İçten yanmalı motorlarda yanma gürültüsü

Günümüz otomotiv sektörünün rekabetçi yapısı araçların müşteri beklentilerini karşılayabilmeleri için gün geçtikçe iyileştirme yapmaya zorlamaktadır. Bu geliştirmelerin en önemli ayağını da motor ve aktarma organları sistemleri oluşturmaktadır. Motor tasarımında müşteri ve yasal zorunluluklar açısından geliştirilmesi beklenen en temel özellikler; performans, emisyon, yakıt tüketimi, titreşim ve gürültü seviyeleridir. İçten yanmalı motorların sebep olduğu titreşim ve gürültü, taşıtların konfor performansını önemli oranda düşürmektedir. İçten yanmalı motorların yaratığı gürültü temel olarak üç kısımdan oluşur. Bunlar mekanik gürültüler, yardımcı ekipman gürültüleri ve yanma gürültüsüdür. Motor kaynaklı gürültülerin iyileştirilmesi istenirse çalışmaya en baskın kısım olan yanma gürültüsünden başlamak gerekir. Yanma gürültüsü üzerinde yapılacak çalışmalar hem motor performansı hem de konfor açısından optimum tasarımın sağlanmasına imkan verir ve otomotiv mühendislerinin üzerinde çalışması gereken önemli noktalardan biridir. Yapılan literatür araştırmalarının sonucunda yanma gürültüsünün yanma odası içindeki silindir içi basınç değerlerinin etkisiyle oluştuğu görülmüştür Tez kapsamında yanma gürültüsünü simulasyon programları ve deneysel ölçüm sonuçları ile bulunup, korelasyon sağlanarak, optimum motor yanma gürültüsünü elde etmek hedeflenmektedir. Bunu sağlamak için de yanma gürültüsünün motor gürültüsü içinde baskın olduğu 500 – 5000 Hz aralığındaki katkısını korele eden akustik ve yapısal CAE modeli oluşturmak gerekmektedir. Tez kapsamında deneysel çalışmalar olarak, yarı anekoik odada motor üzerinden gürültü, ivme ölçer ve silindir içi basınç datası toplanmıştır. Krank açısına bağlı olarak her bir motor devri için toplanan silindir içi basınç datası hem zaman hem de frekans alanında detaylı olarak incelenmiştir. Krank açısına bağlı silindir içi basıncı frekans alanına çevrildiğinde düşük frekanslarda maksimum silindir içi basıncı, orta frekans aralığında silindir içi basınç eğrisinin birinci türevi, yüksek frekans aralığında silindir içi basınç eğrisinin ikinci türevinin etkin olduğu literatür araştırmalarından öğrenilmiştir. Motorun etrafından toplanan mikrofon dataları kullanılarak ses gücü seviyesi hesaplanmıştır. Girdi fonksiyonu olan silindir içi basıncının hangi frekanslarda hangi parametrelerden etkilendiği görüldükten sonra, gürültü oluşumunda transfer mekanizması görevinde olan motor sisteminin frekansa bağlı tepkisini korele etmek için, sonlu eleman çalışmalarının ilk ayağı olan yapısal sonlu eleman modeli oluşturulmuştur. Yapısal sonlu eleman modelinde motor bloğu üst ölü noktaları ve motor takozu aktif kısımları için sonlu eleman modeli sonuçları tüm ve ikinci motor mertebeleri için kıyaslanmıştır. İkinci motor mertebelerinde deneysel ölçümler ile korele sonuçlar elde edilmiş ve yapısal sonlu eleman modelinin korelasyonu sağlanmıştır. Akustik sonlu eleman modeli oluşturulması kısmında ilk olarak baz motor konfigürasyonu için BEM modeli oluşturulur. BEM modeli üzerine yapısal sonlu eleman modeli üzerinden alınan yüzey hızları çıktısı uygulanılarak. Mikrofon lokasyonlarındaki ses basıncı seviyeleri hesaplatılmış olur. Her bir mikrofon lokasyonu için deneysel ölçümler ile akustik sonlu eleman gürültü değerleri kıyaslanmıştır. Deneysel ölçümlerde mekanik ve akış kaynaklı gürültülerinde de etkileri olduğu düşünüldüğünde akustik sonlu eleman analizi ile beklenen yönde sonuçlar elde edilmiştir. Tüm bu çalışmalar neticesinde kalibrasyon parametrelerinda yapılacak değişiklikten etkilenecek olan yanma gürültüsünün katkısı sonlu eleman yöntemi ile hesaplatılmış ve korelasyonu görülmüştür. Bu sebeple kalibrasyon parametrelerinde yapılacak optimizasyonun yanma gürültüsüne etkisi, yüksek maliyet ve zaman gerektiren deneysel ölçümlerden ziyade sonlu eleman yöntemiyle hızlı ve düşük maliyetle yapılmasının faydalı olacağı düşünülmektedir.