Buji ateşlemeli bir motorun ısınma periyodu boyunca enerji dengesi ve egzoz emisyonları üzerinde farklı termal enerji yönetim stratejilerinin etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of different thermal energy management strategies on energy balance and exhaust emissions during warm-up period of an si engine
Yazar: GALİP KALTAKKIRAN
Danışman: PROF. DR. KADİR BAKIRCI
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Buji ateşlemeli motorlar = Spark ignition engines ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions

Özet:
Amaç: Termal enerji yönetim stratejisinde yüksek verimlilik sağlamak için diğer enerji kayıplarının iyileştirilmesi ve motorun en kısa zamanda kararlı çalışma şartlarına ulaşması gerekmektedir. Bu amaçla içerisinde çeşitli elektromekanik bileşenlerin yer aldığı farklı termal enerji yönetim stratejilerinde içten yanmalı buji ateşlemeli bir motorda soğutma suyu sıcaklığının fren özgül yakıt tüketimi, termal verim ve CO egzoz emisyonu üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Yöntem: Çalışmada farklı yük ve devir koşullarının olduğu beş farklı ısıl enerji yönetim stratejine ait deneyler gerçekleştirilmiştir. Bu konfigürasyonlar; yağlama yağı soğutucusu kullanılması, yağlama yağı soğutucusu kullanılmaması, egzoz gazlarından ısıl destek sağlanması, soğutma suyu debisinin %50 ve %25 seviyelerine azaltılması durumlarıdır. Tüm çalışma şartlarında motorun daimi olmayan çalışma zamanı boyunca motor ısınma süresi, enerji dengesi, özgül yakıt tüketimi ve CO emisyonu incelenmiştir.
Bulgular: İlk iki strateji %50 soğutma suyu debisi stratejisi ile karşılaştırıldığında motor ısınma süresinde  %3,21-20,83 arasında değişen iyileşme sağlanmıştır. Egzoz gazlarından ısıl destek sağlanması stratejisinde tüm testlere göre motor ısınma süresi en kısa sürmüştür. Ayrıca özgül yakıt tüketiminde %1-10,36 azalma elde edilmiştir. Referans hal stratejisine göre %50 soğutma suyu seviyesinde CO emisyonunda %36,89'a varan iyileşmeler görülmüştür.
Sonuç: Bu çalışmada egzoz gazlarından ısıl destek sağlanması ve soğutma suyu debisinin azaltılması sayesinde motor ısınma süresinin yağlama soğutucusu ve referans hal şartlarına göre önemli seviyede kısaltılabileceği ortaya konmuştur. Soğutma suyu debisinin azaltılması tüm deneysel çalışma koşullarında özgül yakıt tüketimini azaltmıştır. Isınma süreleri, özgül yakıt tüketimi ve CO emisyonu seviyeleri beraber değerlendirildiğinde elde edilen avantajların düşük devir sayısı ve motor yüklerinde daha baskın olduğu ancak motor yükü arttıkça faydalı etkisinin azaldığı anlaşılmıştır.

Abstract:
Purpose: In order to achieve high efficiency in the thermal energy management strategy, other energy losses must be improved and the engine must reach steady state operating conditions as soon as possible. For this purpose, the effects of cooling water temperature on brake specific fuel consumption, thermal efficiency and CO exhaust emission in an internal combustion spark ignition engine in different thermal energy management strategies including various electromechanical components.
Method: In the study, experiments of five different thermal energy management strategies with different load and engine speed conditions carried out. These configurations are; Using lubricating oil cooler, not using lubricating oil cooler, providing thermal support from exhaust gases, reducing cooling water flow to 50% and 25%. In all operating conditions, engine warm-up time, energy balance, specific fuel consumption and CO emissions have examined during the non-steady state operating time of the engine.
Findings: When the first two strategies are compared with the 50% cooling water flow strategy, an improvement in engine warm-up time ranging from 3.21-20.83% has been achieved. In the strategy of providing thermal support from exhaust gases, the engine warm-up period took the shortest time according to all tests. In addition, 1-10.36% reduction in specific fuel consumption achieved. According to the reference state strategy, improvements in CO emissions up to 36.89% observed at 50% cooling water level.
Results: In this study, it revealed that the engine warm-up time can be significantly shortened according to the lubricating cooler and reference conditions, by providing thermal support from exhaust gases and reducing the cooling water flow. Reducing the cooling water flow has reduced specific fuel consumption under all experimental operating conditions. When warming times, specific fuel consumption and CO emission levels are evaluated together, it is understood that the advantages obtained are dominant at low revs and engine loads, but the beneficial effect decreases as the engine load increases.