Dört zamanlı motorların altı zamanlı motorlara dönüşümü için kam mili modifikasyonu

Abstract

Yapılan bu çalışmada dört zamanlı motorun altı zamanlı motora dönüşümü için kam mili modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Bunun için literatürde yer alan altı zamanlı motor stratejileri detaylı olarak incelenmiştir. Yapılan inceleme neticesinde egzoz ısısı geri kazanımının yapılmadığı serbest zamanlı bir strateji tercih edilmiştir. Motor deneylerinin yapılabilmesi için ise bu motorun kullanıldığı bir güç jeneratörü temin edilmiştir. Altı zamanlı motora dönüşüm için öncelikle deneylerde kullanılan motorun orijinal kam mili ölçüleri belirlenmiştir. Ölçülen kam profillerinin belirli bir matematiksel model içerisinde tanımlanarak altı zamanlı motor için kam profilleri tasarlanmıştır. Deney motoru düz yüzeyli bir izleyiciye sahip olduğu için kam profilleri tasarımında çift yay kamı modeli kullanılmıştır. Kam mili temelde üç temel parçada tasarlanmıştır. Kam dişlisi üretiminde çok fazla hassas parça bulunduğunda dolayı 3D yazıcı teknolojisi kullanılarak PAHT CF filament kullanılarak üretilmiş ve ardından minyatür rulmanlar ve çelik miller kullanılarak montaj tamamlanmıştır. Kam lobları ise 4140 ıslah çeliğinden tel erezyon yöntemiyle kesilerek sertleştirilmiştir. Kam lobları ile kam dişlisinin birleştirilmesi ve kam loblarının açısal ayarlamasının yapılabilmesi için M12 standart diş vidalı mil kullanılmıştır. Deneyler 5 kVA anma gücüne sahip monofaz bir güç jeneratöründe yapılmıştır. Jeneratörün yüklenebilmesi için 4000 W gücünde rezisif bir yük hücresi oluşturulmuştur. 400 W aralıklarla elektriksel yük uygulanan jeneratörde yakıt tüketimi, yağ sıcaklığı ve egzoz sıcaklığı ölçülmüş, ısıl verim ve özgül yakıt tüketimi hesaplanmıştır. Yapılan deneysel çalışma neticesinde yakıt tüketiminde %13,4 iyileşme gözlenmiştir. Ayrıca ısıl verim de %15,8 artmıştır. Sonuç olarak bu çalışma ile birlikte dört zamanlı motorların altı zamanlı motorlara dönüştürülebileceği ve bu dönüşümle güçten feragat ederek yakıt ekonomisi sağlanabileceği deneysel olarak gösterilmiştir. Bu durum, altı zamanlı motorların günümüzde özellikle hibrit elektrikli taşıtlarda kullanılan Atkinson çevrimli motorlara alternatif bir tasarım olduğunu göstermektedir.

In this study, camshaft modification was carried out to convert a fourstroke engine into a six-stroke engine. For this purpose, six-stroke engine strategies in the literature were examined in detail. As a result of the examination, a free-stroke strategy without exhaust heat recovery was preferred. In order to carry out engine experiments, a power generator using this engine was provided. For the conversion to a six-stroke engine, first the original camshaft dimensions of the engine used in the experiments were determined. Cam profiles were designed for a six-stroke engine by defining the measured cam profiles within a certain mathematical model. Since the experimental engine has a flat faced follower, a double arc cam model was used in the design of the cam profiles. The camshaft is basically designed in three basic parts. Since there are many sensitive parts in the production of the cam gear, it was produced using PAHT CF filament using 3D printer technology and then the assembly was completed using miniature bearings and steel shafts. The cam lobes are cut and hardened from 4140 tempered steel using the wire erosion method. M12 standard thread screw shaft was used to combine the cam lobes and cam gear and to make angular adjustment of the cam lobes. The experiments were carried out on a monophase power generator with a rated power of 5 kVA. A resistive load cell with a power of 4000 W was created to load the generator. Fuel consumption, oil temperature and exhaust temperature were measured in the generator, to which electrical load was applied at 400 W intervals, and thermal efficiency and specific fuel consumption were calculated. As a result of the experimental study, a 13.4% improvement in fuel consumption was observed. Additionally, thermal efficiency is increased by 15.8%. This study experimentally demonstrated that four-stroke engines could be converted to sixstroke engines, and that such a conversion could achieve fuel economy at the expense of power. This suggests that six-stroke engines could serve as an alternative to Atkinson cycle engines currently used in hybrid electric vehicles.