Dizel motorlarında soğukta ilk harekete geçişi kolaylaştırmak ve emisyon karakteristiklerini iyileştirmek için faz değiştiren maddelerin kullanılması
Using of phase change materials in diesel engines to facilitate startability and to enhance the exhaust emission characteristics in cold conditions
Yazar: GALİP KALTAKKIRAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET AKİF CEVİZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dizel motorlar = Diesel engines ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions

Özet:
Dizel motorların performansları ve sürüş şartları son yirmi yıl boyunca sürekli gelişme kaydetmiştir. Bununla birlikte, dizel motorların dezavantajlarından birisi düşük sıcaklıklarda, ilk hareket esnasındaki zorluklar ile ilgilidir. Buna ek olarak, zararlı egzoz emisyonları da soğukta ilk hareket koşullarında önemli seviyededir. Dizel motorlardan çıkan karbon monoksit (CO) emisyonlarının büyük bölümü motorun daimi çalışma şartlarına yaklaşması sırasında üretilir. Dizel motorların soğukta ilk hareket karakteristiklerini iyileştirmek için silindir içine kızdırma bujileri ve emme hattına hava ısıtıcıları gibi pek çok önlemler öne sürülmüştür.Bu çalışmada, doğrudan enjeksiyonlu dizel motorların soğukta ilk hareket performanslarını artırmak ve egzoz emisyon karakteristiklerini iyileştirmek için faz değiştiren malzemeler (FDM) kullanılmıştır. Yüksek füzyon ısılarına sahip olan FDM'ler, erimeden ve donmadan önceki gizli ısıyı absorbe ederler. FDM'lerin sıcaklıkları faz değişimi boyunca neredeyse sabit kalmaktadır. Bu çalışmada ısı değiştiricisinde belli bir erime sıcaklığı aralığına sahip bir FDM kullanılmıştır. Motor soğutma suyu ısı değiştiricisinde dolaştırılmış ve FDM'yi eritmek için ısı kaynağı olarak kullanılmıştır. Motora giren hava, emme manifoldundan önce ısı değiştiricisinin boruları arasından geçirilmiştir. Motor soğuma periyodu esnasında, tasarlanan ısı değiştiricisinin içindeki FDM motor emme havasının soğuma süresini artırmıştır.Deneyler iki silindirli mekanik püskürtme sistemli bir dizel motorda gerçekleştirilmiş ve olumlu sonuçlar gözlenmiştir. FDM'ler ile emme havası sıcaklığı artırıldığında hem motor ilk harekete geçiş süresinde önemli azalmalar görülmüş hem de zararlı egzoz emisyonları önemli seviyede azaltılmıştır. Emme havası sıcaklığı 10°C, 20°C, 40°C, 50°C, 60°C' sıcaklığa sahip olan FDM'lerden sağlanmıştır. Motor karakteristiklerini belirlemek adına giren hava sıcaklığı, motor egzoz gazı sıcaklığı, motor soğutma suyu çıkış sıcaklığı, çevre havası sıcaklığı ölçülmüştür. Diğer yandan egzoz emisyon karakteristiklerini belirlemek için karbon monoksit (CO), azot oksitler (NOx) ve hidrokarbon (HC) değerleri ölçümü yapılmıştır.Bu sistem sayesinde farklı bir yöntemle dizel motorlarında emme havası sıcaklığı artırılmış. Motor ilk hareket süresi kısalmış. İlk hareket esnasında zararlı emisyon üretimi düşmüştür. Motor daimi çalışma şartlarına ulaşana kadar tüketilen yakıt miktarı azaltılmıştır

Abstract:
During the last two decades, the diesel engine performance and drivability have improved continuously. Nevertheless, one of the disadvantageous of diesel engines is related to the difficulties for starting at cold conditions. Additionally, the harmful exhaust emissions are also significantly important levels during the cold start conditions. Most of carbon monoxide (CO) emissions from diesel engines are produced during the engine warm-up period.  In order to improve the cold start characteristics of diesel engines, many measures have been proposed, such as glow plugs and air heaters in air intake lines.
In this study, in order to increase the cold start performance and improve the exhaust emission characteristics of a direct injection diesel engine, phase change materials (PCM) were used. PCMs, which have high heats of fusion, absorb latent energy before melting or solidifying. During the phase change, temperature of PCMs remains nearly constant. In this study, a PCM was used with the certain melting temperature band in a heat exchanger.Engine cooling fluid was circulated in the exchanger and used as heat source in order to melt the PCM. Engine intake air was passed through the exchanger before engine intake manifold.  During the engine cooling period, the PCM in the heat exchanger supported to increase the cooling time period of engine intake air.The tests were carried out on a two cylinder, mechanical injection diesel engine and favorable results have been observed. When the intake air temperature has been increased by using PCM in the exchanger, the cold start period of engine has been decreased and the harmful exhaust emissions has been decreased at a certain level. Intake air temperature, which at 10°C 20°C, 40°C, 50°C, 60°C, were provided from FDMs. In order to determine the characteristics of the motor, inlet air temperature , engine exhaust gas temperature, engine coolant outlet temperature, ambient air temperature have been measured. On the other hand to determine the exhaust emission characteristics,  carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx) and hydrocarbons (HC) emissions have been measured. Thus the system the engine intake air temperature by a different method has been increased. The time of cold start period decreased. The harmful exhaust emissions during at cold start has been reduced. The amount of fuel consumed has decreased until the engine reach to operating regime.