8 silindirli dizel motorda 1 boyutlu model korelasyonu ve silindir deaktivasyon teknolojisinin 1 boyutlu model ile incelenmesi
1d model correlation and investigation of cylinder deactivation technology with  8 cylinder diesel engine via 1d model
Yazar: FATİH TEVKÜR
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, ilk olarak bir boyutlu akış analiz programı GT-Power kullanılarak 8 silindirli V tipi dizel bir motor modellenmiş ve motora ait dinamometre testleri referans alınarak tam yük noktalarında motor performans modeli valide edilmiştir. Bu validasyon için, modelde sırasıyla şu adımlar izlenmiştir:

1) Yanma Korelasyonu: Dinamometreden gelen yakıt, moment ve krank açısına bağlı silindir içi basınç parametreleri kullanılarak modeldeki yanma parametrelerinin optimizasyonu gerçekleştirilir.
2) Sürtünme Momenti Korelasyonu: Dinamometrede ölçülen sürtünme momenti, modelde yakıt atmadan elde edilen moment değeriyle eşleşecek şekilde model sürtünme momenti objesi tanımlanmıştır.  
3) Basınç Düşüm Elemanları Kontrolü: Motor hattındaki hava emiş, kompresör çıkış & emme manifoldu arası ve egzoz sistemi basınç düşümleri PID kontrolcü yardımıyla orifis kullanılarak modellenir.
4) Temel Kalibrasyon Parametrelerinin Kontrolü: Model yakıtı PID kontrolcü ile test moment değerine gidilecek şekilde ayarlanır. Enjeksiyon başlangıç zamanı da yine PID kontrolcü ile test silindir içi maksimum basınç değeri elde edilecek şekilde ayarlanır. Ray basıncı ise direkt olarak enjektör objesine girilerek enjektörün yüksek veya düşük basınçta yakıtı püskürteceği ayarlanır. Son olarak modeldeki wastegate pozisyonu da PID kontrolcü ile emme basıncı doğru olacak şekilde ayarlanır.

Tüm bu adımlardan sonra kararlı hal model sonuçları incelenerek kabul edilebilir hata bantlarının içerisinde kalınıp kalınmadığına bakılır. Sonuçlar genel olarak hata bantlarının içerisinde kalıyorsa model validasyonu tamamlanmış kabul edilir.

Sonrasında motorun ömrünün büyük çoğunluğunu oluşturan kısmi yük noktalarında modele silindir deaktivasyon uygulaması yapılarak bu teknolojinin motor performans parametrelerine olan etkisi gözlemlenmiştir. 

Bu kapsamda 3 ayrı durum için karşılaştırma yapılmıştır:

1) Motor Rölanti Noktası: Araç dur-kalk ve kısa süreli duraklamalar gibi sebeplerle ömrünün büyük bir kısmında durur vaziyette çalışmaktır. Bu sebeple bu kısımda silindir deaktivasyon teknolojisinin motor rölanti noktasındaki etkisi özel olarak incelenecektir. 
2) Yük Sabit & Farklı Motor Hızları: Bu kısımda silindir deaktivasyon teknolojisinde motor hızı değişiminin etkisini görebilmek amacıyla, %10 yük sabit tutularak, motorun ömrünün büyük kısmını geçireceği 1900-2700 dev/dk motor hızı aralığı incelenmiştir.
3) Motor Hızı Sabit & Farklı yükler: Bu kısımda ise silindir deaktivasyonun teknolojisinde yük değişiminin etkisini görebilmek amacıyla, 2200 dev/dk yük sabit tutularak, motorun ömrünün büyük kısmını geçireceği %30 yüke kadar olan yük değerleri incelenmiştir.

Yapılan analizlerde silindir deaktivasyon teknolojisinin sağladığı fayda miktarları motorun farklı yüklerinde ve farklı motor hızlarında değişiklik göstermektedir. Buna rağmen genel olarak yapılabilecek çıkarımlar benzerdir ve şu şekilde sıralanabilir:

1) Silindir deaktivasyon ile düşük yüklerde yakıt tüketimi kazancı sağlanır. Bu avantaj yük arttıkça azalır ve belli bir yük değerinden sonra kaybolur.
2) Silindir deaktivasyon ile türbin çıkış sıcaklığında elde edilen avantaj belli bir yük değerinden sonra kaybolmaz ve yük arttığı müddetçe artar.
3) Termal verim birim yakıttan elde edilen faydalı gücün ölçütü olduğundan, aynı güce gidildiğinde yakıt tüketimi iyileşen her noktada termal verimin iyileştiği yorumunu yapmak mümkündür.

Abstract:
With this study, firstly, an 8-cylinder V type diesel engine was modeled by using one-dimensional flow analysis program GT-Power and the engine performance model was correlated at full load points with reference to the dynamometer tests of the engine. For this correlation, the following steps were followed in the model, respectively:

1) Combustion Correlation: Optimization of the combustion parameters in the model is performed by using the fuel, torque and in-cylinder pressure parameters depending on the crank angle from the dynamometer.
2) Friction Torque Correlation: The model friction moment object is defined so that the friction moment measured in the dynamometer matches the torque value obtained with zero fuel. 
3) Pressure Drop Elements Control: Air intake system line, compressor outlet to intake manifold line and the exhaust system line pressure drop values are modeled using the orifice with the help of PID controller.
4) Control of Basic Calibration Parameters: Model fuel is adjusted by PID controller to reach the test torque value. Start of injection is also adjusted with the PID controller so that the cylinder maximum pressure value in the test is obtained. Rail pressure is set directly to the injector object in the model according to the dynamometer test. Finally, the wastegate position in the model is adjusted with the PID controller so that the compressor outlet pressure is correct.

After all these steps, the steady-state model results are investigated and it is checked whether it is within the acceptable error bands. Model validation is considered complete if the results are generally within the error bands.

Afterwards, cylinder deactivation is applied to the model at the partial load points and the effect of this technology on engine performance parameters has been observed.

For this purpose, studies have been performed for 3 different situations:

1) Engine Idle Point: The vehicle will operate at the engine idle point for most of its life time due to reasons such as stop-start and short pauses. For this reason, the effect of cylinder deactivation technology on the engine idle point will be specifically investigated in this section.
2)Constant Load & Different Engine Speeds: In this section, in order to see the effect of engine speed change in cylinder deactivation technology, the engine speed range of 1900-2700 rpm, where the engine will spend most of its life, by keeping 10% load constant, is investigated.
3) Constant Engine Speed & Different Loads: In this section, in order to see the effect of load change in cylinder deactivation technology, the load values up to 30% load, where the engine will spend most of its life, is investigtaed by keeping the engine speed of 2200 rpm constant.

As a result of the study, the advantages obtained with the cylinder deactivation varies according to the engine load and engine speed values. However, results can be generalized and listed as follows:

1) With cylinder deactivation, fuel consumption gain is seen at low loads. This advantage decreases as the load increases and disappears after a certain load value.
2) The advantage obtained with cylinder deactivation at turbine outlet temperature does not end after a certain load value and increases as the load increases.
3) Since the thermal efficiency is the measure of the useful power obtained from the unit fuel, it is possible to assume that the thermal efficiency improves at every point where the fuel consumption improves when the same power is aimed.