Dizel motorlarda TiO2 nanopartiküllerinin motor performansına ve emisyon değerlerine etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the effect of TiO2 nanoparticles on engine performance and emission values in diesel engines
Yazar: SEFA KOCA
Danışman: DOÇ. DR. FATİH AKTAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Direkt püskürtmeli motorlar = Direct injection engines ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions ; Metal nanopartiküller = Metal nanoparticles

Özet:
Bu çalışma, saf dizel yakıt ile farklı konsantrasyonlarda TiO2 nanopartiküllerinin eklenmesiyle oluşturulan yakıtlar kullanılarak dört zamanlı ve üç silindirli bir dizel motorda performans ve emisyon değerlerinde meydana gelen değişikliklerin incelenmesini amaçlamıştır. Saf dizel yakıta TiO2 nanopartiküllerinin eklenmesiyle dizel motorun yanma özelliklerinin iyileştirilmesi ve egzoz emisyonlarının zararlı etkilerinin azaltılması amaçlanmıştır. Saf dizel ve TiO2 nanopartikül katkılı yakıt numuneleri 25 ppm, 50 ppm ve 75 ppm olmak üzere üç ayrı miktarda D100, D100+25TiO2, D100+50TiO2 ve D100+75TiO2 olmak üzere manyetik ve ultrasonik karıştırıcılarda hazırlandı. Araştırmada kullanılan tüm yakıt numuneleri, tam yükte farklı devirler ve 1800 dev/dk sabit devir farklı yük değerleri olmak üzere iki farklı deneysel çalışmada kullanılmıştır. Tam yükte ve farklı motor hızlarında TiO2 eklentisi ile fren gücü ve tork değerlerinde saf dizele kıyasla sırasıyla %2,9 ve %5'lik artış sağlanmıştır. Fren ısıl verimi, düşük TiO2 katkısında saf dizele göre ortalama %4.5 artış göstermiştir. Fren özgül yakıt tüketiminde ise düşük nanopartikül katkısında ortalama %4,5 oranında azalma sağlanmıştır. Tam yükte, motor devri ve nanopartikül konsantrasyonu artıkça egzoz gaz sıcaklığında artış görülmüştür. CO2 ve NOx emisyonlarında ise en yüksek konsantrasyondaki nanopartikül eklentisinde saf dizele göre sırasıyla ortalama %4,7 ve %14,7 artış tespit edilmiştir. Sabit 1800 dev/dk ve %25, %50, %75 ve %100 olmak üzere dört farklı yük seçeneklerinde ise TiO2 katkılı yakıtlar saf dizel ile karşılaştırıldığında, maksimum fren termal verimliliğinde %15,12 artış, maksimum fren özgül yakıt tüketiminde ise %13,36 düşüş görülmüştür. Saf dizele göre en yüksek TiO2 katkılı yakıtta ve maksimum yükte egzoz emisyonlarındaki CO2 miktarı %5 arttı. TiO2 ilaveli tüm yükler için NOX emisyonlarında ortalama %11,44 oranında artış meydana geldi. Sonuçlar, TiO2 nanopartiküllerinin eklenmesiyle oluşturulan yakıt karışımının dizel motorlarda belirli oranlarda kullanılabileceğini ve TiO2 katkısının yanma özelliklerini ve motor performansını olumlu yönde iyileştirdiğini göstermektedir.

Abstract:
This study aimed to examine the changes in performance and emission values in a four-stroke and three-cylinder diesel engine by using pure diesel fuel and fuels created by adding TiO2 nanoparticles. Adding TiO2 nanoparticles to the fuel aimed to improve the combustion characteristics of the diesel engine and reduce the harmful effects of exhaust emissions. Pure diesel and TiO2 nanoparticle added fuel samples in three distinct amounts, 25 ppm, 50 ppm, and 75 ppm, were prepared in magnetic and ultrasonic mixers as D100, D100+25TiO2, D100+50TiO2 and D100+75TiO2. All fuel samples used in the research were used in two different experimental studies that are different speeds at full load and 1800 rpm constant speed at different load values. With TiO2 addition at full load at different engine speeds, an increase of 2.9% and 5%, respectively, was achieved in brake power and torque values compared to pure diesel. Brake thermal efficiency increased by an average of 4.5% in low TiO2 additive compared to pure diesel. An average of 4.5% reduction in brake specific fuel consumption was achieved with the low nanoparticle contribution. At full load, an increase in exhaust gas temperature was observed as engine speed and nanoparticle concentration increased. In CO2 and NOx emissions, an average increase of 4.7% and 14.7%, respectively, was detected in the nanoparticle addition with the highest contraction compared to pure diesel. When TiO2 added fuels are compared with pure diesel at 1800 rpm and four different load options that are 25%, 50%, 75% and 100%, it is seen that 15.12% increase in brake thermal efficiency and a 13.36% decrease in brake specification fuel consumption. When TiO2 added fuels were compared to pure diesel, there was a 15.12% raise in brake thermal efficiency and a 13.36% drop in brake specification fuel consumption. The amount of CO2 in exhaust emissions increased by 5% at maximum load in the fuel with the highest TiO2 additive according to neat diesel. There was an average increase of 11.44% in NOx emissions for all loads with TiO2 addition. The results show that the fuel mixture created by adding TiO2 nanoparticles can be used in certain proportions in diesel engines and that the TiO2 addition positively improves the combustion properties and engine performance.