Termal bariyer kaplamanın türbo doldurmalı bir dizel motorunun performasına etkileri

Abstract

Otomotiv endüstrisinde maliyetin düşürülmesi ve yakıt sarfiyatının azaltılmasına yöne¬ lik araştırmalar ve teknolojik yenilik çalışmaları sürdürülmektedir. İçten yanmalı bir motorun performansını artırabilmek, toplam yakıt enerjisinin mümkün olan en fazla oranda faydalı enerji haline dönüştürülmesini gerektirmektedir. Bu motorlarda yanma sonucu açığa çıkan enerjinin ancak %30-40 kadarı faydalı işe dönüşmekte, geri kalan enerji ise; motor parçalarını yüksek sıcaklıktan korumak amacıyla yapılmış oian soğutma sistemine, egzoz gazlarına ve diğer kayıplara gitmektedir. Kayıp enerjiyi faydalı hale getirmek; genişleme zamanındaki faydalı işi artırmak, egzoz ve soğutma sistemine giden ısıları azaltmakla sağlanabilir. Bunun için de yanma odasını teşkil eden parçaların ısıl iletkenliği düşük, yüksek çalışma sıcaklığına dayanabilen bir malzemeyle kaplanması, "Düşük Isı Kayıplı Motor" kavramını ortaya çıkarmıştır. Literatürde bu motorlar için, "Adyabatik Motor" kavramı da sıklıkla kullanılmaktadır. Düşük ısı kayıplı motorlarda, soğutma sistemine giden enerjinin azaltılması sonucu, artan silindir sıcaklığı ve tutuşma gecikmesi periyodundaki küçülme ile birlikte özgül yakıt tüketimi de azalmaktadır. Bu çalışmada, seramik kaplamanın türbo doldurmak bir dizel motorunun performan¬ sına etkisi incelenmektedir. Bu amaçla motorun, silindir kapağı, supaplar ve pistonlar termal bariyer amaçlı olarak zirkonya ile 0,5 mm kalınlığında, plazma kaplama tekniği kullanılarak, kaplanmıştır. Daha sonra, normal ve seramik kaplı motor, değişik yük ve devir şartlarında çalıştırılmak suretiyle test edilmiş ve her iki hale ait deneysel veriler hazırlanan bir biigisayar programı yardımıyla analiz edilerek sonuçlar karşılaştırmalı olarak grafikler halinde sunulmuştur. Termal bariyer kaplama sonucu egzoz gaz enerjisi önemli ölçüde artmaktadır. Egzoz enerjisindeki bu artış, motora türbokombine veya rankin ait çevriminin eklenmesiyle faydalı işe dönüştürülebilir. Bu sebeple çalışmada, egzoz gazlarının kullanılabilir enerji (ekserji)'leri de hesaplanarak seramik kaplamanın egzoz gazlarının exerjilerine etkisi de incelenmiştir. Çalışmada motor, türbo doldurucu devre dışı bırakılarak kaplamalı ve kaplamasız olarak test edilerek seramik kaplamanın tabi ernmeii motor çalışmasına etkileri de incelenmiştir. Çalışma sonuçlan, termal bariyer kaplamanın motorun performansını belirgin şekilde iyileştirdiğim göstermektedir. Seramik kaplı motorun püskürtme avansının azaltılması sonucu yakıt ekonomisindeki iyileşmenin daha da arttığı gözlenmiştir. Motorun tabi emmeli olarak çalıştırılması durumunda, seramik kaplama sonucu motor performan¬ sında elde edilen iyileşmenin türbo doldurmalı motora göre çok daha düşük kalmakta ve bazı çalışma şartlarında ise kötüleşme görülmektedir.