Diesel engines
75 theses under this subject heading
Üç boyutlu türbülanslı bir DMD içten yanmalı motorun yanma karakteristiklerinin incelenmesi
İçten Yanmalı Motor çalışmalarında, yanma konseptlerinin iyileştirilmesi ve buna paralel olarak kimyasal emisyonların düşürülmesi en önemli araştırma konularını oluşturmaktadır. Bu araştırmaların en önemli bölümünü sıfır emisyonlara sahip motorların geliştirilmesi olarak nitelendirilebilir. Dünya çapında otoritelerin koydukları emisyon standartları, otomobil firmalarını emisyon seviyelerini düşürmeleri konusunda zorlamaktadır. Bu standartlar ise otomobil firmalarına ek maliyetler olarak yansımaktadır. Yanma sonrası egzoz emisyonlarını azaltmanın getirdiği ek maliyetleri azaltmak için daha iyi yanma konseptlerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Piston geometrisinin değiştirilmesi ile yakıt püskürtme de bu konseptler içinde değerlendirilebilir. Mevcut tez çalışması kapsamında, Doğu Motor Arge tarafından tasarlanan konsept motor incelenmiş, turbo beslemeli direkt yakıt püskürtmeli bir dizel motorda piston geometrisi değiştirilerek HAD, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, ile türbülanslı yanma analizleri yapılmıştır. Bilindiği üzere dizel motorlarda yakıt püskürtme basıncı günümüz direkt püskürtmeli motorlarda 2000 bar civarındadır. Yapılan çalışma kapsamında ilk önemli amaç püskürtme basıncının 800 bara düşürülerek yanma verimi üzerindeki etkilerinin incelenmesidir. İkinci olarak yanma veriminin iyileştirilmesi için piston kasesinin geometrisi değiştirilmiştir. Ayrıca tez kapsamında çeşitli püskürtme koni açıları ve püskürtme başlangıç zamanları değiştirilerek parametrik çalışmalar yapılmıştır.
Ağır vasıta bir diesel motorun tasarımı, üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve emisyon analizi
Bu çalışmada öncelikle Bir Boyutlu (1B) 12 silindirli ağır vasıta bir Diesel motorun tam yükleme durumu düşünülerek tasarımı, performans ve emisyon analizleri yapılmış, motorun performans eğrisi elde edilmiştir. Bir Boyutlu analizden elde edilen ilk koşullar kullanılarak emme valfinin kapandığı andaki basınç ve sıcaklık değerleri Üç Boyutlu (3B) CFD analizinde kullanılmış ve tek bir silindir için akış analizi yapılmıştır. Hem 1B hem de 3B CFD analizinden elde edilen silindir içindeki ortalama sıcaklık ve basınç değerlerinin karşılaştırılması yapılmış, sonuçların birbirine yakın olduğu gözlenmiştir. Üç Boyutlu akış analizinde öncelikle farklı hücre sayıları için ağ yapısı analizi yapılmıştır. Daha sonra sırasıyla farklı türbülans ve yanma modellerinin sonuçlar üzerindeki etkisi incelenmiştir. Üç Boyutlu CFD akış analiz programı olarak AVL Fire EseDiesel modülü kullanılmıştır. Özellikle ECFM-3Z (Extended Coherent Flame Model-Three Zone) yanma modeli ile k-?-f türbülans modellerinin verdiği sonuçlar incelenmiş ve gerçeğe uygunluğu yorumlanmıştır. Son olarak kısmi yükleme ve tam yükleme durumları ile enjeksiyon zamanının yanmaya olan etkileri araştırılmıştır.
Elektrikli ve benzinli araç rota planlaması, maliyet optimizasyonu ve karşılaştırması
Elektrikli araç rotalama probleminde, elektrikli araçlar kullanılarak rotanın tamamlanması, minimum maliyetin ve minimum rota mesafesinin bulunması hedeflenir. Elektrikli araçların alabilecekleri maksimum mesafe benzinli/dizel araçlara göre daha azdır. Bu nedenlerle araç rotalama problemlerinde (VRP) elektrikli araçlar kullanılırken şarj kapasiteleri ve şarj istasyon lokasyonları özel olarak dikkate alınmalıdır. Bu çalışmanın amacı elektrikli araçlar kullanılarak optimal – minimum maliyetli – rota bulunması ve benzinli araçların VRP sonuçlarıyla kıyaslanmasıdır. Bu tez çalışmasında, Ankara'da kurulması planlanan bir firmanın, Ankara'nın değişik bölgelerine dağılmış durumdaki potansiyel müşterileri için, dağıtımda elektrikli veya benzinli araç kullanmasına göre optimal rotaları bulunmuştur. Çalışmada optimal rota nasıl oluşturulmalı ve elektrikli araçlar mı ya da benzinli araçlar mı kullanılmalı soruları ele alınmıştır. Konu kapsamında Ankara'da bulunan şarj istasyonları, şarj maliyetleri, elektrikli araçların batarya kapasiteleri, başlangıç maliyetleri ve benzin fiyatları dikkate alınmıştır. Modeller bu noktalar dikkate alınarak kurulmuş, farklı müşteri sayıları ve lokasyonlarına göre birçok farklı senaryo için karşılaştırılmıştır. Çalışmada karışık tam sayılı lineer programlama kullanılmıştır. Çalışma sonuçlarına göre elektrikli araçlar kullanıldığında çok daha az maliyetle dağıtım yapılabildiği görülmüştür. Müşteri sayısı arttıkça ve/veya müşteriler arası mesafe uzadıkça, elektrikli araç şarj istasyonu altyapısı yetersizliği nedeniyle elektrikli araçların benzinli araçlara göre maliyet avantajının azaldığı sonucuna varılmıştır.
Metal nano partiküllerin kullanımı ile seçici katalitik indirgeme sistemi tasarlanması ve test edilmesi
Bu çalışmada, katalitik özelliğe sahip olan farklı metal nanopartiküllerinin kullanımıyla katalizörlerin üretilmesi ve üretilen katalizörlerin tasarlanan seçici katalitik indirgeme sisteminde (SCR) test edilmesi amaçlanmıştır. Emdirme yöntemi kullanılarak Ag-Nb-Pt/Kordiyerit (ANP), Ti-V-Cu/Kordiyerit (TVC) ve Ti-V-Mo/Kordiyerit (TVM) katalizörleri üretilmiş ve bu katalizörlerin karakterizasyonu SEM, BET ve XRD analizleri yapılarak belirlenmiştir. İstenen özelliğe sahip olan katalizörler gerçek dizel motor egzoz emisyonu kullanılarak SCR test sisteminde performans testlerine tabi tutulmuştur. Testler 30000 h-1 alan hızında, farklı motor yükleri altında (1 kW, 2 kW, 3 kW ve 4 kW) ve farklı sıcaklıklarda (200 oC ile 300 oC arasında) gerçekleştirilmiştir. İndirgeyici olarak oksijenli hidrokarbon olan alkoller (etanol, propanol, n-bütanol, n-pentanol ve bunların eşit oranda karışımı) kullanılmıştır. ANP katalizörünün performans testi yapıldıktan sonra diğer katalizörlerle kombin yapılarak ANP-TVC, ANP-TVM ve ANP-TVC-TVM katalizörleri oluşturulmuş ve bu katalizörlerin performans testleri gerçekleştirilmiştir. Egzoz gaz sıcaklığının artışıyla bütün katalizörlerin NOx dönüşüm verimlerinin arttığı belirlenmiştir. Katalizörlerin ve indirgeyicilerin kullanımı ile %42-%90,6 arasında değişen NOx dönüşüm oranları tespit edilmiştir. En yüksek NOx dönüşüm verimi 1 kW motor yükü altında, 300 oC sıcaklıkta, n-bütanol kullanımıyla elde edilmiştir ve en iyi aktiviteyi ANP-TVC-TVM katalizörü göstermiştir.
