Art püskürtme ve dahili EGR stratejilerinin dizel motorlarda uygulanmasının model tabanlı incelenmesi ve optimizasyonu

Abstract

Güncel kirletici emisyon regülasyonları, motor üreticilerini etkili ve düşük maliyetli emisyon azaltma teknikleri geliştirmeye zorlamaktadır. Bu doğrultuda, egzoz gazı son işlem sistemlerinin geliştirme ve işletme maliyetleri ile birlikte motor ve araç üzerine entegrasyonu problemleri nedeniyle, bu cihazların yükünü, boyutunu ve maliyetini azaltmak için silindir içi emisyon azaltma teknikleri üzerinde yoğun çalışmalar sürdürülmektedir. Bu kapsamda, tez çalışması, tek silindirli, ağır hizmet bir dizel araştırma motorunun 1500 rpm hız ve 8.47 bar fren ortalama efektif basıncı (BMEP) çalışma noktasındaki tek ve art püskürtme test sonuçları ile valide edilmiş tek boyutlu motor çevrimi simülasyonu aracılığıyla emme supabının ana açılmadan sonra genişleme veya egzoz stoğunda bir miktar tekrar açılmasıyla dahili egzoz gazı resirkülasyonu ve püskürtülen toplam yakıt miktarının kütlesel olarak 0%-15% aralığında bölünerek ana püskürtmeden sonra art püskürtme şeklinde uygulanmasının NOx , is ve yakıt tüketimi üzerine etkilerinin incelenmesini ve yakıt tüketimini makul düzeyde tutarak, sıkıştırma ateşlemeli motorlarda yanma karakteristiğine bağlı olarak birbirleriyle denge ilişkisinde bulunan NOx ve is emisyonlarını optimize etmeyi amaçlayan sayısal çalışmaları içermektedir. Doğrulanmış motor modeli ile dahili EGR’ye bağlı olarak emme portu ve silindir arasındaki kütle transferi karakterize edilip art püskürtme ve dahili EGR uygulanması durumunda silindir içi yanma karakteristikleri incelendikten sonra ana püskürtme başlangıcı, ana püskürtmenin bitişi ile art püskürme başlangıcı arasındaki bekleme açısı, emme supabının ikincil açılma fazı ve art püskürtme oranının giriş parametreleri olarak; fren özgül yakıt tüketimi (BSFC), NO ve is emisyonunun ise çıkış parametreleri olarak belirlendiği Latin Hiperküpü örneklemesine göre simülasyonlar gerçekleştirilmiş her bir çıkış parametresi için ileri beslemeli sinir ağları ile eğitilen cevap yüzeyleri elde edilmiştir. Her bir giriş parametresinin BSFC, NO ve is emisyonları üzerine etkisinin incelenmesinin ardından BSFC-NO-is uzayında pareto optimum çözümlerini elde etmek amacıyla çok amaçlı pareto optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar dahili EGR ve art püskürtmenin sırasıyla NO ve is emisyonlarını önemli derecede azaltabildiğini; ana püskürtmeye çok yakın uygulanan art püskürtmenin is oluşumunu artırdığını ve art püskürtmenin is oksidasyon kabiliyetinin ancak ana püskürtmeye bir miktar uzak uygulandığı durumda ortaya çıktığını; art püskürtmenin is emisyonlarını azaltmadaki etkinliğinin dahili EGR oranı ve ana püskürtme zamanlamasından büyük ölçüde etkilendiğini göstermiştir. Ayrıca, ana püskürtme zamanlamasının uygun şekilde tespit edilmesi durumunda dahili EGR ve art püskürtme kombinasyonu ile NO ve isin, BSFC'de makul bir artışla eş zamanlı olarak azaltılabileceği sonucuna varılmıştır.