Deniz yakıtlarının yağlama yağına karışması durumunda tall yağı asidi katkısının segman-silindir gömleği arasındaki sürtünme davranışlarına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effects of tall oil fatty acid additive on pistonring-cylinder liner friction behavior in case of marine fuels in lubrication oil
Yazar: OLCAY SERT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖRKEM KÖKKÜLÜNK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Denizcilik = Marine ; Gemi Mühendisliği = Marine Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Dizel motorlarda normal çalışma şartları altında birbirinden farklı istenmeyen güç kayıpları meydana gelmektedir. Bu kayıpların azaltılması için günümüzde çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Dizel motorlarda meydana gelen bu kayıpların büyük bir kısmını sürtünme kayıpları oluşturmaktadır. Ayrıca, dizel motorlar farklı dinamik şartlar altında çalıştıklarından, temas eden hareketli yüzeylerinde mutlaka sürtünme oluşmaktadır. Dizel motorlarda meydana gelen bu sürtünmeleri azaltmak amacıyla çeşitli önlemler alınmıştır. Bu alınan önlemlerle sürtünmelerin azaltılması ile veriminin arttırılması sağlanmış olur. Ayrıca hareketli parçaların üretildiği malzemeler, geometrisi ve arayüzeylerinin yağlanması gibi farklı faktörlerle sürtünme azaltılmaya çalışılmaktadır.
İçten yanmalı motorlarda yakıttan elde edilen enerjinin bir kısmı güç üretmek için kullanılırken bir kısmı da kayıp halinde sistemde farklı enerji türlerine dönüşmektedir. Bu kayıpların büyük bir bölümünü sürtünme kayıpları oluştururken bunlar içerisinde piston segmanı- silindir gömleği sürtünmesinin etkisi oldukça fazladır. Silindir içerisinde yanan yakıtın etkisiyle birlikte yüksek basınçlar ve yüksek ısılar meydana gelmektedir. Meydana gelen değişken koşullarla birlikte piston segmanı-silindir gömleği arasında farklı zamanlarda farklı büyüklüklerde sürtünme kuvvetleri oluşmaktadır.
Dizel motorlarda piston segmanı-silindir gömleği arasında yağlamayı sağlamak amacıyla yağlama sistemi tasarlamaktadır. Bu yağlama sistemi ile piston segmanlarının hareketinin de yardımıyla yağ filmi oluşturarak bölgedeki sürtünmelerin azaltması amaçlabmaktadır. Bu bölgede oluşan yağ filminin performansında motor devri, silindir gömleği sıcaklığı ve yağlayıcı içeriği önemli rol oynamaktadır. Bununla birlikte, motorun çalışması sırasında yakıt, pistonun üzerine püskürtülmekte ve bu sırada yakıtın yağlama yağının içeriğine karışması kaçınılmaz olmaktadır. Yağlama yağının içerisine karışan yakıtla birlikte yağlama performansını etkileyen parametreler de değişmektedir. Bunu gidermek amacıyla uygulamada farklı katkı maddeleri kullanılmaktadır. Kullanılan bu katkı maddeleri yağlama yağının, yağlama performansını korumasını sağlayarak farklı koşullar altında yağ filminin bozulmasına engel olmayı amaçlamaktadır.
Yapılan bu çalışmada, içten yanmalı bir motorun piston ve silindir gömleği tribolojik testlerin gerçekleştirilmesini sağlamak amacıyla modifiye edilmiş bir test düzeneğinde farklı koşullar altında sürtünme davranışları incelenmiştir. Serbest halde bırakılan silindir gömleğine bir kuvvet sensörü bağlanarak sürtünme kuvvetleri ölçülmüştür. Yapılan deney çalışmalarında 100 d/d, 150 d/d, 200 d/d olmak üzere üç farklı motor devirleri; 80 °C ve 120 °C olmak üzere iki farklı silindir gömleği sıcaklıkları için ölçümler alınmıştır. Yağlayıcı olarak standart yağlama yağı; içeriğinde MDO kirleticisi bulunan yağlayıcı, içeriğinde HFO kirleticisi bulunan yağlayıcı, tall yağı katkısı içeren yağlayıcı ve MDO ile kirlenmiş yağlama yağına tall yağı katkısı katılan yağlayıcı kullanılmıştır.
