Yeni bir yanma odasına sahip benzin motorunda farklı sıkıştırma oranlarının ve ateşleme avanslarının performans ve emisyonlara etkisi.

Year 2017, Volume: 21 Issue: 5, 932 - 942, 01.10.2017

Abdurrahman Demirci , Hüseyin Emre Doğan Ömer Cihan , Osman Akın Kutlar , Rafig Mehdiyev , Hikmet Arslan

https://doi.org/10.16984/saufenbilder.268005

Cited By: 2

Abstract

 Günümüzde
içten yanmalı motorların (İYM) geleceği hakkında farklı görüşler vardır. İYM'
lerin eski bir teknoloji olduğunu söyleyenlere rağmen İYM’ler ile ilgili çok
sayıda yeni çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalar içerisinde benzin motorları
için başlıca araştırma konuları, yakıt tüketiminin azaltılması ve egzoz
emisyonlarının iyileştirilmesidir. Bu makalenin başlıca amacı, tek silindirli,
su soğutmalı, emme manifolduna püskürtmeli, buji ateşlemeli bir motorda
sıkıştırma oranı değişiminin motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin
deneysel olarak incelenmesidir. Yeni bir yanma odası bu motor için tasarlanmış
ve üç farklı sıkıştırma oranında üretilmiştir. Yeni yanma odasından beklenen,
motorun daha fakir karışımlarla düzgün olarak çalışmasını mümkün kılmasıdır. Bu
sayede özgül yakıt tüketim değeri ve NO emisyonları azalacağı beklenmektedir.
Deneyde 7 farklı hava fazlalık katsayısı (HFK) ve 3 farklı ateşleme avansı
kullanılmıştır. Hava fazlalık katsayısı 1,0 -1,7 arasında değişmektedir.
Deneyler 10,5:1; 12:1; 14:1 sıkıştırma oranlarında ve farklı ateşleme
avanslarında tam yük koşullarında ve 2500 devir/dakika hızda yapılmıştır.  Deneylerde yakıt püskürtme miktarı ve ateşleme
avansına laboratuvarımızda geliştirilen bir elektronik kontrol ünitesi ile kumanda
edilmiştir. Motor fakir karışımlarla çalıştığı zaman NO emisyon
konsantrasyonları düşmektedir. Bu emisyonlar azaldığı zaman NO gazını
dönüştüren ilave donanımlara olan ihtiyaç azalacaktır. Deney sonuçlarına göre
sıkıştırma oranının artması ve ateşleme avansının azaltılması sonucunda
ortalama efektif basınçta hafif bir azalma olurken NO emisyonları büyük oranda
azalmıştır.

Keywords

Buji ateşlemeli motor, Fakir karışım, Yanma odası geometrisi, Sıkıştırma oranı, NO emisyonu, Özgül yakıt tüketimi

The effects of different compression ratios and spark advances on the performance and emissions of a spark ignition engine with a new combustion chamber

Abstract

Nowadays, there are different ideas about the
future of internal combustion engines. Despite the thoughts about internal
combustion engines that are old technology, there have been many new researches
about internal combustion engines. 
Reduction of fuel consumption and improving of the exhaust emissions are
the main research topics in the spark ignition engines in the present day. The
aim of this paper is to examine experimentally the effect of different
compression ratios and excess air coefficients with a new designed chamber
geometry on the performance and exhaust emissions of a single cylinder, which
is water-cooled, port fuel injection and spark ignition engine. A new
combustion chamber geometry was designed and three same combustion chamber
geometries with different compression ratios were manufactured. It is expected
from the combustion chamber shapes to run the engine properly in the lean
mixtures. So, the decrease of fuel consumption and the decrease of NO emission
are predicted. The experiments were tested at seven different excess air
coefficients (1,0; 1.10; 1.20; 1.30; 1.45; 1.60 and 1.70), three different
compression ratios (10.5; 12 and 14), different spark advances, wide open
throttle (WOT) and the constant speed, 2500 rpm. The amount of fuel, spark
advance and throttle condition were electronically controlled using an engine
control unit (ECU) which is designed in the our laboratory by us. While the
engine was running with lean mixtures, NO emissions decreased.  When NO emissions are reduced, it will
decrease the need for NO catalyst. Experimental results show that increasing of
compression ratio and decreasing of spark advance leaded to decreasing of NO
emissions substantially at nearly mean effective pressure values. In addition,
the cycle-to-cycle variations are reduced at the lean mixtures (EAC>1.45)
with the suitable combustion chamber geometry on the spark ignition engines and
the engine remained stable.

