YRD. DOÇ. DR. TARKAN SANDALCI

İçten yanmalı motorlarda hidrojenin alternatif yakıt olarak kullanılması Using hydrogen as alternative fuel in internal combustion engines

Küresel ısınma, iklim değişiklikleri gibi çevresel sorunlarla ilgili ortaya çıkan endişeler, yenilenebilir yakıtlara olan ilginin artmasına neden olmuştur. Ayrıca, fosil yakıt kaynaklarının sınırlı olması, taşıtların ortama yaydıkları kirleticilerin insan sağlığını her geçen gün daha çok tehdit etmesi, petrol fiyatlarındaki artışlar, emisyon regülasyonlarının giderek ağırlaşması, alternatif yakıt arayışını zorunlu kılmıştır ve otomotiv üreticileri yeni teknolojiler aramaya başlamışlardır. Özellikle son yıllarda, motorin fiyatlarındaki artıştan ve çevresel nedenlerden dolayı, dizel motorlarda LPG, metan gibi gaz yakıtların kullanılması gündeme gelmiş ve LPG dönüşüm sistemi ile ilgilenen firmaların, dizel motorlarının LPG ve CNG (sıkıştırılmış doğalgaz) yakıtlarını kullanabilecekleri kitlerin tasarlanması için AR-GE çalışmalarına başlamışlardır. Hidrojen, karbon atomu içermeyen, geniş tutuşabilirlik sınırı, sıkıştırma oranı yüksek motorlarda kullanılabilme karakteristiği, yüksek yanma verimi, düşük tutuşturma enerjisi ve düşük emisyon değerlerine sahip, fosil yakıtlara göre üstün özellikleri olan bir yakıttır. İlgili çevrelerce, H2 geleceğin yakıtı olarak görüldüğü için, yapılan çalışmada dizel motorda değişik oranlarda H2-motorin çift yakıt olarak kullanılmıştır. H2’nin kendi kendine tutuşma sıcaklığının yüksek olmasından dolayı, H2’nin dizel motorlarda tek başına kullanılması uygun değildir. Bunun yerine, emme portundan H2’nin LPG-CNG enjektörleriyle elektronik kontrolle gönderilmesi ve pilot motorin püskürtme ile tutuşmanın gerçekleştirilmesi daha elverişlidir. Yapılmış olan çalışmada, ilk aşamadaki performans deneylerinde, tam yükte, farklı motor hızlarında, emme manifoldundan toplam yakıtın enerji içeriğinin %0’ı, %25’i ve %50’si kadar H2 gönderilmiş ve pilot motorin püskürtme ile tutuşma gerçekleştirilmiştir. Daha sonraki testlerde sırasıyla 1100 d/d ve 1300 d/d motor hızları için, tam yük koşulunda ve aynı moment değerleri için, gönderilen H2 miktarının emisyonlar ve termik verim üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ayrıca, yine 1100 d/d ve 1300 d/d motor hızlarında, kısmi yüklerde H2 gönderilmesinin motor performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Deneylerde, hem birim çevrimde silindire sokulan ısı miktarı, hem de hava fazlalık katsayısı mümkün olduğunca yakın tutulmaya çalışılmıştır (1100 d/d ve 1300 d/d sabit motor hızında, sabit moment deneylerinde hava fazlalık katsayısı sabit tutulmamıştır). Deney sonuçlarına göre, CO, CO2 ve is partikülleri gönderilen H2 ile birlikte azalmış, HC emisyonlarında kayda değer bir değişiklik gözlemlenmemiş, NOx miktarı ise kısmi yük motor işletme şartlarının tamamında H2 gönderilmesiyle azalmış, tam yük koşullarında ise gönderilen H2 miktarının artmasıyla NOx miktarı da artmıştır. Ayrıca, H2 miktarının artmasıyla, kontrolsüz yanma evresinde açığa çıkan ısı açığa çıkış miktarı artarken,kontrollü yanmadaki ısı açığa çıkış miktarı azalmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, kısmi yüklerde, CO, CO2, is partikülleri düşerken HC emisyonlarında kayda değer bir artış gözlenememiştir. NOx emisyonlarının da düştüğü göz önüne alınırsa, şehir içi gibi yüksek güç talebinin olmadığı şartlarda, H2’nin dizel motorlarda çift yakıt olarak kullanılmasının tüm emisyonları olumlu etkileyeceği öngörülmüştür.

