İçten yanmalı motorlarda NOx emisyonunun azaltılmasına yönelik hidrojen takviyeli yaklaşım geliştirilmesi
Development of a hydrogen-supplemented approach to reducing NOx emissions in internal combustion engines
Yazar: IDRISS IBRAHIMA
Danışman: DOÇ. DR. SAMET USLU
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering

Özet:
Bu tezde, hidrojen kullanarak dizel motorlardan kaynaklanan azot oksit (NOx) emisyonlarını azaltmak için bir teknik geliştirilmiştir. İçten yanmalı motorlar, özellikle de dizel motorlar, NOx dahil olmak üzere birçok emisyon üretmektedir. Dizel motorlardan kaynaklanan yüksek azot oksit (NOx) emisyonları nedeniyle, emisyon azaltma tekniklerinin geliştirilmesi ve uygulanması çevre kirliliğinin azaltılması için çok önemlidir.

Testler 500W ile 3000W arasında değişen yüklerde tek silindirli bir dizel motor üzerinde gerçekleştirilmiştir. Egzoz borusu çıkışına yerleştirilen bir emisyon sensörü, Multigas Analyser yazılımı aracılığıyla elde edilen emisyon verilerini motor yükünün bir fonksiyonu olarak kaydetmek için kullanılmıştır.  
Kullanılan hidrojen gazı bir litre su kullanılarak üretilmiştir. Su elektrolizi temelinde bir hidrojen jeneratörü tasarlanmıştır. Temel olarak sudan yalıtılmış korozyona dayanıklı dört metal plaka, jeneratörün elektrolitik metal plakalara dokunmadan kullanılmasını sağlayan iki sert plastik plaka, plakaları birbirine sabitlemek için cıvatalar ve sızdırmazlık sorunlarını çözmek için contalardan oluşmaktadır. Hidrojen jeneratörü bir güç jeneratörü tarafından çalıştırılmıştır.

İlk testler motor hidrojen enjeksiyonu olmadan çalışırken gerçekleştirilmiştir. İkinci testler dizel emisyonlarına 48,52 cm3 hidrojen enjekte edilerek gerçekleştirilmiştir. Hidrojen enjeksiyonundan önce ve sonra dizel emisyonları arasında yapılan karşılaştırma, 500 ile 3000W arasında hidrojen enjeksiyonundan sonra CO2 emisyonlarının %3,17 oranında düştüğünü göstermiştir. 500 ile 3000W arasında hidrojen enjeksiyonundan sonra CO emisyonları %0,024 oranında düşmüştür. 500 ile 3000W arasında hidrojen enjeksiyonundan sonra HC emisyonları 13ppm düşmüştür. 500 ile 1500W arasında hidrojen enjeksiyonundan sonra NOx emisyonları 201,67ppm artmış ve 1500 ile 3000W arasında NOx 166,33ppm düşmüştür. 
 
Bu testler sırasında dizel emisyonlarındaki iyileşme, hidrojenin bu emisyonlar üzerinde etkili olduğu anlamına gelmektedir. Hidrojen yüksek motor yüklerinde NOx'i önemli ölçüde azaltmıştır, ancak hidrojen aynı zamanda CO, CO2 ve HC emisyonlarını da önemli ölçüde azaltmıştır. Sonuç olarak, hidrojenin dizel emisyonları, özellikle de NOx üzerinde bir etkisi vardır.

Abstract:
In this thesis, a technique for reducing nitrogen oxide (NOx) emissions from diesel engines using hydrogen was developed. Internal combustion engines, in particular diesel engines, produce a lot of emissions, including NOx. Due to the high emissions of nitrogen oxides (NOx) from diesel engines, the development and application of emission reduction techniques is crucial to reducing environmental pollution.

Tests were carried out on a single-cylinder diesel engine with loads ranging from 500W to 3000W. An emissions sensor placed at the exhaust pipe outlet was used to record the emissions data obtained through the Multigas Analyser software as a function of engine load.

Hydrogen gas is produced using 1l of water. A hydrogen generator has been designed based on water electrolysis. It essentially consists of four rigid plasticization metal 
plates insulated from water, two rigid plastic plates that allow the generator to be used without touching the electrolytic metal plates, bolts to secure the plates together, and gaskets to solve sealing problems. The hydrogen generator was powered by a power generator.

Initial tests were carried out running the engine without hydrogen injection. The second test was carried out by injecting 48.52cm3 of hydrogen into diesel emissions. A comparison between diesel emissions before and after hydrogen injection showed that CO2 emissions after hydrogen injection between 500 and 3000W fell by 3.17%. CO emissions after hydrogen injection between 500 and 3000W fell by 0.024%. HC emissions after hydrogen injection between 500 and 3000W fell by 13ppm. NOx emissions after hydrogen injection between 500 and 1500W rose by 201.67ppm and between 1500 and 3000W NOx fell by 166.33 ppm. 

the improvement in diesel emissions during these tests means that hydrogen has indeed influenced these emissions. Hydrogen significantly reduced NOx at high engine loads, but hydrogen also significantly reduced CO, CO2, and HC emissions. In conclusion, hydrogen influences diesel emissions, particularly NOx.