Yüksek hızlı euro6 sınıfı bir dizel motorun değişen hız ve yüklerde enerji, ekserji ve emisyonlarının analizi
Analysis of energy, exergy and emissions of a high speed euro6 class diesel engine at varying speeds and loads
- Tez No: 931131
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞEREF SOYLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
İçten yanmalı motorlar kullandıkları yakıtın kimyasal enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren ısı makinalarıdır. Fakat, enerji dönüşümü esnasında yakıtın enerjisinin önemli bir kısmı ne yazık ki egzoz ve soğutma sistemi yolu ile çevreye bırakılmak zorundadır ve ayrıca bu süreçte egzoz yoluyla zararlı emisyonlar da çevreye bırakılmaktadır. Motorların icadından günümüze kadar çevreye bırakılan bu enerjinin minimuma indirilerek motorların termik verimini artırmak önemli bir araştırma alanı olmuştur. Ayrıca, içten yanmalı motorlarda yakıt sarfiyatının artması doğrudan egzoz emisyonlarının da artmasına neden olmaktadır. İçten yanmalı motorların belirtilen özellikleri nedeniyle küresel ısınma konusunda son zamanlarda oluşan hassasiyet, üreticileri bu motorlarda termik verimi artırarak sera gazı emisyonlarını azaltmaya yönlendirmektedir. Bu anlamda bu çalışma ile 2.0 litrelik yüksek hızlı bir dizel motorun enerji balans analizi ile motorun değişen hızlarında temel enerji kayıpları analiz edilerek motorda termik verimi artırma potansiyeli incelenmiştir. Ayrıca motorun değişen hız ve yüklerinde emisyonlar da incelenmiştir. Test motorunda testlerin gerçekleştirilmesi esnasında herhangi bir kalibrasyon değişikliği yapılmayarak motorun kendi parametreleri kullanılmıştır. Analiz sonuçları göstermiştir ki, motor tam yükte 1500 dev/dak ile 2500 dev/dak arasında çalışırken termik verim %40'ın üzerine çıkabilmektedir. Bu esnada egzoz ve soğutma sistemi enerji kayıpları %20 ile %25 arasında kalmaktadır. Fakat, motor hızı 4500 dev/dak'ya yaklaştıkça egzoz yolu ile enerji kayıpları önemli ölçüde artarken soğutma sistemi kayıplarının azaldığı görülmektedir. Test datalarını ekserji analizleri yaklaşımı ile değerlendirip harcanan enerjilerin mekanik enerjiye dönüşebilme potansiyelini dikkate aldığımızda soğutma sistemi üzerinden çevreye atılan enerji bütün hız ve yükler için %2'nin altında kalırken egzoz yolu ile atılan enerji %14-%44 aralığında değişmektedir. Diğer taraftan, elde edilen dataları emisyon tarafından değerlendirdiğimizde elde edilen güce bağlı yakıt sarfiyatının artması sonucunda egzoz emisyonlarının da arttığı görünmektedir. Testlerde kullanılan motorun emisyon stratejisi gereği yüksek devir noktalarına yaklaşıldıkça EGR valfinin bazı noktalarda %60 açıklıktan %5-10 açıklığa kadar düştüğü ve buna bağlı olarak da egzoz emisyonlarında NOx emisyonunun artış gösterdiği gözlemlenmiştir. EGR valfi oranına bağlı olarak daha yüksek devir noktalarında NOx emisyonlarının g/kwh cinsinden %90'a yakın artışlar gösterdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca belirtmekte fayda vardır ki, test motoru EURO6 sınıfında bir motordur ve oldukça detaylı bir egzoz gazı arıtma sistemi mevcuttur. Motorda; partikül madde (PM), HC ve CO emisyonlarının iyileştirilmesi amaçlı dizel oksidayon katalizörü (DOC) ve dizel partikül filtresi (DPF) bulunmaktadır. Ayrıca NOx emisyonlarını azaltmak amaçlı seçici katalitik indirgeme (SCR) ve amonyak kontrolü amaçlı amonyak kaçağı katalizörü (ASC) kullanılmaktadır. Bu egzoz arıtma sistemlerinin yüksek verim de çalışabilmeleri için sıcaklıkların 200℃ üzerinde olması gerekmektedir. Motor testleri esnasında egzoz arıtma sistemi veriminin ve emisyon stratejisinin değerlendirilmesi amaçlı, arıtma sistemlerinin giriş ve çıkış noktalarından emisyon değerleri ölçümü yapılmıştır. Bu ölçümler dikkate alındığında daha düşük tork set değerleri (60Nm) için ppm mertebesinde ortalama CO emisyonlarında %60, HC emisyonlarında %50 ve NOx emisyonlarında %20 oranlarında iyileştiği gözlemlenmiştir. Orta ölçekli set tork değerlerinde (180Nm) ppm mertebesinde ortalama CO emisyonlarında %94, HC emisyonlarında %90 ve NOx emisyonlarında %99 ve üzeri oranlarda iyileşmeler gözlemlenmiştir. Daha yüksek tork set değerleri, (270Nm) için ppm mertebesinde ortalama CO misyonlarında %92, HC emisyonlarında %98 ve NOx emisyonları için de gene %99 ve üzeri iyileşmeler gözlemlenmiştir. Belirtilen emisyon iyileşmelerinde test motorunda kullanılan ileri teknoloji egzoz gazı arıtma sistemlerinin önemi ve ideal çalıştırma şartları sağlandığında verimlerinin ne kadar yüksek olabileceği gözlemlenmiştir. Burada bahsedilen ideal çalışma şartları; arıtma sistemlerinin çalışma sıcaklık aralığı, kirlilik seviyesi (doluluk oranı) ve egzoz gazı akış hızı parametrelerinden doğrudan etkilenmektedir.
