DİZEL MOTORLARINDA AŞIRI DOLDURMA

 

 

  Harun AKTAŞ

             Orhan BAHAR                    

Mustafa ŞAHAN                  

İrfan SÖNMEZ                     

ÖZET

Motor silindirlerine daha fazla hava gönderilmesi, motorun tabii emişi yerine dışarıdan havanın pompalanması yoluyla sağlanabilir. Doğal emişli motorlarda silindir hacmi içerisine normal bir emme stroku sırasında, normal emilenden daha fazla hava vermeye, aşırı doldurma denilmektedir.

Bu çalışmada, dizel motorlarında aşırı doldurma ve aşırı doldurma ile ilgili araştırmalar sunulmaktadır. Çalışmada ilk olarak dizel motorlarında aşırı doldurmanın önemi ile aşırı doldurma metotlarından Basınç Dalga Makinesi (Comprex) İle Aşırı Doldurma, Enerjisi Dış Kaynaktan Sağlanan Aşırı Doldurma, Mekanik aşırı doldurma ve Turboşarj aşırı doldurma sistemleri üzerinde durulmuştur. Özellikle günümüz teknolojisindeki dizel motorlarında Turboşarj ile aşırı doldurma daha yaygın olarak kullanıldığından dolayı çalışmada özellikle bu konu üzerinde durulmuştur.

Turbo kompresörlü bir dizel motorunun çevrim analizi yapılarak, Tabii emişli dizel motor ile turbo dizel kompresörlü motorun karşılaştırılması yapılmıştır.

Aşırı doldurmalı dizel motorlarında ara soğutma sistemleri ilgili yapılmış olan çalışmalar incelenmiş ve ara soğutuculu bir dizel motorunun performansının önemli ölçüde etkilendiği grafiklerde görülmüştür. Ara soğutma ile motor gücünde %10-15’lik bir artma tespit edilmiştir.

Bu çalışmada en son gelişmelerden olan Değişken Geometrili Sistem, Seramik Türbinli Turbo Doldurma ve Rulman Yataklı Turbo Doldurucu sistemleri incelenmiştir.

 

TEŞEKKÜR

Çalışmalarımız süresince ilgi ve yardımlarını esirgemeyen tez danışmanımız Sayın Yrd. Doç. Dr. Abdurrazzak AKTAŞ’a ve ayrıyetten bilgilerini bizden esirgemeyen Sayın Yrd. Doç. Dr.Bülent ÖZDALYAN’a ve Sayın Yrd. Doç. Dr.Bahattin ÇELİK’e teşekkür ederiz.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