Motor montaj fabrikasında ıatf 16949 ve apqp perspektifiyle hata analizi çalışması
Bu tez çalışmasında, 2022-2024 yılları arasında bir Türk otomotiv firmasındaki içten yanmalı motorların montaj süreçlerinde karşılaşılan problemler, Avrupa'nın önde gelen otomotiv üreticileri tarafından kabul edilen IATF:16949 kalite standardı kapsamında analiz edilmiş ve iyileştirme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Montaj süreçlerinde yaşanan problemleri detaylı bir şekilde incelemek için PFMEA, 8D, kök neden analizi yöntemleri kullanılmıştır. Bu çalışmada, özellikle silindir kapağında ortaya çıkan yağ kaçağı ve subap sarma problemlerine odaklanılmıştır. Bu problemlere yönelik olarak fonksiyonel analiz, risk değerlendirmesi ve hata analizleri yapılmıştır. Gerçekleştirilen analizler sonucu, problem kaynağı olarak; parça kaynaklı, ortam kaynaklı, taşıma kaynaklı, metod kaynaklı, ortam kaynaklı, aparat kaynaklı ve operatör kaynaklı hatalar tespit edilmiştir. Tespit edilen bu hataları ortadan kaldırmak ve gerçekleşme ihtimalini minimalize etmek adına aksiyon planları yapılmıştır. Alınan PFMEA aksiyonları sonucunda hata oranları minimalize edilmiş, OEE oranlarında ise %4,5 iyileşme elde edilmiştir.
Forward and inverse fuzzy based model predictive control of a turbocharged diesel engine with high-pressure exhaust gas recirculation system
The main purpose of this study is to reduce the number of iterations and reduce the optimization duration by taking advantage of the initialization of the optimization solver in an appropriate point. The model to be used for estimation in the controller is a fuzzy model and it is non-linear. Fuzzy modeling is a widely used method for modeling high non-linear systems. Since the engine is an example of high non-linear systems, the fuzzy model is employed in order to capture the dynamics of the engine in all operation range. The fuzzy model is based on first order regression method, which takes one sample delayed outputs as inputs in order to be a dynamical model. An inverse fuzzy model is employed to initialize the optimization solver in an appropriate point and it is based on second order regression method which takes one and two sample delayed outputs as inputs. The solver in a classical MPC uses the last manipulated variable values as the initial points in the current time step whereas the initialization is based on the inverse fuzzy model in this study. If the optimization is initialized with a proper point, then the optimization may be completed before restricted by the limits or find a better solution while the limits are active. The optimization algorithm that finds the optimal solution is the 'fmincon' function which is available in Matlab environment. The proposed MPC, standard MPC and PID controller performances in terms of the weak and superior aspects are compared. In addition, studies on fuzzy modeling are discussed. It is aimed to increase the knowledge and know-how in this area by applying an advanced control method to a difficult control problem.
Ağır ticari aracın dizel motoruna ait egzoz manifoldunun ısıl olarak incelenmesi
Geçmişten günümüze motor teknolojisindeki gelişmeler ile içten yanmalı motorlardan talep edilen güç paralellik gösterir ve buna bağlı emisyondaki sıkı düzenlemeler artmaktadır. Özellikle emisyon verimliliği ve yakıt tüketimi egzoz manifold tasarımına bağlıdır. Egzoz manifoldu, motor silindir kafasının üstüne monte edilen, içten yanmalı motorun en kritik parçalarından biridir. İçten yanmalı motorun performansını belirlenmesinde önemli bir etkisi vardır. Egzoz manifoldunun bir ucu egzoz girişleri ile direk olarak motor yanma odasına, diğer ucu eğer turboşarjlı bir motor ise turbine bağlıdır. Motorun çalışmaması durumunda düşük sıcaklıklara sahip egzoz manifoldu, motorun çalışması sırasında silindir içinde patlama sonucu oluşan yüksek sıcaklıklara maruz kalır. Metal sıcaklıkları oda sıcaklığından yüksek sıcaklıklara hızlı bir şekilde çıkar. Sıcaklıklardaki bu yüksek değişim, egzoz manifoldu üzerinde yüksek gerilmelere sebep olur. Konstrüktif sebepler dahilinde hareketi kısıtlanan egzoz manifoldu serbestçe genleşemez ve ısıl-mekanik zorlanmalara maruz kalır. Yüksek sıcaklık, kendi bünyesindeki parçaları ve/veya çevresinde çalışan diğer fonksiyonel gruplarıda etkiler. Bu bölgelere yakın yerleştirilen parçalar aşırı ısınabilir ve görevini yapamaz hale gelebilir. Bu yüzden tasarım aşamasında komponentlerin yerleştirilmesi üzerinde dikkatlice düşünülmesi gereken bir konudur. Hesaplamaların dizayn aşamasında yapılması önem arz eder. Yüksek sıcaklıkta malzemelerin mekanik özelliklerindeki düşüş, egzoz manifoldunun titreşim karakteristliğinin de değişmesine neden olmaktadır. Çalışma şartları altında motor veya yoldan gelen uyarılar, egzoz sisteminin doğal frekansları ile çakışması sonucunda sistemin rezonansa girmesine neden olacaktır. Rezonansa giren bir sistemin salınım genliği çok artacak, herhangi bir sönüm elemanı olmadığı halde teorik olarak sonsuza gidecektir. Genliklerin bu şekilde büyümesi egzoz manifolduna ve/veya manifolda bağlı diğer alt grup bileşenlere zarar vereceği kaçınılmaz son olacaktır. Tasarım sürecinde, optimum ve verimli bir ürün ortaya koyabilmek için, içten yanmalı dizel motorların ısıl olarak incelenmesi kuşkusuz ki yapılması gereken önemli çalışmalardan bir tanesidir. Bu bağlamda egzoz sistemleri için ısı geçişi performansının doğru ve hassas incelenmesi büyük önem taşımaktadır. Bilgisayar destekli mühendislik (BDM) motor tasarım sürecinin erken aşamasında, egzoz manifolduna yön verecek etkili bir araçtır. Dinamometre dayanım deneylerinin uzunluğu ve maliyetli olması, BDM çalışmalarının önemini daha da arttırmıştır. BDM ile tasarımın ilk evrelerinde kritik bölgeler belirlenir ve zaman kaybetmeden gerekli önlemlerin alınması sağlanır. Her ne kadar güçlü BDM yaklaşımınız olsa da, geliştirme sürecinin sonunda tasarım doğrulama amaçlı motorun kritik çalışma şartları için çeşitli deneyler dinamometre odalarında gerçekleştirilir. Bu çalışmada bir adet ağır ticari araca ait 13 litre dizel moturunun kararlı hale oturmuş maksimum güç çalışma noktası için egzoz manifold metal sıcaklığı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda ilk adım olarak dinamometre deneyinde motorun kararlı rejime oturmuş farklı çalışma şartları için nominal deney verileri (sıcaklık, basınç vb.) toplandı. Daha sonra motor maksimum güç bölgesinde çalıştırılarak egzoz manifold üzerinden termal kamera ve termoelemanlar ile sıcaklık ölçümleri gerçekleştirildi. Sayısal çalışmaları üç ana başlık altında toparlamak mümkündür. İlk adım olarak, dinamometre deneyi ile uyum sağlayan bir boyut (1B) motor performans modeli kuruldu. Dinamometre ölçümlerinde kabul edilebilir hata bantları arasında kalacak şekilde analizler tamamlandı. Motorun maksimum güç çalışma bölgesi için egzoz manifold giriş ve çıkış sınır şartları çıkartıldı. İkinci adımda sonlu hacimler metodu ile üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar mekaniği (3B HAD) analizleri yapıldı. Eş-Benzetim tekniği ile akışkan ve katı çözüm alanları farklı sistemler olarak modellendi. Akış modeli zamana bağlı, katı model ise zamandan bağımsız olarak analizler tamamlandı. Belirlenmiş zaman aralıklarında birbirleri ile veri aktarımı yaparak analizler tamamlandı. Üçüncü adım olarak Optimate+ yazılımı ile SHERPA algoritması kullanılarak dış ortam ısı taşınım katsayısı optimizasyon çalışması yapıldı. Egzoz manifoldu dış yüzeyi 88 parçaya bölünerek her bir parça için dış ortam ısı taşınım katsayısı değişken olarak tanımlandı. Egzoz manifold metal yüzeyinde bulunan kontrol noktalarında sıcaklık değerleri deney verilerine yakınsayacak şekilde ısı taşınım katsayıları elde edildi. İlk yapılan Eş-Benzetim analizleri sonucunda egzoz manifold metal sıcaklığı deney verileri ile kıyaslandığında en büyük fark + %37 mertebelerinde bulundu. Optimize edilen dış ortam ısı taşınım katsayıları ile analiz sonucunda en büyük farkın - %9'a kadar indiği gözlemlendi. Bir kontrol noktasının dışında her bir kontrol noktası için sonuçların iyileştiği görüldü. Kabul edilebilir hata ile egzoz manifoldunun sıcaklık dağılımı doğru hesaplanmıştır. Bu sayede dayanım hesaplarının güvenli bir şekilde yapılmasına olanak sağlanmıştır. Böylece erken tasarım aşamalarında yapısal zayıflıklarının önüne geçilir ve en az maliyet ile optimum ürün elde edilir.
