolik tork konverterin tork oranı ve verim eğrileri elde edilmiştir. Fakat bu değerler pompa açısal hızının sabit olduğu düşünülerek, değişik hız oranlarında hesaplanmıştır. Gerçekte, pompa açısal hızı da, hız oranı da sürekli değişmektedir. Güç de tork ile açısal hızın çarpımı olduğundan belli bir giriş gücü çok farklı çıkış torku ve çıkış hızlarının kombinasyonları ile dengelenebilir. Bu nedenle yol şartlarına bağlı olarak çıkış şartlarından en uygunu seçilir. Tork konverterin giriş şartları da motorun özelliklerine bağlı olduğundan birbirine uyumlu motor ve tork konverter seçimi yapılmalıdır. Çalışmanın somut olabilmesi için esas alınan modele uygun bir program hazırlanmıştır ve seçilen tork konverterin geometrik özellikleri ve fiziksel verileri denenerek kanat açılarında optimizasyona gidilmiştir. Elde edilen sonuçlar B&M viRacing and Performance Products firmasının A731 ve A862 tipi tork konverterine ait deneysel sonuçlarla da uyum göstermiştir. Hidrolik tork konverterlerle ilgili birçok deneysel ve nümerik çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmaların bir bölümü iç akışı inceleyerek cüp = sabit için verim, tork oranı eğrilerini elde etmektedir, bir bölümü de tork konverteri karakutu gibi düşünüp giriş çıkış millerindeki açısal hız ve tork değerlerini dişli transmisyonu yardımıyla ölçmektedir. Ancak bu çalışmada sabit bir pompa açısal hızı için iç akış incelenip verim ve tork oranı eğrileri elde edildikten sonra gerçek kullanıma uyacak şekilde pompayı tahrik eden motor hızına bağlı olarak her hız oranındaki çıkış torku ve gerekli olan giriş torku örnek model için belirlenmektedir. Pompa açısal hızı motor açısal hızına eşit alınmaktadır. Kullanımdaki verilerle bağdaşan bu hesaplama modeli tork konverterin işlev amacı ve özelliklerine bağlı olarak seçiminde kolaylık sağlamaktadır. ti Vli

ABSTRACT: Hydraulic torque converter is an important element of automatic transmission systems. Different types of torque converters are used in automobiles commercial vehicles, trucks (work machinery) and power stations. The fundamental aim of a torque converter is to increase and transmit the torque from the motor to the gearbox. There are different types of torque converter which consist mainly of a pump impeller, a turbine wheel and a reaction member. In this study; the symmetrical, three-element (single stage), single phase or two phase (one-way clutch) type used in automobiles is considered. The existence of three independent elements in a hydraulic torque converter; their ability to move in different angular speeds; the interflow's being three dimensional and unsteady; and the fluid's being viscous oil are the reasons why researchs could not go further than experimental stage for years. As the computer technology improved, numerical methods were used to predict the interflow. While the engine is throttled down (idle speed), the torque produced is minimum. On the other hand; as vortex flow in the torque converter is very high, the turbine wheel gains a greater torque that that in the engine. In this way, the torque required for the initial movement is provided. As the vehicle speed increases; the vortex flow decreases, circular flow increases and the output torque starts to decrease, too. When the input- output torques become equal, the input-output speed ratio is around 0,8-^0,9. In order the output torque not to decrease to a level lower than that of the pump torque, one-way clutch is added to the reaction member. Therefore, when the inlet-outlet torque ratio equals one, the reaction member starts to rotate and works as a hydraulic coupling. One dimensional mathematical analysis of the interflow was done by means of Euler's equation of turbomachines. The torque and power equations of the system are as follows: T =T + T p _ p = p + p 1 p ri r shock T * rcl The difference between pump power and turbine power equals the sum of the shock and flow losses. In this way the torque ratio and efficiency curves of the hydraulic torque converter are obtained. These calculations are done for different speed ratios taking the pump angular speed constant. Actually, both the pump angular speed and the speed ratio are continuously changing. Because power is the product of torque and angular speed, a certain inlet power can be balanced by very different outlet torque and outlet speed combinations. Thai's why best outlet combination is picked considering the road conditions. As the inlet conditions of the torque converter are also dependent on the properties of the engine, concordant engines and torque converters should be selected. Vlll Uî %?In order the study to be numerical, a program suitable for the type of the torque converter in question of this study was prepared. The blade angles were optimized by trial and error on geometrical and physical properties of the torque converter. The results obtained are also verified by the experimental results of the A731 and A862 type torque converters of the firm B&M. Various experimental and numerical studies have been carried out on hydraulic torque converters. Some of these studies obtain efficiency and torque ratio curves for Op = constant by examining the interflow. The rest consider the torque converter as a black box and measure the angular speed and torque values of the input-output shafts by means of transmission gear. In this study; however, the interflow was examined for a constant pump angular speed and efficiency and torque ratio curves were drawn. Pump angular speed and engine angular speed were taken to be equal. Required input and output torques for each speed ratio depending on the engine speed which affects the pump were determined, because in reality, the engine speed is not constant. This calculation method which is also supported by the data used provides an easy way of selecting the best torque converter for the function, aim and properties of the medium it will be used in. IX