Dizel motor modeli ile entegre bir aşırı doldurma ünitesi tasarım ve optimizasyon modeli geliştirilmesi

Abstract

Otomotiv sektöründe içten yanmalı motorların geleceği sorgulansa da mevcut batarya teknolojilerinin henüz istenilen olgunluk seviyesine ulaşamamasından dolayı; özellikle uzun mesafeler kat eden hafif ve ağır ticari araçlarda tam elektrikli güç aktarım çözümlerine geçiş kısa ve orta vadede çok olası gözükmemektedir. Bu sebeple içten yanmalı motorlarda geliştirme ve performans iyileştirme çalışmaları hala devam etmektedir. İçten yanmalı motorlarda performans iyileştirme amacıyla çalışılan en önemli bileşenlerden birisi de aşırı doldurma ünitesidir. Aşırı doldurma ünitesi ya da bir diğer deyişle turbo; temel olarak küçük boyutlu bir gaz türbini olup, içten yanmalı motorlarda silindirlere gönderilen yanma havasının yoğunluğunu arttırmak amacıyla kullanılmaktadır. Turbo temel olarak üç ana bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenler sırasıyla; santrifüj kompresör, yatak ve radyal türbindir. Bu bileşenlerden kompresör ve türbinin turbonun performansı üzerinde doğrudan etkisi bulunmaktadır. Bu sebeple bu bileşenlerin, turbonun ve bu turboya sahip motorun yüksek performans vermesi için etkin şekilde tasarlanması gerekmektedir. Hâlihazırda, tamamıyla turbo özelinde olmasa da ön tasarımdan final tasarıma kadar turbomakine tasarımı yapmayı sağlayan ticari yazılımlar bulunmaktadır. Bu yazılımlar kullanılarak, eğer tasarım isterleri biliniyorsa, sıfırdan bir turbo tasarımı yapılabilmektedir. Ancak bunun için; turbonun tasarım noktasında hangi dönüş hızına, debiye ve sıkıştırma oranına sahip olacağı gibi, sıfırdan bir turbo tasarımı yapacak kişinin başlangıçta bilmesinin mümkün olmadığı birtakım parametrelerin bu yazılımlara girdi olarak verilmesi gerekmektedir. Öte yandan içten yanmalı motor modelleme alanında ise hem ticari yazılımlar hem de motor üreticileri tarafından kendileri için özel olarak geliştirdikleri araçlar mevcuttur. Bu araçlar ile, eğer turboya ait kompresör ve türbin performans haritaları mevcutsa, bu haritalar üzerinden motor-turbo eşleştirmesi yapabilmektedir. Ancak, sıfırdan turbo tasarımı yapmak isteyen bir tasarımcının elinde söz konusu performans haritaları bulunmayacağından dolayı, bu yazılımlar ancak turbo tasarımı bittikten ve performans haritaları ortaya çıktıktan sonra kullanılabilmektedir. Hem motor modellemesi yapmaya yarayan hem de bu motor için en uygun turbo tasarımı ortaya koymaya imkân tanıyan bir araç ise bulunmamaktadır. Bu tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda ortaya çıkan aracın; bir dizel motorun modellemesini gerçekleştirmesi, bunu yaparken de içereceği turbo modülüyle birlikte motorun sahip olacağı turbonun aerodinamik tasarımını ortaya koyması sağlanmıştır. Turbo tasarımı yapılırken; turbonun tek başına en yüksek performansa sahip olması değil, turbo+motor sisteminin performansının mümkün olan en üst noktaya çıkarılması amaçlanmıştır. Tez kapsamında ortaya çıkan söz konusu bu turbo tasarım aracı, motora bütünleşik bir turbo boyutlandırma modeli içerdiğinden dolayı benzerlerinden farklıdır. Geliştirilen araç; motordan bağımsız turbo tasarımı yapmak yerine, tamamen motora özgü turbo tasarımı yapmaya yaramakta ve böylece motor performansını maksimum yapacak olan turbo tasarımını ortaya koymaktadır