Geri Dön

Modern iki zamanlı motorlarda verimi artırma yöntemlerinin incelenmesi

Examining the methods of improving efficiency in two stroke engines

  1. Tez No: 151575
  2. Yazar: MELİH MENGİ
  3. Danışmanlar: PROF.DR. ERTUĞRUL ARSLAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2004
  8. Dil: Türkçe
  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: 123

Özet

MODERN IKI ZAMANLI MOTORLARDA VERİMİ ARTIRMA YÖNTEMLERİNİN İNCELENMESİ ÖZET Bu yüksek lisans tezinde, iki zamanlı motorun geçmişi hakkında bilgi, teknolojisi, hedefleri, görüşleri, motor gelişimleri anlatılmaktadır. Kapsamında geçmişte bir anahtar niteliği taşıyan iki zamanlı Otto çevrimini ve Dizel çevrimi motor gelişmelerini, direkt enjeksiyon sistemi uygulanarak yapılan çalışmaları, emisyon düşürmeye yönelik başka bir çalışmayı, son olarak da süpürme düzenlemeleri ve optimizasyonu projesi hakkında bilgi barındırmaktadır. İki zamanlı motor teknolojisi 19. yüzyılın sonlarına kadar gelişim altında olmasına rağmen, şimdilerde seri üretimdeki iki zamanlı güçlendirilmiş motorlar Trabant ve Wartburg araçlarıdır. Bunlar sırasıyla iki silindirli 594cc ve üç silindirli 993cc motorlara sahiptir ve günümüze kadar silindir konfigürasyonlarında, 1931 'den beridir bir değişiklik olmamıştır. Motor üretimi 1987'de yıllık 218.000 adedi ile zirveye çıkmıştır, ancak 1989'da 146.000'a gerilemiştir. 1988'in Ağustos'unda Wartburg dört zamanlı 1.3L4 VW motoru kullanmaya başlamıştır. 1990'da da Trabant dört zamanlı motora geçiş yapmıştır. 1990 Eylül' de iki zamanlı motor üretimi durmuştur, bunun sebebi Trabant ve Wartburg araçlarındaki iki zamanlı motorların aracın performansını ve Almanya'nın egzoz emisyonu standartlarını karşılayamamasıdır. Öte yandan; Avustralya, Japonya, Tayvan ve Amerika Birleşik Devletlerinde iki zamanlı benzinli motorun gelişimine ciddi anlamda eğilme gözlenmiştir. Amerika ve Doğu'daki iki zamanlı motor gelişimindeki faaliyetler, iki zamanlı motorlardan, dört zamanlı motorlara geçiş yapan Avrupa ile zıtlık göstermektedir. Bu durum Batılı ve Doğulu milletlerin iki zamanlı motorların seri üretimde varolup olmaması durumu açısından, incelenmeyi gerektirmektedir. 1990 yılı sonrası yapılan ilk çalışma, silindir içi direkt enjeksiyon sistemlerinin geliştirilmesi ve HC emisyonlarını düşürme amacıyla iki zamanlı ufak motosiklet motorundaki uygulamadır. İnceleme altındaki yakıt sistemleri, sürekli silindire duvardan püskürtmeli, hava destekli silindire duvardan püskürtmeli ve hava destekli silindire kafadan püskürtmeli enjeksiyon sistemleridir. Yürütülen dinamometre testlerine bağlı olarak, bu enjeksiyon sistemleri incelendi ve kıyaslandı. Sonuçlar gösterdi ki, enjeksiyon yaklaşımını adapte etmek, aynı motorun karbüratörlü versiyonuna göre, HC emisyonlarım düşürmede, kayda değer bir