Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, NO ve İs Emisyon Özelliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Yıl 2024, Cilt: 12 Sayı: 2, 1036 - 1049, 29.04.2024

Adem Tüylü , Ahmet Kolip , Hasan Ali Çelik

https://doi.org/10.29130/dubited.1184716

Öz

Rezervlerinin sınırlı ve hızla tükeniyor olması fosil yakıtların kullanım maliyetlerini artırmaktadır. Bununla birlikte, yasal emisyon standartlarının fosil yakıt kaynaklar ile karşılanmasında güçlükler yaşanmaktadır. Araştırmacılar yenilenebilir, daha temiz ve ısıl değerleri petrol kökenli yakıtlara yakın olan yakıtları test motorlarında kullanarak incelemektedirler. Etanol içten yanmalı motorlarda yaygın bir biçimde kullanılan, yenilenebilir yakıtlardandır. Etanol yakıtının belirli oranlara kadar dizel motorlarında kullanılması sonucu motor performansında iyileşmeler gerçekleşmektedir. Diğer yandan, NO emisyonlarında artışlar, is emisyonlarında ise azalmalar gözlemlenmektedir. Bu çalışmada, tek silindirli, doğal emişli bir dizel motorunda etanol fumigasyonu ve EGR uygulanmıştır. Homojen dolgulu sıkıştırma ateşleme (HCCI) motor, emme portuna etanol yakıtı enjekte edilerek elde edilmiştir. İlk olarak motor tam yük şartları altında dizel yakıt ile çalıştırılarak standart (STD) motorun emisyon ve performans değerleri çıkartılmıştır. Etanol fumigasyonu aşamalarında, dizel yakıtı kısılarak motorun güç değerleri standart durumda elde edilen güç değerlerine getirilmiştir. Motor özgül yakıt sarfiyatı (ÖYS) ve efektif verimindeki (n_e) değişimler gözlemlenmiştir. EGR uygulamaları üç farklı oranda uygulanmıştır. Motor performans ve emisyon parametreleri bakımından, optimum dizel-etanol yakıtın, kütlece %88 dizel, %12 etanol (E12), optimum EGR oranının %15 (EGR15) olduğu saptanmıştır. Motor tam yük şartlarında E12 ile çalıştırılırken EGR15 uygulanarak E12EGR15’e ait motor performans ve emisyon parametreleri tespit edilmiştir. Etanol fumigasyonu ile artış gösteren NO emisyonlarının E12EGR15 kombinasyonu ile belirgin bir miktarda indirgendiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Dizel Motor, HCCI, Etanol Fumigasyonu, Motor Performansı, NO ve İs Emisyonları

