ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ YÜKSEK LĠSANS ...

229 Pages·2010·5.38 MB·Turkish

Ġ STANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ  FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

SEÇĠCĠ KATALĠTĠK ĠNDĠRGEME SĠSTEMĠNĠN AĞIR TAġIT

MOTORLARINDA KULLANIMININ OPTĠMĠZASYONU

YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
Göktürk DEMĠRÖZ

Anabilim Dalı : Makina Mühendisliği
Programı : Otomotiv

Tez DanıĢmanı : Prof. Dr. H. Ertuğrul ARSLAN
OCAK 2010

ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ  FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

SEÇĠCĠ KATALĠTĠK ĠNDĠRGEME SĠSTEMĠNĠN AĞIR TAġIT

MOTORLARINDA KULLANIMININ OPTĠMĠZASYONU

YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
Göktürk DEMĠRÖZ
(503051721)

Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 11 Aralık 2009
Tezin Savunulduğu Tarih : 28 Ocak 2010

Tez DanıĢmanı : Prof. Dr. H. Ertuğrul ARSLAN (ĠTÜ)
Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Metin ERGENEMAN (ĠTÜ)
Prof. Dr. Ġrfan YAVAġLIOL (YTÜ)

OCAK 2010

ÖNSÖZ
ÇalıĢmalarım boyunca beni yönlendiren, teĢvik ve desteğini esirgemeyen tez
danıĢmanım Prof. Dr. H. Ertuğrul ARSLAN‟ a ve Ford OTOSAN Ürün GeliĢtirme
Bölümünde bana desteklerini sunan mühendis arkadaĢlarım ve meslektaĢlarıma
teĢekkürlerimi sunarım.
Ayrıca maddi ve manevi destekleriyle her zaman yanımda olan aileme teĢekkür
ederim.