Effects of variable valve timing on the exhaust thermal management of a turbocharged & intercooled diesel engine
Emissions from diesel engines have become recently a significant problem due to their positive effect on global warming and negative effects on human health. Recently, NOx and PM emission regulations for diesel engines have become quite strict and the emission limits have decreased to very low numbers. Engine producers generally use exhaust thermal management systems to reduce the high rates of emissions discharged from diesel engines. Some typical aftertreatment systems are SCR, DPF and DOC. SCR is used to decrease NOx emissions, DPF is utilized to reduce PM emissions and DOC is mostly applied in a diesel engine system to diminish unburned hydrocarbons (HCs) and carbon monoxide. Although these aftertreatment systems are indeed effective to meet stringent emission regulations on diesel engines, they have a major drawback. These systems generally require high exhaust gas temperatures in order to have high emission conversion efficiencies. In other words, they are temperature-dependent and mostly need higher than 250oC catalyst temperatures to perform efficiently. However, exhaust gas temperatures are generally lower than 250oC for diesel engines operating at lower engine speed and lower engine loading conditions on the performance map. That not only leads to inefficient aftertreatment systems but also insufficient emission reduction for those engine performance points. One of the current methods to achieve greater than 250oC exhaust gas temperatures for these lower engine speed and lower engine loading areas is to use VVT. Changing the opening and closing timings of intake and exhaust valves, VVT can be applied to a diesel engine at any speed and at any load. Therefore, the aim of this study is to try to increase the exhaust gas temperatures of a diesel engine above 250oC for different engine speeds and different engine loadings via utilizing VVT. Change of inlet and exhaust maximum valve lifts is also examined in order to rise exhaust temperatures more in the system. The intention is to attain those high exhaust gas temperatures without causing any fuel consumption penalty in comparison to nominal valve timings. Firstly, a six-cylinder turbocharged and intercooled diesel engine system is modelled to analyze exhaust gas temperatures and also exhaust gas flow rates by using Lotus Engine Simulation (LES) program. The simulation has different elements (cylinders, pipes, ports, valves, turbocharger, intercooler etc.) and these components are explained in a detailed manner with mathematical formulations. Secondly, validation of the simulation is achieved for earlier and later intake valve closing (IVC) timings on a particular engine speed and engine loading point (1200 rpm and 2.50 bar bmep). The results of the simulation for turbine out temperature and for volumetric efficiency are generally compatible with the experimental results. It is shown on the validation that advancing IVC timing 65 degrees CA or retarding it 100 degrees CA from nominal timing is adequate in the system to reach 250oC turbine exit temperature (TET). Up to 55o C TET rise is obtained by sweeping IVC timings forward or backward. Also, when effect of IVC on other diesel engine performance parameters is examined, it is seen that advanced and retarded IVC timings results in fuel-saving. However, these timings also cause high exhaust flow rate reduction compared to nominal valve timings in the system. Early IVC (EIVC) leads to more exhaust flow reduction, but it is also found to be more fuel-efficient than later IVC. Thirdly, other VVT options are searched to combine with EIVC so as to attain higher than 250oC exhaust gas temperatures without causing a substantial reduction on exhaust flow rate. EEVC, LIVO and EEVO are all examined. EEVO is found to be the best option to combine with EIVC. Therefore, combined EIVC&EEVO is applied to the system. IVC is advanced 40 degrees CA from stock IVC timing and EVO is also advanced 70 degrees CA from nominal EVO timing. Although it is successful to satisfy 250oC TET in the system, it also causes a little bit more than 1 % bsfc penalty in comparison to nominal valve timings. Later, inlet and exhaust maximum valve lifts are analyzed to reduce the fuel penalty on the system. It is seen that when lower inlet and higher exhaust maximum lifts compared to nominal maximum lifts is utilized, not only does it enable the system to acquire greater than 250oC TET, but also it decreases bsfc penalty down to zero percent in comparison to nominal valve timings. Then, the method is implemented for different engine speeds (1000 rpm to 2000 rpm) and several engine loadings (1.0 bar to 5.0 bar bmep). When it is compared with TET and exhaust flow figures at nominal valve timings calculated on the previous part of the study, it is seen that 250oC target TET line can be decreased to lower engine loadings. For instance, for 1200 rpm engine speed, TET is obtained at only 2.50 bar bmep rather than satisfying the same temperature at 4.50 bar bmep with nominal valve timings and nominal maximum lifts. More importantly, this is achieved without requiring any extra fuel consumption compared to stock valve timings. Also, reduction of exhaust gas flow rates is not as high as the case where only IVC is used to meet the target TET for more efficient exhaust thermal management. Finally, general evaluation of the study is done by discussing the results achieved in the analysis and the study is concluded on the final part with recommendations for future work. This study is expected to provide insight into the utilization of VVT technique on diesel engines to raise TET particularly on lower engine speed and lower engine loading points of the engine performance map. In this way, more efficient aftertreatment systems can be performed to fulfill the stringent emission criteria.
Dizel motorlar için endüstriyel bilgisayar ile yakıt püskürtme sistemi
Sanayi devrimiyle birlikte insan hayatında aktif rol oynamaya başlayan dizel motorların bir taraftan verimliliklerinin artırılması, öte yandan yakıt tüketimlerinin azaltılmasına yönelik uzun yıllardan beri süregelen çalışmalar yapılmaktadır. Günümüzde dizel motorların özellikle otomotiv alanınında yoğun kullanımı sonucu, bu iyileştirme çalışmalarının yanına egzoz gazı salınımıyla çevreye verdikleri zararı minimuma indirecek araştırmalar da eklenmiştir. Bu çalışmada yukarıda bahsedilen konuların araştırılmasına zemin hazırlayabilmek için, bir dizel motor çalışma seti üzerinde, motora püskürtülen yakıtın püskürtme açısı, püskürtme basıncı, püskürtme adedi gibi parametreleri endüstriyel bilgisayar ile kontrol edilebilen bir yapı oluşturulmuştur. Bu sayede ileride deney setine eklenebilecek bir takım ölçüm elemanlarıyla, farklı çalışma koşulları altında motorun verimliliğini, yakıt tüketimini ve egzoz salınımı incelemek ve iyileştirmeye yönelik çalışmalar yapmak mümkün olacaktır. Tezde ilk olarak dizel motorlar hakkında genel bilgiler verilmiştir. Çeşitli özelliklerine göre sınıflandırılmalarından bahsedilmiş ve çalışma prensipleri aktarılmıştır. Daha sonra dizel motorların çalışması ve verimliliğinde oldukça kritik öneme sahip olan yakıtın yanma süreçleri ve yanma odaları hakkında bilgi verilmiştir. Yanma olayından sonra, dizel motorlarda kullanılan yakıt enjeksiyon sistemleri tanıtılmış, çeşitleri ve çalışma prensipleri gösterilmiştir. Bu çalışmada kullanılan ortak hat yakıt enjeksiyon sistemi üzerinde durulmuş ve bu sistemi oluşturan farklı katmanların görevleri anlatılmıştır. Yakıt enjeksiyon sistemlerinin anlatılmasından sonra endüstriyel bilgisayarların kontrol ve otomasyon dünyasındaki yerlerinden bahsedilmiş ve gerçek zamanlı otomasyon işlerini nasıl yürüttükleri hakkında bilgiler verilmiştir. Çalışmada kullanılan EtherCAT, XFC, Distributed Clocks gibi teknolojiler ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Gerçek deney seti üzerinde deney yapılmadan önce, bir emülasyon çalışması gerçekleştirilmiş, bu çalışmada kullanılan donanım ve yazılımlar ayrıntılı bir şekilde aktarılmıştır. Emülasyon uygulamasında, bir servomotorun pozisyon bilgisi kaydedilmiş, gelen bu bilgiye göre motor mili istenilen pozisyon aralığında iken bir I/O modülü üzerinden 24V çıkış sinyali üretilmeye çalışılmıştır. Emülasyon sonuçları irdelenerek, dizel motorlarda yakıt enjeksiyonu için endüstriyel bilgisayar ve kontrol yazılımlarının kullanılmasının mümkün olduğu gösterilmiştir. Son olarak, emülasyon uygulamasında elde edilen sonuçların doğrulanması için, gerçek bir dizel motor deney seti üzerinde endüstriyel bilgisayar ile yakıt enjeksiyon sistemi kontrolü yapılmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir.
