RCCI BİR MOTORDA FARKLI GİRİŞ SICAKLIKLARI İÇİN DİREKT ENJEKSİYON ZAMANLAMASI İLE YANMA FAZININ KONTROLÜ

Abstract

Karayolu ulaştırma sektörü için emisyon regülasyonlarının giderek sıkılaşması, içten yanmalı motorlarda yeni emisyon azaltma tekniklerinin uygulanmasını zorunlu kılmaktadır. Egzoz emisyonlarının azaltılabilmesi için yanma sonrasında veya yanma sırasında birtakım önlemler alınması gerekmektedir. Düşük sıcaklık yanma çevrimleri hem düşük emisyon seviyeleri hem de yüksek enerji dönüşüm oranı sağlamaları nedeniyle popüler bir araştırma konusudur. Reaktif kontrollü sıkıştırma ile ateşlemeli (RCCI) yanma modu diğer düşük sıcaklık yanma modlarına göre yanma fazının daha kontrol edilebilir olması ve daha geniş bir çalışma aralığı sunabilmesi bakımından avantajlıdırlar. Ancak RCCI modunda motorun her çalışma şartında en yüksek verimi sağlayabilmesi için direkt enjeksiyon püskürtme başlangıcının anlık olarak kontrol edilmesi gerekir. Bu çalışmada sıkıştırma oranı 9,2 olan direkt enjeksiyonlu bir benzin motoru RCCI modda çalıştırılarak, püskürtme başlangıcı yanma fazının (KA50) anlık değişimine göre kontrol edilmiş ve farklı giriş sıcaklıkları için püskürtme avans haritası ile çalışma haritaları elde edilmiştir. En geniş çalışma aralığı 80°C giriş sıcaklığında sağlanmıştır. Minimum özgül yakıt tüketimi 232,3 g/kWh olarak ölçülmüştür. Kullanılan motorun sıkıştırma oranı çok düşük olmasına rağmen özgül yakıt tüketimi değerlerinin oldukça düşük olması yanma fazı kontrolünün başarılı olduğunun bir göstergesidir

Keywords

• Düşük sıcaklık yanması
• RCCI
• yanma fazı
• motor kontrolü

CONTROL OF COMBUSTION PHASE WITH DIRECT INJECTION TIMING FOR DIFFERENT INLET TEMPERATURES IN AN RCCI ENGINE

Abstract

The increasingly stringent emission regulations for the road transport sector require the implementation of new emission reduction techniques for internal combustion engines. In order to reduce exhaust emissions, some precautions must be taken after or during combustion. Low temperature combustion cycles are a popular research subject because they provide both low emission levels and high energy conversion rate. Reactive controlled compression ignition (RCCI) combustion mode is advantageous in that the combustion phase is more controllable and offers a wider operating range than other low temperature combustion modes. However, in RCCI mode, the start of the direct injection must be controlled instantaneously in order to ensure the highest efficiency in every operating condition. In this study, a direct injection gasoline engine with a compression ratio of 9,2 was operated in RCCI mode, and the start of the direct injection was controlled according to the instantaneous change of the combustion phase (KA50) and the injection advance map and operation maps were obtained for different inlet air temperatures. The widest operating range was achieved at an inlet temperature of 80 °C. The minimum specific fuel consumption was measured as 232,3 g/kWh. Although the compression ratio of the engine used is very low, the specific fuel consumption values are quite low, which is an indication of successful combustion phase control

