Investigating the effects of variable valve timing on spark ignition engine performance
Buji ile ateşlemeli motorlarda değişken supap zamanlamasının performansa etkilerinin incelenmesi
- Tez No: 445074
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM SORUŞBAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 175
Özet
Günümüzde petrol kökenli yakıtların (PKY) sınırlı olması ve ömürlerinin gittikçe azalıyor olması, bu yakıtların geleceğini tartışmaya açılmaktadır. Bu yüzden alternatif enerji kaynaklarına olan ilgi arttırmaktadır. Fakat PKY'ye tam anlamıyla ciddi bir alternatif çıkamamıştır. Günümüzde çalışmalar sürdürülmekle beraber güneş, yakıt pili vb. gibi enerji kaynakları halen, petrole tam olarak alternatif olamamıştır. Otomotiv firmaları, geliştirdikleri motorlarında PKY'leri çok daha dikkatli ve ha ssas olarak kullanan sistemler geliştirmeye özen göstermektedir. Bu sistemler, PKY'lerden en iyi şekilde yararlanmakta ve çok daha az tüketim yapıp bunun yanı sıra çok iyi performans sağlamaktadır. Ayrıca otomotiv şirketleri, aralarında olan rekabette öne geçme girişimleri açısından da ürettikleri motorları özellikle performans açısından optimize etmeye çalışmaktadır. Bu ihtiyaçlar karşısında VVT sistemler üretilmiştir. VVT, değişen yük ve devir şartlarına göre emme supabına , bazı sistemlerde hem emme hem de egzoz supabına müdahale ederek, motora o an için ihtiyacı kadar olan dolguyu temin etmek suretiyle motor performansını arttırır. Burada asıl önemli olan yanmanın olabildiğince çok iyileştirilm esidir. Gerçekleştirilen bu iyi yanma neticesinde motor gücü ve torku klasik ateşlemeli motora göre kayda değer oranda artmıştır. Bununla beraber özgül yakıt tüketimi azaltılmış ve egzoz emisyonları makul bir değere indirilmiştir. İçten yanmalı motorlarda karışımın silindire giriş ve çıkısını kontrol eden, aynı zamanda sızdırmazlık sağlayan emme ve egzoz supaplarının zamanlaması ve kalkma miktarının motorun bütün devir ve yük aralıkları için optimize edilmesi ile ba şta volümetrik verim olmak üzere, motor momenti, çıkış gücü, egzoz emisyonları ve yakıt ekonomisi iyile ştirilmekte, ayrıca motorun kullanılabilir devir aralı ğı artırılmaktadır. VVT sistemleri, supaplara özellikle de emme supabına müdahale ederek motor performansını iyileştirmiştir. Değişken supap zamanlaması, bunu motor devrine göre emme supabının avans veya rötara alınması suretiyle başarmıştır. Emme ve egzoz supaplarının açılma ve kapanm a zamanlarının dört zamanlı İYM'nin performansına büyük etkisi vardır. Emme supabının görevi, emme zamanı süresince mümkün olduğu kadar çok hava yakıt karışımının silindire alınmasını sağlama ktır. Buna karşılık egzoz supabının görevi de, yanmış gazların silindiri tamamen terk etmesini sağlamaktır. Emme ve egzoz kesitleri tam olarak açılamayacağı ayrıca akış halindeki gazlar kinetik enerjiye sahip olduklarından, supap açılma ve kapanma zamanlarının pistonun ölü noktalarından önce ve sonra olması g ereklidir. Egzoz zamanı sonuna doğru piston ÜÖN' ya yaklaşınca emme supabı açılır. Piston ÜÖN'yı geçip, AÖN'ya doğru harekete başladığı anda, üzerinde basınç, (P 0) normal atmosferik basınca, hacim ise yanma odası hacmine eşittir. Pistonun AÖN 'ya doğru hareket etmesi ile üzerindeki hacim büyüyecek ve hacmin büyümesi oranında, silindirin içindeki basınçta normal atmosferik bas ıncın altına düşecektir. Bu nedenle silindir içinde bir alçak basınç (vakum) meydana gelir. Bu alçak basınç nedeni ile emme supabı açık olduğundan, karbüratörden geçen hava , 15/1 oranında yakıtla karışarak emme manifoldu ve emme supabı yoluyla silindire dolar. Piston AÖN'ya geldiğinde silindire dolmakta olan karışım ataleti nedeniyle henüz piston yüzeyine ulaşmamıştır. Diğer bir anlatımla , silindir içindeki basınç, halen atmosferik basınçtan düşüktür (0.90-0.96 kg/cm2 ). Buna göre piston ÜÖN'ya harekete başl adığı halde silindire karışım girmeye devam edecektir. Silindir içindeki karışımın basıncı, (P 0=1 kg/cm2 ) normal atmosferik basınca eşit olduğunda emme su pabı kapatılır. Emme supabının kapanma gecikmesi motor devir sayısına göre değişmekle birlikte 30 º-60 º arasında olur. Sabit zamanlı supaplarınen büyük sıkıntısı sübap ayarının üretici tarafından motorun çalışma aralığındaki optimum bir seviyeye ayarlanmış olmasıdır. Araç optimum çalışma noktasından yavaş veya hızlı çalışıyorsa yanma döngüsünde problemler gözlenir ve yakıt gerektiği gibi yanamadığı için motor performansında düşüşle beraber yakıt tüketimi da artar. Değişken zamanlı supaplar (VVT) motor performansını iyileştirmek için kullanılan bir teknolojidir ve motor gücü ve torktan bağımsızdır. Supaplar motorun nefes almasını sağlar. Nefes alışın süresi yani emme ve egzos zamanı, kamların şekli ve faz açısı ile kontrol edilir. Döngüyü optimize etmek için, motorun farklı koşullar altında farklı zamanlamalara ihtiyacı