TLM16V185 tipi ağır iş dizel motoru için silindir içi akış yapısının sayısal incelenmesi
Son yıllarda, gelişmiş bilgisayar teknolojileri ve yazılımlar ile karmaşık yapılara sahip çoklu fizik olayları giderek gerçeğe daha yakın analiz edilebilmekte ve incelenebilmektedir. Bu sayede araştırma kuruluşları ve motor üreticileri daha verimli, düşük yakıt tüketimi ve emisyon değerlerine sahip, dayanıklı, daha sessiz içten yanmalı motorlar geliştirmeye yönelik çalışmalar yürütebilmektedirler.Deney ortamında PIV (partikül görüntü hızmetresi), LDV (lazer dopler hızmetresi) ve HWA gibi araçlarla gerçekleştirdikleri motorlardaki yanma odası içersindeki akış alanını HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) teknikleri ile gerçekleştirerek zaman kazanmakta, maliyetleri iş gücü gereksinimini azaltmaktadırlar. HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) teknikleri ile gelen bu avantajları kullanarak TÜLOMSAŞ'da üretilmekte ve DE24000 tipi lokomotiflerde kullanılmakta olan TLM16V185 tipi ağır iş dizel motorun ön yanma odalı tip yanma odasının tasarımına yönelik emme ve egzoz portları, valfleri ve yanma odasını içeren zamana bağlı soğuk akış analizi STAR-CD yazılımı kullanılarak yapılmıştır. STAR-CD yazılımı motor içerisindeki akış karaktristiklerini modellemek için sonlu hacimler yöntemini PISO algoritması ile kullanmaktadır. Bu çalışmanın birinci aşamasında yanma odası tipleri hakkında bilgi verilmiştir. Daha sonra ise üzerinde çalışılan motorun yanma odası akış hacmini oluşturan üç boyutlu geometrinin elde edilmesi Solidworks yazılımıyla yapılmıştır. Ön işlem aşamasıda yüzey çözüm ağının oluşturulması için STAR-CCM, krank açısına bağlı olarak hareket eden piston ve emme-egzoz supaplarının hareketlerine göre hareketli hacimsel çözüm ağı için STAR-CD'nin alt modülü olan es-ICE kullanılmıştır. STAR-CD programındaki hareketli ağ örgüsü, modellenen şeklin sınırlarının zamana göre değiştiği akışkan hareketlerini modeller. Her zaman adımında STAR-CD tarafından hacim mesh otomatik olarak yeniden hesaplanmaktadır. Soğuk akış modellemesinde literatürdeki diğer çalışmalarda da kendini ispatlamış olan RNG k-ε türbülans modeli kullanılmıştır. Soğuk akış analizinde emme ve sıkıştırma işlemlerinde yanma odası içerisindeki hız ve türbülans kinetik enerjisi (TKE) incelenmiştir. Bulunan değerler mevcut motorun yeterli derecede TKE'ye sıkıştırma sonunda sahip olmadığını göstermiştir. Son aşamada elde edilen sayısal sonuçlar, TÜLOMSAŞ motor test hücresinde motor üzerinden basınç transdüserleri ve hava debimetreleri ile elde edilen deneysel sonuçlar ile karşılaştırılacaktır.
Mathematical modeling of NOx and soot emissions for diesel engines
The diesel engine is a type of internal combustion engines in which the fuel that is injected into combustion chamber is ignited by high temperature due to greatly compression of air. Only the air is compressed for diesel engines work. This causes the air to reach high temperatures inside the cylinder and atomized diesel fuel which is injected into the combustion chamber is ignited. Since 19th century, researchers have focused on diesel engines and they came into use with ships and submarines in early years of the 20th century. Then, diesel engines were seen for trucks, locomotives and heavy equipment. After a first quarter of the 20th century, they slowly began to be used in a few automobiles and the diesel engines play an important role in today's automotive world. Diesel engines have many advantages and plenty of drawbacks. When diesel engines and gasoline engines are compared, diesel engines burn less fuel than gasoline engines due to the engine's higher temperature of combustion and greater expansion ratio. Diesel engines have higher thermal efficiency than gasoline engines due to property of compression ignition. Due to this fact, diesel engines can convert over 45% of the chemical energy into mechanical energy while gasoline engines are typically 30% efficient. However, the most important disadvantage of diesel engines is that they emit more hazardous compounds for environment and human health than gasoline engines. Since the fuel in diesel engine is ignited by the heat of compressed air, the fuel had no time to be fully mixed with the air and it produces unburned HC, NOx and soot during the combustion process. Due to NOx and soot emissions, legislation concerning the pollutant gas emissions of diesel cars is becoming increasingly restrictive. Then, it requires many tests to reach the desired limits of the pollutant emissions. Testing with an engine results in long, expensive and inaccurate works. Therefore, it has needed to find a solution for reducing cost and time, also increasing test efficiency. Computer-aided engineering programs have been widely used with the developing computer technology and many engineering problems have been solved by using the computer-aided engineering programs. Some of these programs are developed by engineers to simulate the engine in the system order. Thus, computer aided engineering programs, which are referred as one-dimensional simulation programs in literature provide solution in the system order of an engine. Today, engineers are able to get through to detailed investigations of production engines from early studies of model engine by using one dimensional engine simulation programs. They provide very quick solutions when compared to three dimensional computational fluid dynamics programs. Also, they shorten test duration of engine dynamometer and provide further investigations for multi-parameter effects of engine performance parameters. One dimensional engine simulation programs are widely used by many automotive manufacturers due to the significant advantages described above. In one dimensional engine simulation programs, it is accepted that the axial velocity of the fluid is higher than the fluid velocity in other directions. Due to this reason, three dimensional conservation equations are reduced to one dimension. Continuity, momentum and energy equations are solved simultaneously by the model. All equations are solved in one dimension and all quantities are averaged across flow direction. The system is discretized into smaller volumes and volumes are connected by boundaries. Also, the scalar variables are calculated at the center of the volume and vector variables are calculated for each boundary. This type of discretization is referred as staggered grid. In literature, combustion of diesel engines are modeled with high accuracy by using one dimensional engine simulation. On the other hand, the emission modeling of diesel engines have been very challenging for researchers due to irregular chemistry of the exhaust gases. Apart from physical modeling, mathematical modeling is also commonly used. Mathematical modeling is very beneficial especially for the problems which cannot be explained by physical modeling. Therefore, mathematical modeling which is constructed according to measured data, could be very helpful to analyzed unknown systems. In accordance with this purpose, mathematical model can be used for prediction of exhaust gases. In this thesis study, mathematical model of NOx and soot emissions based on Gaussian Regression method is used for fast and accurate predictions. It is proved that NOx and soot emissions can be modeled mathematically with high accuracy for diesel engine. Experimental design is generated to collect training data for mathematical models. Instead of using conventional DoE methods, spacing filling DoE method is utilized. The results show that it's good enough to describe complex behaviors of the engine. Results are subdivided according to steady state and transient conditions. Firstly, steady state modeling is handled. Models using combustion input parameters are created to predict soot and NOx emissions. These parameters is directly or indirectly controlled by ECU. Optimization of the input parameters are performed to obtain highest results, and the model comprising of eight parameters are sufficient to predict soot and NOx emissions. Suggested model includes the parameters: engine speed, fuel rail pressure, total fuel quantity, start of main injection, start of pilot injection, mass air flow, intake manifold temperature and intake manifold pressure. Due to dependency of EGR rate to other model parameters, it is not required to add EGR rate parameter into the models. Controlling of pilot injection quantity have high errors, and thus its effect on modeling quality could not be observed. The models include combustion input and output parameters. However, some parameters cannot be measured directly on a dynamometer, and therefore 1D model of the engine is created. The values of these parameters are obtained by using 1D engine model. Effects of some combustion output parameters are also investigated in this thesis. Modeling improvement is aimed by using these parameters. Studies show that adding turbine inlet temperature into the models increases modeling quality of soot emissions. Also, it is obtained that using maximum cylinder pressure in the models increases the accuracy of validation data for steady state conditions, but it requires to use other combustion parameters such as turbine inlet pressure, burn duration 0-50%, burn duration 0-90% and burn duration 10-90%. In this thesis, it is also aimed to model emissions mathematically by using only outputs of the 1D engine model and to show its feasibility. Thus, optimum design of an engine can be obtained by using a coupled model of 1D engine model with a mathematical emission model. However, the results show that NOx emissions can be assessed during design optimization process but the same thing cannot be stated for soot emissions. The models including combustion input and output parameters are run in MATLAB to evaluate the model quality for transient conditions. World harmonized transient cycle (WHTC) is used for comparison of model and test data. The results show that mathematical emission models are capable of predicting transient results of emissions. The same model suggested for steady state conditions can be also used for transient conditions. However, there are some problems observed during analysis of transient results of the models. These problems are overestimation of soot emissions and time delay between model and test results. One of transient cycle points is out of range for training data of the models, and it results in overshooting of soot emissions. Setpoints of combustion variables are specified at the beginning of combustion by ECU, however, soot and NOx emissions are measured at engine outlet. This situation causes a delay between test and model results.
