Alternatif yakıt kullanımının supap tasarımı üzerindeki etkilerinin incelenmesi

Abstract

Egzoz supapları içten yanmalı motorlarda en ağır şartlarda çalışan elemanlardan biridir. Bu çalışmada içten yanmalı motorlardaki egzoz supaplarının termal ve yapısal analizleri yapılarak alternatif yakıt kullanılması durumunda egzoz supaplarının davranışları incelenmiştir. Sıvı yakıtların kullanılması sırasında supap kafası yüzeyinde oluşan karbon tabakası kalınlıkların egzoz supabının sıcaklıklarını nasıl değiştirdiği de araştırılmıştır. Yapılan analizlerde alternatif yakıt kullanımının etkisinin yanı sıra bir çevrim süresi boyunca sürekli olarak değişen supap yüklerine karşı supapların ne şekilde davranış göstereceği de araştırılmıştır. Supabın kapalı olması sırasında üzerine gelen yanmış gaz basınçları ile supabın açılması sırasındaki yüksek ivmelenmenin meydana getireceği sonuçlar araştırılmıştır. Zaman bağlı dinamik analizlere geçmeden önce egzoz supabının doğal frekanslarının belirlenmesi için modal analiz yapılmıştır. Termal analizler sonucunda ; supaplarda alternatif yakıt olarak LPG nin kullanılması durumunda elde edilen sıcaklık değerlerinin benzin kullanılması durumundaki değerlerden daha düşük olduğu, sıvı yakıt kullanılması sırasında oluşan karbon tabakasının kalınlığının ise egzoz supaplarının sıcaklıklarını düşürdüğü görülmüştür. Zamana bağlı yapısal analizler sonucunda ise alternatif yakıt olarak LPG kullanılmasının yanma ve genişleme zamanındaki supap üzerine gelen yükleri azalttığı görülmüştür. Supabın açılması sırasında yaşanan dinamik olaylar incelenmiş ve bu sırada yaşanan rezonansın nedeni araştırılmıştır.

Exhaust valves are the parts which operate under the most devastating conditions at the internal combustion engines. During this study, behaviors of the exhaust valves are investigated for the alternative fuel consumption by a series of thermal and structural analysis. The effect of the carbon layer thickness at the valve heads to the exhaust valves temperatures is also investigated for the case of the liquid fuel consumption. During this work, beside the effect of the alternative fuel consumption on the internal combustion engines, the behavior of the vales under the continuously changing valve loads is shown for one cycle time period. The results of the high acceleration phenomena during the vales opening due to high exhaust gas pressure to the closed valves are discussed. Also modal analysis is carried out to find mode shapes of the exhaust valves system before the transient dynamic analysis is performed. During the thermal analysis calculations, the temperature values at the valves for LPG consumption is shown to be less than the temperature values for the liquid fuel consumption and it is also observed that the temperature of the exhaust valves is reduced by the thickness of the carbon layer due to liquid fuel consumption Reduction at loads applied to the vales at the combustion and expansion time periods is observed during the structural analysis. The dynamics behaviors of the valves during the opening period is investigated and reason of resonance phenomenon for this period is studied.