Keywords

• Low temperature combustion
• RCCI
• combustion phase
• engine control

References

1. Ardebili S. M. S., 2020, Green electricity generation potential from biogas produced by anaerobic digestion of farm animal waste and agriculture residues in Iran. Renewable Energy.
2. Ardebili S. M. S. and Khademalrasoul, A., 2018, An analysis of liquid-biofuel production potential from agricultural residues and animal fat (case study: Khuzestan Province), Journal of cleaner production, 204, 819-831. Ardebili S. M. S., Taghipoor A., Solmaz H., and Mostafaei M., 2020, The effect of nano-biochar on the performance and emissions of a diesel engine fueled with fusel oil-diesel fuel, Fuel, 268, 117356.
3. Calam, A., 2020a, Study on the combustion characteristics of acetone/n-heptane blend and RON50 reference fuels in an HCCI engine at different compression ratios, Fuel, 271, 117646.
4. Calam A., Aydoğan B., and Halis S. 2020b, 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, 266, 117071.
5. Calam A., 2020c, Effects of the fusel oil usage in HCCI engine on combustion, performance and emission. Fuel, 116503.
6. Calam A., Solmaz H., Yılmaz E., and İçingür, Y., 2019a, Investigation of effect of compression ratio on combustion and exhaust emissions in A HCCI engine. Energy, 168, 1208-1216.
7. Calam A., and İçingür Y. 2019b, Giriş Havası Sıcaklığının Hccı Motorun Yanma Ve Performansına Etkileri. Isi Bilimi ve Teknigi Dergisi/Journal of Thermal Science & Technology, 39(1).
8. Calam A., and İçingür Y., 2019c, Hava fazlalık katsayısı ve oktan sayısı değişiminin HCCI yanma karakteristiklerine ve motor performansına etkileri. Politeknik Dergisi, 22(3), 607-618.