Tek silindirli dizel motorlarda emme portuna su püskürtmenin, performans ve emisyona etkilerinin araştırılması

Son yıllarda, artan çevre kirliliği ve küresel ısınmayla birlikte, hava kalitesini arttırma çabası ciddi boyutlara ulaşmıştır. Bu süreçte, taşıtların atmosfere bıraktığı emisyonların, çeşitli ülkelerdeki yerel yönetimler tarafından belirlenen emisyon standartlarına göre kontrol altına alınması çabası yoğunlaşarak artmaktadır. Bu gerekçeyle hava kirliliğinde çok ciddi bir yere sahip olan taşıt motorlarında çeşitli düzenlemelere gidilerek, kirleticilerin kabul edilebilir sınırlar altında kalması sağlanmaya çalışılmaktadır. Ülkemizde olduğu gibi yolcu ve yük taşımacılığın büyük bir bölümünün kara yolu taşıtları ile yapıldığı ülkelerde bu durum ayrı bir önem arz etmektedir. Yolcu ve yük taşımacılığında kullanılan taşıtların büyük çoğunluğunda dizel motorları kullanılmaktadır. Dizel motorlarından kaynaklanan en önemli iki emisyon; partikül madde (PM) ve azot oksit (NOX) emisyonlarıdır. Dizel motorlarının hava fazlalığı ve yüksek sıkıştırma oranları ile çalışmaları benzin motorlarına göre azot oksit (NOX) oluşturma potansiyellerini arttırmaktadır. Özellikle, yanma prosesinin ana ve art ürünlerinden olan NOX`in asit yağmurlarında ve insan sağlığında ciddi derece etkili olmasından dolayı, birçok çalışma yapılmış ve bu çalışmalarla, azot oksiti (NOX) azaltmanın en etkili yolunun yanma sırasındaki maksimum sıcaklığın düşürülmesi olduğu belirlenmiştir. Yapacağımız çalışmada, emme portuna su püskürterek, kullanmış olduğumuz tek silindirli dizel motordaki emisyon ve performans analizlerini deneysel olarak irdeleyeceğiz. Çalışmamızda yanma gazlarının sıcaklığının düşmesiyle belirli kirleticilerde düşüş gerçekleşmesi beklenmektedir. Elde edilen sonuçları, normal şartlardaki sonuçlarla karşılaştırarak, geçerli emisyon normlarına ulaşmaya çalışacağız.

Boğaziçi köprüsünün taşıt kaynaklı kirleticilerinin modellenmesi

Bu çalışma Makine Mühendisliği Bölümü Enerji Makineleri Yüksek Lisans Programı Bitirme Tezi olarak yapılmıştır. Bu tez Boğaziçi köprüsünün taşıt kaynaklı kirleticilerinin modellenmesi üzerine yapılmış bir araştırma ve uygulama tezidir. Bu çalışmada ilk olarak taşıt kaynaklı zararlı emisyonların insan sağlığı ve çevre açısından önemi, etkileri ve oluşum nedenlerinden bahsedilmiştir. Sonraki kısımda taşıt sınıflarına göre Türkiye ve Avrupa’da emisyon yasa süreçlerinden bahsedilip bu yasalar doğrultusunda otto ve diesel motorlarında zararlı emisyonların azaltılmasında kullanılan yöntemler incelenmiştir. Uygulama kısmında ise Boğaziçi Köprüsü üzerinde belirli zaman ve periyotlarda yapılan kamera çekimlerinden elde edilen veriler ışığında kullanılan metodolojiler her bir taşıt sınıfı için ayrıntılı bir şekilde incelenmiş ve Copert 4 simülasyon programı kullanılarak Boğaziçi köprüsü üzerinden 7:00-19:00 saatleri arasında geçen her bir taşıt sınıfı için ortama atılan zararlı emisyonlar saatlik olarak hesaplanmıştır. Bunu takiben köprü üzerinden geçen taşıtların saatlik mevcut ortalama hızları her bir taşıt sınıfı için ayrı ayrı incelenerek ortalama hızın toplam atılan emisyonlar üzerine etkileri belirlenmiş ayrıca binek otomobillerin ortama attıkları emisyon miktarlarının sahip oldukları motor hacimlerine göre nasıl eğilim gösterdiği incelenmiş ve sonuçlar irdelenmiştir.

Diesel motorlarda enjeksiyon basıncının ve avansının motor performansına ve emisyonlarına etkisinin deneysel olarak araştırılması

