The fuzzy logic modeling of diesel engine emissions using fuel mixed with different ratios of hydrogen / Farklı Oranlarda Hidrojen Karıştırılmış Yakıt Kullanan Dizel Motor Emisyonları İçin Bulanık Mantık Modellemesi

Year 2013, Volume: 2 Issue: 4, 111 - 117, 29.04.2013

Ali Ates , Talip Akbiyik Kevser Dincer

Abstract

In this study a Rule Based Mamdani-Type Fuzzy Modelling (RBMTF) was used to model and determine exhaust gas emissions of CO, CO2 and NOx of a single cylinder, four strokes, air cooled engine where a certain amount of hydrogen was mixed with the fuel. The RBMTF was developed on MATLAB Fuzzy Logic Toolbox software and supported with additional programs written on the MATLAB. The RBMTF model was designed to have two input parameters (the amount of hydrogen mixed into the diesel fuel and the engine speed) and one output parameter (the emission rates of CO, CO2 and NOx ) described by the ‘if then rules’. When the results obtained from RBMTF and statistical analyses of experimental data were compared, it was determined that R2 values were 97.7 % in CO, 96.84 CO2 and 97.31 % in NOx. These results were considered to be statistically acceptable and the exhaust emission values in hydrogen mixture rates not performed in experimental studies were predicted using RBMTF. As a result, the best results were obtained at the engine speed of 2400 rpm and 20% hydrogen by volume of the fuel.

Özet: Bu çalışmada, egzoz gaz emisyonlarının CO, CO2 ve NOx gazlarının belirli bir miktarda hidrojen karıştırılmış yakıt ile tek silindirli , 4 vuruşlu, hava soğutmalı motorun modellemesi ve karar verilmesi için Mamdani kural tabanlı bulanık mantık tipi(MKTBMT) kullanılmıştır. MKTBMT MATLAB’ın bulanık mantık toolbox yazılımında geliştirilmiş ve MATLAB da yazılan ek programlar ile desteklenmiştir. MKTBMT modeli iki girdi parametresi(dizel yakıt içerisine karıştırılan hidrojen miktarı ve motor hızı) ve tek çıktı parametresi (CO, CO2 ve NOx emisyon oranları) için tasarlanmıştır ve eğer ise kuralı tarafından tanımlanmıştır. MKTBMT’den sonuçlar elde edildiğinde ve deneysel verilerin istatiksel analizleri karşılaştırıldığında, R2 değerlerinin %97.7 CO, %96.84 CO2 ve %97.31 NOx olarak karar verilmiştir. Bu sonuçlar istatiksel olarak kabul edilebilri olarak düşünülebilir ve deneysel çalışmalarda başarılamayan egzoz emisyon değerlerindeki hidrojen karışım oranları MKTBMT ile tahmin edilmiştir. Sonuç olarak en iyi sonuçlar 2400 dds(dakikadaki devir sayısı, rpm) ve hacim olarak %20 hidrojenli yakıt ile elde edilmiştir.

Keywords

Computational Heat Transfer / Sayısal Isı Transferi

References

• Bari, S. and Esmaeil, M., “Effect of H2/O2 addition in increasing the thermal efficiency of a diesel engine”, Fuel, Volume 89, Issue 2, Pages 378–383, 2010.
• Bose, P. K., Dines, M., M., “An experimental performance and emissions of a single on engine cylinder diesel engine using hydrogen as inducted fuel and diesel as injected fuel with exhaust gas recirculation”, 2nd International Workshop on Hydrogen, journal of Hydrogen Energy, Volume 34, Issue 11, Pages 4847–4854, 2009. International
• Akar, M., “Fuzzy Logic Control of a servo motor and its comparison with conventional methods” (In Turkish), MSc Thesis, Marmara University, Istanbul, 2005.
• Wu, H., Wu, Z., “Combustion characteristics determination with Taguchi method for diesel engines port-injecting”, Hydrogen Energy, Volume 47, pages 411-420, 2012. optimal factors
• Miyamoto, T., Hasegawa, H., Mikami, M., Kojima, N., Kabashima, H., Urata, Y., “Effect of hydrogen addition to intake gas on combustion and exhaust emission characteristics of a diesel engine”, International Journal of Hydrogen Energy Volume 36, pages 13138 -13149, 2011.
• Lata, D.B., Misra, A., Medhekar, S., “Investigations parameters of a dual fuel diesel engine with hydrogen and LPG as secondary fuels”, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 36, pages 13808-13819, 20 the combustion
• Sitshebo, S., Tsolakis, A., Theinnoi, K., “Promoting hydrocarbon-SCR of NOx in diesel engine exhaust by hydrogen and fuel reforming”, International Journal of Hydrogen Energy Volume 34, pages 7842- 7850, 2009.
• Rule-based Mamdani-type fuzzy modelling of thermal performance of multi-layer precast concrete panels used in residential buildings in Turkey, Expert Systems with Applications Volume: 38 Pages: 5553– 5560, 2011. th
• Salman, M. S. , Batmaz, I., Yıldırım, Tosun, M. Dincer K., Baskaya S.,