başarı sağladı. HC emisyonlarını maksimum xııdüşürme hava-destekli silindire kafadan püskürtmeli enjeksiyon sistemiyle sağlandı ve düşüş %46 olarak gerçekleşti. Bununla beraber, adapte edilmiş enjeksiyon tipine rağmen, kısmi yüklemelerde, yanmanın düzensiz oluşumuna bağlı olarak, yüksek HC oluşumları gözükmüştür. Bunu geliştirmek için, boşta çalışmada, atlamalı püskürtme kontrol stratejisi geliştirildi. Test sonuçları gösterdi ki, HC emisyonları, silindir-kafa püskürtmesi, atlamalı-püskürtme kontrolü ile beraber kullanılırsa, 1.6g/km seviyelerine kadar düşürülebilmiştir. İkincil çalışma da, performanstan çok emisyon düşümü hedeflenmiştir. Zaten mevcut hali de 140KW/L olan kar aracının motoru, iki zamanlı direkt yakıt püskürtmeli motora dönüştürülmüştür. Bunun amacı, yakıtın yanmadan atılmasını önleyerek HC emisyonlarını aşağıya çekme ve giriş havasını artırarak ve H/Y oranım (Hava/Yakıt) optimize ederek, yüksek özgül güç eldesini garanti altına almaktır. Yüksek basınçlı tek akışlı yakıt sistemi, aşın yüksek yakıt iletim hızı dolayısıyla seçilmiştir. Yakıt enjektörü ve yeri incelenmiş, daha iyi karışım formasyonu ve düşük HC emisyonları sağlamak için optimize edilmiştir. 140KW/L seviyesinde özgül çıkış gücü ve 9000d/d'lık maksimum motor hızı korunarak, 54 seviyelerinde HC emisyonları elde edilmiştir. Son olarak, 2003 senesinde yapılmış olan Sandia Uluslararası laboratuvarları tarafından yürütülen, iki zamanlı motorun kaderini belirleyecek tarzda olan, serbest pistonlu motorun, yüksek verimlilik ve düşük emisyonlar için süpürme sisteminin optimizasyonu çalışması incelenmiştir. Bilindiği gibi iki zamanlı motor süpürme prosesi, motoru yeniden beslemektedir. Bu durum, verim ve emisyonlar açısından anahtar niteliğindedir. Bunu garanti altına almak için, motorun performans hedefleri, süpürme sistemi için bilgisayarlı akış dinamiği programı kullanılıp biçimlendirilerek başarılabilir. Döngülü, hibrit döngülü ve düzenli akışlı süpürme metotları, değişik yük iletimi ve çeşitli işletim şemalarını da içeren geniş alandaki dizayn seçenekleri incelenmiştir. Giriş ve çıkış kanalı düzenlemesi, supap zamanlaması, doldurma basıncı ve piston frekansı gibi parametreler değiştirilmiştir. Standart düzenli akış konfigürasyonu, düşük doldurmak basınç seçeneği, kademeli süpürme geometrisi ve aşırı-genişletilmiş çevrimlerini (Atkinson) içeren iletim şemaları üzerinde çalışılmıştır. Hesaplama sonuçları göstermiştir ki, düzenli akış geometrisi ve düşük sıcaklık/basınç doldurma kullanan kademeli süpürme şeması, motorun verim ve misyon karakteristiklerini en iyi şekilde optimize edebilir. Sıkıştırma oranı, yakıtın yanmadan atılması emisyonlarının kontrol altına alınmasıyla yükseltilebilir. Silindir içi akışları hem NOx, hem de yanmadan atılma emisyonları için önemlidir. xııı

