Optimization of the geometric characteristics of an automotive torque converter

Orientador: Ludmila Corrêa de Alkmin e Silva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Neste trabalho, a otimização geométrica de um conversor de torque automotivo foi realizada para se alcançarem dois objetivos: minimizar o consumo específico de combustível do motor e maximizar a eficiência na transmissão de potência pelo conversor, utilizando-se de uma ferramenta de Fluidodinâmica Computacional (CFD). Para tal, foi efetuada uma parametrização da geometria de um conversor, a qual possibilita a criação de diferentes angulações das pás dos seus elementos (bomba, turbina e estator), ao passo que mantém constantes os outros parâmetros geométricos necessários à sua construção: perfil meridional, espessura das pás e número de pás dos elementos. Os diferentes conversores gerados são avaliados numericamente através da simulação de CFD, fornecendo os seus parâmetros equivalentes de consumo específico de combustível e eficiência do conversor. Por meio de uma técnica de planejamento de experimentos (DOE) foi possível concluir que a angulação das pás dos elementos é influente em relação aos parâmetros de saída da simulação de CFD, sendo o ângulo de saída da bomba o parâmetro geométrico mais crítico, apresentando 18% de influência sobre a eficiência do conversor. Com a finalidade de se obter uma geometria que atenda aos objetivos propostos, um algoritmo genético foi utilizado para efetuar a otimização multiobjetivo. Através do estudo, foi possível obter um formato das pás otimizado que é coerente com o observado na literatura. Por fim, a geometria otimizada fornece um desempenho favorável entre os critérios conflitantes, apresentando consumo específico médio de combustível de 288,14 g/kWh e eficiência média do conversor de 63,54% Abstract: In this work, a geometric optimization of an automatic torque converter was carried out to achieve two objectives: to minimize the engine fuel consumption and to maximize the efficiency in the power transmission by the converter, using a Computational Fluid Dynamics (CFD) consumption tool. The converter geometry was parameterized, which allows the creation of different angulations of its blade’s elements (pump, turbine, and stator) while keeping constant the other geometric parameters necessary for its construction: the meridional profile, blade thickness, and the number of element blades. The different generated converters are evaluated numerically through a CFD simulation, providing their equivalent specific fuel consumption and converter efficiency. Through a design of experiments (DOE) technique, it was concluded that the angulation of its blades elements is influential in relation to the output parameters of the CFD simulation, the pump outlet angle presented the greatest influence (18%) over the converter efficiency. In order to obtain the geometry that meets the proposed objectives, a genetic algorithm was used to perform the multi-objective optimization. Finally, the optimized geometry provides a favorable performance between the conflicting criteria, with average specific fuel consumption of 288.14 g/kWh and an average converter efficiency of 63.54% Mestrado Mecânica de Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica FAPESP 2018/00573-4