Motorlarda yanma süresindeki değişimin farklı zaman aralıklarında incelenmesi
Investigation of the variation in burn duration with different periods in engines
Yazar: MUSTAFA NAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN EMRE DOĞAN
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Buji ateşlemeli motorlar = Spark ignition engines ; Yanma = Combustion ; Yanma olayı = Combustion process

Özet:
İçten yanmalı motorlarda yanma analizine dayalı yapılan çalışmalar, araştırma ve geliştirmenin en temel unsurlarındandır. Bu tez çalışmasında yanma süresinin tespitinde kullanılan %5-%90 sürecindeki değişimler incelenmiştir. Çalışmalarda doğal gaz yakıtlı, buji ateşlemeli, dört zamanlı ve tek silindirli bir motorda ölçülmüş silindir basınçları kullanılmıştır. 
İlk aşamada 200 çevrimden elde edilen ortalama bir çevrime ait basınç verileri kullanılmıştır. Literatürde de kullanılan yakıtın %5'i ve %90'ının yandığı konumlar arasında geçen süreler karşılaştırılmıştır. Bu incelemede stokiyometrik karışımdan aşırı fakir karışıma gidildikçe yanma süresinin önce azalıp sonra arttığı görülmüştür. Bu değişimi daha detaylı incelemek için yanmanın bittiği nokta olarak %50, %60, %80 gibi konumlar seçilmiştir. Daha sonra %5-%80 gibi süreçlerdeki değişim de incelenmiş ve %5-%90 sürecinden farklı bir eğilim oluştuğu tespit edilmiştir. İkinci bir yaklaşım ile 200 adet çevrime ait basınç verisindeki çevrimsel farklılıklar, yanma süreçlerini de kapsayacak şekilde Python programında oluşturulan bir yazılım ile değerlendirilmiştir. Ortalama efektif basınç arttıkça yanma süresi ve yanma sürelerindeki değişim katsayısı azalmıştır. Fakat %5-%90 sürecinin, en yüksek değişimin olduğu bölge içerisinde kaldığı tespit edilmiştir. Oysaki %5-%80 sürecinin değişim katsayısının, %5-%50 sürecinden çok farklı olmadığı görülmüştür. Son olarak motor dönme sayılarının ve ortalama efektif basıncın değiştiği durumlarda, hava fazlalık katsayısına göre yanma sürelerindeki çevrimsel farklılığın değiştiği noktanın tespitine dair bir anket çalışması yapılmıştır. Katılımcıların %68'i, %5-%82 ve %5-%85 süreçlerinde eğilimin değiştiği yönünde görüş bildirmişlerdir. 
Sonuç olarak farklı deney koşullarında üç farklı yaklaşım ile yanma süreçleri incelenmiştir. Özellikle karışımın fakirleştiği şartlarda yanma süresinin değerlendirilmesi açısından en uygun sürecin %5-%80 aralığı olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Studies based on combustion analysis in internal combustion engines are the most important part of research and development activities. In this study, the changes in the 5%-90% period, which is generally used to determine the burn duration in the literature, were examined. Cylinder pressures were measured in a natural gas-fueled, spark-ignition, four-stroke and single-cylinder engine.
In the first stage of the study, pressure data of an average cycle, which was obtained from 200 consecutive cycles, were used. The duration between the positions where 5% and 90% of the burned fuel was compared. It was observed that the burn duration first decreased and then increased from the stoichiometric mixture to the ultra-lean mixture. Under the same experimental conditions, positions such as 50%, 60%, 80%, etc. were selected instead of the 90% position where the combustion completed. Then, the change in all defined period, such as 5%-80%, was examined and it was determined that a different trend occurred from the 5%-90% period. On the other hand, the cyclic differences in the pressure data of 200 consecutive cycles, including the new defined burning periods, were examined with a created software in the Python. Cyclic differences in the 5%-90% period were among the highest values in the all defined periods. Whereas the CoV of the 5%-80% process was not much different from the 5%-50% process. In the last stage of the thesis, a survey was conducted to determine the point at which the cyclic variations of burn durations were dramatically changed according to the relative air/fuel ratio. In this survey, 68% of the participants chose the 5%-82% and 5%-85% periods as the point where the trend broke down.
As a result, burn durations were examined with three different approaches under all experimental conditions. It has been determined that the most appropriate period for evaluating the burn duration is the 5%-80%, especially in conditions where the mixture becomes very lean.