LPG kullanılan motorlarda hava yakıt oranının kontrolü
Air fuel ratio control in LPG injected SI engine
Yazar: HÜSEYİN KÖKSAL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ALİRIZA KALELİ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İçten yanmalı motorlarda çıkış parametrelerinin ölçüm ve kontrol yöntemleri, performans ve emisyon karakteristiklerinde iyileşmeler elde edebilmek için çok önemlidir. Hem buji ateşlemeli hem de sıkıştırma ateşlemeli motorlarda farklı çalışma koşullarına göre hava-yakıt oranı, ateşleme avansı, enjeksiyon süresi, subap zamanlaması, egzoz gazı resirkülasyon oranı ve sıkıştırma oranı gibi çalışma parametrelerinin etkin bir şekilde uyarlanması motor karakteristiklerinde ciddi ölçülerde artış sağlar. Bu parametrelerden biri de hava-yakıt oranıdır ve özellikle buji ateşlemeli motorlarda mükemmel performans ve egzoz emisyon karakteristikleri elde edebilmek için kusursuz bir şekilde kontrol edilmelidir. Benzin ile çalıştırılan buji ateşlemeli motorlarda sitokiyometrik hava yakıt oranı 14.7 iken bu değer LPG'li motorlarda LPG'nin ağırlıklı bileşenlerinden ikisi Propan ve Bütanın karışımdaki yüzdelerine göre değişir. Katalitik konvertörün verimliliğini optimize edebilmek için, ki böylece egzoz emisyonları da minimize edilmiş olur, LPG yakıtlı buji ateşlemeli motorda sitokiyometrik hava-yakıt oranı sağlanmalıdır. Benzin bileşimi nispeten sabit iken güçlü bir hava yakıt kontrol sistemi oluşturmak mümkündür. Fakat LPG bileşimi önemli ölçüde değişkenlik arz eder ve LPG bileşimindeki bu değişkenlik hava yakıt oranı kontrol stratejisini etkiler. Geleneksel LPG dönüşüm sistemlerinde, LPG'nin sıvı fazdan gaz fazına geçmesi için kullanılan regülatör bulunur. Sıralı çok-nokta port püskürtmeli LPG sistemlerinde, bağımlı bir elektronik kontrol ünitesi bulunmaktadır ve bu ünite benzin enjeksiyon sistemi içinde yer alan asıl elektronik kontrol ünitesinin kontrolündedir. Asıl elektronik kontrol ünitesi benzin enjektörleri için darbe süresini tayin eder ve bağımlı elektronik kontrol ünitesi bu bilgiyi bir katsayı ile çarparak çalışma şartlarını belirler. Bu çalışmanın amacı, LPG dönüşümü yapılmış buji ateşlemeli bir motorda hava fazlalık katsayısını geniş band oksijen sensörü kullanarak kontrol ederek kontrol kalitesini artırmaktır. Bu çalışmada, sistem tanımlama teknikleri kullanılarak hava fazlalık katsayısı PID denetleyici ile ilişkilendirilmiştir. Bu şekilde tasarlanan kontrol algoritmaları daha sonra LabView ortamında oluşturulmuş ve alan programlanabilir kapı dizileri (FPGA) şasisine yüklenmiştir.

Abstract:
The measuring and control methodologies of the internal combustion engine operating parameters are very important to improve performance and emission characteristics. Effectively adjusting the operating parameters such as air– fuel ratio, spark timing, fuel injection timing, valve timing, exhaust gas recirculation ratio and compression ratio at different operation conditions in spark and compression ignition engines improves significantly the engine characteristics. One of them is air-fuel ratio, and it must be precisely controlled especially in spark combustion engines in order to achieve excellent performance and exhaust emission characteristics. Stoichiometric air-fuel ratio of gasoline fueled spark ignition engines is 14.7, whereas it depends on the major components of LPG with the proportion of propane and butane. In order to ensure the catalytic converter efficiency is optimized, and thus the exhaust emissions are minimized, the stoichiometric air-fuel ratio should be provided in LPG fueled spark ignition engines. As the gasoline composition is relatively constant, it is possible to produce a robust air-fuel ratio control system. However the composition of LPG is considerably more variable, and change in the component of LPG affects the control strategy of the air-fuel ratio. In the conventional LPG fuel conversion systems, there is a regulator/vaporizer which is used for changing the phase of LPG from liquid to gaseous form. In the sequential multi-point port LPG injection systems, there is a slave electronic control unit and it is under the control of master electronic control unit designed for the gasoline injection systems. The master electronic control unit determines the pulse time for gasoline injectors, then the slave LPG electronic control unit uses that information and multiplies it by a factor that accounts for the different duty cycle of the LPG regulators. The main purpose of this study is to produce an air-fuel ratio control system for LPG fueled engines by using a wideband lambda sensor to increase the quality of the control. In this study, the air-fuel ratio has been correlated with PID controller by using system identification techniques. The control algorithms designed by this way have been built up in LabVIEW platform, and installed in the field programming gate array (FPGA) chassis.