Dizel motorlarda emisyon optimizasyonu
Emission optimization in diesel engine
Yazar: MUSTAFA GÜÇLÜ
Danışman: PROF. DR. MUAMMER ÖZKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering

Özet:
Günümüzde dizel motorlar yüksek termik veriminden dolayı büyük bir kullanım alanına sahiptir. Hava kirliliğinin en önemli nedenlerinden biri dizel motorlu taşıt kullanımına bağlı oluşan kirleticilerdir.  PM ve NOx emisyonları dizel motorlarında üstesinden gelinmesi gereken en temel iki problemdir. Bu iki emisyonun konvansiyonel şartlarda çalışılması durumunda oluşum açısından aralarında ters orantı barındırması her iki emisyonun da aynı anda kontrol altına alınmasını güçleştirmektedir.  
Artan hava kirliği ve sıkılaşan emisyon regülasyonlarıyla bir çok araç üreticisi için hibrit güç sistemleri arayışı neredeyse zorunlu hale getirmiştir.

Bu noktada dizel motorun taşıt içerisinde jeneratör motoru olarak çalıştığı, taşıtın güç ihtiyacını karşıladığı hibrit sistemler tercih edilebilir hale gelmiştir. 
Dizel jeneratör motorları tek devir çalışarak gerekli güç ihtiyacını sağlayabilirler. Dizel jeneratör motorunun sabit devirde kalibrasyon ihtiyacının olması, sabit devirde çalışan dizel motorların emisyon optimizasyonunda konvansiyonel yanma stratejilerinin dışındaki yöntemlerin uygulanarak emisyonların kontrol altına alınmasını kolaylaştırır. 


Geleneksel dizel yanma metodolojilerinin ötesinde, Homojen Şarj Sıkıştırma Ateşlemesi (HCCI), Premiks Kontrollü Sıkıştırma Ateşlemesi (PCCI) ve Module Kinematik (MK) gibi Düşük Sıcaklık Yanma (LTC) stratejileri, hem NOx hem de PM emisyonlarının eş zamanlı olarak kontrol altına alınmasında önemli bir rol oynamaktadır. Bu çalışmada, dizel motorlarda konvansiyonel çalışma stratejilerinin dışına çıkılarak, Modulated Kinetics yöntemi ile PM ve NOx emisyonlarının kontrol altına alınması amaçlanmıştır.


Bu çalışma 3,9 litrelik bir Common Rail (CR) dizel motor üzerinde farklı yakıt miktarları, değişen ray basınçları ve püskürtme zamanlamalarıyla ilgili analiz ve test çalışmaları gerçekleştirilmiştir.  Bu çalışmalar, emisyon optimizasyonu hedefiyle NOx ve PM oluşum sonuçlarını değerlendirmek amacıyla yürütülmüştür. Gerçekleştirilen çalışmalar neticesinde PM ve NOx emisyonlarını aynı anda kontrol altında tutulabileceği kalibrasyon noktaları belirlenmiştir.

Abstract:
Nowadays, diesel engines have a wide area of usage due to their high thermal efficiency. One of the most significant causes of air pollution is the pollutants generated by the use of diesel engine vehicles. PM and NOx emissions are the two fundamental problems that need to be addressed in diesel engines. The inverse correlation between these two emissions in conventional operating conditions makes it difficult to control both emissions simultaneously.

With increasing air pollution and tightening emission regulations, the search for hybrid power systems has become almost mandatory for many vehicle manufacturers.

At this point, hybrid systems where the diesel engine operates as a generator motor within the vehicle and meets the power needs of the vehicle have become a preferable option. Diesel generator engines can provide the necessary power by operating at a single speed. The need for calibration of the diesel generator engine at a constant speed makes it easier to control emissions by applying methods beyond conventional combustion strategies in emission optimization of diesel engines operating at a constant speed.

Beyond traditional diesel combustion methodologies, Low Temperature Combustion (LTC) strategies such as Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI), Premixed Controlled Compression Ignition (PCCI), and Modulated Kinetics (MK) play a significant role in simultaneously controlling both NOx and PM emissions. In this study, it was aimed to control PM and NOx emissions using the Modulated Kinetics method, going beyond conventional operating strategies in diesel engines.

This study involved analysis and test work on a 3.9-liter Common Rail (CR) diesel engine with varying fuel quantities, changing rail pressures, and injection timings. These studies were conducted to evaluate NOx  and PM formation results with the goal of emission optimization. As a result of the conducted studies, calibration points that can control PM and NOx emissions simultaneously have been determined.