Buji ateşlemeli motorlarda supap hareket karakteristiklerinin performansa etkileri

Abstract

Bu çalışmada buji ateşlemeli motorlarda supap hareket karakteristiklerinin performansa etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Supap hareket karakteristikleri olarak supap zamanlaması, supap kalkma miktarı (lift) ve supap açık kalma süresi değişkenlerinin motorun tam yük karakteristiği performansına etkileri modellenerek incelenmiştir. Modelleme için 1-boyutlu gaz dinamiği simülasyon araçlarından birisi olan WAVE simülasyon programının kullanımı tercih edilmiştir. Değişkenlerin simülasyon tasarımı için Taguchi deney tasarımı metodu uygulanmıştır. Motor performansı ile supap hareket karakteristikleri arasındaki ilişki için varyans analizi yapılmıştır. Ardından regresyon analizi yapılarak motor performansı ile supap hareket karakteristikleri arasındaki ilişki için lineer regresyon denklemleri elde edilmiştir. Her motor hızı için 25 çözüm olmak üzere toplam 125 simülasyon çözümü yapılmıştır. Motor performans parametresi olarak fren torku, fren ısıl verimi ve hacimsel verim tercih edilmiştir. Varyans analizi ile bu üç motor performans parametresinin eş zamanlı olarak yüksek olabileceği optimum supap hareket karakteristiği belirlenmiştir. Yapılan varyans analizi neticesinde motor performansı üzerinde en etkili olan parametrenin supap bindirmesi ve emme supabı açık kalma süresi olduğu tespit edilmiştir. Bununla birlikte referans motorun orijinal konfigürasyonundaki performansı ile kıyaslandığında supap bindirmesinin artırılması ve emme supabı açık kalma süresinin azaltılmasının motor performansını iyileştirdiği görülmüştür. Optimum değerler ile referans motorun orijinal değerleri için motor performansı karşılaştırması yapılmıştır. Yüksek motor hızında referans motorun orijinal değerleri ile daha iyi performans ortaya çıkmıştır. Ancak düşük ve orta motor hızında belirgin bir motor performansı iyileşmesi görülmüştür. Düşük ve orta hız için fren gücü ve fren torkunda %8,1 iyileşme, fren ısıl verimde %1,5 iyileşme ve hacimsel verimde ise %6,8 iyileşme tespit edilmiştir.

In this study, it was aimed to examine the effects of valve motion characteristics on performance in spark ignition engines. The effects of valve timing, valve lift, and valve duration variables as valve motion characteristics on the full load characteristic performance of the engine were modeled and examined. For modeling, the use of the WAVE simulation program, one of the 1-dimensional gas dynamics simulation tools, was preferred. Taguchi's experimental design method was applied for the simulation design of variables. Analysis of variance was performed for the relationship between engine performance and valve motion characteristics. Then, regression analysis was performed and linear regression equations were obtained for the relationship between engine performance and valve motion characteristics. A total of 125 simulation solutions were made, 25 solutions for each engine speed. Brake torque, brake thermal efficiency, and volumetric efficiency were preferred as engine performance parameters. By variance analysis, the optimum valve motion characteristic in which these three engine performance parameters can be simultaneously high was determined. As a result of the variance analysis, it was determined that the most effective parameters on engine performance were valve overlap and intake valve open time. However, it has been observed that increasing the valve overlap and reducing the intake valve duration improves the engine performance when compared to the performance of the reference engine in its original configuration. Engine performance comparison was made for the optimum values and the original values of the reference engine. Better performance was achieved with the original values of the reference engine at high engine speed. However, a significant engine performance improvement was seen at low and medium engine speeds. For low and medium speeds, the improvement in brake power and brake torque was determined as 8.1%, the improvement in brake thermal efficiency as 1.5%, and the improvement in volumetric efficiency as 6.8%.