Dizel motor silindir devre dışı bırakma teknolojisinin farklı sürüş çevrimleri boyunca araç yakıt tüketimine etkisinin incelenmesi

Abstract

Emisyon regülasyonlarını sağlayabilmek ve daha çevre dostu araçlar üretebilmek için taşıt üreticileri geçmişten günümüze yakıt tüketimi azaltma çalışmalarına devam etmektedir. Özellikle yakıt tüketiminin ulaştırma amaçlı kullanılan dizel motorlarda yakıt ekonomisi iyileştirme çalışmalarının önemli ölçüde artması beklenmektedir. Silindir devre dışı bırakma (CDA), dizel motorlarda yakıt ekonomisini önemli ölçüde iyileştiren ve emisyonları azaltabilen önemli teknolojilerden biridir. CDA, özellikle düşük yük çalışma koşulundaki yakıt tüketiminin tam yüke göre daha fazla olduğu durumlarda devreye giren bir yakıt tüketimi azaltma teknolojisidir ve çok silindirli motorlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Düşük yüklerde silindirlerin bir ya da daha fazlasının devre dışı bırakılması ile yakıt kesilir ve emme ve egzoz supapları kapatılarak aktif silindirlere daha fazla yük verilir. Böylece CDA modunda motorun, daha yüksek termal verim ve dolayısıyla daha düşük yakıt tüketimi ile çalışması sağlanır. Düşük yüklerde gaz kelebeğinden kaynaklı kısılma kayıplarının yüksek olmasından kaynaklı olarak CDA teknolojisi benzin motorlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Dizel motorda gaz kelebeği kaynaklı kısılma kaybı olmayacağı için CDA teknolojisinin dizel motor uygulaması konusundaki çalışmalar kısıtlı olmuştur. Simülasyon çalışmaları kapsamında, otomotiv sektöründe araç ve motor performans uygulamalarında sıklıkla faydalanılan GT-Suite 1-Boyutlu (1D) modelleme yazılımı kullanılmıştır. Bu çalışmada ise GT-Suite yazılımı, CDA teknolojisinin dizel motor yakıt ekonomisine etkisinin incelenmesi için yapılacak 1D simülasyon çalışmalarında kullanılacaktır. Simülasyonlar için bazı önemli adımları içeren bir metodoloji izlenmiştir. Birinci adımda, tam yük koşulunda elde edilmiş deney datasından beslenen tam yük motor performans modeli oluşturularak deney sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve doğrulanmıştır. Burada tam yük modeli 800 ve 2100 dev/dk motor hızı aralığında 14 ayrı noktada kararlı hal sonuçları elde edilmiş olup motorun maksimum fren ortalama efektif basıncı 1100 dev/dk'da 23 bar değerine karşılık gelmektedir. Daha sonra doğrulanmış model, ikinci adımda, düşük yüklerde CDA mod (2. ve 3. Silindirler devre dışı, 1. ve 4. silindirler aktif) ve normal mod (tüm silindirler aktif) motor performans sonuçlarını tahmin etmek üzere düşük yük motor performans modeline dönüştürülmüştür. 1D düşük yok motor performans CDA modunda modellerken talep edilen tork ve güçte herhangi bir kayıp olmaksızın, devre dışı bırakılan silindirlerde yakıt kesilir ve supaplar kapatılır. Son adımda, tam yük normal çalışma ve düşük yükte hem normal hem CDA modunda çalışma koşullarına ait performans verileri araç performans modellerine girdi olarak sağlanır. Bu çalışmanın amacı, literatürde CDA teknolojisinin dizel motor uygulamasına yönelik çalışmaların kısıtlı olmasından dolayı, yakıt tüketimi avantajlarını simülasyon yoluyla tahmin etmek üzere, istenilen silindiri devre dışı bırakma esnekliği sağlayan bir dizi simülasyon metodolojisi izlenmiştir. Simülasyon çalışmasında, ağır vasıta bir araca dört silindirli dizel motor uygulanıp araç performans simülasyonları koşularak, rölanti ve düşük yük çalışma koşullarına sahip sertifikalı sürüş çevrimleri (WHVC, NEDC, FTP75 ve HHDDT) boyunca karşılaştırmalı yakıt tüketimi sonuçları incelenmiştir. Bu çevrimler boyunca, normal mod ve CDA mod karşılaştırmalı 1D araç simülasyon tahminlerine göre CDA modunda %4 civarında yakıt tüketiminde iyileşme sağlanmıştır.