Değişken geometrili türbin kullanımının dizel motor performans karakteristiklerine etkilerinin incelenmesi
The effect of variable geometry turbine (VGT) turbocharger on diesel engine performance characteristics
Yazar: MİRAÇ ÖZTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. TARKAN SANDALCI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Motordan elde edilen güç; motor deviri, hacmi, silindir içerisinde yanan yakıt ve silindir içerisine alınan hava miktarı ile orantılıdır. Doğal emişli motorlarda silindir içerisine alınan hava motor hacmine bağlıdır. Silindirlere birim hacimde daha fazla hava almak için 'aşırı doldurma' sistemleri geliştirilmiştir. Böylece motor hacmi ve motor devri değiştirilmeden motorda güç artışı sağlanmıştır.

Dizel motorlarda kullanılan aşırı doldurma yöntemleri egzoz gazı ile aşırı doldurma ve mekanik aşırı doldurma şeklinde ikiye ayrılmaktadır. Egzoz gazı ile aşırı doldurma yöntemlerine; basınç dalgaları ile aşırı doldurma, iki kademeli turboşarj, iki girişli türbine sahip turboşarj, değişken geometrili türbine sahip turboşarj örnek gösterilebilir.

Bu çalışmada, değişken geometrili türbinin kanatçıkları elektronik olarak kontrol edilip, özellikle düşük motor devirlerindeki performans iyileştirilmeleri incelenecektir.

İlk olarak motor performans analizlerinde kullanılan GT-POWER programında 1-D motor modeli oluşturulmuştur. Bu model, normal turboşarja sahip dizel motor modeli olup, test sonuçları ile valide edilmiştir. Daha sonrasında, düşük motor devirlerinde hedeflenen tork değerleri için gerekli olan emme manifoldu basıncı ve debiye göre tedarikçilerden turboşarj haritası istenilmiştir. Değişken geometrili turboşarjın kompresör ve türbin haritaları motor modelindeki turboşarj ile değiştirilerek, motor modeli simule edilmiştir ve hedeflenen tork değerlerine ulaşabilmek için olması gereken  türbin kanatçık açıları belirlenmiştir. Belirlenen turboşarj tedarikçiden geldikten sonra dizel motora entegre edilmiştir ve dinamometre üzerinde testleri gerçekleştirilmiştir. Tork, Güç, Özgül yakıt tüketimi, lambda, egzoz sıcaklığı gibi motor performans karakteristiklerindeki iyileşmeler incelenmiştir.

Abstract:
The power generated from the engine, depends on engine speed, volume and the fuel combusted in engine and intake air. Intake air depends on engine volume at naturally aspirated engine. To be able to get more air to cylinders, charging systems are developed. Therefore, without changing engine speed and volume, power increase in engines are developed.

Charging methods in diesel engines are divided into two categories as exhaust gas driven and mechanical driven. Comprex, Two-stage, Twin-Scroll and Variable Geometry Turbine can be given example for exhaust gas driven turbocharger.

In this study, rack positions will be controlled with electronic card and especially at lower engine speed performance characteristic will be investigated.

First of all, 1-D engine model is built on GT-POWER software which is used for performance analysis. This engine model refers to waste-gate turbocharged engine and it is validated with engine test results. Then, Turbine and Compressor maps, which depends on intake pressure and flow rate, are requested from suppliers to achieve target torque values at lower engine speeds. Waste-gate turbocharger are replaced with variable geometry turbine turbochargers at 1-D model and it is simulated and turbine rack position is determined. Delivered VGT turbocharger is assemblied to engine and performed on test bench. Improvements in engine performance characteristics are examined like Torque, Power, Break Specific Fuel Consumption, Air excess coefficient(lambda) and exhaust gas temperature.