Adayabatik motorlarda enerji tasarrufu

Abstract

IIII ÖZET İçtan yanmalı motorlarında kullanılan toplam enerjinin ancak %30-A3 kadarının faydalı hale dönüştüğü bilinen bir gerçektir. Silindirde yakılan yakıtın %.55-70'i ise motor parçaları aşırı sıcaklıktan korumak maksadıyla yapılmış bulunan soğutma donamına ve ortalama 500°C sıcaklıktaki egzoz gazlarına geçerek atmosfere atılır. Soğutma sistemine geçen enerjiyi mümkün olduğu kadar minimuma indirmelidir. Çünkü 1973 yılında petrol fiyatları yükseldiği için ve ileride - enerji kaynakları tükenmek üzere enerji tasarrufu sağlamamız lazımdır. Bu kayıpları azaltmak için yapılan çalışmalar seramik kaplama teknolojisi gelişmesi ile adayabatık motoru yapılmıştır. Adayabatik daha fazla faydalı hale getirmemizi için, soğutma sistemine giden enerji ortadan kaldırmayı amaçlamakta ve egzoz sistem vastasıyla atmasfora atılan enerji türboşarj, türbokombine veya rankine düzenek ekleyerek güce dönüştürülmektedir. B-u yolla atık egzoz enerjisi faydalı hale getirilir ve motor performansı iyileştirilir. Endüstride kullanılan malzemelerin kalitelerini daima ilgi çekici bir araştırma konusu olmuştur. Fakat maalesef tamamen seramiktan yapılma parçaları üretmek zordur. Seramikler bu dezavantajlarını ortadan kaldırabilmek için metalik malzeme üzerine kaplama yoluna gidilmektedir. Seramiklerin metaller üzerine kaplamları iki malzemenin ( metal - seramik ) termal genleşme katsayılarının uygunluğu ile doğrudan ilgilidir. Özellikle motor parçalarının daha yüksek termik.,: mekanik.,. korozyon ve aşınma mukavemetine sahip olması için çalışmalar çok hızlı bir şekilde devam etmektedir. Isı yalıtımı maksadı ile yapılan kaplanmalarda kaplama tekniği, kaplama kalınlığı ve kaplama malzemesi başarıya etki eden önemli bir unsurudur.XIV Düşük ısı kaybı sağlamak amacı ile dizel motorlarında yapılan kaplamalar, soğutma sistemine geçen enerjiyi azaltmaya hatta mümkünse soğutma sistemini tamamen ortadan kaldırmayı amaçlanmaktadır. Soğutma sistemi elemanları küçülmesi ile yada ortadan kalkması ile ağırlık parça maliyeti ve ekonomisi, motorun gücünün artması beklenen en önemli özelliktir. Bugün tam adayabatik motorda soğutma sistemine ve çevreye giden enerjisini ancak %70-80'i azaltmaktadır ve böylece faydalı enerji artacak ve motorun genel verimi yükselecektir.Bundan dolaylı yanma odanın ve egzoz sıcaklıklarını artıracaktır. Daha yüksek cidar ve gaz sıcakları çok çeşitli ve daha az kaliteli (düşük sitenli sayısı) yakıt kullanmasına imkan verecektir ve bu kalın yakıtı kolayca yakılabilir. Burada tutuşma gecikmesi azaltılması sebebi ile kontrolsüz yanmadan kaynaklanan vuruntu ve gürültü azalarak daha sesiz bir dizel motor çalışmasına imkan verilir. Motorda soğutucuya giden ısı kayıplarını azaltarak soğutma yükünü hafifletmek, cidar sıcaklarını artırarak: tutuşma gecikmesini azaltıp yanmayı iyileştirmek, yüksek atık gazların enerjisinden yararlanarak aşırı doldurma sistemlerde (Tezin içinde bu sistemlerinden bahis edilmeyecektir) daha fazla verim elde etmek ve böylece motorun verimi artacaktır, Standart bir dizel motorunun yanma odası ( YO ) elemanları, ısı iletimi düşük bir seramik malzeme ile kaplandığında motorun daha önceki dizayn ve işletme özellikleri değişir. Sonuç olarak optimum şartlarına göre yeni bir motor ihtiyaç duyulmuştur.

XV ABSTRACT Diesel engins currently reject up to %36 in exhaust and %29 in cooling system of the total fuel energy. We can said that, energy losses to the exhaust and cooling system represent approximatly two-thirds of the energy input. Because of increasing petroleum costs their is growing intrest in techniques that car ultilize this waste heat to improve ovrall system efficiecy. This thesis present an adiabatic diesel engine concept in which high performance Ceramics in its design. The adiabatic engine will be enable higher operating tempretures, reduced heat loss by cooling system and higher exhaust energy recovery by turbocharge, turbocompound and rankine resulting in higher termal engine efficiency. This thesis will cover the role of the high tecnology fine Ceramics in future engine concepts. It will attempt to point out the problem areas and the technical approach to overcome them. Tecnical diffuculty of using ceramics as structral compenent is the scattering of strength. Due to the brittleness of ceramics, its strength is highly dependent on an existence of fine flow produced in the course of manefacture ceramic compenents must continue to withstand these higher pressure and temperature. The composite approach is use of suitable ceramic materials in the hot combustion ^and exhaust zone together with cast iron or aluminum engine parts. It is quite obvious that with the composite design, the ceramic material coefficent of thermal expansion should be similar to the metal. Also, the satisfactoriness the bonding layer, coating technique, type of ceramic coating powder and the coating thickness affect the quality or sucess of the coating. In many ceramics materials, expansion coefficent, conductivity, etc. can be varied to meet the needs of application. Some of theXVI current favorite raonolitic ceramics and coatings which have satisfactorily met the needs of the adiabatic diesels were presented. Materials used for coating of cylinder liner and piston ring will have very good wear and scuffing resistence and seemed to have withstood the luck of lubrication of the high tempreture. An adiabatic diesel engine is analyzed in this thesis to demonestrated,that the diesel cycle without.cooling system could be the biginning of a new era in continued diesel engine efficiency, reliability and durability. Elimination of the engine cooling system including cooling fans, pumps, radiators, hoses, shrouds, etc. would greatly reduce prasitic losses but this is now very difficult. As the development of the adiabatic diesel engine continues with a good ` of %65-80 reduction is net in-cylinder heat transfer over a cooled engine, several uncooled engines with intermediate level of reduced heat transfer. Heat insulated engine undergoes a combustion process different from that of the coventional water-cooled engine when combustion is made in heat-insulated combustion chamber with high wall temperature. Due to the elevated temperature of combustion chamber in the insulated engine ignition delay was significantly shortened and helped to burn low cetane fuel which conventional water-cooled diesel engines can not use. It's also observed that the amount of heat lost to the cooling water decreases proportionally as the engine speed increased while mean effective pressure is constant.Exhaust gaz temperature and exhaust energy have increased while mean effictive pressure did not change. Effective power and the total energy increase as the engine speed increases. The adiabatic engine contains the heat in the combustion chamber at higher tempereture, and opening of the exhust valves, the higher tempereture exhaust gases are availableXV1X for work. Conversion of the greater avialable energy in the exhaust gas can be manifested by means of turbocharge, turbocompound or rankine. However, the combustion of the turbocompound system and the rankine bottoming cycle offers the maximum benefit. As a messure to correct the above mentioned defects air flow in the combustion chamber and fuel atumization were improved to optimum conditions and the shape of the combustion chamber was modified because the fuel injected after initial combustion in heat-insulated engine.