Ocak 2010 Göktürk Demiröz

Makina Mühendisi

iii
iv
ĠÇĠNDEKĠLER
ÖZET........................................................................................................................xix
SUMMARY..............................................................................................................xxi
1.GĠRĠġ: ................................................................................................................... xix
1.1 Tezin Amacı ....................................................................................................... 5
2. MOTORLU ARAÇLARIN EGZOZ EMĠSYONLARININ DENETĠMĠ VE
EVRĠM SÜRECĠ ..................................................................................................... 6
2.1 Dizel Egzoz Emisyonlarının Türkiye‟deki GeliĢimi ........................................ 12
2.2 AB‟de Emisyon Ġçin Uygulanan Programlar ................................................... 13
2.3 AB Emisyon Yönetmelikleri ............................................................................ 13
2.4 EURO Emisyon Normları ................................................................................ 14
2.5 TaĢıt Kaynaklı Kirletici Mekanizmaları........................................................... 15
2.5.1 Yanma Prosesi ve Egzoz Gazlarından Kaynaklanan Kirlilik ................... 16
2.5.2 Sürücü ve SürüĢ Karakteristiği Nedeniyle Kaynaklanan Kirlilik ............. 17
3. YANMA ................................................................................................................ 18
3.1 Termal Art Yakma ...........................................................................................19
3.2 Katalitik Art Yakma ......................................................................................... 19
4. NOx STANDARTLARI VE KONTROL SĠSTEMLERĠ ................................. 21
4.1 NOx Kontrol Sistemleri ................................................................................... 22
4.1.1. Hava Kademeleme ................................................................................... 22
4.1.2 Baca Gazı Sirkülasyonu ............................................................................ 23
4.1.3 Yakıt Kademeleme .................................................................................... 24
4.1.4 DüĢük NOx OluĢturan Yakıcılar ............................................................... 24
4.1.5 Seçici Katalitik Ġndirgeme ........................................................................ 25
4.1.6 Seçici Katalitik Olmayan Ġndirgeme ......................................................... 26
4.2 Dizel Motorlarında NOx OluĢumu ve Kontrol Yöntemleri ............................. 28
4.2.1 Azot Oksitlerin OluĢum Mekanizmaları ................................................... 29
4.2.2 Azot Oksitlerin OluĢumunu Etkileyen Sebepler ....................................... 31
5. DĠZEL MOTORLARINDA PARTĠKÜL MADDE EMĠSYON
KONTROLÜ VE GELĠġMELERĠ .................................................................... 41
5.1 Emisyon Düzenlemeleri ................................................................................... 42
5.2. Dizel Motor Emisyonlarının ve Partikül Maddenin Yapısı ............................ 44
5.4 Dizel Oksidasyon Katalisti (DOC)................................................................... 48
5.5 Dizel Partikül Filtrelerinin Rejenerasyonu....................................................... 49
5.5.1 Pasif Rejenerasyon .................................................................................... 50
5.5.2 Sürekli ve Katalitik Sürekli Rejenerasyonlar (CCRT) .............................. 51
5.5.3 Aktif Rejenerasyon.................................................................................... 52
6. MOTORLU ARAÇLARDA EURO EMĠSYON STANDARTLARI VE
GEREKLĠ UYGULAMALAR ............................................................................ 54
6.1 Benzinli Araçlarda Euro Emisyon Standartları Ve Gerekli Uygulamalar ....... 54
6.2 Dizel Araçlarda Euro Emisyon Standartları ve Gerekli Uygulamaları: ........... 54
v
6.2.1 Yakıt Enjeksiyon Sistemi: ......................................................................... 56
6.2.2 Egzoz Gazları Resirkülasyonu (EGR) ....................................................... 56
6.2.3 Seçici Katalitik Ġndirgeme (SCR) ............................................................. 73
6.2.4 EGR ve SCR KarĢılaĢtırması .................................................................... 74
6.2.5 NOx ve PartikülMadde (PM) Emiciler ..................................................... 78
7. DĠZEL MOTORLARDA EMĠSYON OLUġUMU ........................................... 80
7.1 Karbonmonoksit (CO) OluĢumu ...................................................................... 80
7.2. Azot Oksit (NOx) OluĢumu ............................................................................ 81
7.3 Partikül Madde OluĢumu ................................................................................. 82
7.4 Hidrokarbon (HC) OluĢumu............................................................................. 83
7.5 Emisyonların Etkileri ....................................................................................... 84
7.5.1 Karbonmonoksit (CO) ............................................................................... 84
7.5.2 Azotoksitler (NOx) .................................................................................... 84
7.5.3 Hidrokarbonlar (HC) ................................................................................. 84
7.5.4 Partikül Maddeler (PM) ............................................................................ 84
7.5.5 KurĢun BileĢikleri ..................................................................................... 85
7.6 Dizel Motorlarda Sülfür Düzeyi ....................................................................... 86
7.7 Türkiye‟de Dizel Yakıtın GeliĢimi ................................................................... 87
8. AĞIR DĠZEL MOTORLARDA EMĠSYON AZALTMA ÖNLEMLERĠ ...... 88
9. EGZOZ EMĠSYONLARININ ÖLÇÜMÜ VE ÖLÇÜM YÖNTEMLERĠ ..... 90
9.1 CO ve CO2 Ölçüm Yöntemi ............................................................................ 90
9.2. NOx Ölçüm Yöntemi ...................................................................................... 91