İÇİNDEKİLER DİZİNİ

Sayfa

ÖZET.. I

TEŞEKKÜR.. II

İÇİNDEKİLER DİZİNİ III

ŞEKİLLER DİZİNİ VI

SEMBOLLER LİSTESİ VIII

ALT İNDİSLER.. IX

1.GİRİŞ.. 1

2. DİZEL MOTORLARINDA AŞIRI DOLDURMA.. 3

2.1. Aşırı Doldurmanın Tarihçesi 3

2.2. Aşırı Doldurmalı Bir Motorun Tasarımında Önemli Parametreler 4

2.3. Aşırı Doldurma Sistemleri 6

2.4. Aşırı Doldurma Esasları Ve Çeşitleri 7

2.5. Aşırı Doldurmada Kullanılan Kompresörler 10

2.5.1. Pistonlu Tip Kompresörler 10

2.5.2. Döner Kanatlı (Paletli) Kompresörler 11

2.5.3. Roots Tipi Kompresörler 11

2.5.4. Vida Tip Kompresörler 12

2.5.5. Santrifüj Kompresörler 13

2.6. Kompresörün Döndürülmesine Göre Aşırı Doldurma Yöntemleri 13

2.6.1. Enerjisi Dış Kaynaktan Sağlanan Aşırı Doldurma  13

2.6.2. Kompresörsüz, Basınç Dalga Makinesi (Comprex) Aşırı Doldurma  14

2.6.3. Mekanik Aşırı Doldurma  16

2.6.4. Turboşarj 18

3. TURBO KOMPRESÖRLER.. 19

3.1. Turbo Kompresör Sisteminin Amacı 19

3.2. Turbo Kompresörün Çalışma Prensibi 20

3.3. Turbo Kopresörün Yapısı 21

3.3.1. Türbin  22

3.3.2. Kompresör 23

3.4. Turboşarjda Yardımcı Sistemler 24

3.4.1.Yağlama Sistemi 24

3.4.2. Tahliye Valfi (Wastegate Valve) 26

3.4.2.1. Tahliye valfinin çalışması 27

3.5. Turboşarjda Kullanılan Doldurma Yöntemi 28

3.5.1. Sabit Basınç Sistemi 28

3.5.2. Darbeli Sistem   28

3.6. Sabit Basınç ve Darbeli Doldurma Sistemlerinin Mukayesesi 31

4. AŞIRI DOLDURMALI DİZEL MOTORLARININ TERMODİNAMİĞİ 35

4.1. Aşırı Doldurma Uygulanan Motorda Isı Transferi 40

4.2. Aşırı Doldurmada Ortalama Efektif Basınç. 41

4.3. Tabii Emişli ve Turbo Kompresörlü Motorların Karşılaştırılması 43

5. AŞIRI DOLDURMALI MOTORLARDA ARA SOĞUTMA.. 46

5.1. Ara Soğutucunun Yapısı 46

5.2. Ara Soğutucu Çeşitleri 49

5.2.1. Hava Soğutmalı Ara Soğutucu  49

5.2.2. Su Soğutmalı Ara Soğutucu  50

6. AŞIRI DOLDURMA SİSTEMLERİNDEKİ SON GELİŞMELER.. 53

6.1. Değişken Türbinli Turbo: (VNT) 53

6.2. Sıralı Olarak Devreye Giren Turbo Sistemi(Sequential Turbo System) 54

6.3. Seramik Türbinli Turbo Doldurma. 55

6.4. Rulman Yataklı Turbo Doldurucular 56

7. SONUÇ VE TARTIŞMA.. 58

KAYNAKLAR.. 60

ÖZGEÇMİŞLER.. 62

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil                                                                   Sayfa

Sayfa. V

Şekil 2.1 Turbo doldurmalı ve ara soğutuculu bir dizel motorunun çalışma şeması 8

Şekil 2.2. Aşırı doldurma uygulamaları [4]. 9

Şekil 2.3. Pistonlu tip kompresör [4] 10

Şekil 2.4. Döner kanatlı (paletli) kompresör [3]. 11

Şekil 2.5. Roots tipi kompresör [2]. 12

Şekil 2.6. Vida tip kompresör [7]. 12

Şekil 2.7. Santrifüj kompresör [4]. 13

Şekil 2.8. Comprex doldurucu (kompresör) [8]. 14

Şekil 2.9. Şematik olarak comprex doldurucunun çalışması [8]. 15

Şekil 2.10. Mekanik aşırı doldurma [4]. 16

Şekil 2.11. Pozitif yer değiştirmeli bir kompresör ile mekanik aşırı doldurma uygulanan dört zamanlı bir motorun akış haritası. 17

Şekil 2.12. Krank mili tarafından döndürülen radyal tip bir kompresör ile mekanik aşırı doldurma yapılan bir motorun akış haritası [3] 18

Şekil 3.1. Turbo kompresörün kesit görünüşü [11]. 19

Şekil 3.2. Turboşarj da havanın akış şeması [9]. 21

Şekil 3.3. Turboşarjın kısımları [9]. 22

Şekil 3.4. Türbin ünitesi [9]. 23

Şekil 3.5. Kompresör ünitesi[9] 24

Şekil 3.6. Yağlama Donanımı [9]. 25

Şekil 3.7 Tahliye Valfinin Şematik Resmi [10]. 26

Şekil 3.8. Tahliye Valfinin Çalışması [10]. 27

Şekil 3.9. Ateşleme sırası 1-3-4-2 dört zamanlı ve dört zamanlı bir motora ait bindirme diyagramı[3]. 29

Şekil 3.10. Dört zamanlı, üç silindirli bir motora ait zaman bindirme diyagramları [3]. 29

Şekil 3.11 de, dört zamanlı, altı silindirli, darbeli turbo doldurma sistemine [3]. 30

Şekil 3.12. Sabit basınç ve Darbeli Turbo Doldurma Sistemlerinin Mukayesi [3]. 33

Şekil 4.1. Turbo kompresörlü motorun teorik P-V diyagramı 35

Şekil 4.2. Aynı sıkıştırma oranlı bir çevrimde tabii emişli ve aşırı doldurmalı motor çevrimleri 44

Şekil 5.1. Bir ara soğutucunun komple görünüşü. 47

Şekil 5.2 Ara soğutucunun motora monte edilmiş hali 48

Şekil 5.3. Hava soğutmalı ara soğutucu devresi[11]. 50

Şekil 5.4. Su soğutmalı ara soğutucu devresi [11]. 51

Şekil 5.5. Tam yükte ara soğutmanın özgül yakıt sarfiyatına etkisi[15]. 52

Şekil 5.6. Tam yükte ara soğutmanın indike güce etkisi [15]. 52

Şekil 6.1. Değişken Türbinli Turbo Kanatçıkları [16.] 53

Şekil 6.2. İvmelenme Test Sonuçları [5]. 55

Şekil 6.3. Türbin Yutma Kapasitesi ve Etkisi [5]. 56

Şekil 6.4. Rulman yataklarla beraber kullanılan seramik türbinin kesit görünüşü [5]. 57

 

ALT İNDİSLER

ALT İNDİS                 TANIM

0                                 Durma şartları

AS                              Arasoğutucu

ASV                           Arasoğutucu var

ASY                            Arasoğutucu yok

ç                                 Çıkan

d                                 Dolgu

e                                 Emme, Efektif

g                                 Giren

h                                 Hava

K                                 Kompresör

Std                             Standart atmosferik şartlar

T                                 Türbin

ü                                 Ürün

y                                  Yakıt