Bir yarış aracı motorunun tek boyutlu termodinamik modellenmesi ve performans kalibrasyon optimizasyonu
One dimensional engine modeling and calibration optimization: Racing car gasoline engine case
Yazar: AYBERK PEKER
Danışman: DOÇ. DR. ORKUN ÖZENER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Motor kalibrasyon ve geliştirme çalışmaları finansal ve teknik rekabet sebebiyle 
günden güne daha optimize ürünlere ihtiyaç duymaktadır. Günümüzde bir boyutlu 
motor modellemesi tekniğinin içten yanmalı motor geliştirme çalışmalarında;
motor geliştime sürelerinin ve maliyetlerinin azaltılması, farklı parametrelerinin 
birbirlerine etkileşimlerini anlama, HIL ve SIL sistemleri olan modellerin entegre 
edilmesi gibi birçok alanda kullanması mümkündür. Bu sebeplerden dolayı bir 
boyutlu motor modellemesi tekniği içten yanmalı motor geliştirme çalışmalarında 
kritik rol oynamaktadır. Bu çalışmada 4 silindirli 600 cc doğal emişli ve port 
enjeksiyon sistemine sahip Otto prensibine göre çalışan bir içten yanmalı motor 
kullanılacaktır. Tezde üzerine çalışacak motor aynı zamanda Formula Student 
yarışlarında Yıldız Teknik Üniversitesi YTU Racing takımının araçının motorudur. 
Bir boyutlu analiz programı olarak sektörde oldukça yaygın olarak kullanılan GTSuite programı kullanılmıştır. Hava yolu modellemesi için GT-Suite programının alt 
programı olan GEM 3D programı kullanılmıştır. Hava emiş ve egzoz hatları bir 
boyuta indirgenmiş ve çap ve uzunluk gibi geometrik değerleri analizlerde değişken 
olarak kullanılmak üzere parametrize edilmiştir. Kurulan bir boyutlu motor modeli, 
test datası korelasyonundan sonra emme ve egzoz manifold boru çap ve uzunlukları,
emme ve egzoz valf zamanlamaları daha verimli bir motor elde edilmek amacıyla 
optimize edilmiştir. Yakıt tüketimi optimizasyonu yapılırken herhangi bir dayanım 
sorunundan kaçınmak için test datasında elde edilen egzoz gaz sıcaklığı limit olarak 
kullanılmıştır. Tüm bunların sonunda optimize edilen bir boyutlu motor modeli 
kullanılarak kalibrasyon haritaları elde edilmiştir.

Abstract:
Engine calibration and development process needs more optimized products due to 
powertrain performance improvement, financial competition and technical 
challenges. Nowadays, it is possible to use one dimensional tools on many purposes, 
such as in order to reduce development/calibration time and cost , examine the 
effect of many parameters on each other, integrated model setup for with HIL 
(hardware in the loop) or SIL (software in the loop) systems. Therefore, one 
dimensional engine modeling play a critical role in engine development process. In 
this study, engine to be analyzed, 4-cylinder 600 cc naturally aspirated port injection 
Otto engine which is used in a Formula Student Race Car. GT-Suite was used as an 
one dimensional analyze software which is commonly used in the sector. GEM 3D 
software which is sub-software of GT-Suite, has been used for air path modeling. Air 
intake and exhaust paths are modeled and reduced to one dimension. The geometric 
variables such as diameter and length of the parts are parameterized in order to 
optimized the geometry to more efficient engine. Engine model has been correlated 
in terms of test data. After engine model correlation, intake runner length and 
diameter, exhaust pipes diameter, intake and exhaust valve timing were determined 
to obtain best fuel consumption without exceed exhaust gas temperature limits at 
base model. Calibration maps were generated using the optimized one dimensional
engine model.