Keywords

Spark ignition (SI) engine, Lean mixture, Combustion chamber geometry, Compression ratio, NO emissions, Break specific fuel consumption

References

• J. B. Heywood, Internal combustion engines. Newyork, McGraw-Hill, 1988.
• B. Safgönül, M. Ergeneman , H. E. Arslan ve C. Soruşbay, İçten yanmalı motorlar. İstanbul, Birsen Yayınevi, 2006.
• W. W. Pulkrabek, Engineering fundamentals of the internal combustion engines. USA, Pearson Prentince Hall, 2004.
• H. Zefaan. (2011, September). Combustion chamber geometry effects in spark ignition engine exhaust emissions. Australian Journal of Mechanical Engineering, 10(1). pp. 29-40.
• H. E. Doğan, LPG dönüşümü yapılmış bir dizel motorunda azot oksit oluşumunun teorik ve deneysel olarak incelenmesi, Yüksek lisans tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2013.
• C. Dinç, H. Arslan and R. Mehdiyev. (2008, May). CO2 Emission Reduction Using Stratified Charge in Spark-Ignition Engines, Energy & Fuels, 23. pp. 1781-1786.
• Ü. Demir, Ö. M. Göbeloğlu, H. S. Soyhan ve E. Büyükkaya. (2014, Ekim). Bir HCCI motorun 0-boyutlu yanma analizi. SAÜ Fen Bil Der, 19(2). pp. 203-211.
• S. G. Paulos and J. B. Heywood. The effect of chamber geometry of a spark-ignition engine combustion. SAE Technical Paper Series, 830334, 1983.
• K. S. Hershleb, L. Lorenzen ve E. Kofoed. Lean Combustion in a High Compression Four Stroke Gasoline Engine, SAE Technical Paper Series, 810786, 1983.
• P. Wolanski and R. Mehdiyev, Bi-Modal combustion chamber for a stratified charge engine. SAE Technical Paper Series, 2000-01-0196, 2000.
• M. K. Balki ve C. Sayın. Saf metanolün kullanıldığı buji ateşlemeli bir motorda sıkıştırma oranının performans, yanma karakteristiği ve emisyonlar üzerine etkisi. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 12(3). pp. 73-85, 2015.
• V. Ayhan. (2016, Haziran) Direkt enjeksiyonlu bir dizel motoruna buhar ve farkli yöntemlerle su gönderiminin performans ve NOX emisyonlarına etkilerinin incelenmesi. SAÜ Fen Bil Der. 20(3). pp. 463-471.
• O. A. Kutlar, Dört zamanlı otto (rochas) çevrimli motorlarda kısmi yükte yakıt tüketimini azaltmak için yeni bir yöntem (periyot atlatmalı motor), Doktora tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 1999.
• Ö. Tekeli, Çevrim Atlatmalı Bir Benzin Motorunun Ateşleme ve Püskürtme Ünitelerinin Tasarımı ve Üretimi, Yüksek lisans tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2013.
• J. A. Harrington and R. C. Shishu. A single-cylinder engine study of the effects of fuel type, fuel stoichiometry, and hydrogen-to-carbon ratio on CO, NO, and HC exhaust emissions, SAE Technical Paper Series, 730476, 1973.