Geri Dön

Doğal gazlı taşıtların geliştirilmesi ve benzinli taşıtlarla karşılaştırılması

Development of natural gas vehicles and comparison of gasoline vehicles

  1. Tez No: 142768
  2. Yazar: HAKAN TURHAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. H. ERTUĞRUL ARSLAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Motor Teknolojisi, Emisyonlar, Yakıt Verimi ve Tüketimi XV11, Engine Technology, Emissions, Fuel Efficiency and Consumption xx
  7. Yıl: 2003
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 162

Özet

Üniversitesi : İstanbul Teknik Üniversitesi Enstitüsü : Fen Bilimleri Anabilim Dalı : Makina Mühendisliği Programı : Otomotiv Tez Danışmanı : Prof. Dr. H. Ertuğrul ARSLAN Tez Türü ve Tarihi : Yüksek Lisans - Mayıs 2003 ÖZET DOĞAL GAZLI TAŞITLARIN GELİŞTİRİLMESİ VE BENZİNLİ TAŞITLARLA KARŞILAŞTIRILMASI Hakan TURHAN Bu yüksek lisans tezinde doğal gazlı taşıtların motor teknolojisindeki gelişmeler, egzoz emisyonu, enerji verimi ve çevresel etkilerine genel bir bakış açısı sunulmaktadır. Avrupa Birliği Komisyonu, taşıtlarda doğal gaz kullanım payını 2010' da %2, 2015 yılında %5 ve 2020 yılında ise %10 olarak karara varmıştır. Ham petrolün azalmasıyla; doğal gazın önemi her geçen gün artmaktadır. Fakat doğal gaz sadece alternatif yakıt olarak öneminden başka temiz yakıt olarak adlandırılması ve çok düşük seviyede emisyon sonuçlarına ulaşılmaktadır. Doğal gazın vuruntu direnci yüksek olması nedeniyle; Otto motorlarına çok uygundur. Gaz yakıtlar havayla çok çabuk bir form alabilmektedir. Yakıt molekülü issiz bir yanma için bir avantajdır. Genelde hem hafif hem de ağır hizmet taşıtları uygulamalarında, taşıtlarda kullanılan motor ve egzoz teknolojileri belirlenen emisyon değerler için önemli bir faktördür. Doğal gaz motorların egzoz emisyon performansları, yanma sistemi, yakıt sistemi ve katalitik dönüştürücü sistemlerinin ana özelliklerini ve parçalarını saptamak lazımdır. Buji ateşlemeli gaz motorları, hava/yakıt oranına göre üç kategoriye ayınlmaktadır: ? Stokiyometrik motorlar ? Fakir karışımda çalışan motorlar ? Düşük yakıt tüketimi için en uygun motor fakat düşük emisyonlu olmayan motorlar Egzoz emisyonu kontrolü için iki temel yol bulunmaktadır. Bunlardan ilki katalitik dönüştürücünün kullanılmasıdır. Stokiyometrik motordaki ekipmanlardan kapalı çevrim yakıt sistemi ve üç yollu katalitik dönüştürücü çok düşük egzoz emisyonu sağlamaktadır. Bu sistem şu an kullanılan tüm hafif hizmet taşıtlarında uygulanmaktadır. İkinci uygulama ise; fakir karışımda çalışan motorda uygulanmakta ve yanma prosesindeki nitrojen oksit formasyonu kontrolünü sağlamaktadır. Oksidasyon katalitik dönüştürücü kullanılmasıyla karbon monooksit ve hidrokarbonları kontrol etmektedir. Alternatif yakıtlı ağır hizmet taşıtları genelde fakir karışımda çalışmaktadır. xvıStokiyometrik ve fakir karışımda çalışan motorlar için uygun dinamik emisyon performansını sağlamak