3 LT dizel motorun çift kademeli turboşarj sisteminden tek kademeli turboşarj sistemine dönüştürülmesi

Otomotiv sektörünü zorlayan ve gelişmesine katkı sağlayan rekabet, maliyet, regülasyon, homologasyon ve müşteri kısıtlamaları her geçen gün artış göstermektedir. İşte bu yüzden içten yanmalı motorlarda gerek performans artışı gerekse yakıt tüketimini azaltmak için yapılan araştırma-geliştirme çalışmaları günümüzde de tüm hızıyla devam etmektedir. Otomotiv endüstrisi daha az yakıtla çalışan motor üzerinde çalışırken, yakıt tüketimini belirleyen önemli faktörlerden biri olan araç ağırlığını azaltma arayışlarına devam etmektedir. Otomobil üreticilerinin yakıt ekonomisini iyileştirmenin yanında emisyonu da azaltmak için araç ağırlığını düşürmelerine yardımcı olan aşırı doldurma sistemini portföylerine dahil etmişlerdir. 1925 yılında ilk defa başarılı bir şekilde içten yanmalı motora uygulanan ve %40 verim artışı sağlayan turboşarj sistemi, günümüzde binek araçların vazgeçilmez bir parçası olmuştur. Turboşarj sistemi başlı başına gelişim göstermiş ve ek üniteler ile verimleri daha yüksek seviyelere çıkarılmıştır. Motordan daha da yüksek verim alınması istendiği durumlarda ise çift kademeli turboşarj sistemleri geliştirilmiş ve motorun yanında kendisine ayrı bir yer edinmiştir. Çift kademeli turboşarj sistemi turbo gecikmesini azaltması ve yüksek güç sağlaması gibi avantajlarının yanında dezavantajları da vardır. Karışık paket yapısına ve kontrol sistemine sahip olması, tek turboya göre maliyetinin ve basınç kayıplarının yüksek olması; aynı motor için güvenilir ve basit yapıda olan tek kademeli turboşarj sisteminin daha tercih edilir olmasına yol açmıştır. Bu tez kapsamında çift turboşarj sistemine sahip olan motorun yeni versiyonu, motor maliyetini azaltmak için performans değerlerini koruyacak şekilde tek kademeli turboşarj sistemine dönüştürülmüştür. Ayrıca, motor performans çıkış değerlerini (tork ve güç) sabit tutarak özellikle yakıt tüketimi ve emisyon değerlerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Tezde ele alınan motorun önceki versiyonu mevcut olduğu için; silindir hacmi, güç ve tork değerleri motor eski sürümü göz önüne alınarak hedef değerler belirlenmiştir. Bu çalışmada turboşarj sisteminin çalışma sistemine ve çeşitlerine değinerek bir motor için turboşarj sistemi nasıl şeçildiği adım adım anlatılmıştır. Daha sonra analitik yönlemlerle belirlenen üç kompresör, 1D motor performans simülasyon yazılımı kullanılarak motor ile eşleşen en iyi turboşarj seçilmiştir. Yeni ve eski motorun tek boyutlu analiz sonuçları karşılaştırılarak performans değerlerindeki değişim tartışılmıştır. Müşteri profili göz önüne alınarak yapılan araştırmalara göre en çok kullanılan devir aralığında kompresör veriminin arttığı gözlemlenmiştir. Sayısal yöntemlerle belirlenen yeni turboşarj sistemi özgül yakıt tüketimini %0,9 düşürdüğü ve maliyeti %30 azalttığı müşahede edilmiş ve yapılan testler ile bu hesaplamalar doğrulanmıştır. Yeni turboşarj sisteminde su soğutmalı şaft gövdesi ve kaymalı yatak yerine rulmanlı yatak kullanılması turbo tepki süresini ve yakıt tüketimi azaltan önemli faktörlerdir. Tez kapsamında yapılan son çalışma ise seçilen turboşarj sisteminin dinamometre testleri ile doğrulanmasıdır. Son bölümde motor dinamometresinin yapısından, prototip motorun teste hazırlık sürecinden ve yapılan motor testlerinden bahsedilmiştir ve turboşarj seçiminin doğruluğu tartışılmıştır.