PİSTON VE SUPAPLARI CR2O3 KAPLANMIŞ VE FARKLI YAKIT KATKILARI KULLANILAN BİR DİZEL MOTORDA PERFORMANS VE EMİSYON DEĞERLERİNİN YAPAY SİNİR AĞLARI İLE BELİRLENMESİ

Abstract

Bu tez çalışmasında içten yanmalı motorların; egzoz emisyon ve performans parametrelerinin, Yapay sinir ağı (YSA) kullanılarak, istenilen motor devrindeki değerleri belirlenmiştir. Yapay sinir ağı ile deneysel olarak elde edilen verilerin, matematiksel modeli oluşturularak, deneylerin tekrar edilmesine gerek kalmaksızın sonuçların elde edilmesi ve bu şekilde; vakit, insan iş gücü ve maliyet kazancının sağlanması amaçlanmıştır. Deneylerde, Kaplamalı Motor (KM) ve Normal Motor (NM) olmak üzere 2 farklı dizel motor üzerinde çalışılmıştır, kaplamalı (KM) olarak adlandırılan motorun, yanma odası elemanlarından piston ve supaplarının yanma odasına bakan yüzeyleri kaplanmıştır. Kaplama maddesi olarak; termal bariyer olma özelliğine sahip seramik madde olan Krom oksit (Cr2O3) kullanılarak, Plazma Sprey yöntemi ile kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Her iki motorda dizel yakıt katkıları olan; Dibutil Maleat %3, %6, %9, Dietilen Glikol Dimetil Eter %3, %6, %9, etilheksil nitrat %3, %6, %9 ve bütanol ise %6, %12, %18, oranlarında karıştırılarak, KM ve NM' de yakıt katkısı olarak kullanımlarının, emisyon ve performans parametreleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Kaplamalı Motor (KM) ve Normal Motor (NM)'da, NOX, CO, CO2, HC, duman yoğunluğu emisyon değerleri, egzoz gaz sıcaklığı (EGS) ve özgül yakıt tüketimi (ÖYT), titreşim verileri alınmıştır. Ardından, Dibutil Maleat %3, %6, %9, Dietilen Glikol Dimetil Eter %3, %6, %9, Etilheksil Nitrat %3, %6, %9 ve Bütanol ise %6, %12, %18, oranlarında karıştırılarak, Kaplamalı Motor (KM) ve Normal Motor (NM)'dan, NOX, CO, CO2, HC, duman yoğunluğu emisyon değerleri, egzoz gaz sıcaklığı (EGS) ve özgül yakıt tüketimi (ÖYT), titreşim, verileri alınmıştır. Deneyler sonucunda elde edilen veriler YSA' ya giriş verileri olarak uygulanarak, MATLAB Programı yardımı ile matematiksel model oluşturulmuştur. YSA' dan elde edilen veriler ile deneysel veriler karşılaştırılıp, programın doğruluğu kontrol edilmiş ve sonuçların örtüştüğü görülmüştür. YSA' nın, kullanıcı dostu ve pratik bir kullanıma sahip olması amacıyla, MATLAB GUI'de ara yüz tasarımı yapılmıştır. Krom oksit (Cr2O3) Kaplamalı motorda (KM), Kaplamasız motora (NM) göre; HC, CO, duman yoğunluğu gibi emisyon değerlerinde ve ÖYT değerlerinde düşüş görülmüştür, CO2, NOX emisyonları ve EGS değerinde ise artış görülmüştür. Bütanol katkısı NM ve KM' de CO, NOX, Duman, EGS değerlerini düşürmüştür. Buna karşın HC, CO2, Titreşim, ÖYT değerlerinde artış gözlemlenmiştir. Dibütil Maleat katkısı NM ve KM' de CO, HC, duman yoğunluğu, EGS, titreşim değerlerinde azalma göstermesine karşın, diğer parametrelerde artış göstermiştir. Dietilen Glikol Dimetil Eter katkısı, NM ve KM' de CO, HC, duman yoğunluğu, titreşim değerlerinde azalma göstermesine karşın, diğer parametrelerde artış görülmüştür. Etilheksil Nitrat katkısı, NM ve KM' de CO2, duman yoğunluğu, ÖYT değerlerinde azalma göstermesine karşın, diğer parametrelerde artış görülmüştür. Çalışma sonunda elde edilen sonuçlara göre, TBK uygulaması ile dizel motorlarda performans kaybına uğramaksızın, emisyon değerlerinde azalma sağlanabileceği görülmüştür. Buna ek olarak, çeşitli dizel yakıt katkı maddeleri kullanılarak, egzoz emisyonlarında azalma sağlanabildiği görülmüştür. Ayrıca YSA yöntemi ile matematiksel