Tek silindirli dizel motora uygulanan seramik kaplamaların motor performans ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada dört zamanlı tek silindirli bir dizel motor kullanılmış olup, motora ait piston ve supaplar stabile edilmiş zirkonyum (ZrO2) magnezyum oksit (MgO) tozu içerisine değişik oranlarda alüminyum oksit (Al2O3) ilave edilerek, plazma sprey yöntemiyle kaplanmıştır. Motorun yanma odasına ait piston ve supaplar 5 farklı (ZrO2 + MgO), (ZrO2 + MgO + % 25 Al2O3), (ZrO2 + MgO + % 50 Al2O3), (ZrO2 + MgO + % 75 Al2O3), (Al2O3) numune ile kaplanmıştır. Kaplanan motor parçalarının her birine scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) ve X-ray diffraction (XRD using Cu Kα radiation) yüzey analiz yöntemleri ile malzeme deneyleri yapılmıştır. Kaplama tabakası ile altlık malzemesi olan piston yüzeyi arasındaki yapışma mukavemeti ve mikrosertlikleri test edilmiştir. XRD incelemelerinde, ZrO2+MgO ve Al2O3 ilaveli kaplamalarda ZrO2 (Tetragonal), ZrO2 (Monoclinic), MgO, Al3Zr5, α-Al2O ve γ-Al2O3 tür bileşikler tespit edilmiştir. İncelemeler sonucunda, en düşük gözeneklilik miktarı ZrO2+MgO+%50 Al2O3 ile kaplanan numunede olmasından dolayı en iyi yapışma mukavemeti ve en yüksek sertlik değeri bu numunede tespit edilmiştir. Motor deneyleri bir elektrikli dinamometrede her bir numune için, tam yükte 1600 d/d, 2000 d/d, 2400 d/d ve 2800 d/d motor hızlarında tekrarlanmıştır. Kaplamalı motorun standart motora göre moment, güç ve ısıl veriminde artış, özgül yakıt tüketiminde azalma belirlenmiştir. Malzeme analizleri ve motor deneyleri en iyi performansın (ZrO2 + MgO + % 50 Al2O3) ile gerçekleştiğini göstermiştir. ZrO2+MgO+%50Al2O3 kaplamalı motorda, NOx ve CO2 emisyonlarında artış gösterirken, HC, CO ve is emisyonlarında azalma görülmüştür.

The four-stroke single cylinder diesel engine has been used in this study, the pistons and valves of the engine has been stabilized, the aluminium oxide (Al2O3) in different ratios has been added in the power of zirconium (ZrO2) magnesium oxide (MgO), and has been coated with the plasma spray method. The pistons and valves of the combustion chamber of the engine has been coated with 5 different (ZrO2 + MgO), (ZrO2 + MgO + 25 wt. %Al2O3), (ZrO2 + MgO + 50 wt. %Al2O3), (ZrO2 + MgO + 75wt. %Al2O3), (Al2O3) sample. The material tests has been made for each of the coated engine parts with the scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD using Cu Kα radiation) surface analysis methods. The microhardness and adhesive strength between the coating layer and the piston surface used as substrate material has been tested. In XRD studies, such compounds as ZrO2 (Tetragonal), ZrO2 (Monoclinic), MgO, Al3Zr5, α-Al2O and γ-Al2O3 have been identified on ZrO2+MgO and Al2O3 additive coatings. At the end of the analyzing, the best adhesion strength and maximum hardness value have been determined in this sample due to the fact that the lowest amount of porosity is in the sample coated with ZrO2 + MgO + 50wt. %Al2O3.The engine tests have been repeated for each sample in an electric dynamometer in full power 1600 rpm, 2000 rpm, 2400 rpm and 2800 rpm engine speeds. When compared to the standard engine, in the plated engine an increase in moment, power, heat performance and a decrease in specific fuel consumption was found. The material analysis and engine tests have shown that the best performance has been performed with (ZrO2 + MgO + % 50 Al2O3). ZrO2 + MgO + 50 wt. %Al2O3 coated engine, it was shown that NOx and CO2 emissions was increased while HC, CO and soot emissions were decreased.