Homojen dolgulu sıkıştırma ile ateşlemeli bir benzin motorunda supap kalkma miktarının yanma ve performansa etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of valve lift in a homogenous charged compression ignition gasoline engine on combustion and performance
Yazar: AHMET UYUMAZ
Danışman: PROF. DR. CAN ÇINAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Egzoz emisyonları = Exhaust emissions ; Homojen karışımlı sıkıştırmalı ateşlemeli motorlar = Homogeneous charge compression ignition engines ; Motor performansı = Motor performance ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Homojen dolgulu sıkıştırma ile ateşlemeli motorların düşük yüklerde ateşlenememe yüksek yüklerde vuruntu problemleri bulunmaktadır. Fakat HCCI yanması daha fakir karışımlarla gerçekleşebilmekte ve yüksek ısıl verim elde edilebilmektedir. Bu çalışmada tek silindirli, dört zamanlı, buji ile ateşlemeli bir motorun HCCI moduna dönüşümü gerçekleştirilmiştir. Motorun HCCI dönüşümü için farklı supap kalkma miktarına sahip bir değişken supap mekanizması tasarlanarak imal edilmiştir. Farklı supap kalkma miktarı (5,5, 3,5 ve 2 mm) emme havası giriş sıcaklığı (20°C-120°C) ve lambda değerleri için (λ=0,5-2) HCCI çalışma aralığı belirlenmiştir. Deney motoru farklı emme havası giriş sıcaklığı ve lambda değerlerinde 800-1900 1/min motor hızları arasında HCCI yanma modunda çalıştırılmıştır. Silindir içi basınç, ısı dağılımı, indike ortalama efektif basınç, çevrimsel farklılıklar, motor performansı ve egzoz emisyonlarının değişimi tam yükte incelenmiştir. HCCI yanmasını sınırlayan ateşlenememe, kısmi yanma ve vuruntu bölgeleri belirlenmiştir. Emme havası giriş sıcaklığının arttırılması HCCI motorun daha fakir karışımlarla çalışmasına müsaade etmiştir. Supap kalkma miktarının azaltılması ile silindirde tutulan art egzoz gazı miktarı artış göstermiştir. Sonuçta HCCI çalışma aralığının ateşlenememe ve vuruntu sınırlarında genişleme görülmüştür. Stokiyometrik karışım oranında yapılan deneylerde 1000 1/min motor hızında EM 3,5-EG 3,5 supap mekanizması ile EM 5,5-EG 3,5 supap mekanizmasına göre HC emisyonları % 53,8, CO emisyonları % 8,2 azalmıştır. 1000 1/min motor hızında stokiyometrik oranda 100°C sabit emme havası giriş sıcaklığında en düşük motor momenti EM 5,5-EG 2 ile elde edilmiştir.  EM 5,5-EG 3,5 supap mekaniması ile motor momenti EM 3,5-EG 3,5 supap mekanizmasına göre % 9,5 azalmıştır.

Abstract:
HCCI engines have misfiring and knocking problems at low load and high load respectively. However HCCI combustion can be achieved with leaner mixture and high thermal efficiency can be obtained. In this study, a single cylinder, four stroke, spark ignition engine was converted to HCCI combustion mode. A variable valve mechanism including different valve lifts was designed and manufactured for the conversion of HCCI engine. The effects of different valve lifts (5.5, 3.5 ve 2 mm), intake air temperature (20°C-120°C) and lambda (λ=0.5-2) were investigated on HCCI combustion and HCCI operating range was determined..  The test engine was run at different intake air temperature (20°C-120°C) and lambda (λ=0.5-2) at full load between engine speeds of 800-1900 rpm on HCCI combustion mode. The variation of cylinder pressure, heat release rate, indicated mean effective pressure, cyclic variations, engine performance and exhaust emissions were investigated. Misfiring, partial combustion and knocking regions that limited HCCI operating range were determined. The increasing intake air temperature let the HCCI engine operate at leaner air-fuel mixtures. The test results showed that residual gas fraction increased with decreasing of valve lifts. As a result, HCCI operating range has been expanded in terms of misfiring and knocking limits. When EM 3.5-EG 3.5 valve mechanism used, HC and CO emissions were decreased by 53.8 %, 8.2 %, respectively, in the experiments which conducted at stoichometric mixture ratio and 1000 rpm according to EM 5.5-EG 3.5 valve mechanism. The minimum engine torque was obtained by EM 5.5-EG 2 valve mechanism at stoichometric mixture ratio, the engine speed of 1000 rpm and 100°C constant intake air temperature. Engine torque decreased by 9.5 % When EM 5.5-EG 3.5 valve mechanism used according to EM 3.5-EG 3.5.