Ömer CİHAN, İlker TEMİZER, Mustafa Güven GÖK, Muhammet KARABAŞ

Nd katkılı Seramik Malzeme ile Kaplanan Bir Dizel Motorda Yanma Karakteristiğinin Araştırılması

Motorda yanma odası; silindir kapak (kafa) yüzeyi, piston üst yüzeyi ve silindir cidarından meydana gelmektedir. Klasik pistonlu motorlarda çevrimin yanma ve genişleme sürecinde yanma odasını oluşturan bu elemanlar, yüksek sıcaklık ve basınca maruz kalmaktadır. Yanma odası içerisinde gerçekleşen patlama sonucu yanma odası elemanlarının yüzeylerinde korozyon, termal şoklama, aşınma ve yüzeysel deformasyonlara yol açmaktadır. Bu deformasyonları azaltmanın bir yolu da motor parçalarının termal iletkenliği düşük seramik malzemeler ile kaplanmasıdır. Bu kaplamalara termal bariyer kaplama adı verilir. Termal bariyer kaplama ile motorun performans ve veriminde iyileşme meydana gelebilmektedir. Dizel motorlarda soğutmaya giden enerji, açığa çıkan toplam enerjinin %30 ila %35'ine tekabül etmektedir. Soğutmaya giden bu enerji diliminin bir kısmı bu yöntem ile faydalı enerjiye (motor çıkış mili gücü) dönüşmesi beklenmektedir. Bu çalışmada; deney motoru olarak hava soğutmalı, tek silindirli, direkt püskürtmeli, 4 zamanlı ve marşlı bir dizel motoru kullanılmıştır. Deney kapsamında yanma odası elemanı olan silindir kafası, piston üst yüzeyi ve emme ve egzoz supapları yüzeyine öncelikle APS (Atmosferik Plazma Sprey) yöntemi ile metalik bağ katmanı olarak CYSZ kaplanmıştır. Ara katmanın üzerine ise La1.4Nd0.6Zr2O7 seramik malzemesi yine plazma sprey yöntemi ile kaplanmıştır. Daha sonra motor tam yük ve farklı motor hızlarında çalıştırılmıştır. Sonuç olarak kaplama ile motorda maksimum silindir için basınç ve ısı salınım oranları tüm hızlarda referans (kaplamasız) motora yüksek çıkmıştır. Ayrıca kaplama ile maksimum basıncın üst ölü noktadan daha uzakta meydana geldiği ve yanmanın genişleme sürecine doğru ilerlediği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Dizel motor, Yanma, Termal bariyer kaplama, Atmosferik plazma sprey (APS)

PDF

___

[1] Nicoll A.R., Gruner H., Prince R., Wuest G., “Thermal Spray Coatings for High Temperature Protection” Surface Engineering, 1, 1, 59-71, 1985.
[2] Darolia R., “Thermal barrier coatings technology: critical review, progress update, remaining challenges and prospects” International Materials Reviews, 58 (6): 315-348, 2013.
[3] Dhomme S., Mahalle A.M., “Thermal barrier coating materials for SI engine” Journal of Materials Research and Technology, 8, 1, 1532-1537, 2019.
[4] Yin Y., Qi R., Zhang H., Xi S., Zhu Y., Liu Z., “Microstructure design to improve the efficiency of thermal barrier coatings” Theoretical & Applied Mechanics Letters, 8, 1, 18-23, 2018.
[5] Taymaz İ., “The effect of thermal barrier coatings on diesel engine performance” Surface and Coating Technology, 201, 9-11, 5249-5252, 2007.
[6] Domakonda V.K., Puli R.K., “Application of Thermal Barrier Coatings in Diesel Engines: a Review” Energy and Power, 2, 1, 9-17, 2012.
[7] Parlak A., Yasar H., Sahin B., “Performance and exhaust emission characteristics of a lower compression ratio LHR Diesel engine” Energy Conversion and Management, 44, 1, 163-175, 2003.
[8] Uzun A., Cevik I., Akcil M., “Effects of thermal barrier coating on a turbocharged diesel engine performance” Surface & Coatings Technology, 116-119, 505-507, 1999.
[9] Gurbuz H., Gokkaya H., “An experimental study on the effects of the thermal barrier plating over engine fuel consumption exhaust temperature and emissions” Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 20, 1, 15-19, 2014.
[10] Ciniviz M., Salman M.S., Canlı E., Köse H., Solmaz Ö., “Ceramic coating applications and research fields for internal combustion engines” Ceramic Coatings-Applications in Engineering, 195-234, 2012.
[11] Taymaz I., Cakir K., Gur M., Mimaroglu A., “Experimental investigation of heat losses in a ceramic coated diesel engine” Surface & Coatings Technology, 169-170: 168-170, 2003.
[12] Azadi M., Baloo M., Farrahi G.H., Mirsalim S.M., “A review of thermal barrier coating effects on diesel engine performance and components lifetime” International Journal of Automotive Engineering, 3, 1, 305-317, 2013.
[13] Haşimoğlu C., Ciniviz M., Salman M.S., “Performance Evaluation of A Low Heat Rejection Diesel Engine for Different Insulation Levels” Pamukkale University Journal of Engineering Science, 16, 1, 87-94, 2010.
[14] Patond S.B., Chaple S.A., Shrirao P.N., Shaikh P.I., “Comparative Study of Performance and Combustion Characteristics of Conventional and Low Heat Rejection (Mullite Coated) Diesel Engines” IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 46, 1-9, 2013.
[15] Turgut İ., Gumus M., Akçay M., “Thermal barrier coatings for diesel engines” International Scientific Conference 19-20 November, 173-177 p, Gabrovo, 2010.
[16] Ravikumar V., Senthilkumar D., “Reduction of NOx emission on NiCrAl-Titanium Oxide coated direct injection diesel engine fuelled with radish (Raphanus sativus) biodiesel” Journal of Renewable and Sustainable Energy, 5, 6, 1-11, 2013.
[17] Chandrashekar T.K., Rajshekar C.R., Kumar R.H., “An experimental study on the effect of thermal barrier coating on diesel engine performance” International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 2, 8, 3554-3562, 2013.
[18] Mohamedmusthafa M., Sivapirakasam S.P., Udayakumar M., Balasubramanian K.R., “Effects of Al2O3 coating on diesel engine performance, combustion, and emission characteristics fueled by pongamia methyl ester and its blends with diesel” Environmental Progress & Sustainable Energy, 31, 1, 147-156, 2012.