modelleme yapılarak elde edilen sonuçlar yardımı ile tekrar deney yapmaya gerek kalmadan, düşük hata oranlarında sonuçlar elde edilmiştir. Bu şekilde, deneysel çalışmalarda harcanan maddi kayıplardan, zamandan ve insan iş gücünden tasarruf edilebileceği görülmüştür.In this thesis study, exhaust emission and performance parameters were determined at the desired engine speed using Artificial Neural Network (YSA). By creating a mathematical model of experimental data obtained with artificial neural network, it is possible to obtain the results without having to repeat the experiments, time, human labor and cost saving. In the experiments, two different diesel engines, namely the Coated Motor (CE) and the Normal Motor (NE), have been studied. The engine, called Coated (CE), has been coated with the surfaces of the combustion chamber elements facing the combustion chamber of the piston and valves. As coating material; (Cr2O3), which is a ceramic material with thermal barrier property, has been applied by Plasma Spray method. Both of the motors are diesel fuel additives; Dibutyl Maleate 3%, 6%, 9%, Diethylene Glycol Dimethyl Ether 3%, 6%, 9%, ethylhexyl nitrate 3%, 6%, 9% and butanol 6%, 12%, 18% and NM as fuel additives, and on emission and performance parameters. Vessel density values, NOx, CO, CO2, HC, exhaust gas temperature (EGT) and specific fuel consumption (SFC), vibration data were taken in the Coated Motor (CE) and Normal Motor (NE). Subsequently, Dibutyl Maleate was mixed with 3%, 6%, 9%, Diethylene Glycol Dimethyl Ether 3%, 6%, 9%, Ethylhexyl Nitrate 3%, 6%, 9% and Butanol 6%, 12%, 18% NOx, CO, CO2, HC, smoke intensity emission values, exhaust gas temperature (EGT) and specific fuel consumption (SFC), vibration, data were obtained from the Coated Engine(KM) and Normal Engine(NM). As a result of the experiments, the obtained data was applied as an input to YSA and a mathematical model was created with the help of MATLAB Program. The validity of the program was checked and the results were compared. The interface design is done in MATLAB GUI so that YSA has a user-friendly and practical use. Chrome oxide (Cr2O3) Coated engine (CE), Uncoated engine (NE); Decrease in emission values such as HC, CO, and smoke intensity and in the values of Emissions, CO2, NOx emissions and EGT. The butanol content decreased CO, NOX, Smoke, EGT values in NE and CE. On the other hand, HC, CO2, Vibration and SFC values increased. Although the dibutyl maleate content of NE and CE showed a decrease in CO, HC, smoke density, EGT, vibration values, other parameters showed an increase. Diethylene Glycol Dimethyl Ether addition showed decrease in CO, HC, smoke density, vibration values in NE and CE, but other parameters showed an increase. Ethylhexyl Nitrate contribution showed an increase in other parameters although NE, and CE showed a decrease in CO2, smoke density, and SFC values. According to the results obtained at the end of the study, it was seen that the emission values could be reduced without the performance loss in the diesel engines with the application of TBC. In addition, it has been shown that exhaust emissions can be reduced by using various diesel fuel additives. In addition, results were obtained at low error rates without the need to re-experiment with the help of the results obtained by mathematical modeling with YSA method. In this way, it can be seen that material losses from experimental work can be saved from time and human labor.