Kaynakça

• [1] Z.H. Zhang, C. S. Cheung and C. D. Yao, "Influence of fumigation methanol on the combustion and particulate emissions of a diesel engine," Fuel, vol. 111, pp. 442-448, 2013.
• [2] Q. Wang, L. Wei, W. Pan and C. Yao, "Investigation of operating range in a methanol fumigated diesel engine," Fuel, vol. 140, pp. 164-170, 2015.
• [3] Z. Şahin, O. Durgun ve M. Kurt, "Turboşarjlı Ön Yanma Odalı Bir Dizel Motorunda Etanol Fumigasyonunun Deneysel İncelenmesi," TÜBAV Bilim Dergisi, c. 2, s. 4, ss. 446-461, 2009.
• [4] Ö. Can, İ. Çelikten and N. Usta, "Effects of ethanol addition on performance and emissions of a turbocharged indirect injection Diesel engine running at different injection pressures," Energy Conversion and Management, vol. 45, no. 5, pp. 2429-2440, 2004.
• [5] H. B. Yaylamış, "Bir dizel motoruna metanol fumigasyonu ve egr uygulamasının etkilerinin incelenmesi," Yüksek lisans tezi, Makine Mühendisliği Bölümü, Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, 2019.
• [6] M. Özdemir, "Bir dizel motorda biyodizel ve etanol kullanımının motor performansına ve emisyonlara etkisinin araştırılması," Yüksek lisans tezi, Makine Mühendisliği Bölümü, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 2011.
• [7] H. Yücesu, Ö. Can, C. Çınar, H. Yavuzcan ve M. Önder, "Bir dizel motorunda kısmi ve tam HCCI uygulaması," 6. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, Ankara, Türkiye 2011.
• [8] M. Gowtham, C.G. Mohan and R. Prakash, "Effect of n-butanol fumigation on the regulated and unregulated emission characteristics of a diesel engine," Fuel, vol. 242, pp. 84-95, 2019.
• [9] S. K. Verma, S. Gaur, T. Akram, Samsher, and A. Kumar “Performance characteristic of HCCI engine for different fuels” Materials Today, vol. 47, pp. 6030-6034, 2021.
• [10] A. Calam, S. Halis, B. Aydoğan, and C. Haşimoğlu, “Combustion characteristics of naphtha and n-heptane fuels in an auto-ignited HCCI engine at different lambda values and engine loads,” Fuel, vol. 327, no. April, 2022
• [11] S. Çelebi, B. Düzcan, U. Demir, A. Uyumaz, and C. Haşimoglu, “Effects of light naphtha utilization on engine performance in an homogeneous charged compression ignition engine,” Fuel, vol. 306, no. July, 2021.
• [12] Ö. Can, "Bir DI dizel motorda etanol ön karışımlı kısmı-HCCI uygulamasının yanma ve emisyon üzerine etkilerinin incelenmesi," Doktora tezi, Makine Mühendisliği Bölümü, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2012.
• [13] A. Türkcan, "Direkt püskürtmeli HCCI bir motorda püskürtme parametrelerinin yanma ve emisyon karakteristiklerine etkisinin incelenmesi," Doktora tezi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü, Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, Türkiye 2013.
• [14] G. R. Gawale and G. N. Srinivasulu, "Experimental investigation of ethanol/diesel and ethanol/biodiesel on dual fuel mode HCCI engine for different engine load conditions," Fuel, vol. 263, 2020.
• [15] J. A. ENG, "Characterization of pressure waves in HCCI combustion," SAE Technical Paper, 2002.
• [16] C. Baumgarten, "Mixture formation in internal combustion engines," Springer, Heat and Mass transfer series, Berlin, 253-278, 2006.
• [17] A. Tüylü, Kısmi homojen dolgulu direkt enjeksiyonlu bir dizel motorunun deneysel ve numerik olarak incelenmesi, Yüksek lisans tezi, Makine Mühendisliği Bölümü, Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, 2021.
• [18] Y. Çelebi and H. Aydın, "An overview on the light alcohol fuels in diesel engines," Fuel, vol. 236, pp. 890–911, 2019.
• [19] A. Calam, B. Aydoğan, and S. Halis, “The comparison of combustion, engine performance and emission characteristics of ethanol, methanol, fusel oil, butanol, isopropanol and naphtha with n-heptane blends on HCCI engine,” Fuel, vol. 266, no. January, 2020.
• [20] C. Haşimoǧlu, Y. İçingür ve H. Öğüt "Dizel Motorlarinda Egzoz Gazlari Resirkülasyonunun (EGR) Motor Performansi ve Egzoz Emisyonlarina Etkisinin Deneysel Analizi," Turkish J. Eng. Environ. Sci., cilt 26, no. 2, ss. 127-135, 2002.
• [21] İ. SEZER, "Dizel Yakıtına Etanol ve Dietil Eter Katılmasının Motor Performansı ve Emisyonlara Etkilerinin Deneysel İncelenmesi," Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, cilt 37, no. 1, ss. 61-68, 2017.
• [22] F. Aydın, H. Öğüt, "Effects of using ethanol-biodiesel-diesel fuel in single cylinder diesel engine to engine performance and emissions," Renew. Energy, vol. 103, pp. 688–694, 2017.
• [23] H. Liu, X. Wang, Y. Wu, X. Zhang, C. Jin and Z. Zheng "Effect of diesel/PODE/ethanol blends on combustion and emissions of a heavy duty diesel engine," Fuel, vol. 257, 2019.
• [24] C. D. Rakopoulos, D. C. Rakopoulos, G. M. Kosmadakis and R. G. Papagiannakis “Experimental comparative assessment of butanol or ethanol diesel-fuel extenders impact on combustion features, cyclic irregularity, and regulated emissions balance in heavy-duty diesel engine," Energy, vol. 174, pp. 1145–1157, 2019.
• [25] N. Yilmaz, "Comparative analysis of biodiesel-ethanol-diesel and biodiesel-methanol-diesel blends in a diesel engine," Energy, vol. 40, no. 1, pp. 210-213, 2012.
• [26] V. B. Pedrozo, L. May and H. Zhao "Exploring the mid-load potential of ethanol-diesel dual-fuel combustion with and without EGR," Appl. Energy, vol. 193, pp. 263–275, 2017.
• [27] S. Pandey, S. Bhurat and V. Chintala "Combustion and emissions behaviour assessment of a partially premixed charge compression ignition (PCCI) engine with diesel and fumigated ethanol," Energy Procedia, vol. 160, pp. 590–596, 2019.
• [28] Ç. Çangal, "Farklı yakıt karışımları ve emisyon azaltma teknikleri uygulanan bir dizel motorda optimum parametrelerin taguchi yöntemi ile belirlenmesi," Yüksek lisans tezi, Makine Mühendisliği Bölümü, Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, 2019.