Benzin Motorunda Çevrim Atlatma Metodunun Teorik İncelemesi

Abstract

İ.T.Ü. Makina Fakültesi, Otomotiv Ana Bilim Dalı bünyesinde yürütülen “Çevrim Atlatmalı Motor” projesi kapsamında benzin motorları için alternatif bir yük kontrol sistemi geliştirilmiş ve patenti alınmıştır. Bu yöntemin amacı, motorun yükü azaldığında birbirini izleyen çevrimlerin bazılarına yakıt ve hava girişini durdurmak ve aynı gücü elde edebilmek için dolgu girişini (gaz kelebeği açıklığını) arttırarak toplam efektif verimi yükseltmektir. Tek silindirli bir motor üzerinde yapılan deneysel ve teorik çalışmalarla, sistemin kısmi yük bölgesinde verimi arttırmaya yönelik potansiyeli ortaya konulmuştur. Bu çalışmada, mevcut termodinamik model geliştirilerek çevrim atlatma sisteminin tek silindirli ve çok silindirli motorlara uygulanması teorik olarak incelenmiştir. Öncelikle termodinamik modelin, motorun normal çalışmasına yönelik hesaplama adımları açıklanmış ve modelden elde edilen sonuçlarla gerçek motor verileri karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, modelin yeterli doğruluğa sahip olduğunu ortaya koymuştur. Daha sonra model, çevrim atlatmalı motorun hesabına yönelik olarak geliştirilmiştir. Tek silindirli motor için yapılan bazı hesaplamalarla, çevrim atlatma sisteminin indike ve efektif parametreler üzerindeki etkileri ortaya konmuştur. Çok silindirli motorlara yönelik yapılan inceleme, belli sınırlar dahilinde çok sayıda farklı çevrim atlatma stratejisinin uygulanabileceğini ve efektif verimde önemli bir artış sağlanabileceğini göstermiştir. Ayrıca, çevrim atlatma stratejisinin seçiminde krank milindeki moment değişiminin önemi vurgulanmıştır. Son olarak bir binek otomobilin, Avrupa şehir çevrimindeki yakıt tüketiminin, çevrim atlatma metoduyla ne oranda iyileştirilebileceği teorik olarak hesaplanmıştır.

A new load control method for gasoline engines called ‘Skip-Cycle Engine’ has been developed and patented in ITU Mechanical Engineering Faculty, Automotive Division laboratory. The aim of this method is to cut off the fuel and stop the gas exchange in some of the consecutive four-stroke cycles. In order to maintain the same power, the charge (throttle opening) must be increased which means higher efficiency of the engine when the load is reduced. Experimental and theoretical studies made on a single-cylinder engine have revealed the considerable potential to increase the efficiency at part load conditions. In this study, application of the skip-cycle system to single- and multi-cylinder engines is investigated theoretically by improving the thermodynamic model. First of all, calculation procedure of the thermodynamic model for the normal working condition of the engine is described and the results that are obtained by using this model are compared with the real engine data. Secondly, the thermodynamic model is improved for the skip-cycle engine. Several information about the effects of the skip-cycle system on the indicated and effective parameters are obtained from the calculations made for a single-cylinder engine. Investigations made for multi-cylinder engines reveal that under some constraints, many different skip-cycle strategies can be applied and that a considerable increase in effective efficiency can be obtained. Additionally, it is pointed out that the moment variation on the crank shaft is very significant in the choice of the skip-cycle strategies. Finally, how much the fuel consumption of a touring car in the European Driving Cycle can be decreased by using the skip-cycle method is examined.