BİR DİZEL MOTORDA ZEOLİT MADDESİNİN EMİSYON VE PERFORMANS ÜZERİNE ETKİSİNİN YAPAY SİNİR AĞLARI (YSA) İLE ARAŞTIRILMASI

Abstract

İçten yanmalı motor egzozundan yayılan toksik maddelerin insan sağlığına ve doğal çevreye negatif etkisi giderilmek istenen bir konudur. Bu çalışmada, Basınç Salınımlı Adsorpsiyon prensibi ile çalışan bir zeolit filtre tasarlanarak havanın oksijence saflaştırılması ve bu saf oksijenin, bir dizel motorun emme hattına beslenmesi ile motorun egzoz emisyon ve performans parametrelerinin iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Zeolitin, yüzey alanını genişletmek, iyon değişimi, adsorpsiyon ve moleküler elek özelliklerini iyileştirmek amacıyla, 2N HCl ve 4N NaOH ile modifikasyonları yapılmıştır. Filtre sisteminde, doğal zeolit, sentetik zeolit, baz modifiyeli zeolit ve asit modifiyeli zeolit kullanılmıştır. ZF'nin zenginleştirdiği oksijen motorun emme manifolduna montaj edilmiş olan oksijen giriş rekoru vasıtasıyla yanma odasına beslenmiştir. Yapılan motor deneylerinde CO, CO2, HC, NOx, duman yoğunluğu, titreşim, gürültü, EGS, ÖYT, FTV değerleri, standart dizel motorda ve 4 farklı zeolit tipinin kullanıldığı koşullarda kayıt altına alınmıştır. Deneysel ölçümler sonucunda, elde edilen veriler YSA'ya eğitim ve test verileri olarak girilerek MATLAB R2016a programında modelleme yapılmıştır. YSA'nın tahmin ettiği değerler ve deneysel sonuçlar kıyaslanarak programın güvenilirliği kontrol edilmiştir. Bu amaçla, her bir egzoz emisyon ve performans parametresi için tahmin edilen değerler ve deneysel değerlerin kıyaslandığı grafikler, regresyon grafikleri ve ortalama karesel hata verileri dikkate alınmıştır. Yapılan ölçümler sonucunda, ZF'nin havadaki azotu PSA prensibi ile absorbe ederek büyükten küçüğe, SZ, BMZ, DZ, AMZ olarak oksijen zenginleştirmesi sağladığı tespit edilmiştir. İşlem sonucunda, CO, HC, duman yoğunluğu ve ÖYT değerlerinde düşüş sağlanmıştır. Buna karşın CO2, NOx, EGS, titreşim, gürültü, değerlerinde artış gözlenmiştir. Deneysel ölçümler sonucunda oluşturulan YSA'nın performansı incelenmiş, YSA'nın tahmin ettiği sonuçlarının kabul edilebilir hata oranlarında olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Zeolit, Basınç Salınımlı Adsorpsiyon, Dizel motor, Yapay Sinir Ağları

The negative effect of toxic substances emitted from the internal combustion engine exhaust to human health and natural environment is an issue that is desired to be eliminated. In this study, it is aimed to design a zeolite filter working with the Pressure Swing Adsorption principle, to purify the air to oxygen and to improve the exhaust emission and performance parameters of the engine by feeding this pure oxygen to the suction line of a diesel engine. The zeolite was modified with 2N HCl and 4N NaOH in order to expand the surface area and improve ion exchange, adsorption and molecular sieve properties. Natural zeolite, synthetic zeolite, base modified zeolite and acid modified zeolite are used in the filter system. The oxygen enriched by ZF was fed into the combustion chamber through the oxygen inlet record mounted on the intake manifold of the engine. In the engine experiments, CO, CO2, HC, NOx, smoke density, vibration, noise, EGS, ÖYT, BSFC values were recorded in the standard diesel engine and under 4 different zeolite types. As a result of the experimental measurements, the data obtained were entered into ANN as training and test data and modeled in MATLAB R2016a program. The reliability of the program was checked by comparing the predicted values and experimental results of ANN. For this purpose, graphs, regression graphs and mean square error data are taken into consideration for the estimated values and experimental values for each exhaust emission and performance parameter. As a result of the measurements, it was determined that ZF absorbs the nitrogen in the air with the principle of PSA and provides oxygen enrichment as large to small, SZ, BMZ, DZ, AMZ. As a result of the process, CO, HC, smoke density and ÖYT values were decreased. On the other hand, CO2, NOx, EGS, vibration, noise, values have increased. The performance of ANN, which was formed as a result of experimental measurements, was examined and it was seen that the ANN's predicted results were in acceptable error rates. Keywords: Zeolite, Pressure Swing Adsorption, Diesel engine, Artificial Neural Networks