İçten yanmalı motorlarda değişebilen subap zamanlamasının yakıt ekonomisine etkileri

Abstract

IX ÖZET İçten yanmalı motorlar normal şartlarda belirli bir performansa sahiptir. Ancak kullanım sonucu ve bakım yetersizliği nedeniyle başlangıçta gösterdikleri performansı gösteremezler. Periyodik olarak yapılması gereken kontrol, servis ve ayar işlemlerine çoğu kez gerekli önem verilmez veya ilımal edilir. Supap ayar değerleri içten yanmalı motorların işletme parametrelerinin başında sayıhr ve yakıt tüketimi, motor gücü, yanma ve egzoz emisyonları üzerinde oldukça etkilidir. İçten yanmalı dört zamanlı motorlarda, havanın veya karışımın silindir içerisine alınması ve yanmış gazların silindirden dışarıya atılması supaplar yoluyla gerçekleşir. Supaplar, her çevrim şartında silindirlere optimum dolguyu temin edecek şekilde açılıp kapanmalıdır. Bu nedenle silindir başına en az bir emme ve egzoz supabı bulunmaktadır. Motor performansının arttırılmasına yönelik çalışmalar, bir silindir için birden fazla emme ve egzoz supabı kullanılmasını gerektirmektedir. Bu sayede, özellikle yüksek devirlerde motorun yeterli miktarda dolguyu alabilmesi sağlanırken sürtünme kayıpları da azaltılmaktadır. Ayrıca açılma ve kapanma zamanları, açılma miktarları ve açık kalma süreleri de volumetrik verim açısından oldukça önemlidir. Motor üretici firmalar tarafından verilen supap ayar değerleri, motorun en çok çalıştığı devir aralığı ve düşük yakıt sarfiyatını sağlayan değerler olarakX belirlenmiştir. Bu değerler, motorun çeşitli çalışma şartlan dikkate alınarak emme ve egzoz supapları için ayrı ayrı tespit edilir. Külbütör mekanizmasındaki aşınma,.servis ve bakım yapılırken meydana gelen halalar, arıza hallerinde supap aralık değerlerinin değişmesi motor performansını olumsuz yönde etkiler. Son yıllarda teknolojik gelişmelere paralel olarak motor performansını iyileştirmek amacıyla supap mekanizmalarında da yenilikler yapılmıştır. Değişebilen supap zamanlaması sayesinde yüksek motor devir sayılarında hava ve yakıtın silindirlere girip, egzoz gazlarının silindiri terketmesi (dolgu değişimi) için gerekli olan zamanın yetersizliği, supapların daha uzun süre açık tutulması ile giderilmektedir. Özellikle içten yanmalı benzinli motorlarda emme supabı kapanma zamanlamasının değiştirilmesi, motor performansını arttırır. Supap mekanizmalarında yapılan bazı değişiklikler volumetrik verimin iyileşmesine, motorun performansının yükselmesine ve daha iyi yanmaya imkan verir. Bunlardan bazıları, emme ve egzoz olmak üzere çift kam mili kullanılması, hidrolik ve elektromanyetik supap kumanda sistemi ve silindir üstüne konulan kam mili uygulamalarıdır. Supap aralıkları, supapların açık kalma sürelerini belirleyen önemli değerlerdir. Yüksek devirlerde emme ve egzoz işlemleri için gerekli olan süre azalır. Dolgu değişimini daha verimli hale getirmek için supapların açık kalma süreleri arttırılmaktadır. Aralık değeri azaldığında supap daha erken açılır ve daha geç kapanır. Supaplara verilen aralık değerleri motor sıcaklığının yükselmesi ile ortadan kalkmadığı gibi motorun çalışına parametrelerine ve malzeme özelliklerine bağlı olarak farklı neticeler verebilmektedir ve bu durum performansı önemli ölçüde etkilemektedir. Supapların açılıp kapanmasına ait hız ve ivme eğrileri incelendiğinde görülecektir ki supap yayının özellikleri ile supap kontrol mekanizmasının yapısı, yakıt tasarrufu ve motor performansı parametrelerine doğrudan bağlıdır.

Variable Valve Timing (VVT) has been demonstrated by other authors as a means of improving engine performance and idle quality. The possibility of improving fuel economy as well with VVT is investigated here. The effect of WT on the mechanical efficiency of the engine is a crucial design factor affecting fuel economy. A number of concepts are evaluated with experimental and computer modelling results. Among these, Late Intake Valve Closing (LIVC) is shown to be a practical concept applicable to engines with two intake valves per cylinder where the intake valves can be phased relative to each other to extend the total intake opening period. The objective of this paper is to investigate what fuel economy benefit might be gained from VVT9 in addition to the performance and idle quality benefits. It can be shown that VVT with a liming range which aims only at improving performance at full load does not necessarily give better fuel economy for the vehicle operating under part load conditions. VVT for fuel economy usually reguires significant extension of the variable timing range beyond the performance timing requirement and this has led to a practical VVT concept based on Late Intake Valve Closing which is applicable to engines with multi-intake valves.