Dizel motorlarında tutuşma gecikmesinin silindir basınç seviyesine etkisi
Effect of ignition delay on cylinder pressure level in diesel engines
Yazar: METİN GÜMÜŞ
Danışman: PROF.DR. AHMET KORHAN BİNARK
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
ÖZET DİZEL MOTORLARINDA TUTUŞMA GECİKMESİNİN SİLİNDİR BASINÇ SEVİYESİNE ETKİSİ Son yıllarda çevre bilincinin artmasıyla hava ve su kirliliğinin yanı sıra gürültü kirliliğinin azaltılmasıyla ilgili çalışmalar hız kazanmıştır. Kara ulaşımından kaynaklanan gürültüler günümüzde en önemli gürültü kaynaklarından biri olarak gösterilmektedir. Kara ulaşımından kaynaklanan gürültüler özellikle dizel motorlu taşıtlardan kaynaklanmaktadır. Dizel motorlu taşıtların en önemli gürültü kaynağı yanma gürültüsüdür. Dizel motorlarında Yanma olayının ilk safhası olan tutuşma gecikmesi (Ignition Delay) dizel vuruntusunu (diesel knock) belirleyen en önemli parametredir. Dizel vuruntusu, motor parçalarında oluşan titreşimler ve titreşimlerden mütevellit motor gürültüsünün kaynağıdır. Günümüze kadar yapılan çalışmalar yanma gürültüsünü belirleyen tutuşma gecikmesini etkileyen faktörler üzerinde yoğunlaşmıştır. Ancak yanma gürültüsü, tutuşma gecikmesini etkileyen faktörlerin münferit etkisi altında incelenmiştir. Tutuşma gecikmesini etkileyen tüm faktörlerin etkisi tek bir parametre (tutuşma gecikmesi süresi) olarak incelenmemiştir. Yanma gürültüsünün oluşumunda en önemli faktör olan tutuşma gecikmesi olmasından dolayı tutuşma gecikmesinin, motor gürültüsünde yanmanın en etkin olduğu düşük motor devri ve yüklerinde kontrol edilerek optimizasyonu yapılmalıdır. Bu çalışma, tutuşma gecikmesini ve tutuşma gecikmesinin silindir basınç seviyesine etkisini belirlemeye yönelik iki ana safhadan oluşan bir deneysel çalışmadır. Birinci safhada; tutuşma gecikmesini etkileyen önemli faktörlerin (sıkıştırma oranı, püskürtme avansı, emme havası sıcaklığı, hava fazlalık katsayısı) tutuşma gecikmesi üzerindeki etkileri deneysel olarak belirlenerek tutuşma gecikmesinin VIIkontrollü değiştirilmesi sağlanmıştır. Tutuşma gecikmesinin ifade edilmesinde kullanılan ampirik denklemler incelenmiş, bu çalışmada önerilen tek safhalı yarı ampirik denklemin belirlenmesindeki yaklaşım verilmiş ve bu denklemin sabitlerinin hesaplanması en küçük kareler yöntemiyle sunulmuştur. Tutuşma gecikmesinin ampirik denklemle ifade edilebilmesi için bilinmesi gereken yakıt püskürtme anındaki silindir basıncı ve sıcaklığı deneysel verilerden yararlanılarak belirlenmiştir. İkinci safhada; öncelikle silindir basınç seviyesinin ve motor gürültüsünün motor devrine ve motor yüküne göre değişimi frekans spektrumunda incelenerek yanma gürültüsünün motor gürültüsünde etkili olduğu motor çalışma şartlan belirlenmiştir. Yanma gürültüsünü etkileyen faktörlerin etkileri tutuşma gecikmesinin kontrollü olarak değiştirilmesiyle, yalnız tutuşma gecikmesi etkisi olarak yanma gürültüsü üzerindeki etkisi silindir basınç seviyesi incelenerek deneysel olarak belirlenmiştir. Deney sonuçlarından yararlanarak, yanma gürültüsünde belirleyici rolü olan ve motorun yapısal gürültü azaltma özelliği bilinmesi durumunda ise yanma gürültüsünün belirlenmesini sağlayan silindir basıncı, eşdeğer sürekli silindir basıncı ve silindir basınç seviyesi spektrumu olarak, sıkıştırma sonu basıncına ve tutuşma gecikmesine bağlı olarak ampirik denklemlerle ifade edilmiştir. Ampirik denklemlerin deneysel çalışma sonuçlarıyla olan uyumu, serpilme diyagramları ortalama sapma ve regresyon katsayılarıyla incelenmiştir. Ayrıca hata analiziyle ampirik denklemlerdeki parametrelerin hata oranına etkisi ve toplam hata oranı incelenmiştir. Son olarak çalışmanın genel bir.değerlendirmesi yapılmış elde edilen sonuçların bilime getirdiği yenilikler ve çalışmanın devam edilmesi gereken yönleri sunulmuştur. Ocak, 2005Metin GÜMÜŞ VIII

Abstract:
ABSTRACT EFFECT OF IGNITION DELAY ON CYLINDER PRESSURE LEVEL IN DIESEL ENGINES Due to increasing interest in environmental issue in recent years, studies on diminishing noise pollution besides air and water pollution have been increased. Noise of traffic on road which originates especially from motor vehicle with diesel engine is most important noise source. There are numerous reasons of noise formation in diesel engine. The most important of noise source of motor vehicle with diesel engine is combustion noise ignition delay which is first phase of combustion is the most important parameter determining diesel knock. Noise source emanating from the engine is vibrations of engine tools result from diesel knock. Studies made so far focus on factors affecting ignition delay which determines combustion noise. But combustion noise investigated under effect of parameters individually that affect ignition delay. Effect of all factors determining ignition delay has not been investigated as only one parameter (Ignition Delay). Ignition delay, which is the first stage of combustion, is the most important cause of combustion noise. Therefore it must be optimized at low engine speed and load in which combustion is most effective on engine noise. This experimental study consists of two stages, first determining ignition delay and the second determining effect of ignition delay on cylinder pressure level. IXIn the first stage, effects of important factors (compression ratio, fuel injection timing, intake air temperature, equivalence ratio) on ignition delay have been investigated experimentally and ignition delay has been changed under control. Empirical equations used to express ignition delay has been examined, approach of determining single stage half empirical equation proposed in this study has been given and least square method for determining constant of this empirical equation has been presented. Cylinder pressure and temperature have been determined by using experimental data in order to expressing ignition delay with empirical equation. In the second stage, firstly, engine running conditions in which combustion noise is most effective on the engine have been determined by examining changing of cylinder pressure level and engine noise according to engine revolution and load on the frequency spectrum. By changing ignition delay under control effects of factors that affect combustion noise have been examined. Only effect of ignition delay has been determined experimentally by examination of cylinder pressure level. Cylinder pressure as equivalent continuous cylinder pressure and cylinder pressure spectrum have been expressed with empirical equations. Conformance of empirical equation with experimental results has been examined with scatter diagrams, mean deviation and regression coefficient. Furthermore effects of empirical equation parameters on error rate and total error rate have been examined with error analyze. Finally results of this study has been evaluated generally, contributions of obtained results to science and possible future studies have been presented. January, 2005 Metin GÜMÜŞ