Using Alcohols as an Alternative Fuel in Internal Combustion Engines

Abstract

This study summarizes the studies on alcohol use in internal combustion engines nature. Nowadays, alcohol is used in internal combustion engines sometimes in order to reduce emissions and sometimes as an alternative fuel. Even vehicle manufacturers are producing and launching vehicles that are running directly with alcohol. Many types of pure alcohol that can be used on vehicles are available on the world. Using all of these types of alcohol led to the formation of engine emissions and power curves. The studies reveal that these changes are because of the physical and chemical characteristics of alcohols. Thıs study tries to explain what kind of conclusions the physical and chemical properties cause

Keywords

• Alcohol Fuels, Internal Combustion Engines, Exhaust and Emissions

Alkollerin İçten Yanmalı Motorlarda Alternatif Yakıt Olarak Kullanılması

Abstract

Bu çalışma içten yanmalı motorlarda yakıt olarak alkol kullanımı ile ilgili yapılan çalışmaları özetleyen bir niteliktedir. Günümüzde içten yanmalı motorlarda bazen emisyonların azaltılması için bazen de alternatif yakıt olarak alkoller kullanılmaktadır. Hatta artık araç üreticileri direk alkollerle çalışan araçları üreterek piyasaya sürmektedir. Dünya üzerinde araçlarda kullanılabilecek nitelikte değişik saf alkol çeşitleri mevcuttur. Tüm bu alkol çeşitlerinin motorlarda kullanımı farklı motor emisyonu ve güç eğrilerinin oluşmasını sağlamıştır. Yapılan çalışmalar bu değişimlerin alkollerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı olduğunu ortaya koymaktadır. Bu çalışmada bu fiziksel ve kimyasal özelliklerin ne gibi sonuçlar doğurduğunu açıklamaya çalışmıştır

Keywords

• Alkol Yakıtları, İçten Yanmalı Motorlar, Egzoz ve Emisyon

References

1. Abu-Qudais, M. Haddad, O., Qudaisat, M. (2000) The Effect of Alcohol fumigation on Diesel Engine Performance and Emissions, Energy Conversion and Management, 41(4): 389–99.
2. Ajav, E. A. and Akingbehin, O. A. (2002) A study of some fuel properties of local ethanol blended with diesel fuel”, Agricultural Engineering International: The CIGR Journal of Scientific Research Development, 30(6): 25-36.
3. Ajav, E. A. Singh, B. Bhattacharya, T. K. (1999) Experimental Study of Some Performance Parameters of Constant Speed Stationary Diesel Engine Using Ethanol-Diesel Blends as Fuel, Biomass and Bioenergy, 17: 357-365.
4. Akyaz, S. (2007) Benzin–tersiyer bütil alkol ve benzin naftalin karışımlarının buji ateşlemeli motorun performansına ve egzoz emisyonlarına etkisinin deneysel olarak incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
5. Al-Hasan, M. I. and Al-Momany, M. (2008) The effect of iso-butanol-diesel blends on engine performance”, Dept. of Mechanical Engineering, Al-Balqa’ Applied University, P.O. Box 15008 Amman, 11134 Jordan, 23(4): 306-310.
6. Alkan, F. (2009) Benzinli bir motorda yüksek sıkıştırma oranlarında saf etanol kullanımının motor performansına ve egzoz emisyonlarına etkilerinin deneysel olarak araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
7. Altın, R. (1998) Bitkisel Yağların Dizel Motorlarında Yakıt Olarak Kullanılmasının Deneysel Olarak incelenmesi”, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
8. Altınay, B. (2008) Metanol hakkında genel bilgi, TAPDK Raporu, 15-17,

