Buji ateşlemeli bir motorda toplam yanma süresindeki değişimin termodinamik bir model ile incelenmesi
Investigation of the variation of combustion duration in a spark ignition engine with a thermodynamic model
Yazar: ABDULLAH KAYA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDURRAHMAN DEMİRCİ
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Termodinamik model = Thermodynamical model

Özet:
Günümüzde kullanılan içten yanmalı motorlar, yakıtın yanma odası adı verilen bir hacimde yakılması sonucu ortaya çıkan enerjinin basınç şeklinde piston üzerine etki ederek, pistonu hareket ettirip, ısı enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinelerdir. Temel olarak buji ile ateşlemeli (benzinli) ve sıkıştırma ile ateşlemeli (dizel) motorlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. İçten yanmalı motorlar ile ilgili yapılan çalışmaların çoğu yakıt tasarrufu ve zararlı egzoz emisyonlarının iyileştirilmesi üzerinedir. Deneysel çalışmaların yüksek maliyetli ve deney sürecinin uzun zaman alması araştırmacıları matematiksel modelleme ve analiz programlarına yönlendirmiştir. 
Bu çalışmada, buji ateşlemeli motorlar için sanki boyutlu bir termodinamik model oluşturulmuştur. Modelde emme ve egzoz süreci noktasal olarak hesaplanmıştır. Sıkıştırma ve genişleme süreci ise 0,5 °KMA adımlarla basınç, sıcaklık ve hacim değerleri hesaplanmıştır.  Yanma sürecinde yanan yakıt miktarı Vibe fonksiyonu kullanılarak hesaplanmıştır. Vibe fonksiyonu sayesinde yanma sonucu açığa çıkan ısıl enerji miktarı hesaplanabilmiştir. Bu çalışmanın temel amacı Vibe fonksiyonunun değişkenlerinden olan toplam yanma süresinin formülize edilebilmesidir. Model python yazılımını kullanarak çalıştırılmıştır. Oluşturulan model farklı motor devri, sıkıştırma oranı, hava fazlalık katsayısı ve hacimsel verim değerlerine göre çalıştırılmış ve toplam yanma süreleri hesaplanmıştır. Herbir çalışma noktası için model ile elde edilen sonuçlar ve deneysel çalışmalar ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. 
Bu çalışmanın temel amacı oluşturulan sanki boyutlu termodinamik modelde bulunan toplam yanma süresi değişiminin regresyon analizi ile deneysel sonuçlara bağlı olarak incelenmesidir. Toplam yanma süresinin doğru belirlenebilmesi için hesaplanan ortalama indike basınç ile deneyden elde edilen ortalama indike basınç arasındaki fark %5'ten küçük olacak şekilde toplam yanma süresi değiştirilmiştir. Toplam yanma süresi değerlerindeki değişimin anlamlandırılması için regresyon analizi yapılmıştır. Regresyon analizi ile R2 değeri %90 civarı olmak üzere iki farklı toplam yanma süresi formülü oluşturulmuştur.

Abstract:
The internal combustion engines used today are machines that convert thermal energy into mechanical energy by causing pressure on a piston as a result of the energy produced by the combustion of fuel in a volume called the combustion chamber. They are divided into two different types, one of them is spark ignition (petrol) engine and the other one is compression ignition (diesel) engine. Most of the research on internal combustion engines focuses on improving fuel efficiency and reducing harmful exhaust emissions. The high cost and time-consuming nature of experimental studies have led researchers towards mathematical modeling and analysis programs.
In this study, a quasi-dimensional thermodynamic model has been created for spark ignition engines. The intake and exhaust processes are calculated step by step in the model. Pressure, temperature, and volume values are calculated for 0.5-degree crank angle steps at the compression and expansion periods. The amount of burned fuel in the combustion process is calculated using the Vibe function. Thanks to the Vibe function, the amount of thermal energy released as a result of combustion can be calculated. The main aim of this study is to formulate the total combustion duration as one of the variables of the Vibe function. The model was run using Python software. The created model was operated based on different engine speeds, compression ratios, air-fuel ratios, and volumetric efficiency values, and the total combustion durations were calculated. The results obtained with the model for each operating point were compared with the results obtained from experimental studies.
The main purpose of this study is to examine the change in total combustion duration with the created quasi-dimensional thermodynamic model in relation to experimental results through regression analysis. In order to accurately determine the total combustion duration, it was modified to have a difference of less than 5% compared to the calculated average mean indicated pressure and the average mean indicated pressure obtained from the experiment. Regression analysis was conducted to interpret the variation in total combustion duration values. With a regression analysis, two different formulas for total combustion duration were created, with an R2 value of around 90%.