Taşıt LPG dönüşüm regülatörlerindeki soğuk çalıştırma probleminin çözümünde faz değiştiren malzemelerin (PCM) uygulanması
The application of phase change materials (PCM) to solve the cold start problem of LPG conversion regulators in vehicles
Yazar: ADEM UĞURLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. METİN GÜMÜŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Faz değişimi = Phase change ; LPG sistemleri = LPG systems

Özet:
Sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG) günümüz buji ateşlemeli taşıt motorlarında silindir içerisine genellikle gaz fazında havayla karıştırılarak gönderilmektedir. Basınç altında sıvı halde bulunan LPG'nin basıncını düşürmek ve gaz haline geçirmek için motorun soğutma suyu ile ısıtılan bir regülatör kullanılmaktadır. Ancak soğuk çalıştırma durumunda motor soğutma suyu ısısı regülatörden geçen LPG'yi buharlaştırmak için yeterli olmamaktadır. Bu nedenle motor, soğutma suyu yeterli sıcaklığa ulaşana kadar benzin yakıtıyla çalıştırılmaktadır. Böylece LPG'den beklenen yakıt ekonomisi tam olarak sağlanamamakta ve çevreye yayılan kirletici emisyonlar artmaktadır.Bu çalışmada, taşıt LPG dönüşüm regülatörlerindeki soğuk çalıştırma probleminin çözümü için, faz değiştiren malzeme (PCM) kullanımıyla ısı enerjisi depolayabilen bir regülatör tasarlanmıştır. PCM'li regülatörün taşıt motoru üzerinde, rölanti çalışma koşullarındaki ısıl davranışı incelenmiştir. PCM'li regülatörün kullanılması ile oluşan egzoz emisyonları (HC, CO) benzinli çalışmadaki emisyonlar ile karşılaştırılmıştır.Tasarlanan PCM'li regülatörün LPG yakıtı kullanabilecek şekilde dönüşümü yapılmış taşıt motorlarındaki soğuk çalıştırma problemini çözebileceği görülmüştür. PCM'siz regülatör 3 saatte LPG ile çalışma sıcaklığının altına düşerken, aynı koşullarda, tasarlanan PCM'li regülatör 15 saat sonunda motoru LPG'de çalıştırabilmektedir. Motorun 12 saat soğumasından sonra, direkt LPG yakıtı ile çalıştırılması ile benzine nazaran HC emisyonlarında %17,32 ve CO emisyonlarında %28,71 düşüş elde edilmiştir. Bu regülatörün kullanımıyla LPG'den beklenen yakıt ekonomisi artırılabilmekte ve çevreye yayılan kirletici emisyonlar iyileştirilebilmektedir.

Abstract:
Liquefied petroleum gas (LPG) is sent to the cylinders mixed with air mostly at gas phase in current spark ignition engines. A regulator heated by the engine cooling water is used for reducing the pressure and vaporizing of LPG that stays as liquid under pressure. However, in case of cold start, the heat of the engine cooling water is not enough to vaporize the LPG passing through the regulator. For this reason, the engine is operated by gasoline fuel until the engine coolant, which heats the regulator, reaches to the certain temperature. Therefore, the fuel economy expected from LPG cannot be obtained completely and the pollutant emissions emitted to the environment increase.In this study, to solve the cold start problem of LPG conversion regulators in vehicles, a regulator that can store thermal energy is designed by the use of phase change material (PCM). The thermal behavior of the regulator with PCM is tested at idle operating conditions on the engine. The exhaust emissions (HC, CO) output by the regulator with PCM are compared to the emissions on the gasoline mode.It is observed that the designed regulator with PCM might solve the cold start problem in engines converted to be able to use LPG. Regulator with PCM could start the engine with LPG after the 15 hours cooling duration of the engine, while the temperature of the regulator without PCM drops below the working temperature of engine with LPG in 3 hours under the same conditions. By means of the engine start directly with LPG, it is achieved that HC and CO emissions decrease about 17.32 % and 28.71 %, respectively after the 12 hours cooling duration of the engine. By the use of this regulator, the fuel economy expected from LPG can be enhanced and the pollutants emitted to the environment diminished.