Motorlarda turboşarz sisteminin  
geliştirilmesi ve analizi
Analyzing and optimization of the turbocharging system in the engines
Yazar: EBRAHİM SAFARİAN
Danışman: PROF. DR. KADİR BİLEN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İçten yanmalı motorlarda, yakıt hava karışımının yoğunluğu arttıkça, motor gücüde artmaktadır. Bunun nedeni ise, karışımın yoğunluğunun artışı her bir güç çevriminde silindire alınan karışım miktarını artırmaktadır. Karışımın artışından dolayı silindirlerde alınan enerji seviyesi yükselmektedir. Böylece daha düşük silindir hacimli motorlardan daha fazla güç üretilebilmektedir. Ayrıca bu şartlarda mekanik kayıplarının miktarı azalıp, motor mekanik verimi artmaktadır. Günümüzde dizel motorlarının neredeyse tamamında bu etkiyi oluşturmak amacıyla turboşarz sistemleri kullanılmaktadır. Turboşarz sistemlerinin amacı yakıt hava karışımının miktarını artırarak daha küçük silindir hacimlerinden daha fazla motor gücü elde etmektir. Turboşarz sistemleri emme basıncını 0,4-3,0 bara kadar artırabilmektedirler. Bu durum motor performansının % 50'ye kadar artması anlamını taşımaktadır. İçten yanmalı motorlar için bu oran önemli bir avantaj sağlamaktadır. Bu tez kapsamında, motor çalışma şartları altında kompresörün yüksek basıncının düşürülmesine yönelik ve ayrıca turboşarz daha kolay devreye girip/çıkmasını sağlayan wastegate ve aktüatörün çalışma şartlarında optimizasyon yapılmıştır. Bu çalışmada, dört silindirli Ford dizel motorunun özelliklerine göre, turbo manikalarına özel CONCEPTS NREC programları kullanarak, modelleme çalışmaları yapılmıştır. En yüksek verimde çalışmayı sağlayan motorun tasarımı kompresör ve türbin kısımlarından oluşan turboşarz kritik noktalarını göz önüne alınarak yapılmıştır. Motorun çalışma şartları dikkate alınarak ilgili programlar ile turboşarz performansı incelenmiştir. Bu araştırmada, turboşarza giren hava ve çıkan egzoz gazlarının akış analizinin yapılmasına ilave, kanatların etrafında oluşan sınır tabakaları detaylı bir şekilde incelenmiştir. Böylece İlgili programlara dayanarak yeni motorların turboşarzların tasarımı yeniden yapılabilmektedir.

Abstract:
In internal combustion engines, the higher the fuel air density, the bigger power of motor is. This is because of enhancement of the increment of the charge value in the cylinder for every power cycle. Therefore with catching the fuel with high density, the amount of energy level in motor is increased. It results in generating of high engine power in the kinds of motors with reduced cylinder volume. Furthermore this condition causes reduction of the mechanical loss which leads to enhancement of internal combustion engine mechanical efficiency. According to mentioned effect, turbochargers are now used in almost all of the diesel engines to increase engine power output. The aim of the use of turbocharger is to increase the power output from the engine with smaller cylinder volume by increasing the amount of fuel-air mixture. Turbochargers can increase the intake pressure from 0,4 up to 3,0 bar. It means that the using of turbochargers can increase the boost pressure and the engine performance by about 50 %. This enhancement is very crucial for internal combustion engines. In this thesis, under engine operation conditions, reduction of high pressure levels of compressor, smoothly starting or stopping of turbochargers by the means of wastegate and actuator operation have been carried out using optimization procedure. In this study, based on four-cylinder Ford diesel engine specification, the professional programs called CONCEPTS NREC were applied for modeling procedure. A turbocharger comprises the compressor and the turbine component. By consideration of compressor and turbine operation and their critical points (SURGE and CHOKE), the turbocharger design is accomplished to obtain the maximum engine efficiency. Under the varying motor conditions regarding load and speed, the performance of turbocharger was investigated by above mentioned programs. In the present work, the flow analyses of inlet air and outlet exhaust gases through the turbocharger were carried. In addition the existing of the boundary layers around the blades was studied. Thus the primary design and analysis of crude engines can be accomplished by means of relevant programs.