Türboşarjlı bir dizel motorunun yanma odası yüzeylerinin Y2O3-ZrO2 ile kaplanmasının performans ve emisyona etkileri
The effects of Y2O3 with coatings of combustion chamber surface on performance and emissions in a turbocharged diesel engine
Yazar: MURAT CİNİVİZ
Danışman: PROF.DR. SAHİR SALMAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
ÖZET Doktora Tezi TURBOŞARJLI BİR DİZEL MOTORUNUN YANMA ODASI YÜSEYLERÎNİN Y203 İLE KAPLANMASININ PERFORMANS VE EMİSYON ETKİLERİ Murat CINTVIZ Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. M. Sahir SALMAN 2005, 130 Sayfa Jüri Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. Kemal ALTINIŞIK Prof. Dr. Hüseyin ÖĞÜT Prof. Dr. Dr. Ahmet AKDEMİR Dizel motorlarında ısı kayıplarını azaltmak maksadıyla yanma odasının ısı iletkenliği düşük seramik tabaka ile kaplanması veya seramik yanma odası elemanlarının yapımı önemli gelişmeler göstermektedir. Adyabatik motorlar veya çok daha yaygın bir adlandırmasıyla Düşük ısı kayıplı (DİK) motorlardan beklenen belli başlı faydalar: işte iyileşme, egzoz enerjisinde artma, soğutma yükünün azaltılmasıyla soğutma sistemi gereksinimlerinin minimize edilmesi, egzoz emisyonlarında azalma ve motor gürültüsünün azalması olarak sayılabilir. DİK dizel motor uygulamalarında, ticari araçlar için yakıt ekonomisi birinci önceliği alırken, askeri araçlarda birinci öncelik taşıt ağırlığının azaltılması ve aracın soğutma vııısistemi arızaları karşısındaki zayıflığının ortadan kaldırılması olarak öne çıkmaktadır (Gataowski 1990 ve Bryzik 1983). Otomotiv endüstrisinde maliyetin düşürülmesi ve yakıt sarfiyatının azaltılmasına yönelik araştırmalar ve teknolojik yenilik çalışmaları sürdürülmektedir. İçten yanmalı bir motorun performansını artırabilmek, toplam yakıt enerjisinin mümkün olan en fazla oranda faydalı iş haline dönüştürülmesini gerektirmektedir. Bu motorlarda yanma sonucu açığa çıkan enerjinin ancak %30-40 kadarı faydalı işe dönüşmekte, geri kalan enerji ise; soğutma sistemine, egzoz gazlarına ve diğer kayıplara gitmektedir. Kayıp enerjiyi faydalı hale getirmek; genişleme zamanındaki faydalı işi artırmak, egzoz ve soğutma sistemine giden ışılan azaltmakla sağlanabilir. Bunun için de yanma odasını teşkil eden parçaların ısıl iletkenliği düşük, yüksek çalışma sıcaklığına dayanabilen bir malzemeyle kaplanması, "Düşük Isı Kayıplı Motor" kavramını ortaya çıkarmıştır. Literatürde bu motorlar için, "Adyabatik Motor" kavramı da sıklıkla kullanılmaktadır. Düşük ısı kayıplı motorlarda, soğutma sistemine giden enerjinin azaltılması sonucu, artan silindir sıcaklığı ve tutuşma gecikmesi periyodundaki küçülme ile birlikte özgül yakıt tüketimi de azalmaktadır. Bu çalışmada, seramik kaplamanın türbo doldurmak bir dizel motorunun performansına ve emisyonuna etkisi incelenmektedir. Bu amaçla türboşarjlı bir motorun, silindir kapağı, supapları ve pistonları zirkonya ile 0,5 mm kalınlığında, plazma kaplama tekniği kullanılarak, kaplanmıştır. Daha sonra, normal, seramik kaplı motor 1 (SKMİ) ve seramik kaplı motor 2 (SKM2), değişik yük ve devir şartlarında çalıştırılmak suretiyle test edilmiş ve her üç duruma ait deneysel veriler hazırlanan bir bilgisayar programı yardımıyla analiz edilerek sonuçlar karşılaştırmalı olarak grafikler halinde sunulmuştur. Çalışmalar sonucunda; seramik kaplı aşırı doldurmalı dört silindirli bir dizel motorunun 0,5 mm kalınlıkta seramikle kaplanmasının performans parametrelerinden motor gücünü yaklaşık %2 artırmıştır. Özgül yakıt tüketiminde ise % 5-9 arasında azalma meydana gelmiştir. Egzoz emisyonlarında CO'da % 5, duman emisyonunda %28 azalma ve NOx emisyonlarında ise %10 civarında bir artış meydana gelmiştir. Anahtar Kelimeler: Adyabatik Motor, Düşük Isı Kayıplı Motor, Egzoz emisyonları ıx

Abstract:
ABSTRACT PhD Thesis THE EFFECTS OF Y203 WITH COATINGS OF COMBUSTION CHAMBER SURFACE ON PERFORMANCE AND EMISSIONS IN A TURBOCHARGED DIESEL ENGINE Murat CINİVİZ Selçuk University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mechanical Engineering Supervisor: Prof. Dr. M. SAHİR SALMAN 2005, 101 Page Jury: Prof. Dr. M. SAHİR SALMAN Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. Kemal ALTINIŞIK Prof. Dr. Hüseyin Ö?ÜT Prof. Dr. Ahmet AKDEMİR To reduce heat losses in diesel engines coating of combustion chamber with tow thermal conductivity ceramic layer or producing combustion chamber elements with ceramic have shown important developments. The desired benefits from adiabatic engines or commonly known as low heat rejection (LHR) engines are; improved work, increased exhaust energy, eliminating of cooling system or minimizing cooling needs by reducing of cooling load, reduction in exhaust emissions and reducing of engine noise. In LHR diesel engine applications while the interest is chiefly in fuel economy for commercial vehicles. The prime interest is xreducing of weight and eliminating of disadvantage of vehicle against cooling system break downs for military vehicles. Researches and technological developments about reducing of production cost and fuel consumption in automotive industry are going on. Total fuel energy must be converted to useful work at maximum level to increase the performance of internal combustion engine. 30-40 % of the energy released by combustion can be converted to useful in these engines. The rest of the energy are transferred to cooling system which is necessary for protecting engine parts from high temperature, exhaust gasses and other losses. Using of the lost energy and increasing of the useful work in expansion period can be obtained by reducing heat losses to exhaust and cooling system. Coating of the combustion chamber elements with low thermal conductivity and high temperature resistant material take into account the Low Heat Rejection engine concept for this. The term "Adiabatic Engine" uses generally for these engine in literature. The specific fuel consumption decreases in Low Heat Rejection engines, with the reducing of cooling losses, increased in-cylinder temperatures and reducing in ignition delay period. In this study, the effect of ceramic coating to a turbocharged diesel engine performance and exhaust emission are investigated. For this purpose, cylinder head, valves and pistons of the engine were coated with plasma spray zirconia with the thickness of 0.5 mm. Then, the engine was tested for different loads and speeds at standard, ceramic coated engine 1 and ceramic coated engine 2 condition. The results obtained from the engine tests were analyzed with a computer programmer and presented comparatively as graphics. Specific fuel consumption was decreased 5-9%. In the exhaust emission CO was decreased 5%, soot was decreased 28% and however NOx was increased about 10%. The results showed that performance of the ceramic coated engine was increased clearly. Key Words: Adiabatic Engine, Low Heat Rejection Engine, Exhaust Emissions XI