Yapılan deneylerin sonucunda sıcaklığın ve devir sayılarının sürtünmede önemli parmetreler olduğu görülmüştür. Sıcaklık arttıkça piston segmanı- silindir gömleği arasında oluşan sürtünme kuvvetlerinin arttığı ve devir sayılarının artmasıyla sürtünme kuvvetlerinin azaldığı görülmüştür. Yağlama yağının MDO ile kirlenmesi durumunda bölgede ölçülen sürtünme kuvvetlerinin arttığı ve yağlama yağının HFO ile kirlenme durumunda bölgedeki sürtünme kuvvetlerinin bir miktar azaldığı fakat HFO miktarının artmasıyla birlikte artış gösterdiği görülmüştür. Tall yağı asidi katkısının her iki yakıt kirlenme durumunda etkili olduğu görülmüştür. Belirli miktarlarda tall yağı asidi katılmasıyla hem MDO hem de HFO kirlenme durumlarında bölgede oluşan sürtünmenin azaldığı görülmüştür.

Abstract:
In diesel engines there are different unwanted power losses that occur under normal operating conditions. There are various studies to reduce these losses. Most of the losses in the machines are caused by friction losses. Because of the machines operating under different dynamic conditions, friction forms on their contacting moving surfaces. Different precautions have been taken to reduce these frictions that occur in the machines. The precautions that have been taken enables the machines to work more efficient and to have less frictions. Friction is tried to be reduced by different parameters such as the materials in which moving parts are manufactured, the geometry of these parts and the lubrication of the interfaces of these parts.
Some of the energy obtained from the fuel in internal combustion engines is used to generate power, whereas some of them cannot be used in favor of the engine due to their malfunctional energy transformation which do not work for the system. Most of these losses are caused by friction losses, while the piston ring-cylinder liner friction is the significant one in these losses. High pressures and high heat occur with the effect of fuel burning in the cylinder. With various conditions forming, different amounts of frictions occur at different periods between piston ring and cylinder liner.
There is a lubrication system to ensure lubrication between the piston ring and cylinder liner. This lubrication system aims to reduce the friction in the area by forming the oil film with the help of the movement of the piston rings. Engine speed, cylinder liner temperature and lubricant content play an important role in the performance of the oil film formed in this area. During the operation of the engine, the fuel is injected on the piston and it getting mixed with the content of the lubricating oil is unavoidable. Due to the fuel that get mixed with the lubricating oil, the parameters that affect the lubrication performance are changed. In practice, different additives are used to solve this problem. These additives are used to prevent the deterioration of the oil film under different conditions by ensuring that the lubricating oil maintains its lubricating performance.
In the study, the piston and cylinder liner of an internal combustion engine were examined under different conditions in a modified test equipment to enable the tribological tests to run. The friction forces were measured by attaching a force sensor to the cylinder liner, which was loose. In the experimental study, measurements were taken for three different engine cycles, 100, 150, 200 rpm and two different cylinder liner temperatures of 80 ° C and 120 ° C. Standard lubricating oil, MDO contaminative lubricating oil, HFO contaminative lubricating oil, lubricating oil with the tall oil additive and MDO contaminative lubricating oil with the tall oil additive are used in the experiment.
As a result of the experiments, it was found that temperature and speed numbers are important parameters in friction. It was determined that the friction forces between piston ring and cylinder liner increased while the temperature increased, and it is determined that friction forces decrease with increasing engine speed. It was observed that the friction forces measured in the area increased when the lubricating oil was contaminated with MDO, and In case of contamination of lubricating oil with HFO, it has been found that the friction forces in the region decrease according to standard oil measurements but  friction forces increased with increasing amount of HFO. Tall oil acid additive was found to be effective in both fuel contamination conditions. It has been observed that the friction in the region is reduced in both MDO and HFO contamination conditions by adding certain amounts of tall oil acid.