Özet (Çeviri)
Internal combustion engines are heat engines that convert the chemical energy of the fuel they use into mechanical energy. However, during the energy conversion, a significant portion of the fuel's energy must unfortunately be released to the environment via the exhaust and cooling system, and losses also occur via the exhaust during this process. This has been an important area of research in order to increase the thermal efficiency of engines by minimizing this energy released to the environment since the invention of engines. The increase in fuel consumption in today's internal combustion engines directly causes an increase in exhaust emissions. The recent sensitivity to global warming due to the specified features of internal combustion engines directs manufacturers to reduce greenhouse gas emissions by increasing thermal efficiency in these engines. In this sense, this study examines the potential for increasing thermal efficiency in the engine by analyzing the basic energy losses at varying engine speeds with the energy balance analysis of a 2.0-liter high-speed diesel engine. In addition, emissions at varying engine speeds and loads were examined. No calibration changes were made during the tests on the test engine, and the engine's own parameters were used. The analysis results show that when the engine is operating at full load between 1500 rpm and 2500 rpm, thermal efficiency can exceed 40%. During this time, exhaust and cooling system energy losses remain between 20% and 25%. However, as the engine speed approaches 4500 rpm, energy losses through the exhaust increase significantly while cooling system losses decrease. When we evaluate the test data with the exergy analysis approach and take into account the potential of the spent energy to be converted into mechanical energy, the energy released to the environment through the cooling system remains below 2% for all speeds and loads, while the exergy released through the exhaust varies between 14% and 44%. On the other hand, when we evaluate the obtained data from the emissions perspective, it is seen that the exhaust emissions increase as a result of the increase in fuel consumption depending on the power obtained. In the tests, it was observed that as the engine used in the emission strategy approaches high speed points, the EGR valve drops from 60% open to 5-10% open at some points and accordingly NOx emissions increase in exhaust emissions. It was observed that NOx emissions increase by close to 90% in g/kwh terms at higher speed points depending on the EGR valve ratio. It is also worth noting that the test engine is a EURO6 class engine and has a very detailed exhaust gas treatment system. The engine has a diesel oxidation catalyst (DOC) and a diesel particulate filter (DPF) for the purpose of improving particulate matter (PM), HC and CO emissions. In addition, selective catalytic reduction (SCR) is used to reduce NOx emissions and an ammonia leak catalyst (ASC) is used for ammonia control. In order for these exhaust purification systems to operate at high efficiency, temperatures must be above 200℃. During the engine tests, emission values were measured from the inlet and outlet points of the treatment systems for the purpose of evaluating the exhaust treatment system efficiency and emission strategy. When these measurements are taken into account, it is observed that for lower torque set values (60Nm), an average improvement of 60% in CO emissions, 50% in HC emissions and 20% in NOx emissions is achieved at ppm level. At medium-scale set torque values (180Nm), improvements of 94% in ppm-level CO emissions, 90% in HC emissions and 99% and above in NOx emissions were observed. For higher torque set values (270Nm), improvements of 92% in ppm-level CO emissions, 98% in HC emissions and 99% and above in NOx emissions were observed. In the emission improvements mentioned, the importance of the advanced technology exhaust gas treatment systems used in the test engine and how high their efficiency can be when ideal operating conditions are provided were observed. The ideal operating conditions mentioned here are directly affected by the operating temperature range, pollution level (fullness rate) and exhaust gas flow rate parameters of the treatment systems.
Benzer Tezler
- Valorization of spent coffee grounds into biodiesel: Blending with alcohols, engine performance and FT-IR TGA, DSC and NMR characterizations
Alkol, motor performansı ve FT-IR, TGA, DSC ve NMRkarakterizasyonuyla harmanlama yöntemiyle atıkkahvetelvesinin biyodizel'e dönüştürülmesi
OMAR KHALID MUSTAFA AL-RUBAYE
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDELAZIZ EMADELDIN ABDELAZIZ MOHAMED
- Tarihi yüzer köprü için bakım onarım metodu ve maliyet değerlendirmesi
Maintenance and repair method and cost assessment for historical floating bridge
CİHAT KOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜBEYDE ÖZTÜRK
- Türkiye'de karayolu taşıtları kaynaklı emisyonların azaltılması için stratejiler
Strategies for reducing emissions from road vehicles in Turkey
ÖZAY USLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH HİLMİ LAV
- Kruvaziyer terminal işletmesi analizi ve Türkiye'nin kruvaziyer potansiyeli
Cruise terminal operation analysis and cruise potential of Turkey
MURATCAN NEHİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT KIRVAL