Farklı Türbin Geometrilerinin Emisyonlar Üzerindeki Etkilerinin Deneysel İncelenmesi
Experimental Investigation Of The Effects Of Different Turbine Geometries On Emissions
Yazar: HASAN KEFELİOĞLU
Danışman: PROF. DR. TARKAN SANDALCI ; DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN GÜRBÜZ
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:
Dizel motorlar dünya çapında giderek daha sıkı hale gelen emisyon düzenlemeleriyle karşı karşıya bulunmaktadır. Yakıt ekonomisi ile NOx emisyonları ve HC emisyonları arasındaki denge giderek daha kritik hale gelmektedir. Dizel motorlar için ortaya çıkan ana odak noktalarından biri farklı türbin geometrilerine sahip turboşarjların kullanılarak emisyonlar üzerindeki etkilerinin incelenmesidir. Bu çalışmalar doğrultusunda sabit geometrili turboşarj ve farklı türbin geometrilerinin kullanımına imkan sağlayan değişken geometrili turboşarj üzerinde deneysel olarak ve simülasyon ortamında incelemeler yapılmaktadır.

Bu çalışmada dizel oksidasyon katalizörü ve dizel partikül filtre kullanılan 3.9 litre 75 BG olan direkt enjeksiyonlu, traktör uygulamasında kullanılan dizel motorunda analiz ve deneysel çalışmaları yapılarak değişken geometrili turboşarjın potansiyel faydaları, sabit geometrili turboşarjın standart yapısına göre karşılaştırılarak incelenecektir. İlk olarak GT-Power simülasyon programında dizel motorun 1-D modeli kurulmuştur. SGT ile gerçekleştirilen testlerin sonuçları kullanılarak GT-Power simülasyon programında motor modeli üzerinde çalışılarak validasyonu yapılmıştır.

DGT'nin kulanılmasıyla farklı motor hızlarında ve farklı motor torklarında analizler gerçekleştirilmiştir. DGT ile analizler gerçekleştirilerek özgül yakıt tüketimi ve NOx için uygun kanat açıları belirlenmiştir. Ardından DGT ile testler yapılmıştır.

SGT ve DGT'nin üç farklı kanat açısındaki test sonuçları karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma motor performansı, yakıt tüketimi, NOx ve HC emisyonları üzerinde yapılmıştır.

Bu çalışma neticesinde emisyon düzenlemelerine uyumlu olmak için farklı türbin geometrilerinin kullanılmasının bir traktör uygulamasında kullanılan dizel motorda sağlayacağı avantajlar ve dezavantajlar incelenerek ortaya koyulmuştur.

Abstract:
Diesel engines face increasingly stringent emission regulations worldwide. The balance of between fuel economy and NOx emissions and HC emissions is becoming increasingly critical. One of the main emerging focuses for diesel engines is examining the effects on emissions of using turbochargers with different turbine geometries. In line with these studies, studies are carried out experimentally and in a simulation environment on fixed geometry turbochargers and variable geometry turbochargers that allow the use of different turbine geometries.

In this study, analysis and experimental studies will be carried out on a 3.9 liter 75 HP direct injection diesel engine used in tractor application, using diesel oxidation catalyst and diesel particulate filter, and the potential benefits of the variable geometry turbocharger will be examined by comparing them with the standard structure of the fixed geometry turbocharger. First, a 1-D model of the diesel engine was established in the GT-Power simulation program. The 1-D engine model was validated with SGT test results.

Analyzes were carried out with DGT at different engine speeds and different engine torques. Analyzes were carried out with DGT and appropriate wing angles for specific fuel consumption and NOx were determined. Then, tests were performed with DGT. 

Test results of SGT and DGT at three different blade angles were compared. This comparison is made on engine performance, fuel consumption, NOx and HC emissions.

As a result of this study, the advantages and disadvantages of using different turbine geometries in a diesel engine used in a tractor application to adapt with emission regulations were examined.