9. Asfar, K. R. and Hamed, H. (1998) Combustion of fuel blends, Energy Conversion and Management, 39(10): 1081-1093.
10. Anonim (2011) Petrol Ofisi İnternet Sitesi, Yurtsever Benzin Biyobenzin, http://www.poas.com.tr/www/html/benzin.asp, (23.04.2011).
11. Anonim (2009) Güvenlik kataloğu, Merc Kimya Endüstri Sanayi.
12. Aydın, H. and İlkılıç, C. (2010) Effect of ethanol blending with biodiesel on engine performance and exhaust emissions in a CI engine, Applied Thermal Engineering, 30(10): 1199-1204.
13. Başçetinçelik, A. Öztürk, H. Karaca, C. (2011) Türkiye’de tarımsal biyokütleden enerji üretimi olanakları http://www.mmo.org.tr/resimler/dosya_ekler/32590c74a229a9f_ek.pdf?dergi=563 (29.03.2011).
14. Bilgin, A. Durgun, O. Sahin, Z. (2002) The effects of diesel ethanol blends on diesel engine performance”, Energy Sources, 24(4): 431-440
15. Borat, O. Balcı, M. A., Sürmen, A. (1994) İçten Yanmalı Motorlar Ders Kitabı, Cilt I., Gazi Üniversitesi Teknik Egitim Vakfı Yayınları-2, İstanbul.
16. Boruff, P. A. Schwab, A. W. Goering, C. E. Pryde, E. H. (1982). Evaluation of Diesel Fuel - Ethanol Micro- Emulsions”, Transactions of The ASAE, 25(9): 47-53.
17. Bayraktar, H. (2005) Experimental and Thereotical Investigation of Using Gasoline Ethanol Blends in Spark Ignition Engines, Renewable Energy 30: 1733-1747.
18. Can, Ö. Çelikten, İ. Usta, N. (2004) Effects of ethanol addition on performance and emissions of a turbocharged indirect injection diesel engine running at different injection pressures, Energy Conversion and Management, 45: 2429–40.
19. Can, Ö. Çelikten, İ. Usta, N. (2005) Etanol karışımlı motorin yakıtının dizel motoru egzoz emisyonlarına etkisi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 11(2): 219- 224.
20. Ceviz, M. A. and Yüksel, F. (2005) Effects of Ethanol-Unleaded Gasoline Blends on Cyclic Variability and Emissions in an SI Engine, Applied Thermal Engineering, 25: 917-925.
21. Charalampos, A. I. Anastasios, K. N. Panagiotis, S. D. (2004) Gasoline-Ethanol, Methanol Mixtures and a Small Four-Stroke Engine”, Heat and Technology, 22(2): 69-73.
22. Chen, H. Shuai, S. J. Wang, J. X. (2007) Study on Combustion Characteristics and PM Emission of Diesel Engines Using Ester-Ethanol-Diesel Blended Fuels, Proceedings of The Combustion Institute, 31: 2981-2989.
23. Ciniviz, M. Salman, M. S. Çarman, K. (2001) Dizel motorlarında dizel yakıtı + LPG kullanımının performans ve emisyona etkisi, Selçuk-Teknik Online Dergisi, 2(1): 1302-6178.
24. Coelho, S. T. Goldemberg, J. (2004) Alternative Transportation Fuels: Contemporary Case Studies. In: Cutler J. Cleveland (Ed.), Encyclopedia of Energy. Elsevier Inc., New York, Article Number: NRGY No: 00177.
25. Çalışır, A. Gümüş, M. (2009) Buji ateşlemeli bir motorda benzin-metanol karışımının motor performansı ve egzoz emisyonları üzerine etkisi, 5. Uluslar Arası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), Karabük, 1-5.
26. Çanakçı, M. (2006) Atık yağların biyodizelde kullanımı ve performansa etkileri, Kocaeli Sanayi Odası.
27. Çetin, M. Yüksel, F. Kuş, H. (2009) Emission characteristics of a converted diesel engine using ethanol as fuel”, Energy for Sustainable Development, 13(6): 250–254.
28. Çelik M. B. Çolak, A. (2008). Buji ateşlemeli bir motorda alternatif yakıt olarak saf etanol’un kullanılması”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Ankara, 23(3): 622–625.
29. Çelikten, İ., (2004) Tam yükte çalışan indirekt püskürtmeli bir dizel motorda, dizel ve dizel etanol yakıt karışımlarının performans ve emisyon değişimlerine etkisi, Gazi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Teknoloji Dergisi, 7(1): 11-18.
30. Çelikten, İ., (2003). An Experimental Investigation of The Effect of The Injection Pressure On Engine Performance And Exhaust Emission In Indirect Injection Diesel Engines, Applied Thermal Engineering, 23(6): 2051-2060.