Fast NOx prediction methodology via 1D thermodynamical tools
Accurate modelling of Nitrogen Oxide, soot, CO and UHC emissions from diesel engines plays a crucial role during the development phases of powertrain systems due to increasingly more strict emission legislation. Undoubtedly, generating accurate and robust methods of emission prediction will serve to global optimization of engine systems at very early stages of engine development. Engine component selection, accurate prediction of specific fuel consumption and defining the correct EGR strategy (low and mid-high) can only be achieved via reliable and fast NOx emission prediction. There are many possible ways of emission prediction in literature such as 3D, stochastic reactor, semi-empirical, phenomenological models and neural networks. However, these prediction methods either need excessive test data or simulation duration. On the other hand, using 1D simulation tools is a faster way of emission prediction but has low accuracy. In this study, it is aimed to improve a fast and accurate NOx emission prediction methodology by utilizing 1D Models generated in GT-Suite software. Two different heavy-duty diesel engines with two different combustion models are modelled and correlated to test data. A NOx emission prediction methodology is developed in 9L heavy-duty diesel engine model and experimented with the 12.7 L heavy-duty diesel engine model. In both studies, extended Zeldovich mechanism outputs included in the software is tuned via embedding calibration multiplier maps, depending on different engine operating parameters. Comparison of simulation results with the use of varying NOx calibration multiplier maps against test data, shows that the developed methodology can be used to predict NOx values with high speed and accuracy.
Dizel motorlarda biyodizel kullanımının motora etkilerinin dizel yakıtı ile deneysel karşılaştırmalı olarak incelenmesi
Geleneksel motor yakıtlarına alternatif yakıtların mevcut motor teknolojisi ile üretilen motora etkilerinin incelendiği bu çalışmada biyodizel ve geleneksel dizel yakıtları eş zamanlı ve eşit koşullarda aynı özellikte iki ayrı motorda kullanılmış, yakıtların motorlar üzerine etkileri karşılaştırmalı olarak gözlenmiştir.Deneysel olarak yapılan bu incelemede farklı test ve analiz cihazlarından faydalanılmış sonuçları değerlendirilmiştir. Belli periyotlarla motor yağından alınan numuneler ICP spektrometresi ile elementel olarak analiz edilmiş, motor aşınmalarına yakıtın etkisi araştırılmıştır. FTIR analizleri ile motor yağında oluşabilecek oksidasyonlar ve yağ özelliklerinin değişimi karşılaştırılmıştır. Motorların izlenmesi açısından önemli bir parametre olan motor yağlarındaki TBN değişimleri yine karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.Termal kamera ile motorlar gözlenmiş, ısı farklılıkları fiziksel olarak karşılaştırılmıştır. Titreşim ölçümleri yapılmış, motorda yanmadan kaynaklanan titreşimler etüt edilmiş, değerler karşılaştırılmıştır. Enjektör basınç değerleri izlenmiş, yakıtların enjektörler ve yakıt pompaları üzerine etkileri SEM analizleri ile değerlendirilmiştir.Kısa süreli testler ile yapılan karşılaştırmalar sonucu biyodizel B100 olarak motorda kullanımının motorlar üzerinde ek iyileştirmeler ile mümkün olduğu, her iki yakıtın da avantaj ve dezavantajları bulunduğu değerlendirilmiştir.Bu tez çalışması DPÜ BAP komisyonunun 2008/7 numaralı projesi desteğinde yürütülmüştür.Anahtar Kelimeler: Aşınma, biyodizel, dizel, EDS, enjektör, FTIR, ICP, motor, SEM, termal analiz, vibrasyon, yağ analizi, yakıt.
Gemi dizel motorlarındaki hareketli elemanlarda oluşan hasarlar ve nedenleri
Gemilerin sevki için gereken gücü üreten makinelerin yüksek bir oranını dizel motorları sağlamaktadır. Gemilerde kullanılan diesel motorları diğer alanlarda kullanılan diesel motorlarına göre yağlama, yakıt, egzoz sistemleri açısında belirgin farklılıklar göstermektedir. Çalıştıkları deniz koşulları dikkate alındığında bu sistemlerdeki farklılıkların ne kadar önemli olduğu kolayca görülebilmektedir. Gemi dizel motorlarında uygulanan periyodik bakımlar gerek çalışma saatlerine gerekse çalıştırdığı ortama göre gerçekleştirilmektedir. Bu bakımlar dikkate alınmadığında karşılaşılabilecek sorunlar ciddi boyutlara ulaşabilmektedir. İhmal edilen, önemsenmeyen, dikkatten kaçabilen küçük arızalar ?su ve stim kaçakları, yağ sızıntıları, eksiklikleri- daha sonra tamiratı uzun süreler alıp geminin işletilmesini engelleyen önemli büyük arızalara neden olabilmektedir.Günümüzde işletilen gemilerin karşılaştığı kazalar ?çatışma, karaya oturma- teknik arızalar her geçen gün görülebilmektedir. Kısa süreler içinde aynı mevkilerde karşılaşılan karaya oturma, yatak sardırma olayları en basit örneklerdendir.Gemilerin işletilmesinde ve gerekli elektrik enerjisinin üretilmesinde kullanılan diesel motorlarında karşılaşılabilecek sorunlar maddi ve manevi olarak büyük kayıplara neden olabilmektedir. Arıza süresince işletmeden alıkonulan gemi bir kazanç kapısı olmaktan çıkıp tamamen masraflara açık bir nesne olmaktan öte gidememektedir. Bu bakım-tutum, tamirat süresinde karşılaşılan kayıpları telafi etmek için harcanacak ekstra imkânlar da gemi sahibi ve personel için de manevi olarak yaptırımlar yaratmaktadır. Bu çalışmada gemi dizel motorlarında ki hareketli elemanlarda karşılaşılabilecek arızalardan, onları yaratan nedenlerden ve arızaların giderilmesi için gerçekleştirilen operasyonlardan bahsedilmeye çalışılmıştır. Bir cıvatanın bile uygun torkta sıkılmamasından kaynaklanabilecek hasarlar büyük olabilmektedir ki hareketli elemanların birinde karşılaşılabilecek bir problem sistemi bir bütün olarak düşündüğümüzde önemli arızalara neden olabilmektedir.Çalışmanın birinci bölümünde gemi dizel motorları devir sayılarına göre sınıflandırılmıştır. Düşük, orta ve yüksek devirli dizel motorlar hakkında kısaca bilgiler ve örnekler verilmiştir.İkinci bölümde de motorlardaki hareketli elemanlar resimler ve tanımlamalar ile anlatılmaya çalışılmıştır.Üçüncü bölümde de gemi dizel makinelerde ki hareketli elemanlarda karşılaşılan arızaların nedenleri ve arızaların oluşum aşamaları ve karşılaşılan arıza sırasında nasıl bir yol izleneceği resimler ve örnekler ile anlatılmıştır. Resimler ve örneklerle desteklenen çalışmada teorik bilginin yanında Arkas Denizcilik ve Nakliyat A.Ş. firmasına bağlı olan M/V Tomriz A gemisinde edinilen tecrübelerden de fotoğraflar yardımı ile tamamlanmıştır.Gemi üzerinde çalışan gerek zabitlerin gerekse personellerin bu çalışmamda konu olan arızalarla karşılaşmamaları dileğiyle?
