Araç termostatlarında tepki̇ süresi̇ni̇n iyi̇leşti̇ri̇lmesi̇

Abstract

Günümüzde yapılan yasal düzenlemeler ile izin verilen emisyon oranları yıldan yıla azalmaktadır. Bu nedenle içten yanmalı motorlardan çevreye salınan zararlı gazların toplam emisyonunun azaltılması çok önemlidir. Motorlar, tasarlanan sıcaklık aralığından farklı sıcaklıklarda çalıştığında, yüksek seviyeli emisyon değerlerinde zararlı gazları çevreye bırakır. Dolayısıyla soğutma sıvısı ve motor sıcaklığının dengelenmesi, verimli yanmayı ve zararlı gaz salınımının azaltılmasını sağlar. Bu nedenle motor ısısının dengelenmesinde zararlı gaz emisyon oranlarının azaltması için tasarım çalışmaları önemli bir konudur. Bu çalışmada termostatın hızla artan motor soğutma suyu sıcaklığına erken tepki verebilmesi için termal eleman mekanik yapısında tasarım değişikliği ile ısı transferinin artması ve içerisinde bulunan parafin vaksın ısıl iletim katsayısının artırılması hedeflenmiştir. Yapılan çalışmada farklı tasarımların CFD analizleri ile tepki süresi optimizasyonu yapılmış olup, sonuçların deneysel veriler ile doğrulaması yapılmıştır. Tasarım optimizasyonu için yapılan analizler ANSYS-CFX 12.1 yazılım platformu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analiz sonucuna göre ısı temas yüzeyi artırılan yeni mekanik tasarımın mevcut tasarıma göre daha kısa zamanda ısıyı parafin vaks merkezine ileterek termostatın erken tepki verdiği görülmüştür. Yapılan karışım çalışmasında parafin, sırasıyla ağırlıkça % 5, % 10, % 15, % 20 ve %25 dört farklı ağırlık yüzdesi nano-grafen partikülü ile sentezlenmiştir. Numunelerin ısıl iletkenliği, termal özellikler analizörü yardımıyla ölçülmüştür. Yapılan ölçüm sonucunda nano-grafen partiküllerinin baz parafinin ısıl iletkenliğini büyük ölçüde geliştirdiğini kanıtlamıştır. Yapılan bu yeni mekanik tasarım ve yeni karışımla birlikte montajlanarak prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu prototip üretim ile test çalışmaları yapılmış olup sonuç olarak bu yeni tasarımın tepki süresi geleneksel termostata göre yaklaşık 4 kat arttığı sonucuna varılmıştır.

Today, decreasing total emissions of the harmful gases for environment from internal combustion engines is biggest design concerns because of the regulations. In the phases that engines run in different temperatures than the designed temperature range, engines release harmful gases in high level emission values. For this reason to ensure engine run in proper temperature range, stabilising of coolant temperature and engine temperature helps an efficient fuel burning and decreasing harmful gas emission release. In the study performed, CFD analyzes were used to optimize response time and the results were confirmed with experimental data. Analyzes for design optimization were performed using the ANSYS-CFX 12.1 software. According to the CFD results, the new mechanical design, whose heat contact surface was increased, showed that the thermostat reacted early by delivering the heat to the wax center in a shorter time than the current design. In the mixture study, paraffin was synthesized with four different weight percentages of nano-graphene particles, which are 5%, 10%, 15%, 20% and 25% respectively. The thermal conductivity of the samples was measured with the help of the thermal properties analyzer. As a result of the measurement, it has proven that nanoparticles greatly improve the thermal conductivity of the base paraffin. Prototype production was realized by assembling with this new mechanical design and new mixture of parafin/nano-grafen. Test studies have been carried out with prototype production and it has been concluded that the reaction time of this new design has increased approximately 4 times compared to the traditional thermostat.