9. Celikten I., Karaaslan E., Solmaz H. and Polat S., 2015, Benzin Katkı Maddelerinin Motor Performansı ve Egzoz Emisyonlarına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 35(1), 87-95.
10. Chang J., Guralp O., Filipi Z., Assanis D., Kuo T. W., Najt P. and Rask R., 2004, New Heat Transfer Correlation for an HCCI Engine Derived from Measurements of Instantaneous Surface Heat Flux, SAE Technical Paper, 2004-01-2996.
11. Çelik, M., Solmaz, H., Yücesu, H. S., and Yılmaz, E., 2016, Kanola Metil Esterine N-Heptan Katkısının Motor Performansı ve Yanma Karakteristiklerine Etkilerinin İncelenmesi, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 36(1), 9-16.
12. Çınar C., Uyumaz A., Polat S., Yılmaz E., Can Ö. and Solmaz, H., 2016, Combustion and performance characteristics of an HCCI engine utilizing trapped residual gas via reduced valve lift, Applied Thermal Engineering, 100, 586-594.
13. Haraldsson G., Tunestål P., Johansson B., Hyvönen J., 2002, HCCI combustion phasing in a multi cylinder engine using variable compression ratio, SAE Technical Paper, 2002-01-2858.
14. Liu H., Yao M., Zhang B., and Zheng Z., 2008, Effects of inlet pressure and octane numbers on combustion and emissions of a homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine, Energy & Fuels, 22(4), 2207-2215.
15. Halis S., Nacak Ç., Solmaz H., Yılmaz E., and Yücesu H. S., 2018, HCCI bir motorda oktan sayısının yanma karakteristikleri ve motor performansı üzerine etkilerinin incelenmesi, Isı bilimi ve teknigi dergisi/Journal of thermal science & technology, 38(2).
16. Hanson R., Kokjohn S., Splitter D., and Reitz R. D., 2011, Fuel effects on reactivity controlled compression ignition (RCCI) combustion at low load, SAE International Journal of Engines, 4(2011-01-0361), 394-411.
17. Helmantel A., Denbratt I., 2004, HCCI operation of a passenger car common rail DI diesel engine with early injection of conventional diesel fuel,. SAE Technical Paper, 2004-01-0935.
18. Heywood J. B., 1988, Internal combustion engine fundamentals, Mcgraw-hill New York.
19. Kocakulak T., and Solmaz H., 2019, Elektrikli Bir Aracın Modellenmesi ve Rejeneratif Fren Sisteminin Bulanık Mantık Yöntemi ile Kontrol Edilmesi. Int. Symp. Automot. Sci. Technology.
20. Kokjohn, S., Hanson, R., Splitter, D., Kaddatz, J., and Reitz, R. D., 2011, Fuel reactivity controlled compression ignition (RCCI) combustion in light-and heavyduty engines. SAE International Journal of Engines, 4(2011-01-0357), 360-374.
21. Kokjohn S.L., Hanson R.M., Splitter D.A., Reitz R.D. 2009, Experiments and modeling of dual-fuel HCCI and PCCI combustion using in-cylinder fuel blending. SAE Paper, 2009-01-2647.
22. Christensen M., Johansson B., Hultqvist A., 2002, The effect of combustion chamber geometry on HCCI operation, SAE Technical Paper, 2002-01-0425.
23. Iida M., Hayashi M., Foster D.E., Martin J.K., 2003, Characteristics of homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine operation for variations in compression ratio, speed, and intake temperature while using n-butane as a fuel, Journal of engineering for gas turbines and power, 125 (2), 472-478.
24. Sjöberg M., Edling L.O., Eliassen T., Magnusson L., and Ångström H. E., 2002, GDI HCCI: Effects of injection timing and air swirl on fuel stratification, combustion and emissions formation, SAE Technical Paper, 2002-01-0106.
25. Polat S., Solmaz H., Yılmaz E., Calam A., Uyumaz A., and Yücesu H. S., 2020, Mapping of an HCCI engine using negative valve overlap strategy. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 42(9), 1140-1154.
26. Reitz R.D., Hanson R.M., Splitter D.A., Kokjohn S.L., 2013, Engine combustion control via reactivity stratification, USA Patent No:8616177 B2.
27. Onishi S., Jo S.H., Shoda K., Do Jo P., and Kato S., 1979, Active thermo-atmosphere combustion (ATAC)-a new combustion process for internal combustion engines, SAE Technical paper, 790501.
28. Solmaz H., and Kocakulak T., 2018, Buji ile Ateşlemeli Motor Kullanılan Seri Hibrit Elektrikli Bir Aracın Modellenmesi. In Proceedings on International Conference on Technology and Science.
29. Solmaz H., and Kocakulak, T., 2020, HCCI Menzil Arttırıcı Motor Kullanılan Seri Hibrit Bir Aracın Modellenmesi, GU J Sci, Part C, 8(2):279-292, doi: 10.29109/gujsc.670564.
30. Solmaz H., 2020, A comparative study on the usage of fusel oil and reference fuels in an HCCI engine at different compression ratios, Fuel, 273, 117775.
31. Solmaz H., Yamık H., Uyumaz A., Polat S., and Yılmaz E., 2016, Direkt enjeksiyonlu bir dizel motorunda dizel ve jet-a1 yakıt karışımlarının yanma, motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkileri üzerine deneysel bir çalışma, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 36(2), 51-60.
32. Splitter D., Hanson R., Kokjohn S., Wissink M., and Reitz R. D., 2011, Injection effects in low load RCCI dual-fuel combustion, SAE Technical Paper, 2011-24-0047
33. Johansson T., Johansson B., Tunestål P., and Aulin H., 2009, HCCI operating range in a turbo-charged multi cylinder engine with VVT and spray-guided DI, SAE World Congress & Exhibition, , 1-13.
34. Taylor B. N., and Kuyatt C. E., 1994, Guidelines for Evaluating and Expressing the Uncertainty of NIST Measurement Results, NIST Tech Note, 1297, 1-20. doi:10.6028/NIST.TN.1900
35. Uyumaz A., Solmaz H., 2016. RCCI bir motorda enjeksiyon zamanlaması ve lamdanın yanma ve performans karakteristikleri üzerindeki etkilerinin deneysel incelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 4(4), 299-308.
36. Uyumaz A., Solmaz H., Fahrettin B. O. Z., Yılmaz E., and Polat S., 2017, Reaktif Kontrollü Sıkıştırma İle Ateşlemeli (RCCI) Bir Motorda Lamdanın Yanma Karakteristiklerine Etkileri, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 17(3), 1146-1156.
37. Uyumaz A., Aydoğan B., Calam A., Aksoy F., and Yılmaz E., 2020, The effects of diisopropyl ether on combustion, performance, emissions and operating range in a HCCI engine, Fuel, 265, 116919.
38. Yılmaz E., 2019, Investigation of the effects of diesel-fusel oil fuel blends on combustion, engine performance and exhaust emissions in a single cylinder compression ignition engine, Fuel, 255, 115741