İçten yanmalı motorlarda hidrojenin alternatif yakıt olarak kullanılması
Küresel ısınma, iklim değişiklikleri gibi çevresel sorunlarla ilgili ortaya çıkan endişeler, yenilenebilir yakıtlara olan ilginin artmasına neden olmuştur. Ayrıca, fosil yakıt kaynaklarının sınırlı olması, taşıtların ortama yaydıkları kirleticilerin insan sağlığını her geçen gün daha çok tehdit etmesi, petrol fiyatlarındaki artışlar, emisyon regülasyonlarının giderek ağırlaşması, alternatif yakıt arayışını zorunlu kılmıştır ve otomotiv üreticileri yeni teknolojiler aramaya başlamışlardır. Özellikle son yıllarda, motorin fiyatlarındaki artıştan ve çevresel nedenlerden dolayı, dizel motorlarda LPG, metan gibi gaz yakıtların kullanılması gündeme gelmiş ve LPG dönüşüm sistemi ile ilgilenen firmaların, dizel motorlarının LPG ve CNG (sıkıştırılmış doğalgaz) yakıtlarını kullanabilecekleri kitlerin tasarlanması için AR-GE çalışmalarına başlamışlardır.Hidrojen, karbon atomu içermeyen, geniş tutuşabilirlik sınırı, sıkıştırma oranı yüksek motorlarda kullanılabilme karakteristiği, yüksek yanma verimi, düşük tutuşturma enerjisi ve düşük emisyon değerlerine sahip, fosil yakıtlara göre üstün özellikleri olan bir yakıttır. İlgili çevrelerce, H2 geleceğin yakıtı olarak görüldüğü için, yapılan çalışmada dizel motorda değişik oranlarda H2-motorin çift yakıt olarak kullanılmıştır. H2'nin kendi kendine tutuşma sıcaklığının yüksek olmasından dolayı, H2'nin dizel motorlarda tek başına kullanılması uygun değildir. Bunun yerine, emme portundan H2'nin LPG-CNG enjektörleriyle elektronik kontrolle gönderilmesi ve pilot motorin püskürtme ile tutuşmanın gerçekleştirilmesi daha elverişlidir. Yapılmış olan çalışmada, ilk aşamadaki performans deneylerinde, tam yükte, farklı motor hızlarında, emme manifoldundan toplam yakıtın enerji içeriğinin %0'ı, %25'i ve %50'si kadar H2 gönderilmiş ve pilot motorin püskürtme ile tutuşma gerçekleştirilmiştir. Daha sonraki testlerde sırasıyla 1100 d/d ve 1300 d/d motor hızları için, tam yük koşulunda ve aynı moment değerleri için, gönderilen H2 miktarının emisyonlar ve termik verim üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ayrıca, yine 1100 d/d ve 1300 d/d motor hızlarında, kısmi yüklerde H2 gönderilmesinin motor performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Deneylerde, hem birim çevrimde silindire sokulan ısı miktarı, hem de hava fazlalık katsayısı mümkün olduğunca yakın tutulmaya çalışılmıştır (1100 d/d ve 1300 d/d sabit motor hızında, sabit moment deneylerinde hava fazlalık katsayısı sabit tutulmamıştır). Deney sonuçlarına göre, CO, CO2 ve is partikülleri gönderilen H2 ile birlikte azalmış, HC emisyonlarında kayda değer bir değişiklik gözlemlenmemiş, NOx miktarı ise kısmi yük motor işletme şartlarının tamamında H2 gönderilmesiyle azalmış, tam yük koşullarında ise gönderilen H2 miktarının artmasıyla NOx miktarı da artmıştır. Ayrıca, H2 miktarının artmasıyla, kontrolsüz yanma evresinde açığa çıkan ısı açığa çıkış miktarı artarken,kontrollü yanmadaki ısı açığa çıkış miktarı azalmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, kısmi yüklerde, CO, CO2, is partikülleri düşerken HC emisyonlarında kayda değer bir artış gözlenememiştir. NOx emisyonlarının da düştüğü göz önüne alınırsa, şehir içi gibi yüksek güç talebinin olmadığı şartlarda, H2'nin dizel motorlarda çift yakıt olarak kullanılmasının tüm emisyonları olumlu etkileyeceği öngörülmüştür.
Su buharı enjeksiyonlu bir dizel motorunda egzoz gazları geri dolaşımının (EGR) performans ve emisyonlara etkilerinin incelenmesi
Gemi dizel motorlarından kaynaklanan emisyonların insan sağlığı ve çevre üzerinde birçok olumsuz etkileri görülmektedir. Bu emisyonları sınırlandırmak için de MARPOL (International Convention for the Prevention of Pollution from Ships) tarafından gemi dizel motorlarında çeşitli sınırlandırmalar getirilmiştir. Gemi kaynaklı NOx emisyonlarında, özellikle 2016 yılından itibaren, ciddi bir sınırlandırma getirilmektedir.NOx kontrol yöntemleri silindir içi ve dışı olmak üzere iki ana başlık altında değerlendirilmektedir. Bu yöntemlerin kullanılması esnasında dikkate alınması gereken en önemli nokta, emisyon değerleri düşürülürken performans parametrelerinin de dikkate alındığı optimum çalışma koşullarının belirlenmesidir.Bu tez çalışmasında, tam yük şartlarında çalışan tek silindirli tabi emişli bir dizel motorunun emme manifolduna farklı oranlarda su buharı püskürtme ve egzoz gazları geri dolaşımının (EGR), NOx emisyonları ve performansa etkileri deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Teorik çalışmada, tek bölgeli yanma modeli farklı buhar ve EGR oranlarına göre modellenmiştir. Deneysel çalışmalarda üç farklı buhar oranı (%10, %20 ve %30) ve üç farklı EGR oranı (%10, %20, %30) performans ve emisyonlar standart değere göre karşılaştırılmıştır. Optimum çalışma şartları Taguchi metodu kullanılarak belirlenmiştir. Ayrıca elde edilen deneysel sonuçlar yapay sinir ağı yardımıyla eğitilmiş ve elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır.
Farklı metil ester yakıtlarla çalışan bir dizel motorunda su buharı enjeksiyonunun performansa ve NOx emisyonlarına etkilerinin teorik ve deneysel olarak araştırılması
Dizel yakıt, yenilenemeyen yakıtlar kategorisindedir ve kaynaklarının belirli bir zaman sonra tükenmesi muhtemeldir. Neden olduğu yüksek miktardaki zararlı emisyonlar, elde edilmesi ve taşınması esnasında ortaya çıkan güçlükler ve yüksek maliyetler de göz önünde bulundurulursa, dizel yerine kullanılabilecek yenilenebilir yakıtlara gereksinim duyulmaktadır. Biyoyakıtlar, yenilenebilir olması, temin edilmesinin kolaylığı ve motor emisyonlarını azaltması gibi nedenlerden dolayı fosil yakıtlara alternatif olarak görülmektedir.Pek çok yönden dizel yakıttan daha çevreci olan biyoyakıtların en önemli dezavantajı içerdikleri yüksek miktarda oksijen nedeniyle NOx emisyonlarında artışa neden olmalarıdır. NOx emisyonları insan ve çevre sağlığı üzerinde neden oldukları büyük zarar nedeniyle Avrupa Birliği, IMO, US EPA gibi pek çok uluslararası kuruluş tarafından sürekli sıkılaştırılan düzenlemelerle kontrol altına alınmaya çalışılmaktadır.Bu tez çalışmasında biyoyakıtlardan salınan yüksek NOx emisyonunu kontrol altına almak için farklı yakıtlarla çalışan tek silindirli tabi emişli bir dizel motoruna emme manifolduna farklı oranlarda su buharı püskürtme uygulaması yapılarak performans ve emisyonlara olan etkisi deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Tam yük şartlarında gerçekleştirilen deneysel çalışmada üç farklı tipte metil ester ve dizel yakıt karışımları (kütlece %10,%20) ile çalışan motora farklı oranlardaki (%10, %20, %30) buhar enjeksiyonunun emisyon ve performansa etkileri incelenmiştir. Teorik çalışmada ise üç farklı metil esterin yanması tek ve iki bölgeli yanma modeline göre modellenmiş, elde edilen teorik sonuçlar deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır.
