MgO-ZrO2 Termal Bariyer Çemberli Bir Buji Ateşlemeli Motora Su Fumigasyonun Etkilerinin İncelenmesi

Abstract

Buji ateşlemeli motorlarda en önemli kirletici emisyonlardan biri kısmi eksik yanma ürünü olan HC emisyonlarıdır. Silindir içerisinde HC emisyonlarının oluşmasına neden olan birçok farklı kaynak olmakla birlikte silindir cidarına yakın soğuk bölgeler alev sönme bölgeleri ana kaynaklardır. Çalışmada alev sönme bölgelerinden kaynaklanan HC emisyonlarının azaltılması için piston başında ısı rezervi yüksek MgO-ZrO2 seramik malzeme ile termal bariyer çember TBÇ oluşturulmuştur. TBÇ sonucunda silindir içerisinde sıcaklıklar arttığından vuruntu temayülü ve NOx emisyonları olumsuz yönde etkilenmektedir. Bunun önlenebilmesi için çalışmada motor emme manifolduna su fumügasyonu tekniği uygulanmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda standart motor verilerine göre TBÇ’ li motorda HC emisyonlarında önemli miktarda azalma, motor momenti, efektif gücü, özgül yakıt sarfiyatı ve efektif verimde iyileşmelerin olduğu, NOx emisyonlarında ise artmaların olduğu gözlemlenmiştir. Motora yakıt tüketiminin farklı kütlesel oranlarında %10, 20 ve 30 su fumigasyonu gerçekleştirildiğinde, standart motor verilerine göre, HC ve NOx emisyonları ve motor performans parametrelerinde iyileşmelerin olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

• T Termal bariyer çember, HC, NOx, Su enjeksiyonu, Motor performans.

Investigation of the Effects of Water Fumigation on a SI Engine with MgO-ZrO2 Thermal Barrier Layer

Abstract

One of the most important pollutant emissions in spark-ignition engines is partial incomplete combustion product HC emissions. Many different sources causing HC emissions in the cylinder, the cold zones flame retarding zones close to the cylinder wall are the main sources. In the study, a thermal barrier layer TBL with a high heat reserve MgO-ZrO2 ceramic material was formed at the piston head to reduce the HC emissions from the flame extinction zones. As a result of the TBL, the knocking tendency and the NOx emissions are affected negatively because the temperatures inside the cylinder increase. In the study attempting to prevent this, a water fumigation technique has been applied. As a result of experimental studies, it has been observed that significant reductions in engine emissions, engine torque, effective power, specific fuel consumption and improvements in effective efficiency and increase in NOx emissions are observed in the HC emissions from standard engines compared to standard engine data. When water fumigation is performed at different mass ratios 10, 20, and 30% of motor fuel consumption, HC and NOx emissions and engine performance parameters are improved compared to standard engine data.

Keywords

• Thermal barier layer, HC, NOx, Water injection, Engine performance.

References

1. [1] V. Ayhan., 2009, “Bir Dizel Motoruna Buhar Enjeksiyonunun NOx Ve İs Emisyonlarına Etkisinin Araştırılması”, SAÜ, FBE, Doktora Tezi.
2. [2] V. Ayhan, “Metanol-Benzin Karışımlarının MgO-ZrO2 Termal Bariyer Çemberli Bir Motorda Performans ve Emisyonlara Etkisi”, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Temmuz, 2006.
3. [3] Y. WANG, L. LIN, A.P. ROSKILLY,S. ZENG, J.HUANG, Y. HE, X. HUANG, H.HUANG, H.WEI, L.S. SHANGPING, “ An Analytic Study of Applying Miller Cycle to Reduce NOX Emission from Petrol Engine”, Applied Thermal Engineering 27, p., 1779– 1789, 2007.
4. [4] J.STOKES,T.H LAKE, M.J.CHRISTIE, I.DENBRATT, “Improving the NOx / Fuel Economy trade-off for Gasoline Engines with the CCVS Combustion System”, SAE Paper No:940482, 1994.
5. [5] A. Parlak, V. Ayhan, “Effect of using a piston with a thermal barrier layer in a spark ignition engine”, Journal of the Energy Institute 2007 VOL 80 NO 4, 223-228.
6. [6] D.N. Assanis, E. Badillo, E., “The Effect of Thin Ceramic Coating on Spark-Ignition Engine Performance”, SAE Paper, 900903, 1990.
7. [7] A.Parlak, V.Ayhan, C.Deniz, A.Kolip,S. Koksal, “Effects of M15 Blend on Performance and Exhaust Emissions of Spark Ignition Engine with Thermal Barrier Layer Coated Piston”, Journal of The Energy Institute, Vol.81 (2)97-1001,2008.
8. [8] R.B.Poola B.Nagalingam, K.V.Gopalakrishnan, “Performance of Thin-Ceramic-Coated Combustion Chamber with Gasoline and Methanol as Fuels in A Two-Stroke SI Engine”, SAE Paper, 941911,1994.

9. [9] Rameshe- Kumar, C., Nagarajan, G., 2012, “Performance and Emission Characteristics of a Low Heat Rejection Spark Ignited Engine Fuelled With E20”, Journal of Mechanical Science technology, Volume 26,(4), 1241-1250.
10. [10] S.H. Chan, K.A. Khor, “ The Effect of Thermal Barrier Coated Piston Crown on Engine Characteristics”, Journal of Materials Engineering and Performance Volume 9(1)103-109, 2000.
11. [11] Chan, SH., 2001, “ Performance and Emissions Characteristics of a Partially Insulated Gasoline Engine” , Int. J. Therm. Sci., 40, 255–261.
12. [12] İ.Cesur, “Kısmi Yalıtılmış Bir Buji Ateşlemeli Motorda Buhar Enjeksiyonu Etkilerinin İncelenmesi”, SAÜ, FBE, Doktora Tezi,2013.
13. [13] A.Vezir,”Direkt enjeksiyonlu bir dizel motoruna buhar ve farklı yöntemlerle su gönderiminin performans ve NOx emisyonlarına etkilerinin incelenmesi”, SAÜ Fen Bil Der 20. Cilt, 3. Sayı, s. 463-471, 2016.
14. [14] F.BEDFORD, C. RUTLAND, P. DITTRICH, A. RAAB, F. WIRELEIT, “Effects of Direct Water Injection on DI Diesel Engine Combustion”, SAE paper 01-2938, 2000.
15. [15] N.SAMEC, B.KEGL, R.W. DIBBLE, “ Numerical and Experimental Study of Water/Oil Emulsified Fuel Combustion in a Diesel Engine”, Fuel 81, 2035–44, 2002.
16. [16] D. Soysal, O.Durgun, “Benzin Motorlarında Emme Havasına Su Eklenmesinin Motor Performansına Ve Egzoz Emisyonlarına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi”, 11. Uluslar arası Yanma Sempozyumu, Saraybosna,2010.