Elektromekanik EGR soğutma sistem tasarımının NOx emisyonlarına ve yakıt tüketimine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effects of electromechanical EGR cooling system design on NOx emissions and fuel consumption
Yazar: HALİL İBRAHİM AKOLAŞ
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: Dizel motorlar = Diesel engines ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions

Özet:
Amaç: Tez çalışmasında klasik EGR soğutma sistemi ile gelişmiş bir termal yönetim sisteminin bütünleşmesi, öngörülen koşullara bağlı olarak sıcaklıkları ayarlama potansiyeline sahiptir. Minimum emisyon seviyeleri ile optimum yakıt tüketimi için uygun bir seviyede EGR gazlarının çıkış sıcaklıklarını koruma amaçlı bir kontrol problemi bulunmaktadır. Tasarlanan sistem sayesinde, EGR gaz sıcaklığının kontrolü sağlanarak, NOx ve BSFC değişimlerine olan etkilerini araştırmayı hedeflemiştir. Modellenen yapay sinir ağı (YSA) ile YSA'nın NOx emisyonu ve BSFC değerlerini tahmin etmedeki potansiyeli ile olan ilişkisi araştırılmıştır.
Yöntem: Tez çalışması deneysel araştırma yöntemi ve yapay sinir ağı (YSA) modelleme olmak üzere iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada elektromekanik EGR soğutma sistemi tasarlanmıştır. İkinci aşamada ise modellenen YSA'nın performans ve uygulama potansiyeli analiz edilmiştir. 
Bulgular: Tez çalışmasında farklı motor devir sayıları ve yüklerde EGR gazlarının tasarlanan sistemle soğutulmasının NOx emisyonları ile BSFC üzerinde olumlu etkileri tespit edilmiştir. 1700 ile 2000 d/dak motor devirlerinde belirgin oranlarda NOx ve BSFC'de düşüşler gözlenirken, 1200 ile 2500 d/dak motor devrinde genel olarak NOx emisyonlarında düşüş meydana gelirken BSFC'de artışlar kaydedilmiştir. YSA ile modelleme çalışması sayesinde kısıtlı girdi değişkenleri ile gerçek ve öngörülen NOx emisyonu ve BSFC arasında iyi bir uyum olduğu görülmüştür. 
Sonuç: Tasarlanan EGR soğutma sistemi ile belirtilen motor yükü, motor devri ve EGR oranlarında emme manifolduna yönlendirilen EGR gaz sıcaklığının kontrolü sağlanmıştır. Klasik sisteme göre NOx ve BSFC karakteristikleri üzerinde olumlu katkılarının olduğu tespit edilmiştir. YSA ile kalibrasyon işlemleri sayesinde dizel motor kontrol sistemlerinin geliştirilmesi ve optimize edilmesi, emisyon ve yakıt tüketimi verimliliği için iyi bir fırsat sunmaktadır. 
Anahtar Kelimeler: egzoz gaz resirkülasyonu, NOx, BSFC, YSA.

Abstract:
Purpose: In this thesis study, the integration of a traditional EGR cooling system with an advanced thermal management system has the potential to adjust temperatures depending on the predicted conditions. There is a control problem for protecting the outlet temperatures of EGR gases at an appropriate level for optimum fuel consumption with minimum emission levels. Thanks to the designed system by providing control of the EGR gas temperature, it is aimed to investigate its effects on NOx and BSFC changes. With the modelled artificial neural network (ANN), the relationship of ANN with its potential in estimating NOx emission and BSFC values has been investigated.
Method:  The thesis study carried out in two stages as experimental research method and artificial neural network (ANN) modelling. In the first stage, an electromechanical EGR cooling system has been designed. In the second stage, the performance and application potential of ANN modelled has been analysed.
Findings: In the thesis study, the positive effects of cooling the EGR gases at different engine speeds and loads with the designed system have been determined on NOx emissions and BSFC. In 1700 and 2000 rpm engine speeds, significant reductions in NOx and BSFC have been observed, while at 1200 and 2500 rpm engine speeds, overall NOx emissions decreased and BSFC increases have been recorded. Thanks to the modelling study with ANN, it has been observed that there is a good agreement between the limited input variables and the real and predicted NOx emissions and BSFC.
Results: With the designed EGR cooling system, the control of the EGR gas temperature directed to the intake manifold at the engine load, engine speed and EGR ratios is provided. It has been determined that it has positive effects on NOx and BSFC characteristics compared to classical system. The development and optimization of diesel engine control systems through calibration processes with ANN provides a good opportunity for emission and fuel consumption efficiency.
Keywords: exhaust gas recirculation, NOx, BSFC, YSA.