vardır. Motor dönme sayısı arttıkça emme ve egzoz zamanları azalır ve bu nedenle temiz hava yanma odasına yeterince hızlı ulaşamadığı gibi egzoz gazları da yanma odasından yeterince hızlı uzaklaştırılamaz. VVT bu problemin üstesinden gelmek için geliştirilmiş bir çözümdür ve supapın açıklıklarını dinamik olarak değiştirerek her çalışma bandında optimum performansı yakalamaya yardımcı olur. Bu çalışmanın amacı değişken zamanlı süpapların geliştirilmesine katkıda bulunarak motor performansını iyileştirmektedir. Diğer bir deyişle, emme ve egzos zamanlarının çakıştığı süre rpm arttıkça yükselmelidir. Bu tezin hedefi VVT sistemin modellenmesi ve tasarımın optimum seviyeye getirilmesinde çalışılmasıdır. Motor ve supapların süre ve döngüleri dahil olmak üzere birçok parametreyi değerlendiren bir prosedür geliştirilmiştir. Bu araştırma emme supapı açılımı, emme süpapı kapanması, egzos supapı açılımı ve egzos supapı kapanması açılarının motor performansı ve yakıt tüketımı üzerine etkisini araştırmaktadır. Motor performansı analizleri AVL BOOST yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Farklı VVT tipleri simülasyonlarda analiz edilerek literatürdeki örneklerle karşılaştırılmıştır. Modelleme ve analizler sonucunda yakıt sarfiyatı ve performansta kayda değer gelişmeler gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The problem with fixed valve timing that the valve train is set by the automaker for peak efficiency running at a specific point in the engine's operating range. When the vehicle is moving slower or faster than this ideal operating point the engine's combustion cycle fails to properly burn the air/fuel mixture leading to considerably compromised engine performance and wastes fuel. Variable Valve Timing (VVT) becomes the next step to enhance engine output, no matter power or torque. Valves activate the breathing of engine. The timing of breathing, that is, the timing of air intake and exhaust, is controlled by the shape and phase angle of cams. To optimize the breathing, engine requires different valve timing at different speed. When the rev increases, the duration of intake and exhaust stroke decreases so that fresh air becomes not fast enough to enter the combustion chamber, while the exhaust becomes not fast enough to leave the combustion chamber. Variable Valve Timing is a solution developed to overcome this engine deficiency, dynamically altering the valve's opening and closing for optimal performance at any speed. The intension in this work is to contribute towards pursuing the development of variable valve timing for improving the engine performance. In other words, the“Overlapping”between intake period and exhaust period should be increased as rev increases. The objective of this thesis was to model and optimize VVT system design and operation for maximum system benefits. A procedure was developed to rapidly and automatically process engine simulations and valve train parameters including duration and timing. This investigation covers the effect of intake valve opening (IVO), Intake valve closing (IVC), exhaust valve opening (EVO) and exhaust valve closing (EVC) angle on engine performance and fuel economy. The calculations of engine performance were carried out using the simulation and analysis engineering software: AVL BOOST. The effects of different VVT from the simulations are analyzed and compared with those in the reviewed literatures. Modeling result show that substantial improvements in fuel consumption and performance can be achieved.
Benzer Tezler
- Buji ile ateşlemeli bir motorda supap zamanlaması değişiminin performansa ve egzoz emisyonlarına etkilerinin incelenmesi
The investigation of the effects of valve timing variation on engine performance and exhaust emissions in spark ignition engines
FAZIL AKGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. CAN ÇINAR
- Elektromekanik supap mekanizması ile değişken supap zamanlamasının hava akış parametrelerine etkisinin incelenmesi
Investigation of variable valve timing with electromechanical valve mechanism effects on air flow parameters
ÜSAME DEMİR
Doktora
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN SERHAD SOYHAN
- Buji ateşlemeli motorlarda çevrim atlatma yönteminin kısmi yüklerde incelenmesi
Skip cycle method investigation at part load conditions of spark ignition engines
BARIŞ DOĞRU
Doktora
Türkçe
2013
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
- Dört zamanlı buji ile ateşlemeli bir motor performansının bilgisayar yardımı ile simulasyonu
Computer aided simulation of a four-stroke spark ignition engine performance
SELİM ÇETİNKAYA
Doktora
Türkçe
1987
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGE ERDİLLER
- 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
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET ARSLAN