İçten yanmalı motorlarda proses ve emisyon modellemesi
Modelling of internal combustion engine processes an emissions
Yazar: AYKUT SAFA
Danışman: DOÇ. DR. TAMER YILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Bu çalışmada, pratik ve gerçeğe yakın sonuç sağlayan yöntemler kullanılarak, içten yanmalıpistonlu motorlarda termodinamik çevrim simülasyonu amaçlanmıştır. Simülasyonda, motorprosesleri alt proseslere ayrılarak bilgisayar programı yardımıyla hesaplanmıştır. Simülasyon,dizel (sıkıştırma ateşlemeli) ve benzin (kıvılcım ateşlemeli) motorları için performans veemisyonlar açısından değerlendirilmiştir. Termodinamik simülasyonda, termodinamiğin I.kanunu, kütlenin korunumu ve ideal gaz denklemleri kullanılmıştır. Yanma gidişi, ısıtransferi, tutuşma gecikmesi ve emisyon oluşumu alt prosesler olarak modellenmiştir. Yanmaodası birden fazla bölgeye ayrılarak, silindir içerisindeki ortalama değerler yerine gerçeğedaha yakın değerler kullanılmaya çalışılmıştır. Böylelikle, özellikle emisyon hesaplarındadaha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca, motor parametrelerinin (silindir çapı, stroğu, yanmabaşlangıcı, yanma süresi, vb.) motor performansı ve emisyonlar üzerindeki etkileriincelenmiştir.Sıfır boyutlu simülasyonun yapıldığı çalışmada, iki bölgeli ve üç bölgeli yanma modellerikullanılarak yanma odası içerisindeki durum değişkenleri hesaplanmıştır. Üç bölgeli modelde,silindir içerisindeki yanmış ve yanmamış gaz bölgesinin yanı sıra boşluk hacmi bölgesiüçüncü bölge olarak alınmıştır. Dizel motorunda iki bölgeli model, benzin motorunda üçbölgeli model kullanılmıştır.Sıkıştırma başlangıcındaki yüksek dolgu sıcaklıkları yüksek emisyonlara neden olmaktadır.Yanma başlangıcı ve süresi NOx ve HC emisyonlarının oluşumunu önemli ölçüdeetkilemektedir. Yanma başlangıcının ÜÖN'ya yaklaşması ya da yanma süresinin uzamasıemisyonlarda azalmaya neden olmaktadır. Boşluk hacmi simülasyona katılarak, özellikle HCemisyonlarının boşluk hacmindeki azalma ile önemli miktarda azaltılabileceği gösterilmiştir.Anahtar kelimeler: İçten Yanmalı Motorlar, Motor Proses Simülasyonu, Yanma Modelleri,Emisyonlar.

Abstract:
In the present study, thermodynamic cycle simulation of reciprocating internal combustionengines using simple and efficient methods is aimed. In the simulation, engine processes aredivided into sub processes and evaluated with the computer simulation code. Simulation forboth CI (Compression Ignition) and SI (spark ignition) engines are evaluated for performanceand emissions. Thermodynamic simulation is performed using energy balance, mass balanceand ideal gas equations. Heat release rate, heat transfer, ignition delay, and emissionformations are modeled as sub processes. Combustion chamber is divided into multi zones,and closer to real in-cylinder values are used rather than mean ones to obtain better emissionpredictions. And effects of engine parameters, i.e. bore, stroke, combustion start andcombustion duration, on engine performance and emissions are investigated.In the zero dimensional simulation, using two and three zone combustion models, statevariables in the combustion chamber are evaluated. In the three zone model, in addition toburned and unburned zones, crevice volume is taken as the third zone. The two zone model isapplied to a CI engine and the three zone model is applied to a SI engine.Higher charge temperatures at combustion start causes higher emission levels. Combustionstart and duration affects formation of NOx and HC emissions, considerably. Closer thecombustion start to TDC or longer the combustion duration, causes reduction in emissions.With including crevice volume into the simulation and it is presented that, due to decrease increvice volume, particularly, significant reduction in HC emissions can be achieved.Keywords: Internal Combustion Engine, Engine Process Simulation, Combustion Models,Emissions.