Dizel motorlarında ısı salımının azot oksit emisyonlarına etkisinin teorik ve deneysel olarak araştırılması
Dizel motoru ile tahrik edilen taşıtlar, verimlilikleri nedeniyle günümüzde önem kazanmışlardır. Taşıt kaynaklı kirlilik sorunu ise hâlihazırda çözümlenememiş problemler içerisinde birincil düzeydedir. Azot oksitler regülasyonlar ile sınırlanmış kirleticilerdir ve gelecekte Euro-6 emisyon sınırlaması kapsamında, dizel motorlarında azaltılması zorunlu tutulmuştur. Doktora tezinin amacı, dizel motorlarında yanmaya bağlı ısı salım oranının azot oksit emisyonları üzerindeki etkisinin araştırılması ve modellenmesidir. Isı salım oranının değişiminin silindir içi basıncına etkisini elde edebilmek için, boyutsuz ve çok bölgeli bir termodinamik model geliştirilmiştir. Yanmanın simülasyonunda çift Wiebe ısı salımı modeli kullanılmıştır. Azot oksit emisyonlarının simülasyonunda ise genişletilmiş Zeldovich modeli ve kısmi denge yaklaşımı kullanılmıştır. Model kalibrasyonu için, ortak hat yakıt püskürtme sistemine sahip, çok silindirli, ticari bir dizel motoru deney motoru olarak tercih edilmiştir. Motor performans değerleri ve emisyonlar, farklı ön püskürtme miktarları ve püskürtme avansları için ölçülmüştür. Isı salımı oranının değişimi, her deney şartı için silindir içi basıncı analiz edilerek elde edilmiştir. Model kalibrasyonunun sonrasında, çok bölgeli termodinamik model, deneysel sonuçlarla %97'nin üzerinde uygunluk göstermiştir. Bununla birlikte azot oksit modeli ise yeterli doğrulukta tahminler üretmiştir.
Performance and emission characteristics of diesel engines using diesel fuel, vegetable oil and alcohol blens
ABSTRACT MSc THESIS PERFORMANCE AND EMISSION CHARACTERISTICS OF DIESEL ENGINES USING DIESEL FUEL, VEGETABLE OIL AND ALCOHOL BLENDS ALI KESKİN DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor : Assoc. Prof.Dr. Kadir AYDIN Year: 2000, Pages: 83 Jury : Assoc. Prof. Dr. Kadir AYDIN : Assoc. Prof. Dr. Osman SERÎNDA? : Assist. Prof. Dr. Ahmet PINARBAŞI In this experimental study usability of cotton oil methyl ester - diesel fuel blends and cotton oil - ethyl alcohol - diesel fuel blends as an alternate fuel for diesel engine were investigated. Methyl ester was produced by reacting cotton oil with methyl alcohol. The cotton oil methyl ester - diesel fuel blends were tested in a single cylinder, direct injection diesel engine between 1500 and 3700 rpm. The Cotton oil- ethyl alcohol - diesel fuel blends were tested in three cylinder, direct injection diesel engine between 1000 and 2500. During the engine test, engines performance and emission value were measured. These results were compared with diesel fuel values. In addition, component of engine was checked at the end of the test. Keywords: Alternative Fuel, Diesel Fuel, Cotton oil, Methyl Ester
Bitkisel yağ esterleri-motorin karışımının motor performansı ve emisyonlarına etkisi
Dünya nüfusunun artması, ve hızlı sanayileşme enerjiye duyulan ihtiyacı artırmıştır. Mevcut enerji kaynaklarının sonlu olması, yeni ve yenilenebilir kaynakların araştırılmasını zorunlu hale getirmiştir. Dünya genelinde tüketilen petrolün büyük kısmı motorlarda yakıt olarak kullanılmaktadır. Bu kapsamda içten yanmalı motorlarda kullanılabilecek alternatif enerji kaynaklarının araştırılması büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada dört zamanlı, hava soğutmalı, tek silindirli bir dizel motora yakıt olarak, belirli oranlarda karıştırılmış motorin ? biyodizel karışımı konulmuş ve motorun performansı ile egzoz emisyonlarındaki değişimler incelenmiştir. Yakıt olarak sırasıyla %100 motorin (D100), %10 biyodizel ? %90 motorin (B10), %20 biyodizel ? %80 motorin (B20) ve %50 biyodizel ? %50 motorin (B50) karışımları kullanılmıştır. Bu karışımlar sırasıyla motora yakıt olarak gönderilmiş ve motor üzerine uygulanan yük miktarı ayarlanıp dizel motorun devri ölçülmüş, hemen akabinde de elektrik motorunun devri ölçülmüştür. Bu esnada silindir içine yerleştirilen alıcı aracılığıyla silindir içi basınç dataları kaydedilmiştir. Bu işlemler gerçekleştirilirken diğer yandan emisyon değerleri (CO, CO2, HC, O2, NOx ve lambda) okunmuştur. Kontrol paneli üzerindeki 50 ml'lik balon vasıtasıyla da motorun 50 ml'lik yakıtı kaç saniyede tükettiği tespit edilmiştir. Son olarak da yakıt içine, egzost çıkışına ve ortama yerleştirilen termokupllar vasıtasıyla yakıt, egzost çıkış ve ortam sıcaklıkları tespit edilmiştir. ANAHTAR SÖZCÜKLER: Alternatif Yakıt, Biyodizel, Motorin, Dizel Motoru.
