Düşük ısı kayıplı turbo doldurmalı bir dizel motorunda ısı kayıplarının deneysel incelenmesi

Abstract

Düşük ısı kayıplı motor, seramik kaplama, dizel motoru. 1970'li yıllardaki petrol krizi ile birlikte tüm alanlarda enerji tasarrufu gündeme gelmiştir. Petrol esaslı yakıt rezervlerinin hızla tükenmesi, yeni enerji kaynakları maliyetlerinin yüksek olması, çevre kirliliği problemleri bütün ülkelerini hızla tehdit etmeye başlamıştır. Bütün ülkelerde ulusal enerji tasarrufu bilinci yaygınlaştırılmaya çalışılıp, yeni kanuni düzenlemelere gidilmektedir. İçten yanmalı motorlar tüm dünya ülkelerinde çok yaygın olarak kullanılıp, petrol esaslı yakıtları tüketmektedir. Günümüzde, içten yanmalı motorlar üzerinde yapılan çalışmalar, genellikle yakıt ekonomisi ve daha hafif motorlardan daha fazla güç alma üzerinde yoğunlaşmıştır. Motor ağırlıklarının ve özgül yakıt sarfiyatlarının azaltılması için motorlar üzerinde seramik esaslı malzemeler kullanılmaya başlanmıştır. İçten yanmalı motorların yanma odası elemanlarını düşük ısı iletim katsayısına sahip seramik esaslı yalıtım malzemeleri ile kaplayarak, yanma odası sıcaklıkları arttırılmakta, buna paralel olarak soğutma sistemine giden ısı kayıpları azaltılmakta ve egzoz gazları sıcaklıkları arttırılarak egzoz enerjisinden yararlanıp motorların efektif verimleri belirli oranlarda yükseltilebilmektedir. Düşük ısı kayıplı motor olarak adlandırılan bu teknoloji, yüksek sıcaklıklara dayanıklı seramik esaslı malzemelerin geliştirilmesiyle paralel olarak hızla yaygınlaşmaktadır. Seramik malzemeler; yüksek ergime sıcaklığı, yüksek sertlik ve aşınma mukavemeti, iyi korozyon dayanımı ve düşük ısıl iletkenlik gibi üstün özellikleri sayesinde içten yanmalı motorların yanma odası elemanlarının ince bir termal bariyer olarak kaplanmasında kullanılırlar. Bu çalışmada, türbo doldurmalı bir dizel motorunun yanma odası elemanlarını teşkil eden, silindir kafası, piston yüzeyleri, emme ve egzoz supapları seramik esaslı kaplama malzemeleri ile kaplanarak düşük ısı kayıplı motor haline dönüştürülerek ısı kayıpları incelenmiştir. Bu amaç için silindir kafası, supaplar ve pistonlar 0.5 mm kalınlığında zirkonya ile kaplanmıştır. Kaplama işleminde plazma püskürtme yöntemi kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar için öncelikle motor standart halde yani yanma odası elemanları seramik esaslı malzemeler ile kaplanmadan, değişik motor hızı ve yüklerinde teste tabi tutulmuştur. Daha sonra kaplama işlemi gerçekleştirilmiş olup standart haldeki testler aynen tekrarlanmıştır. Deneysel çalışma sonucunda elde edilen veriler bir bilgisayar programı ile değerlendirilip gerekli büyüklükler hesaplanmıştır. Tüm sonuçlar detaylı bir şekilde grafiklerle açıklanmıştır. Çalışma sonucunda düşük ısı kayıplı motorda soğutma sistemine giden ısı kayıplarının azaldığı, egzoz gazlan ile atılan ısı miktarlarında artış olduğu ve türbo doldurmalı motor olması sebebiyle de bu artışın volumetrik verim üzerinde iyileşmeler sağladığı tespit edilmiştir. Soğutucu akışkana geçen ısı miktarının azalması, motor soğutma yükünü azalttığından soğutma sisteminin daha küçük seçilmesi mümkün olacaktır. Daha küçük soğutma sistemi, motorun hacim ve ağırlık bakımından daha küçük tasarlanmasına imkan sağlayacaktır. Ayrıca, yanma odası sıcaklıklarının artmasıyla iyileşen yanma verimi özgül yakıt sarfiyatlarının da azalmasını sağlamıştır.

THE EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HEAT LOSSES IN A TURBOCHARGED LOW HEAT REJECTION DIESEL ENGINE Keywords: Low heat rejection, ceramic coating, diesel engine. In the context of the energy crisis, it has become necessary to find ways of using petroleum fuel more efficiently in the internal combustion engine. A new trend in the field of the internal combustion engine is to make it adiabatic by insulating various parts such as the cylinder wall, combustion chamber, cylinder head, piston body, valves, etc. With ceramic insulating materials. The diesel engine is undergoing a dramatic technological transformation by the world-wide activity in the area of Adiabatic Engine Technology. One approach towards this goal is to insulate the heat transfer surfaces, thus making an adiabatic engine. Early internal combustion engine developers realized the advantages of increased combustion chamber temperatures. The efficiency of the theoretical Otto cycle depends directly upon the temperature difference between the hot and cold portions of the engine cycle. If combustion gas energy can be contained through the expansion cycle then the efficiency of internal combustion engines can be increased. To increas the efficiency of internal combustion engines and generate higher chamber temperatures, low-heat rejections consepts are being investigated The term adiabatic is also given to these types of engines. Absolute zero heat flow, as the name implies, is not possible thus this description is used mainly to categorize this type of effort. The basic means of reduction heat rejection and loss in engines is to insulate the combustion engines [6]. In a conventional internal combustion engine, approximately one-third of the total fuel input energy is converted to useful work. Since the working gas in a practical engine cyle is not exhausted at ambient temperature, a major part of the energy is lost with the exhaust gases. In addition another major part of the energy input is rejected in the form of heat via the cooling system (which usually absorbs some extra parasitic work). The requirement to cool the components of the engine combustion chamber arises because of: XVI