Dizel Bir Motorda Al2O3 İlaveli Cr2O3 Termal Bariyer Kaplamaların Egzoz Emisyonlarına Etkisi

Bu çalışmada, içten yanmalı tek silindirli dört zamanlı bir dizel motor piston ve supap yüzeylerine, Cr2O3,Cr2O3+%25Al2O3, Cr2O3+%50Al2O3 ve Cr2O3+%75 Al2O3 seramik tozları plazma sprey yöntemi kullanılarakkaplanmıştır. Kaplama uygulanmış motor ile standart motor egzoz gaz sıcaklıkları açısından kıyaslandığında,Cr2O3+%75Al2O3 tozu ile kaplı motorda %10.01 oranında sıcaklık artışı gözlenmiştir. Kaplama uygulanmış motorile standart motorun egzoz emisyon değerleri kıyaslandığında, HC emisyonlarında en yüksek %18.33 oranında,CO emisyonlarında en yüksek %24.32 oranında, is (duman) emisyonlarında en yüksek %9.05 oranında azalmaCr2O3+%75Al2O3 tozu ile kaplanan motorda tespit edilmiştir. Ayrıca, CO2 emisyonlarında en düşük %1.97oranında, NOx emisyonlarında ise en düşük %2.89 oranında artış Cr2O3 tozu ile kaplı motorda tespit edilmiştir.

The Effect of Al2O3 Added Cr2O3 Thermal Barrier Coatings on Exhaust Emissions at a Diesel Engine

In this study, an internal combustion four-stroke diesel engine was coated with Cr2O3, Cr2O3+ 25% Al2O3, Cr2O3+ 50% Al2O3 and Cr2O3+ 75% Al2O3 ceramic powders on the piston and valve surfaces using the plasma spray method. Compared with the coated engine and the standard engine exhaust gas temperatures, a temperature increase of 10.01% was observed in the Cr2O3+ 75% Al2O3 dust coated engine. When comparing the coated engine and the exhaust emission values of the standard engine, HC emissions with 18.33%, CO emissions with 24.32% and smoke emissions with 9.05% were identified as the highest decreases on Cr2O3+ 75% Al2O3 dust covered engine. In addition, CO2 and NOx emissions with the minimum increases of 1.97% and 2.89% were found on the Cr2O3 coated engine respectively.

PDF

___

1. Hanbey H. 2017. Investigation of the effects of tripropylene glycol addition to diesel fuel on combustion and exhaust emissions at an isolated diesel engine. Energy Conversion and Management. 142 (15): 62-68.
2. Tay K.L. Yang W., Zhao F., Yu W., Mohan B. 2017. Numerical investigation on the combined effects of varying piston bowl geometries and ramp injection rate-shapes on the combustion characteristics of a kerosene-diesel fueled direct injection compression ignition engine. Energy Conversion and Management. 136: 1-10.
3. Jerald T.L., Timothy A.C., Jacobs J. 2016. Energy distributions in a diesel engine using low heat rejection (LHR) concepts. Energy Conversion and Management. 130: 14-24.
4. Prasath B.R., Tamilporai P., Shabir M.F. 2010. Analysis of combustion, performance and emission characteristics of low heat rejection engine using biodiesel. International Journal of Thermal Sciences. 49 (12): 2483-2490.
5. Vural E. 2014. Tek Silindirli Dizel Motora Uygulanan Seramik Kaplamaların Motor Performans ve Egzoz Emisyonlarına Etkisinin İncelenmesi. Doktora Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
6. Vural E., Ozel S., Ozdalyan B. 2014. The investigation of microstructure and mechanical properties of oxide powders coated on engine pistons surface. Optoelectronics And Advanced Materials – Rapid Communications. 8 (5-6): 515-520.
7. Masera K., Hossain A.K. 2018. Biofuels and thermal barrier: A review on compression ignition engine performance, combustion and exhaust gas emission. Journal of the Energy Institute. Available online https://doi.org/10.1016/j.joei.2018.02.005.
8. Karthikayan S., Ganesan S., Vasanthakumar P., Sankaranarayanan G., Dinakar M. 2017. Innovative Research Trends in the Application of Thermal Barrier Metal Coating in Internal Combustion Engines. Materials Today: Proceedings. 4 (8): 9004-9012.
9. Sichani H.R., Salehi M., Edris H., Farani M.T. 2017. The effect of APS parameter on the microstructural, mechanical and corrosion properties of plasma sprayed Ni-Ti-Al intermetallic coatings. Surface and Coatings Technology, 309: 959-968.
10. Bounazef M., Guessasma S., Montavon G., Coddet C. 2004. Effect of APS process parameters on wear behaviour of alumina-titania coatings. Mater. Lett., 58: 2451-2455.
11. Özel S., Vural E. 2016. The microstructure and hardness properties of plasma sprayed Cr2O3/Al2O3 coatings. Journal Of Optoelectronics and Advanced Materials, 18 (11-12): 1052- 1056.
12. Phillips B. A., Knapp J. K. 1995. Thermal spray coatings reduce wear and corrosion on calender rolls. Tappi Journal. October, 78 (10): 197-205.
13. Ramaswamy P., Seetharamu S., Varma K.B.R., Rao K.J. 2000. Thermo mechanical fatigue characterization of zirconium (8%Y2O3 - ZrO2) and mullite thermal barrier coatings on diesel engine components: effect of coatings on diesel engine performance. Proceedings of the institution of mechanical Engineers, ProQuest Science Journals. 214 (5): 729.
14. Vural E., Ozel S. 2018. Içten Yanmalı Dizel Motorda Cr2O3 Termal Bariyer Kaplamaların Motor Performansı Üzerine Etkisi. 14. Uluslararası Yanma Sempozyumu 25-27 Nisan, sayfa 374-378, Karabük Üniversitesi, Karabük/Türkiye.
15. Vural E., Ozer S. 2015. Thermal Analysis of a Piston Coated with SiC and MgOZrO2 Thermal Barrier Materials. International Journal of Scientific and Technological Research. ISSN 2422-8702 (Online), 1: 7.
16. Özel S. 2009. Alüminyum alaşımı ve bronzu yüzeyine oksit ve karbür bileşiklerinin plazma sprey yöntemiyle kaplanmasının araştırılması. Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
17. DMİ. 2018. https://www.memsnet.org/material/chromiumoxidecr2o3bulk/ (Erişim Tarihi: 24.04.2018)
18. Sal E., Hazar H., Sap S., Oner M.C., Ilkılıc C. 2017. Exhaust Emission Analysis of Piston, Valve and Exhaust Pipe Chromium Carbide (Cr3C2) Coated LPG Engine. International Advanced Technologies Symposium (IATS’17), 19-22 October, Elazığ, Turkey.
19. Ciniviz M. 2005. Türboşarjlı bir dizel motorunun yanma odasi yüzeylerinin Y2O3 – ZrO2 ile kaplanmasının performans ve emisyonlara etkileri. Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Selçuk Üniversitesi, Konya.
20. Ergeneman M., Arslan H., Mutlu M. 1997. Motorlu Taşıtlardan kaynaklanan Kirleticiler kitabı, İstanbul.
21. Atmanli A, Ileri E, Yuksel B. 2014. Experimental investigation of engine performance and exhaust emissions of a diesel engine fueled with diesel–n-butanol– vegetable oil blends. Energy Convers Manage, 81: 312-21.
22. Celik M. B. 2008. Experimental determination of suitable ethanol–gasoline blend rate at high compression ratio for gasoline engine. Applied Thermal Engineering, 28 (5-6): 396-404.