31. Çetinkaya,S.(1999) Termodinamik, Nobel Yayınevi, Ankara.
32. Çolak, A. (2006). Buji ateşlemeli motorlarda farklı sıkıştırma oranlarında etanol kullanımının performans ve emisyonlara etkisinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
33. Devan, P. K. Mahalakshmi, N. V. A. (2009) Study of the performance, emission and combustion characteristics of a compression ignition engine using methyl ester of paradise oil–eucalyptus oil blends, Applied Energy, 86: 675–680.
34. Ejder, S. B., “Etanol - dizel, biyodizel - dizel yakıt karışımlarının kullanımının motor performansına etkilerinin deneysel araştırılması”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, (2007).
35. Eyidoğan, M. (2009) Etanol-benzin ve metanol-benzin karışımlarının buji ateşlemeli bir motorun yanma karakteristiği ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli.
36. Goering, C. E. Crowell, T. J. Griffith, D. R. Jarrett M. W. Savage, L. D. (1992) Compression- ignition, Flexible-fuel Engine, Trans ASAE, 35 (2): 423–8.
37. Haşimoğlu, C. Ciniviz, M. Uçar, G. (2000) Günümüzde İçten Yanmalı Motorlarda Alkol Yakıtının Kullanılması, Selçuk Teknik Online Dergisi, ISSN 1302/6178, Konya.
38. Hışır, V. (2009) Bütanol-benzin karışımlarının buji ile ateşlemeli motorların performans ve egzoz emisyonlarına etkilerinin deneysel olarak araştırılması”, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
39. Huang, J. Wang, Y. Li, S. Roskilly, A. P. Yu, H. Li, H. (2009) Experimental investigation on the performance and emissions of a diesel engine fuelled with ethanol–diesel blends, Applied Thermal Engineering, 29(11–12): 2484–90.
40. István, B. Adrian, T. I. (2009) Key fuel properties of biodiesel–diesel fuel– ethanol blends, SAE, 2009-01-1810.
41. İlker, Ö. Necmettin, T. Murat, C. (2008) Etanol-Benzin Karışımı Yakıtların Taşıt Performansına ve Egzoz Emisyonlarına Etkisi, 10. Uluslararası Yanma Sempozyumu, Sakarya.
42. İlkılıç, C. Behçet, R. Aydın, S. Aydın, H. (2009) Dizel motorlarında azot oksitlerin oluşumu ve kontrol yöntemleri, 5. Uluslararası ileri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), Karabük, 1: 2062-2066.
43. İlhan, M., (2007) Çift yakıtlı (Dizel Metanol) bir dizel motorda püskürtme avansının motor performansına ve egzoz emisyonlarına etkisinin deneysel olarak araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
44. Jincheng, H. Yaodong, W. Shuangding, L. Anthony P. R. Hongdong, Y. Huifen L. (2009) Experimental investigation on the performance and emissions of a diesel engine fuelled with ethanol–diesel blends, Applied Thermal Engineering, 29(1): 2484–2490.
45. Jing P. L. (2009) Bench test investigations of gasoline engine fueled with butanol-gasoline blends, SAE No: 2009-01-1891.
46. Kaini, M. Ghobadian, B. Tavakoli, T. Nikbakht, A. M. Najafi, G. (2010) Application of artificial neural networks for the prediction of performance and exhaust emissions in SI engine using ethanol- gasoline blends”, Energy 35: 65–69.
47. Karabektaş, M. Hoşsöz, M. (2009) Performance and emission characteristics of a diesel engine using isobutanol–diesel fuel blends, Renewable Energy, 34(6): 1554–1559.
48. Karakuş, N. (2000) Yakıt özelliklerinin dizel motor performansına ve emisyonlarına etkisi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
49. Kalam, M. A. Masjuki, H. H. (2002) Biodiesel from palm oil an analysis of its properties and potential, Biomass Energy, 23(6): 471-479.
50. Karaosmanoğlu, F. (2008) Yakıt Alkolü: Mevcut Durumu ve Geleceği”, Su ve Çevre Teknolojileri, 54-60.
51. Kaplan, M. Aydın, S. Fidan, S. (2009) Geleceğin Alternatif Enerji Kaynağı Biyoetanolün Önemi ve Sorgum Bitkisi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 12(1): 24-33.
52. Kumar, M. S. Kerihuel, A. Bellttre, J. Tazerout, M. (2006) Ethanol animal fat emulsions as a diesel engine fuel – part 2: engine test analysis, Fuel, 85: 2646–52.