için tam yakıt kontrolü çok önemlidir. Doğal gazlı stokiyometrik ve fakir karışımda çalışan motorlar için sıralı çok noktadan yakıt püskürtme ile kapalı çevrim kontrolü uygulanmalıdır. Günümüzdeki ileri düzeydeki doğal gazlı hafif hizmet taşıtlarında bulunan sıralı çok noktadan yakıt püskürtme sistemleri EPA Tier 2 emisyon standartlarını sağlamaktadır. OBD sistemleri, egzoz kontrol sistemi ve motor işletim sistemlerindeki hataları ortaya çıkarmaktadır. Bu sistem Avrupa ve Amerika hafif hizmet taşıtlarında gerekmektedir ve benzinli taşıtlara çalışması uygundur. Fakat alternatif yakıtlı taşıtların çalışmasına uygun değildir. Şu an kullanılan Amerikan rugulasyonlarında, alternatif yakıtlı taşıtların OBD II regulasyonlarına uymak zorundadır. Hataları belirten ışık göstermeyebilir. Çünkü orjinal emisyon kontrol sistemi göz önünde tutmak gerekmektedir. Bununla beraber 2004 yılma kadar, alternatif yakıt sistem üreticileri için monitor strateji onayı gerekmektedir. Alternatif yakıtlı çalışma sırasında hatalı MİL ve kodlan gösterilmeyebilir. Benzer regulasyonlar Avrupa'da EOBD sistemleri ile ilgili bulunmaktadır. Benzer durumdaki üreticiler aynı uygulamaları EOBD monitör sistemleri içinde uygulamaktadır. Çünkü monitörler alternatif yakıtlı taşıtlarda güvenilir olmayabilir. Avrupa'daki yeni emisyon regulasyonları hafif hem de ağır hizmet taşıtları için kararlaştırılmıştır. Avrupa regulasyonlarında hafif hizmet taşıtları için, toplam hidrokarbonlar ve metan olmayan hidrokarbonlar arasında fark bulunmamaktadır. Bu da doğal gazlı taşıtların gelişiminde bir problemdir. Hafif hizmet taşıtlarında benzinden doğal gaz geçildiği zaman yakıt karışımının yoğunluğu düşmektedir. Bu da güç kayıplarında yaklaşık %10 düşüşe neden olmaktadır. Fakat doğal gazlı taşıtların ulaştığı bu güç değerleri de memnun edici bir performanstır. CNG taşıtlarında yakıt tüketimi benzinli taşıtlara göre %0-10 arasında artmaktadır. Bununla beraber doğal gazlı taşıtların çalışmasında“greenhouse”sera emisyon değerleri benzinli taşıtlara göre çok düşüktür. Zararlı egzoz emisyonlarının ve“greenhouse”sera gazlarının düşüşünün devam etmesi yakıtın, motorun ve egzoz sistemlerinin teknik gelişmesi ile direkt ilgilidir. Hem hafif hem de ağır hizmet doğal gazlı taşıtlardaki yakıt sistemlerinde sıralı çok noktadan yakıt püskürtme sistemlerini hatta direkt püskürtme sistemleri adapte etmek gerekmektedir. Bu iyi bir emisyon performansı için çok kritiktir. TWC sistemlerinde hava/yakıt oranı kontrolü için yüksek katalitik dönüştürücü verimine ulaşmak için strateji ve software çok kritiktir. Bu yüksek lisans tezinde doğal gaz taşıt uygulamalarında bulunan teknolojilerden ve gelişmelerden söz edilmektedir. Teknik sorunların büyük bir kısmı ya çözüldü ya da çok yakın bir gelecekte çözülecektir. Teknik sorunların dışında pazarlama sorunları da bulunmaktadır. Doğal gaz da yeniden dolum istasyon ağına ihtiyaç bulunmaktadır.

