Dizel motorlarda çoklu ön püskürtme stratejilerinin performans ve emisyon açısından optimizasyonu
Performance and emission optimization of multiple pilot injection strategies in diesel engines
Yazar: MURAT GÜLER
Danışman: PROF. DR. MUAMMER ÖZKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Dizel motorlar = Diesel engines ; Genetik algoritmalar = Genetic algorithms ; Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; Yakıt püskürtme sistemleri = Fuel injection systems ; Çok kriterli optimizasyon = Multi criteria optimization ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Dizel motorlarda çoklu püskürtme veya bölünmüş püskürtme stratejileri giderek ağırlaşan emisyon standartlarına uyum sağlanması açısından oldukça büyük potansiyele sahiptir. Bu tip stratejiler hem emisyon hedeflerine ulaşılmasını kolaylaştırmakta hem de motor gürültüsünü azaltarak sürüş konforuna da katkı sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında da iki ön püskürtme ve bir ana püskürtmenin uygulandığı stratejilerin motor performansı ve emisyonları açısından optimizasyonunda kullanılmak üzere bir motor modeli oluşturulması ve oluşturulan model ile optimizasyon çalışması gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir.
Termodinamik motor modelinin oluşturulması için GT-Suite programı kullanılmıştır. Öncelikle hava yolunun kalibrasyonu gerçekleştirilen motor modelinde daha sonra kullanılan öngörülü yanma modeli tek bir noktada kalibre edilmiş ve diğer tüm işletme koşullarında aynı yanma modeli kullanılarak
simülasyon sonuçları valide edilmiştir.
Çoklu ön püskürtme parametrelerindeki değişimlerin motor performansına ve emisyonlara etkileri termodinamik model ile yapılan simülasyonlar ile ortaya koyulmuş ve sebepleri irdelenmiştir. Yapılan bağıl duyarlılık analizi ve Spearman korelasyon katsayıları analizleri ile performans ve emisyon değerleri üzerinde en etkili parametre 2. ön püskürtme miktarı olurken en az etkili parametre ise 2. ön püskürtme açısı olmuştur. Oluşturulan termodinamik model, seçilen bir işletme şartında çoklu ön püskürtme parametrelerinin optimizasyonu için kullanılmış ve genetik algoritmanın kullanıldığı optimizasyon çalışmasında fren gücü korunurken NOx emisyonlarının en aza indirilmesi hedeflenmiştir. Optimum olarak bulunan çoklu ön püskürtme parametreleri ile NOx emisyonunda 25% oranında azalma elde edilirken, fren gücü 0,7% oranında artış göstermiştir.

Abstract:
Multiple injection or split injection strategies in diesel engines have great potential to comply with increasingly stringent emission standards. Such strategies both facilitate the achievement of emission targets and contribute to driving comfort by reducing engine noise. In this thesis, it is aimed to create an engine model to be used in the optimization of the strategies in which two pilot injections and one main injection are applied in terms of engine performance and emissions and to
carry out an optimization study with the created model.
GT-Suite software was used to create the thermodynamic engine model. First of all, the airpath of the engine was calibrated then the predictive combustion model used in the engine model was calibrated at a single point and the simulation results were validated using the same combustion model in all other operating conditions.
The effects of changes in multiple pilot injection parameters on engine performance and emissions have been demonstrated by simulations made with axxiii thermodynamic model, and the reasons have been examined. With the relative sensitivity analysis and Spearman correlation coefficient analysis, the most effective parameter on performance and emission values was the 2nd pilot injection quantity, while the least effective parameter was the 2nd pilot injection timing. The created thermodynamic model was used for the optimization of multiple pilot injection parameters at a selected operating point, and in the optimization study using genetic algorithm, it was aimed to minimize NOx emissions while maintaining brake power at that point. With the optimum multiple pilot injection parameters, a 25% reduction in NOx emission was achieved, while the brake power increased by 0,7%.