53. Kulakoğlu, T., (2008) Dizel-metanol karışımı kullanılan bir dizel motorda püskürtme basıncının performans ve emisyonlara etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
54. Kwanchareon, P. Luengnaruemitchai, A. Jai-In, S. (2007) Solubility of a diesel–biodiesel– ethanol blend, its fuel properties, and its emission characteristics from diesel engine, Fuel, 86: 1053–61.
55. Lin, C. Y. Huang, J. C. (2003) An Oxygenating Additive for Improving the Performance and Emission Characteristics of Marine Diesel Engines, Ocean Engineering, 30:1699-1715.
56. Liguang, L. Liu, Z. Wang, H. Deng, B. Xiao, Z. Wang, Z. Gong, C. Su, Y. (2003) Combustion and emissions of ethanol fuel (E100) in a small SI engine, SAE No: 2003-01- 3262.
57. Mortimer, C. E. (1992) Modern üniversite kimyası, Cilt-2, Çağlayan Kitap Evi, İstanbul, 377-381, 385-387.
58. Noguchi, N. Terao, H. Sakata, C. (1996) Performance Improvement by Control of Flow Rates and Diesel Injection Timing on Dual-fuel Engine With Ethanol, Bioresour Technol., 56(1): 35-39.
59. Oruç, N. (2008) Şeker pancarından alternatif yakıt kaynağı olarak Biyoetanol üretimi: Eskişehir şeker-alkol fabrikası Örneği, VII Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, İstanbul, 333- 334.
60. Oğuzcan, Z. (2007) Alternatif yakıtlar, Akdeniz İhracatçı Birlikleri, 46: 10.
61. Örs İ. (2007) Benzin Etanol karışımlarının taşıt performansına ve egzoz emisyonlarına etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
62. Özer, S., Özdalyan, B. (2013) Dizel bir motorda izo
63. Park, C. Choi, Y. Kim, C. Oh, S. Lim, G. Moriyoshi, Y. (2010) Performance and exhaust emission characteristics of a spark ignition engine using ethanol and ethanol-reformed gas, Fuel, 89(9): 2188-2215.
64. Pireli, E. (2006) Biyodizel ve dizel ile çalışan tek silindirli dizel bir motorda püskürtme basıncının motor performansına etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
65. Qi, D. H. Chen, H. Geng, L. M. Bian, Y. Z. H. Ren X. C. H. (2010). Performance and combustion characteristics of biodiesel–diesel–methanol blend fuelled engine, Applied Energy, 87(5): 1679–1686.
66. Rafiqul I. M. D. Subrahmanyam, J. P. Gajendra B. M. G. (1997) Computer Simulation Studies of an Alcohol-fueled, Low-heat-rejection, Direct- Injection Diesel Engine, International Fall Fuels and Lubricants Meeting and Exposition, SAE No: 972976.
67. Rakopoulos, C. D. Antonopoulos, K. A. Rakopoulos, D. C. (2007) Experimental heat release analysis and emissions of a HSDI diesel engine fueled with ethanol–diesel fuel blends, Renewable Energy, 32: 1791–1808.
68. Rakopoulos, C. D. Antonopoulos, K. A. Hountalas, D. T. Giakoumis, E. G. (2006) Comparative performance and emissions study of a direct injection diesel engine using blends of diesel fuel with vegetable oils or bio-diesels ethanol of various origins, Energy Conversion and Management, 47: 3272–3287.
69. Satgé De Caro, P. Moloungui, Z. (2001) Interest of Combining an Additive with Diesel- Ethanol Blends for Use in Diesel Engines, Fuel, 80: 565-574.
70. Sayın, C. Uslu, K. Çanakçı, M. (2008) Influence of injection timing on the exhaust emissions of a dual-fuel CI engine, Renewable Energy, 33:1314–23.
71. Sayın, C. Murat, İ. Çanakçı, M. Gümüş, M. (2009) Effect of injection timing on the exhaust emissions of a diesel engine using diesel–methanol blends, Renewable Energy, 34:1261– 1269.
72. Sayın, C. (2010) Engine performance and exhaust gas emissions of methanol and ethanol– diesel blends, Fuel, 89(11): 3410-3415.
73. Sayın, C. Özsezen, A. N. Çanakçı, M. (2009) The influence of operating parameters on the performance and emissions of a DI diesel engine using methanol-blended-diesel fuel, Fuel, 35 (10): 1-7.