9.3 HC Ölçüm Yöntemi ......................................................................................... 92
9.4 GFA Analizörü ................................................................................................. 93
10. KATALĠTĠK KONVERTÖRLER VE KATALĠSTLER ............................... 95
10.1 Partikül Tutucu Filtreler ............................................................................... 100
10.2 Katalistler ..................................................................................................... 100
11. SEÇĠCĠ KATALĠTĠK ĠNDĠRGEME (SELECTIVE CATALYTIC
REDUCTION – SCR) SĠSTEMĠ ................................................................... 103
11.1 Genel Bilgiler .............................................................................................. 103
11.2 SCR Sisteminde Kullanılan Katalizörler...................................................... 109
12. SEÇĠCĠ KATALĠTĠK ĠNDĠRGEME SĠSTEMĠ LĠTERATÜRÜ VE
DAHA ÖNCEDEN YAPILMIġ ÇALIġMALARI ........................................ 110
12.1 Ahlstrom Silversand ve Odenbrand SCR ÇalıĢması .................................... 110
12.2 Ioannis Gekas, Pär Gabrielsson ve Keld Johansen SCR ÇalıĢması ............. 111
12.2.1 Katalizör seçimi ..................................................................................... 112
12.2.2 DNX15 ve DNX15-PD Katalizörleri Ġle ESC Testleri ......................... 113
12.3 Joon Hyun Baik SCR ÇalıĢması ................................................................... 113
12.4 Penetrante SCR ÇalıĢması ............................................................................ 115
12.5 William Miller SCR ÇalıĢması .................................................................... 117
12.6 Cam Sanayinde NOx Ġndirgeme ve SCR Sistemi ........................................ 120
12.7 Dizel Motorlu Kojenerasyon Sistemlerinin Emisyon Özelliklerinin
Ġncelenmesinde SCR Sistemi ....................................................................... 123
12.7.1 Dizel Motorlu Kojenerasyon Sisteminde Egzoz AkıĢı ......................... 124
12.7.1.1 Azot Oksit Arıtım Ünitesi (DeNOx) .................................................. 125
13. SCR SĠSTEMĠNDE GERÇEKLEġEN KĠMYASAL REAKSĠYONLAR .. 127
13.1 NOx OluĢum Mekanizması .......................................................................... 132
vi
14. SEÇĠCĠ KATALĠTĠK ĠNDĠRGEME (SCR) SĠSTEMĠNDE
KULLANILAN SCR SIVI MALZEMELERĠ (ÜRE,
AMONYAK VE ADBLUE) ............................................................................ 135
14.1 SCR Sisteminde Kullanılan Temel Madde Amonyak - (NH3) .................... 136
14.2 SCR Sistemi Ġçin Gerekli Üre Çözeltisi - Adblue ........................................ 136
14.2.1 AdBlue‟nun Tarifi ................................................................................. 138
14.2.2 Adblue‟nun Karateristik ve Fiziksel Özellikleri ................................... 139
14.2.3 Adblue‟nun Saklama Ömrü Ve Kullanımı ............................................ 140
14.2.4 Adblue‟ nun Maliyeti ............................................................................ 141
14.2.5 Adblue Miktarı ...................................................................................... 141
14.2.6 Adblue Kalitesi...................................................................................... 141
14.2.7 Adblue Tankı ve Arıza TeĢhis Bilgisi ................................................... 142
15. SEÇĠCĠ KATALĠTĠK ĠNDĠRGEME SĠSTEMĠNĠN UYUMU ................... 144
15.1 SCR Sisteminde Yakıttaki Sülfür Oranı ...................................................... 144
15.2 SCR Sisteminin YaĢlanması ........................................................................ 144
15.3.SürüĢ Sırasında Genel Tüketim (EURO III Ġle KarĢılaĢtıma) ...................... 144
16. SEÇĠCĠ KATALĠTĠK OLMAYAN ĠNDĠRGEME (SELECTIVE NON
CATALYTIC REDUCTION - SNCR) SĠSTEMĠ ......................................... 145
16.1 DeNOx ĠĢlemi .............................................................................................. 145
16.2 NOxOUT ĠĢlemi ........................................................................................... 145
16.3 Hibrit ĠĢlemler .............................................................................................. 146
17. DĠZEL MOTORLARIN GELĠġĠMĠ VE ĠNCELENMESĠ .......................... 147
17.1 Dizel Motorların Tarihi Ve GeliĢimi............................................................ 147
17.2 Dizel Motorların ÇalıĢma Ġlkeleri ................................................................ 148
17.2.1 Emme Zamanı ....................................................................................... 148
17.2.2 SıkıĢtırma Zamanı ................................................................................. 148
17.2.3 Yanma ve GeniĢleme Zamanı ............................................................... 148
17.2.4 Egzoz Zamanı........................................................................................ 148
17.3 Dizel Motorlarda Yanma Kimyası: .............................................................. 149
17.3.1 Yanma ĠĢlemi: ....................................................................................... 150
18. BOSCH’ UN GELĠġTĠRDĠĞĠ SCR TEKNOLOJĠSĠ: DENOXTRONIC...151
18.1 Denoxtronic ÇalıĢma KoĢulları Ve ÇalıĢma Sistemi ................................... 151
19. FORD CARGO ECOTORQ AĞIR DĠZEL MOTORU VE
EGZOZ – SCR SĠSTEMĠ ................................................................................ 155
19.1 Motor Özellikleri:........................................................................................ 156
19.2 Ecotorq Ġçin Kullanılan Seçici Katalitik Ġndirgeme (SCR) Sistemi: ........... 158
19.2.1 KarıĢtırıcı Tasarımı: .............................................................................. 159
19.2.2 SCR Sistem Kalibrasyonu: .................................................................... 160
19.3 Ecotorq Motoruna Bağlı Egzoz Ve SCR Sistemi Ve Parçaları.................... 165
20. FORD CARGO ECOTORQ MOTORU ÜZERĠNDE YAPILAN SCR
ÇALIġMASI VE EURO IV TEST SONUÇLARI ........................................ 177
21. SONUÇ VE ÖNERĠLER ................................................................................. 201
KAYNAKLAR........................................................................................................203

vii
viii