İçten yanmalı motorlarda turbo aşırı doldurma grubunun termodinamik modellemesi

Abstract

Egzoz gazı türbini ile aşırı doldurma sisteminin termodinamik modellenmesi kapsamında temelden başlamak suretiyle öncelikli olarak içten yanmalı motorların ideal çevrimlerinden bahsedilmiştir. Otto çevrimi, klasik Diesel çevrimi ve karma çevrim bu kapsamda termodinamik açıdan incelenmiştir. Bu çevrimleri oluşturan proseslerdeki basınç ve sıcaklık değişimlerinin ve termik verimin hesaplanabilmesi için gerekli formülasyona değinilmiştir. Bu formülasyon motor termodinamik modellemesinin yapı taşlarını oluşturmaktadır. Aşırı doldurma sistemlerinin çeşitleri ve temel çalışma prensipleri anlatılarak birbirleriyle kıyaslanmışlardır. Tezin ana konusu kapsamında egzoz gazı türbini ile aşırı doldurma sistemi üzerinde daha yoğun durulmuştur. Egzoz gazı türbini ile aşırı doldurma grubunun performansının ve etkilerinin gözlemlenebilmesi için sadece aşırı doldurma grubu termodinamik modeli değil, karma çevrime göre çalışan türbo aşırı doldurmalı tam bir Diesel motor modeli oluşturulmuştur. Bu motor modeli ile hem iki zamanlı hem de dört zamanlı Diesel motorlar için termodinamik simülasyon yapılabilmektedir. Bu tez kapsamında türbo aşırı doldurmalı dört zamanlı gerçek bir motorun termodinamik simülasyonu için oluşturulan termodinamik model ve simülasyon sonuçları yayımlanmaktadır. Türbin ve kompresör grubunun termodinamik olarak modellenebilmesi için boyut tahmini, verimli çalışma alanının saptanabilmesi ve motor ile uyumunun sağlanabilmesi gerekmektedir. Bu amaçla boyutsuz karakteristik parametrelerden yararlanılmıştır. Önce kompresörün motor ile eşleşmesi yapılmış, uygun kompresör tipi, devri ve çark çapı belirlenmiştir. Türbin tahrikinin tam basınçlı egzoz gazları ile gerçekleştirilebilirliği denenmiş, türbindeki yüksek basınç düşümü nedeniyle hesaplanan boyutsuz karakteristik değerlerin mantıklı mertebelerde çıkmaması sonucunda yarı genişletmeli türbin tahrikinin uygulanabilirliği araştırılmıştır. Yarı genişletmeli türbin tahrikinin tam basınçla türbin tahrikine göre daha iyi türbin karakteristik değerleri sağladığı tespit edilmiştir. Aşırı doldurmaya kayda değer etkileri bulunan parametrelerinin değişiminin motor performansına yansımalarının araştırılması kapsamında son bölümde bir dizi grafiğe yer verilmiştir. Bu grafikler aşırı doldurma ve motordaki bazı önemli parametrelerin değişiminin motor verimine etkisini, maksimum basınç ve sıcaklık değişimlerini ve bunlara bağlı olarak da sistemin ne kadar zorlandığı konusunda yorum yapmayı mümkün kılmaktadır.