74. Sekmen, Y. (2007) Karpuz çekirdeği ve keten tohumu yağı metil esterlerinin dizel motorda yakıt olarak kullanılması, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Teknoloji Dergisi, 10(4): 295- 302.
75. Sezer İ. Bilgin A. (2002) Normal benzine metanol katılmasının motor performansına etkisi, OTEKON’ 02, Bursa, 1-18, 207-209.
76. Sharma, P. Khara, M. (2001) Modeling of Vehicular Exhaust-A Review, Transportation Research, 179-198.
77. Shenghua, L. Eddy, R. Clemente, C. Tiegang, H. Yanjv, W. (2007) Study of Spark Ignition Engine Fueled With Methanol/Gasoline Fuel Blends, Applied Thermal Engineering, 27(11- 12): 1904-1910.
78. Silva, R. Cataluña, R. Menezes, E. W. Samios, D. Piatnicki, C. M. S. (2005) Effect of additives on the antiknock properties and Reid vapor pressure of gasoline, Fuel, 84: 951– 959.
79. Smith, J. L. Workman J. P. (2004) Alcohol for Motor Fuels, Farm & Ranch series, 5:010,
80. Solomons, G. T. W. (1996) Organic Chemistry, University of South Florida, USA.
81. Soyuduru, G. (2009) Fermentasyonla etanol üretiminde etanol veriminin arttırılması, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
82. Sümer, M. (1999) Buji Ateşlemeli Motorlarda Etanol Kullanımı, Performans ve Maliyet Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
83. Şen, Z. and Şahin, A. (1996) Future Prospects of Fosil and Alternative Energy Sources, Proceedings of The First International Energy and Environment Symposium, 29-31, Trabzon.
84. Taşdan, K. (2005) Biyoyakıtların Türkiye tarım ekonomisine olası etkileri, Tarım ve Mühendislik, 75: 27-29.
85. Taşdan, K. (2005) Biyoyakıtların Türkiye Tarım Ürünleri Piyasalarında Olası Etkileri, Biyobenzin-Etanol, Tarım ve Mühendislik, 75: 27-29.
86. Topgül, T. (2006) Buji ile ateşlemeli motorlarda etil alkol-benzin karışımı kullanımında optimum çalışma parametrelerin araştırılması, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
87. Topgül, T. Yücesu, H. S. Çinar, C. Koca, A. (2006) The Effects of Ethanol-Unleaded Gasoline Blends and Ignition Timing on Performance and Exhaust Emissions, Renewable Energy, 31(15): 2534-2542.
88. Türkcan, A. Çanakçı, M. Özsezen, A. Sayın, C. (2009) Bir dizel motorda yanma karakteristiklerinin incelenmesi, Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(1): 1- 10.
89. Uğurbilek, M. R. (1986) Yüksek Hızlı Hafif Hizmet Dizel Motorlarında Alternatif Yakıt Olarak Metil Alkolün Kullanılması, Doktora Tezi, Anadolu Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
90. Ulusoy, Y. (1999) Ayçiçeği, Kolza, Pamuk ve Soya Yağlarının Dizel Motorlarında Yakıt Olarak Kullanım Olanaklarının belirlenmesi Üzerine Karşılaştırmalı Bir Araştırma”, Doktora Tezi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa.
91. Uslu, K. (2006) Dizel motorlarında farklı püskürtme avanslarında dizel yakıtı+ethanol kullanımın performans ve emisyonlara etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
92. Usta, N. Can, Ö. Öztürk, E. (2005) Alternatif Dizel Motor Yakıtı Olarak Biyodizel Ve Etanolün Karşılaştırılması Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 11(3): 325-334.
93. Xiaoyan, S. Xiaobing, P. Yujing, M. Hong, H. Shijin, S. Jianxin, W. (2006) Emission reduction potential of using ethanol–biodiesel–diesel fuel blend on a heavy-duty diesel engine, Atmospheric Environment, 40(14): 2567–2574.
94. Yücesu, H. S. Topgül, T. Çinar, C. Okur, M. (2006) Effect of Ethanol–Gasoline Blends on Engine Performance and Exhaust Emissions in Different Compression Ratios, Applied Thermal Engineering, 26(9): 2272-2278.
95. Yüksel, F. Yüksel, B. (2004) The use of ethanol–gasoline blend as a fuel in an SI engine, Renewable Energy, 29(7): 1181–1191.
96. Vezir A. (2006) Metanol – benzin karışımlarının MgO – ZrO2 termal bariyer çemberli bir motorda performans ve emisyonlara etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
97. Makale 20.05.2013 tarihinde alınmış, 12.03.2014 tarihinde düzeltilmiş, 12.03.2014 tarihinde kabul edilmiştir.