Farklı yakıt karışımları ve emisyon azaltma teknikleri uygulanan bir dizel motorda optimum parametrelerin taguchi yöntemi ile belirlenmesi
Determination of optimum parameters by taguchi method in a diesel engine applied different fuel mixtures and emission reduction techniques
Yazar: ÇİÇEK ÇANGAL
Danışman: DOÇ. DR. VEZİR AYHAN
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Dünya nüfusunun hızla artması ve gelişen sanayi ile enerjiye duyulan ihtiyaç da katlanarak artmaktadır. Enerjiye duyulan ihtiyacın çoğunluğu fosil kaynaklardan elde edildiğinden ihtiyacın artması ile fosil yakıt rezervleri giderek azalmaktadır. Diğer yandan fosil yakıtların kullanımı çevreye büyük zararlar vermektedir. Bu durum yenilenebilir ve sürdürülebilir enerjiye olan yönelimi zorunlu kılmıştır. Bu doğrultuda dizel motorlarında bitkisel kaynaklardan üretilen biyodizel ve etanol yakıtlarının kullanımı ön plana çıkmaktadır. 
Dizel motorlarının en önemli sorunlarından biri çevreye olumsuz etkileri olan NOx emisyonlarıdır. NOx emisyonları yüksek yanma odası sıcaklıklarında ve oksijenin varlığında meydana gelir. NOx emisyonlarının azaltılması için birçok yöntem geliştirilmiştir. Bunlardan biri egzoz gazı resirkülasyonudur (EGR). EGR ile egzoz gazlarının silindire geri sevki yapılıp karışımın oksijen konsantrasyonu azaltılarak yanma sıcaklığının düşmesi sağlanır. Bu durumda NOx emisyonlarının oluşumu azalmaktadır. 
Petrol krizinin ortaya çıkışı ile alternatif yakıtlara olan yönelimle beraber motorlardan elde edilen performansın artırılmasına yönelik çalışmalar da hız kazanmıştır. Diğer yandan emisyon azaltıcı tekniklerden biri olan EGR sisteminin motora uygulanması motor performansını kötüleştirmektedir. Bu bağlamda aşırı doldurma sistemleri devreye alınabilir. Aşırı doldurma ile, silindir içerisine alınan havanın yoğunluğunun ve basıncının artırılmasıyla aynı motordan alınan güç artırılır.
Bu çalışmada, farklı yakıt karışımları, EGR ve aşırı doldurmanın direkt enjeksiyonlu su soğutmalı bir dizel motorunda performans ve emisyonlar üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Dizel yakıta ilave olarak biyodizel (mısır yağı metil esteri) ve etanol kullanılmıştır. Biyodizel transesterifikasyon yöntemiyle üretilmiş ve dizel yakıta belirli oranlarda kütlesel olarak karıştırılmıştır. Etanol, fumigasyon yöntemiyle farklı oranlarda emme manifolduna püskürtülmüştür. Belirli oranlarda sisteme uygulanan EGR ve aşırı doldurmanın yapılabilmesi için deney düzeneğine ilave donanımlar eklenmiştir. Deneysel çalışmalar, Taguchi istatistiksel deney tasarım yöntemi kullanılarak belirlenen kombinasyonlara göre tekrarlı olarak yapılmıştır. Deneyler sonucunda veri analizi yapılarak performans ve emisyonlar için ayrı ayrı en iyi kombinasyonlar belirlenmiş ve sonuçlar varyans (ANOVA) analizi ile test edilmiştir.

Abstract:
The need for energy with the rapid growth of the world population and developing industry is growing exponentially. Because most of the energy needs are fulfilled by fossil sources, fossil fuel reserves are gradually decreasing with the increase in need. On the other hand, the use of fossil fuels causes great harm to the environment. This necessitates the orientation to renewable and sustainable energy. In this respect, the use of biodiesel and ethanol fuels produced from plant sources in diesel engines comes to the fore.
One of the most important problems of diesel engines is the NOx emissions which have negative effects on the environment. NOx emissions occur at high combustion chamber temperatures and in the presence of oxygen. Several methods have been developed to reduce NOx emissions. One of these is the exhaust gas recirculation (EGR). With the EGR, the exhaust gases are returned to the cylinder and the oxygen concentration of the mixture is reduced so that the combustion temperature is reduced. In this case, the formation of NOx emissions is reduced.
With the emergence of the oil crisis and the tendency towards alternative fuels, the efforts to increase the performance of the engines have accelerated. On the other hand, the application of the EGR system, one of the emission reduction techniques, to the engine worsens the engine performance. In this context, super charge systems can be activated. With super charge, the force taken from the same engine is increased by increasing the density and pressure of the air taken in the cylinder.
In this study, the effects of different fuel mixtures, EGR and super charge on a performance and emissions in a water-cooled direct-injection diesel engine were investigated. Biodiesel (corn oil methyl ester) and ethanol were used as alternative fuels. Biodiesel was produced by transesterification method and mass-mixed to diesel fuel at certain rates. Ethanol was sprayed to the intake manifold in different proportions by fumigation. In addition to the EGR and charge air receiver applied to the system in certain proportions, additional equipment has been added to the experimental setup. Experimental studies were performed in accordance with the combinations determined by using Taguchi statistical experiment design method. As a result of the experiments, data analysis was performed and the best combinations for performance and emissions were determined and the results were tested with variance (ANOVA) analysis.