Özet (Çeviri)

EXAMINING THE METHODS OF IMPROVING EFFICIENCY IN TWO STROKE ENGINES SUMMARY In this master thesis, an assessment of current two-stroke automotive engine technology, goals, and engine development is told. It includes a historical review of key two-stroke Otto cycle and Diesel cycle engine developments, the studies by applying a direct injection system and finally an information about the scavenging regulations and optimization project. Although two-stroke engine technology has been under development since the end of the 19th century, currently the only mass produced vehicles powered by two-stroke cycle engines are the Trabant and Wartburg, with 594 cc two cylinder and 993 cc three cylinder engines, respectively essentially unchanged in cylinder configuration and porting since 1931. Annual production peaked in 1987 at about 218,000 cars per year, but declined to 146,000 Trabant two-stroke vehicles by 1989, when, in the Autumn of 1988, the Wartburg switched to the four-stroke 1.3L4 VW engine. Furthermore, Trabant will switch to the four-stroke engine and two-stroke engine production essentially ended September 1990, because the Trabant/Wartburg two-stroke engines do not meet the vehicle performance and exhaust emission standards of Germany. On the other hand, in Australia, Japan, Taiwan and the United States interest in the development of two-stroke automotive spark ignition engines has increased significantly. Because of this revival of activity in America and the Orient, coupled with the contrary switch from two-stroke to four-stroke cycle gasoline engine production in Europe, this assessment was undertaken to determine the prospects for two-stroke mass production in the Western and Oriental nations. The first study after the year 1990 is the in-cylinder direct-injection systems development and incorporation in the small two-stroke motorcycle engines for the purpose of reducing the HC emissions. The fuel systems under assessment include the solid-fuel cylinder-wall, air-assisted cylinder-wall and air-assisted cylinder-head injection systems. Through the chassis dynamometer tests carried out, these injection systems were investigated and compared. The results show that adopting the injection approach could achieve significantly lower HC emissions than the carburetor version of the same engine. The maximum reduction in HC emissions was accomplished by air- assisted cylinder-head xivinjection, and the reduction percentage was around 46%. However, it was also found that, due to the occurring of the irregular combustion at light load, very high engine-out HC emissions still existed in spite of the adopted injection type. To improve that, a skip-injection control strategy at idling was then developed. The test results show that the engine-out HC emissions could be further reduced to 1.6 g/km if the cylinder-head injection with skip-injection control is used. In the second study, the emission reduction is aimed rather than performance achievement. The current 140KW/L two-stroke snow-mobile engine was converted to a Direct Fuel Injection (DFI) engine, in order to achieve lower HC emission by avoiding fuel short circuiting and to guarantee the high specific power output by increasing induction air and optimizing A/F. High pressure single fluid fuel system was chosen because of extremely high fuel delivery rate. The fuel injector and its location were investigated and optimized for better mixture formation and lower HC emission. 140kW/L level specific power output, maximum engine speed of 9000 d/d (almost the same with the first condition) and 1/2 the level of HC emissions were obtained. Finally, in the year 2003, as a determination of the two-stroke engine's fate, a free piston internal combustion (IC) engine operating on high compression ratio (CR) homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion is being developed by Sandia National Laboratories to significantly improve the thermal efficiency and exhaust emissions relative to conventional engines study is examined. As it is known, a two-stroke scavenging process recharges the engine and is key to realizing the efficiency and emissions potential of the device. To ensure that the engine's performance goals can be achieved the scavenging system was configured using computational fluid dynamics (CFD). A wide range of design options was investigated including the use of loop, hybrid-loop and uniflow scavenging methods, different charge delivery options, and various operating schemes. Parameters such as the intake/exhaust port arrangement, valve lift/timing, charging pressure and piston frequency were varied. Operating schemes including a standard uniflow configuration, a low charging pressure option, a stratified scavenging geometry, and an over expanded (Atkinson) cycle were studied. The computational results indicated that a stratified scavenging scheme employing uniflow geometry, and supplied by a stable, low temperature/pressure charge will best optimize the efficiency and emissions characteristics of the engine. The operating CR can be maximized through substantial replacement of the burned charge, while short-circuiting emissions can be controlled. The in-cylinder flows are important to both NOx and short-circuiting emissions with inadequate mixing. xv

Benzer Tezler

  1. Tez No

    886448

    Endüstriyel fan sistemlerinde kullanılan fırçasız doğru akım motorunun nötrosofik bulanık mantık pı denetleyici ile hız denetimi

    Speed control of brushless direct current motor used in industrial fan systems with neutrosophic fuzzy logic pi controller

    YAKUP ÇAYLAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ZAFER DOĞAN

  2. Tez No

    541304

    Investigation of effect of novel technologies' implementation to future internal combustion engines

    Yeni teknolojilerin geleceğin içten yanmalı motorlarına uyarlanmasının etkilerinin incelenmesi

    ANIL ALAGÖZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET ARSLAN

  3. Tez No

    389354

    Design of an intelligent boost pressure controller for a series sequential turbocharged diesel engine

    Seri bağlı aşırı doldurma sistemine sahip dizel motorlar için akıllı manifold basıncı kontrolcüsü tasarımı

    MUSTAFA ENGİN EMEKLİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BİLİN AKSUN GÜVENÇ

  4. Tez No

    900882

    Experimental investigation of supersonic internal compression inlets

    Sesüstü iç sıkıştırmalı hava alıklarının deneysel incelenmesi

    HASAN TABANLI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİ ACAR

  5. Tez No

    389269

    Model predictive control of a turbocharged diesel engine with exhaust gas recirculation

    Aşırı doldurmalı ve egzoz gaz çevrimli dizel motorda model öngürülü kontrol

    MUHARREM UĞUR YAVAŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN GÖKAŞAN

Geri Dön