Diesel motorlarında bazı çalışma parametrelerini değiştirerek motor performans ve emisyonlarını iyileştirebilmek mümkündür. Yakıt püskürtme basıncı ve yakıt püskürtme avansı diesel motorlarında performansı ve egzoz emisyonlarını etkileyen önemli parametrelerdir. Yapılan bu deneysel çalışmada; püskürtme basıncı ve püskürtme avansının motor performansına ve egzoz emisyonlarına etkisi araştırılmıştır. Deneyler dört silindirli, dört zamanlı, direkt püskürtmeli turboşarjlı bir diesel motorda gerçekleştirilmiştir. 2500 d/d sabit motor hızında, püskürtme basıncının 120 ile 140 MPa arasında ve püskürtme avansının -15 ile 0 KMA arasında değiştirilmesiyle moment, güç, Pmax, özgül yakıt tüketimi, CO, CO2, NO, NOX, THC, O2 ve is gibi emisyon ve motor performans değerleri ölçülmüştür. Deney sonuçlarına göre, püskürtme basıncının arttırılmasıyla motor gücü, momenti, Pmax, HRR ile NO, NOX, O2 emisyonları artmış, ÖYT, CO emisyonu ve is azalmıştır. Püskürtme avansının azaltılmasıyla ÖYT ile CO, O2, THC emisyonları ve is artmış, motor gücü, momenti, Pmax ile NO, NOX emisyonları azalmıştır.

Trafik kazalarında kazaya etki eden dinamik parametrelerin analizi

Bu araştırmanın amacı, genel çarpışma mekaniği temelinde trafik kazalarının analizlerinin incelenmesidir. Genel olarak hasar bazlı ve yörünge bazlı olan analiz yöntemlerinden, kazanın niteliğine göre uygun yöntem seçilerek analiz yapılmalıdır. Bu çalışmada yörünge bazlı olan nokta-kütle yöntemi, hasar bazlı olan düzlemsel çarpışma mekaniği ve CRASH 3 yöntemleri incelenmiştir. Her yöntem için MATLAB programı yazılmıştır. Yöntemler arasındaki farklar, birbirlerine göre üstünlükleri ve eksiklikleri belirtilmiştir. Literatür çalışmalarında analiz edilen RISCAS çarpışmaları incelenmiş ve MATLAB programında analizler tekrarlanarak sonuçlar literatür sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Düzlemsel çarpışma mekaniği, analiz için bilinmesi gereken girdi değerleri doğru olmak şartıyla, diğer yöntemlerden daha doğru sonuçlar sağlamaktadır. Çalışmanın sonunda gerçek bir kazanın, düzlemsel çarpışma mekaniği ve nokta-kütle yöntemleriyle analizi yapılmıştır.

Otto motorlarında kısmi yük şartlarında ek yakıt olarak hidrojen kullanımının emisyonlar ve performans üzerindeki etkilerinin araştırılması

Bu çalışma Makine Mühendisliği Enerji Yüksek Lisans Programı Bitirme Tezi olarak yapılmıştır. Bu tez günümüzde alternatif bir yakıt olarak ön plana çıkan hidrojen ve hidrojen katkılı fosil yakıtların incelenmesi ve bir deney motoru üzerinde hidrojenin ek yakıt olarak benzinle beraber kullanılmasının motor emisyon ve performansına etkilerinin deneysel olarak irdelenmesi ve analiz edilmesi üzerine yapılmış bir araştırma ve uygulama tezidir. Bu tez çalışmasında ilk olarak hidrojenin yakıt olarak özellikleri hakkında kısa bir bilgi verilerek neden alternatif bir yakıt olarak ön plana çıktığı açıklanmaya çalışılmıştır. Hidrojenin içten yanmalı motorlarda kullanım alanları ve uygulamaları hakkında örneklerden bahsedilmiştir. Sonraki kısımda ise hidrojenin ek yakıt olarak kullanılmasının avantaj ve dezavantajları üzerinde durulmuştur ve bunu takiben bu konuda önceden yapılmış çalışmalardan örnekler verilmiştir. Uygulama kısmında ise kullanılan içten yanmalı motorun özelliklerinden ve deney düzeneğinden kısaca bahsedildikten sonra deneyin uygulanış aşamaları anlatılmıştır. Hidrojen içten yanmalı motora ek yakıt olarak sırasıyla rölanti ve kısmi yük şartlarında gönderilerek deneylerin gerçekleştirilmesi sonucu emisyon ve performans verilerinin toplanması ve verilerin irdelenmesi üzerinde durulmuştur. Hidrojenin üretimi motor dışı bir güç kanyağı ve motorun alternatörü ayrı ayrı deneylerde kullanılarak gerçekleştirilmiş ve bu iki kaynağın uygulamalara etkisi incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Daha sonra veriler bilgisayarda saklanmış ve ?MICROSOFT EXCEL? programında kullanılarak grafiklere dökülmüştür. Grafiklerdeki veriler ışığında ek yakıt hidrojenin rölanti ve kısmi yük şartlarında kullanımı sonucu ortaya çıkan emisyonlar ve elde edilen performans değerlerinden sonuçlar çıkarılmıştır. Kısacası bu tez çalışmasında içten yanmalı motorlarda ek yakıt olarak hidrojenin kullanılmasının ortaya çıkardığı emisyon ve performans değerleri deneysel olarak incelenmiş ve sonuçlar irdelenmiştir.