Biyodizel yakıt karışımlarının performans ve emisyon üzerine etkilerinin deneysel araştırılması
Dizel yakıtları birçok alanda kullanılmakta ve ülke ekonomisinde önemli bir yer teskil etmektedir. Petrolün her geçen gün azalması, petrol krizleri ve çevre bilincinin artması ile yenilenebilir enerji kaynaklarına ilgi artmıstır. Biyodizel, dizel motorları için, bitkisel ve hayvansal yaglar gibi yenilenebilir kaynaklardan üretilebilen alternatif bir yakıttır.Ve ayrıca toksin olmayan, dogada kolay bozunabilir, çevreci bir yakıttır. Avrupa Birligi'nin 2003/30/EC direktifi ile 2005 sonunda piyasaya arz edilen fosil yakıtlara %2 oranında biyoyakıt eklenmesi zorunlulugu getirilmistir. Bu çalısmada, gelecekte fosil kaynaklı yakıtlara alternatif olarak kullanılması düsünülen biyodizel, bir direk püskürtme sistemine sahip dizel motorunda farklı karısım oranlarında test edilmistir. %20 soya + %20 ayçiçek + %60 kanoladan elde edilmis biyodizel ile %30 kanola + %70 soyadan elde edilmis biyodizelin test edilmesi suretiyle, test motorunun motor momenti, motor gücü, özgül yakıt tüketimi olarak sınıflandırılan performans karakteristiklerine ulasılmıstır. Deney motorunun egzoz çıkıs borusundan gaz analiz cihazı propları ile egzoz emisyon degerleri alınmıstır. Ayrıca silindir içi basınç degisiklikleri ölçülmüstür. Deneylerden önce motor, referans dizel yakıt ile test edilmis ve elde edilen performans ve egzoz karakteristikleri motorun alternatif yakıt deneylerinde referans olusturmustur. Her iki yakıt karısımı ile yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar referans karakteristiklerle karsılastırılmıs ve sonuçlar grafiklerle sunulmustur. Anahtar Kelimeler : Dizel motor, alternatif yakıt, biyodizel, motor performansı, egzoz gazı emisyonları , silindir içi basınç degisimi x
Alternatif yakıtların dizel motorlarda kullanımı teknik ve ekonomik analizi
Enerji ihtiyacı, dünyada sanayilesme ve artan nüfus nedeniyle günden güne artmaktadır. Bunun dogal sonucu olarak tüm dünyada enerji açıgı olusmaktadır. Bu nedenle sanayilesmis ve sanayilesmekte olan ülkeler enerji ihtiyaçlarını karsılamak amacı ile yeni enerji kaynaklarına yönelmektedirler. Günümüzde motorlu tasıt endüstrisinin temel enerji kaynagı petrol ürünleridir. Petrol kaynaklarındaki olumsuzluklar, alternatif yakıtların kullanımının yaygınlasacagını göstermektedir. Etanol, metanol, dogalgaz, hidrojen ve biyodizel gibi alternatif enerji kaynaklarının mevcut motorlarda kullanılabilirlikleri çogu arastırmacının üzerinde durdugu konulardandır. Bu alternatif yakıtların dizel motorlarında kullanımlarının arastırıldıgı bu çalısmada etanol, metanol, dogalgaz, hidrojen ve biyodizelin dizel motorlarında kullanılabilme potansiyelleri ve örnek deneyler-çalısmalar incelenmistir. Etanol ve metanol kullanıldıgında performanslarda kısmi düsüsler görülmüs, emisyonlarda artıslar tespit edilmistir. Ayrıca motor üzerinde modifikasyona ihtiyaç duyulmaktadır. Dogalgaz ve hidrojen kullanıldıgında performanslarda düsüsler görülmüs ancak ekonomik yönden kullanılabilirligi yönünde olumlu görüsler olusmustur. Biyodizel ile ilgili olarak yapılan deneyde 4 zamanlı 6 silindirli bir sehir içi otobüs motoru kullanılmıstır. Deneylerde biyodizelin performanslarda çok az düsüsler gösterdigi ancak emisyon testlerinde oldukça olumlu sonuçlar verdigi tespit edilmistir. Bu avantajlarının yanında biyodizel yüksek viskozite, düsük ısıl deger ve bazı malzemeler üzerinde asındırıcı/çözücü etkiye sahip olmak gibi bazı olumsuz özelliklere de sahiptir. Anahtar kelimeler: alternatif yakıtlar ve kaynaklar, biyodizel, etanol, metanol, hidrojen, dogalgaz, dizel motorlar
Gemilerde elektrik üretiminin dizel makine ve gaz türbini ile sağlanmasının teknik ve ekonomik analizi
Gemilerde artan elektrik ihtiyacı ve zararlı egzoz emisyonlarının küresel ısınmaya neden olacak derecede artması nedeniyle alısılagelmis sistemlerin haricinde atmosferi daha az kirleten, daha az yer kaplayan ve ekonomik olarak dizel makinelerle rekabet edebilecek yeni güç sistemleri aranmaktadır. Bunun sonucu olarak ortaya çıkan, gemi tahrigi için gerekli enerji ile gemi servis elektrigi için gerekli enerjinin ayrı ayrı üretildigi geleneksel sistemlere alternatif olarak günümüzde bir çok uygulama alanı bulan tahrik enerjisi ile servis elektriginin entegre bir sistemle üretildigi elektrik tahrikli gemilerin ve gelecekte kullanımı için çalısmalar yapılan tamamı elektrik gemi sistemlerinin üzerinde durulmustur. Güç sistemlerinde dizel makine ve gaz türbinlerinin kullanımı ile ilgili yakın geçmiste yapılan ve bu çalısmada da faydalanılan kaynaklara yer verilmis, gaz türbinlerinin çalısma prensibi ele alınmıstır. Gaz türbinlerinin gemilerde elektrik üretiminde kullanıldıgı belli gemi tiplerindeki uygulamalar incelenmistir. Dizel makinelerin çevreyi kirletmesi, çok yer kaplamaları, titresim ve gürültüye neden olmaları dolayısıyla, alternatif olarak gaz türbinin kullanılıp kullanılamayacagı arastırılmıstır. 2,5; 5; 10; 20 ve 40 MW güç seviyelerinde dizel jeneratör ile gaz türbini jeneratörlerinin yatırım, isletme ve bakım, yakıt masrafları ayrı ayrı hesaplanmıs, birim güç basına maliyet tespit edilmistir. Her güçte sistem maliyetleri birbirleri ile kıyaslanmıstır. Anahtar kelimeler : Gemilerde elektrik üretimi, dizel jeneratör, gaz türbini, elektik üretim maliyeti
Diesel motor yağlama teknolojisinde son beş yıldaki gelişmeler üzerinde araştırma
Günümüzde Diesel motorların gelişimi içersinde yağlama teknolojisindeki gelişmeler büyük bir rol oynamaktadır. Bunun bilincinde olan büyük motor üreticileri kendi test ve araştırma merkezlerinde bu konu hakkında çalışmalar yaptıkları gibi aynı zamanda da önde gelen yağ firmaları, lubrikatör ve segman üreten firmalar ve de üniversitelerle ortak baza ar-ge çalışmalanda yapmaktadırlar. Bu yüzden diesel motor yağlama teknolojisinde son beş yıldaki gelişmeler araştırılırken önde gelen Diesel motor üreticilerinden konu ile ilgili kitap, katalog, resim ve broşür temini yoluna gidilmiştir. Diesel motor yağlama teknolojisindeki yenilikler; sürtünme, aşınma ve yağlama adlı üç ana başlık altında incelenmiştir. Bir Diesel makinada sürtünme kuvvetlerinin azaltılmasında ve dolayısıyla makinanm performansının ve yakıt ekonomisinin iyileştirilmesinde piston-segman takımlarının yağlanması büyük rol oynamaktadır. Bu yüzden özellikle piston-segman takımının sürtünmesi ve diğer eş çalışan makine parçalarının sürtünmesiyle birlikte oluşan toplam makine sürtünmesi son yıllarda geliştirilmiş olan «Ani Sürtünme Momenti Metodu» ile hesap edilebildiği gibi yine aynı metodla piston-segman takımı yağlama rejimleride kolaylıkla tespit edilebilmektedir. Diesel makinalarda silindir layner ve segman yüzeylerinde görülen aşınmayla savaşta son yıllarda özellikle layner malzemesinin ve layner yüzey kalitesinin iyileştirilmesi ve ayrıca segman şekli ve malzemesinde yapılan yeniliklerle büyük bir gelişme kaydedilmiştir. Ayrıca Diesel makinalarda aşınma ölçme teknolojisinde de yapılan yenilikler sayesinde büyük silindir çaplı, iki zamanlı bir Diesel makinanm en üst piston segmamnın aşınmasını sürekli olarak gözlemleyebilecek bir sistem geliştirilmiştir. En üst piston segmamnın aşınma oranı silindir overholleri arasındaki süreyi tespit ettiğinden, bu sistem sayesinde overholler arasında maksimum bir süreye erişilebilmekte ve de böylelikle bakım-tutum masrafları en aza indirgenebilmektedir. Bunun dışında bir başka yemlikte Diesel makinalarda piston çalışma davranışının sürekli gözlenebifmesi için geliştirilen yeni bir sistemdir. Bu iki sistem sayesinde yağlama yağı tüketimini optimize etmek ve silindir overholünü yalnızca ihtiyaç duyulduğu zaman gerçekleştirmek mümkün olmaktadır. Diesel makinalarda makinanm kalbi olarak adlandırabileceğimiz silindirlerin yağlanmasında kullanılan çok-seviyeli silindir yağlama sistemi sayesinde layner çalışma yüzeyi üzerindeki yağlama yağının dağılımında önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Bunun dışında en son geliştirilen silindir yağlama sistemlerinde, silindir yağlama pompalan frekans kontrollü bir elektrik motoru tarafından tahrik edilmektedir. Ayrıca bu sistemde yağ, akümülatörlere yağ distribütörleri tarafından dağıtılmakta ve egzost valf şaftlarıda yine distribütörler tarafından yağlanmaktadır. Bir başka yeni silindir yağlama sisteminde ise yağlama pompalarının tahrik edilebilmesi için sıkıştırılmış hava kullanılmaktadır. Bunun dışında ekstra silindir yağlama işlemini makinanın ortalama efektif basıncıyla orantılı olacak şekilde gerçekleştiren yeni bir sistem sayesinde 4e yağlama yağı tüketiminde bir azalma sağlanabilmektedir. vıı