Nano-grafen oksit katkılı motor yağının tribolojik özelliklerinin ve motor performansına etkilerinin incelenmesi
Investigation of nano-graphene oxide added engine oil tribological characteristics and the effects on engine performance
Yazar: ÖZGÜR ÇETİN
Danışman: DOÇ. DR. ÖZER CAN
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Grafen oksit = Graphene oxide ; Motor yağları = Engine oils ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Triboloji = Tribology ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Günümüzde artan ulaşım faaliyetleri Dünya üzerindeki enerji kaynaklarının büyük bölümünü tüketmektedir. Farklı kaynaklarla üretilen enerjinin çok önemli bir bölümü mekanik sistemlerde oluşan sürtünmeyi yenmek için harcanmaktadır. İçten yanmalı motorlarda ise enerji kaybının ana etkenlerden birisi hareketli motor parçaları arasında meydana gelen sürtünme ve aşınmadır. Sürtünme ve aşınmayı en aza indirmek için çeşitli motor yağları kullanılmaktadır. Bununla birlikte, gelişen nanoteknolojik malzemelerden oluşan katkı maddelerinin motor yağlarına ilave edilerek motor yağının sürtünme özelliklerinin geliştirilmesi önem kazanmaktadır. 
Bu çalışmada 10W-40 tam sentetik motor yağına katkı maddesi olarak farklı miktarlarda ilave edilen grafen oksitin (GO) tribolojik özellikleri deneysel olarak araştırılmıştır. GO nanoparikülü motor yağına 4 farklı oranda (0,5-1,0-1,5-2,0 mg/mL) katılarak, ultrasonik karıştırıcı yardımıyla homojen olarak karıştırılmıştır. Hazırlanan GO katkılı motor yağlarının sürtünme ve aşınma gibi tribolojik performansları disk üstü bilye mekanizmasında incelenmiştir. Ayrıca GO katkılı motor yağlarının ve baz motor yağının viskozite, viskozite indeksi, ısıl iletkenlik gibi fiziksel özellikleri standartlara uygun yöntemler kullanılarak belirlenmiştir. 
Yapılan tribolojik çalışmalar sonucunda baz motor yağı içerisinde yağlama performansı en yüksek olan optimum GO konsantrasyonun 1,5 mg/mL GO içeren yağlayıcının olduğu belirlenmiştir. Triboloji testleriyle GO katkılı motor yağının baz motor yağına göre sürtünmeyi %17 ve aşınmayı %44 oranında azalttığı görülmüştür. Belirlenen katkı oranına sahip GO katkılı motor yağı ve baz motor yağı ile gerçek motor testleri yapılmıştır. Yapılan motor testleri sonucunda, GO katkılı motor yağının baz motor yağına göre sürtünmeye harcanan gücü ortalama %3,7 azalttığı, tork ve gücü arttırarak motorun mekanik verimini %1,47 oranında geliştirdiği görülmüştür. Bununla birlikte, özgül yakıt tüketiminin %2,6 oranında azalmasıyla daha ekonomik, daha dayanıklı ve daha az zararlı emisyon salınımı sağlayabilecek potansiyelde olduğu görülmüştür.

Abstract:
Increasing transportation activities today consume most of the energy resources in the World. A very important part of the energy produced by different sources is spent to overcome the friction in mechanical systems. One of the main factors of energy loss in internal combustion engines is the friction and wear between moving engine parts. Various engine oils are used to minimize friction and wear. However, it becomes important to improve the friction properties of the engine oil by adding the additives made up of developing nanotechnological materials to the engine oils.
In this study, the tribological properties of nano-graphene oxide (GO) added in different amounts as an additive to 10W-40 fully synthetic engine oil were experimentally investigated. GO nanoparicle was added to engine oil in 4 different proportions (0,5-1,0-1,5-2,0 mg/mL) and mixed homogeneously with the help of an ultrasonic mixer. The tribological performances such as friction and wear of the engine oils with GO additives were examined in the ball-on-disc mechanism. In addition, the physical properties such as viscosity, viscosity index, thermal conductivity of GO additive engine oils and base engine oils were determined using methods in accordance with the standards.
As a result of the tribological studies, it was determined that the optimum GO concentration in the base engine oil with the highest lubrication performance is the lubricant containing 1.5 mg/mL GO. With the tribology tests, it was seen that the engine oil with GO additives reduced the friction by 17% and the wear by 44% compared to the base engine oil. Real engine tests were carried out with GO-added engine oil and base engine oil with the specified additive ratio. As a result of the engine tests, it was observed that the engine oil with GO additives reduced the engine friction power spent on friction by an average of 3.7% compared to the base engine oil, and improved the mechanical efficiency of the engine by 1.47% by increasing break torque and power. However, it has been seen that it has the potential to provide more economical, more durable and less harmful emission by reducing the specific fuel consumption by 2.6%.