Model bazlı motor kalibrasyon algoritması geliştirilmesi
Development of model based engine calibration algorithm
Yazar: CİHAN BÜYÜK
Danışman: PROF. DR. MUAMMER ÖZKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Bilgisayar yazılımları = Computer softwares ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Bu çalışma, Python yazalım dilini kullanarak, silindir içi yanma, ısı transferi, sürtünme, mekanik ve emisyon hesaplamaları yapan bir motor modeli sayesinde, bir içten yanmalı dizel motorun, kalibrasyon haritalarının oluşturulması amacı ile bir algoritma ve bilgisayar yazılımı geliştirilmesini kapsamaktadır.

Oluşturulan algoritma ve yazılım, verilen maksimum güç ve tork hedefleri ile birlikte, kullanıcı tarafından belirtilen motorun ana boyutlarını kullanarak, bir hedef motor performans karakteristiği oluşturur. Daha sonra içinde barındırdığı motor modeli sayesinde, verilen yakıt tüketimi başta olmak üzere, silindir içi basınç, egzoz sıcaklığı v.b. limitleri kullanarak, motorun farklı çalışma devrine ve yüküne bağlı en optimum kalibrasyon haritalarının çıktısını üretir. Ayrıca çalışma kapsamında dizel motorlarda oluşan \(N_2 O\) emisyonunun hesaplanması için yeni bir yöntem de önerilmektedir ve model sonuçları ile test sonuçları kıyaslanmaktadır.

Bu çalışma, motor geliştirme safhasındaki en maliyetli ve uzun süreçlerden biri olan kalibrasyon testleri için pratik bir yöntem ortaya koyar. Test süreçlerinin kısalması, geliştirme fazındaki yakıt sarfiyatının ve buna bağlı maliyetlerin ve emisyon salınımının azalmasına olanak sağlar. Motorun kalibrasyon haritalarının ve performans sonuçlarının, henüz motor tasarımı tamamlanmamışken dahi belirlenebilmesi, motor bileşenlerinin tasarımına veya tedarikine yön verir. Ayrıca, algoritma, belirtilen sınır koşullara göre oluşturduğu haritalar sayesinde, testler esnasında oluşabilecek riskli ve tehlikeli çalışma noktalarının elenmesini sağlar, bu sayede maliyeti yüksek prototip motorları ve test sistemlerini korur. 

Geliştirilen yazılım, yalnızca tasarım ve test süreçlerinde değil, bu konuda öğrenim gören öğrencilerin alacakları eğitimlerde, motorun çalışma dinamiklerinin daha iyi anlaşılabilmesi adına bir araç olarak da kullanılabilir.

Abstract:
This study encompasses the development of an algorithm and computer software for creating calibration maps of an internal combustion diesel engine, using the Python programming language. This is achieved through an engine model that performs calculations for in-cylinder combustion, heat transfer, friction, mechanics, and emissions.

The developed algorithm and software generate a target engine performance characteristic by using the main dimensions of an engine specified by the user, along with given maximum power and torque targets. The engine model within then produces the most optimal calibration maps for different operating speeds and loads of the engine, based on given criteria such as fuel consumption, in-cylinder pressure, exhaust temperature, and other limits. Furthermore, this study proposes a new method for calculating \(N_2 O\) emissions in diesel engines and compares the model results with test results.

This work presents a practical method for calibration tests, which are one of the most costly and time-consuming processes in the engine development phase. The shortening of test processes allows for reduced fuel consumption, associated costs, and emissions during the development phase. The ability to determine the engine's calibration maps and performance results, even before the engine design is completed, guides the design or procurement of engine components. Additionally, the algorithm, by creating maps based on specified limit conditions, helps to eliminate risky and dangerous operating points that may arise during testing, thus protecting expensive prototype engines and test systems. The developed software is not only useful in design and testing phases but can also serve as an educational tool for students in this field, enhancing their understanding of engine operational dynamics.