Özet (Çeviri)

University : Istanbul Technical University Institute : Institute of Science and Technology Science Programme : Mechanical Engineering Programme : Automotive Supervisor : Prof. Dr. H. Ertuğrul ARSLAN Degree Awarded and Date : MSc - May 2003 ABSTRACT DEVELOPMENT OF NATURAL GAS VEHICLES AND COMPARISON OF GASOLINE VEHICLES Hakan TURHAN This master thesis on engine technology, exhaust emissions, energy efficiency and environmental impacts in general from a technical point of view. The recent Green Paper on the security of energy supply and the related proposal of the European Commission to plan an increased share in the European Union of natural gas to %2 in 2010, %5 in 2015 and %10 in 2020 to reduce the crude oil dependence have finally recognised the importance of natural gas as a transportation fuel. But the natural gas is important not only as alternative fuel but also a clean fuel allowing to achieve a very low emission level. Natural gas is well suited as an Otto engine fuel, as methane has high knock resistance. Gaseous fuels easily form a homogeneous mixture with air. This, and the simplicity of the fuel molecule, is advantageous for soot-free complete combustion. In general, for both light- and heavy-duty applications, the decisive factor for regulated emissions is the engine and exhaust gas aftertreatment technology used on the vehicle. Main features or components determine the emission performance of a natural gas engine, i.e. combustion system, fuel system and catalyst technology. A division of spark-ignition automotive natural gas engines into three categories according to the air-fuel ratio can be made: ? Stoichiometric engines ? Lean-burn engines ? Engines optimised for low consumption but no low emissions There are basically two ways to control emissions. One is to use a three-way catalyst. A stoichiometric engine equipped with a closed-loop fuel system and a TWC gives very low exhaust emissions. This system is used for most current light-duty and also some heavy-duty applications. The second one is to use lean-burn combustion, and in this case the formation of nitrogen oxides is controlled in the combustion process itself. Carbon monoxide and hydrocarbons are often controlled using an oxidation catalyst. Lean-burn combustion is a common alternative in heavy-duty engines. xvmIt is very important in both stoichiometric and lean-burn engines to have precise fuel control to ensure proper dynamic emission performance. One vision of the future is that gas engines will have sequential multi-point fuel injection, and that they will have closed-loop control both for stoichiometric and lean-burn operation. The advanced light-duty CNG vehicles of today, with their sequential multi-point fuel injection systems are capable of meeting the EPA Tier 2 emission standards. On-board diagnostic systems, which can detect malfunctions of the engine management and the exhaust control system, are required in Europe and US for light- duty vehicles. The problem is that systems originally designed for gasoline operation will not work properly on alternative fuel. Current regulations in the US require alternative fuel vehicles to be compliant with OBD II regulations. The Malfunction Indicator Light can not be disabled, since this would be considered tampering with the original emission control system. However, until 2004, manufacturers of alternative fuel systems may request approval of a monitoring strategy where specific monitoring requirements are disabled. This means that selected monitors which would otherwise set a false MIL and codes, can be disabled when operating on the alternative fuel. Similar regulations are emerging in Europe with EOBD systems, and it appears likely that manufacturers can apply for a derogation EOBD monitoring systems because monitoring may not be reliable on alternative fuels. In Europe, new emission regulations for both light-duty and heavy-duty vehicles have been decided upon. The European regulations for light-duty vehicles do not differentiate between total hydrocarbons and non-methane hydrocarbons, a problem for natural gas vehicles. The performance of an engine running on natural gas very much depends on the sophistication of the engine and whether the engine is dedicated for natural gas or not. Normally power loss of some % 10 due to reduced fuel mixture energy density can be expected when switching from gasoline to natural gas in light-duty vehicles. In most cases there is power enough for satisfactory performance even when running on natural gas. Depending on the vehicle, one could estimate that a CNG vehicle consumes %0-10 more energy than a gasoline vehicle. The overall emissions of greenhouse gases, however, are clearly lower when running on natural gas. The reduction of harmful exhaust emissions and greenhouse gases will continue to direct the technical development of fuels, engines, aftertreatment systems and complete vehicles. Natural gas will surely play a role in achieving these goals. In both light-duty and heavy-duty gas vehicles there is a trend towards more and more sophisticated fuel systems, ultimately to adaptive sequential multi-point fuel injection systems or even direct systems. Accurate fuel metering is one of the most critical items for good emission performance and for TWC systems, the strategy and software for controlling air/fuel ratio is critical to achieving high catalyst efficiencies. xixIn this mater thesis, there are very promising technologies available for natural gas vehicle applications. Most of the technical issues have been solved or will be solved in the near future. The task to get natural gas vehicles really going is really not a technical issue, but rather more a marketing issue. Work to building up adequate refuelling networks is also needed.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    855400

    Klinoptilolit tipi zeolit uygulamalarının dizel bir motorda etkilerinin araştırılması

    Investigation of effect of clinoptilolite type zeolit applications in a diesel engine

    SELAHATTİN ÖZGÜR FIRAT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Otomotiv MühendisliğiFırat Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HANBEY HAZAR

  2. Tez No

    444111

    Nanohybrid photocatalytic filter production via electrophoretic deposition

    Elektroforetik depozisyon yöntemiyle nano hibrit fotokatalitik filtre üretimi

    ONUR AĞMA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ALİ KILIÇ

  3. Tez No

    496479

    Controlling of automatic transmission gear shift by using model predictive control

    Model öngörülü kontrol ile otomatik şanzımanın vites değişimi kontrolü

    NEŞE TOPUZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ALİ FUAT ERGENÇ

  4. Tez No

    455385

    Comparative study of combustion modes in internal combustion engines using CFD simulations

    İçten yanmalı motorlarda farklı yanma modlarının SAD yaklaşımı kullanarak karşılaştırılması

    MOBIN MAJIDI DOLAT ABADI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEM SORUŞBAY

  5. Tez No

    133720

    İstanbul ilinde iki farklı sosyo-ekonomik bölgedeki ilköğretim okullarında öğrencilerin canlılara karşı tutum ve davranışlarının ölçülmesi

    Research of student's attitude towards animals who live in different socio-economic region in the city of İstanbul

    TÜLİN HIZARCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    Eğitim ve ÖğretimGazi Üniversitesi

    Ortaöğretim Fen ve Matematik Alanları Eğitimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SELAHATTİN SALMAN

Geri Dön