Buji Ateşlemeli Bir Motorda Ultrasonik Yakıt Sistemi Kullanılmasının Egzoz Emisyonları Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

Öz

Buji ateşlemeli motorlarda kullanılan yakıtın parçalanıp hava ile karıştırılması, yanma ve egzoz emisyonu üzerinde oldukça etkilidir. Motorun farklı çalışma koşullarına uygun ideal hava-yakıt karışım oranını hazırlamak için yakıt sistemleri üzerinde çalışılmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada buji ateşlemeli motorlarda kullanılan geleneksel yakıt sistemlerine alternatif olarak ultrasonik yakıt sistemi kullanılmıştır. Buji ateşlemeli motorlarda kullanılan enjektörlü yakıt sisteminde 20-30 µm olan ortalama damlacık çapı, ultrasonik parçalama ile ortalama damlacık çapı 12 µm olarak gerçekleşmiştir. Motor ½ sabit yükte farklı devirlerde ultrasonik, karbüratörlü ve enjeksiyonlu yakıt sistemleri ile çalıştırılıp egzoz emisyonları ölçülmüştür. Üç yakıt sistemi için ölçülen egzoz emisyonlarının maksimum değerleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ultrasonik yakıt sistemi kullanıldığında, karbüratörlü sisteme göre CO da %99, HC de %60, NOx de %18 azalma, CO2 de % 10 ve artış olduğu, enjektörlü sisteme göre CO da %99, CO2 de %12, HC de %45 azalma, NOx de % 55 artış olduğu görülmüştür. Genel olarak ultrasonik yakıt sisteminin egzoz emisyonları üzerinde olumlu etkisinin olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Ultrasonik parçalanma
• Yakıt
• Yanma
• Emisyon

Investigation of the Effect of Using Ultrasonic Fuel System on Exhaust Emissions in a Spark Ignition Engine

Abstract

Fragmentation and mixing of the fuel used in spark ignition engines with air is highly effective on combustion and exhaust emissions. Studies are carried out on fuel systems in order to prepare the ideal air-fuel mixture ratio suitable for different operating conditions of the engine. In this study, ultrasonic fuel system was used as an alternative to the traditional fuel systems used in spark ignition engines. The average droplet diameter of 20-30 µm in the injector fuel system used in spark ignition engines has been realized as 12 µm with ultrasonic fragmentation. The engine was run at ½ constant load at different speeds with ultrasonic, carburetor and injection fuel systems, and exhaust emissions were measured. The maximum values of the measured exhaust emissions for the three fuel systems were examined comparatively. When the ultrasonic fuel system is used, there is a 99% reduction in CO, 60% in HC, 18% in NOx, 10% and an increase in CO2 compared to the carburetor system, 99% reduction in CO, 12% in CO2, and 45% in HC compared to the injector system. It was observed that there was a 55% increase in NOx. In general, it has been determined that the ultrasonic fuel system has a positive effect on exhaust emissions.

Keywords

• Ultrasonic shredding;
• Fuel;
• Combustion;
• Emission

Kaynakça

1. Aydın, Ö., Köse, R., & Ceylan, N. 1999. Benzinli Motorlarda Egzoz Emisyonlarını Azaltma Kriterleri. Journal of Science and Technology of Dumlupınar University, 001) 205-214.
2. Batmaz İ., 1996. Experimental Investigation of the Relation Ship Between the Vehicle Speed and Fuel Economy. Ph. D. Thesis, Gazi University Institute of Science and, Ankara/TURKEY.
3. Çalışkan, Z. D., Kurt, Ü., & Timur, M. C. 2017. İklim Değişikliği ve Ulaşım Sektörü İlişkisinin Ekonometrik Analizi: Türkiye Örneği. International Congress of Energy, Economy and Security Proceedings ENSCON'17 (p. 78).
4. Çelik, M. B., & Ozdalyan, B. 2010. Gasoline direct injection. Fuel Injection, 1-17.
5. Çelik, M., Solmaz, H., & Yücesu, H. S. 2015. Pamuk Metil Esterine N-Heptan Katkısının Motor Performansı Ve Yanma Karakteristiklerine Etkilerinin İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 30(3).
6. Çiçekdağı, F. 2011. Ultrasonik Ses Dalgalarının Oluşturduğu Akustik Kavitasyonu Etkileyen Değişkenler Ve Kavitasyon Enerjisi Ölçümü (Yüksek Lisans), Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 101.
7. Eknadiosyants O. K. 1968. Role of cavitation in the process of liquid atomization in an ultrasonic fountain. Sov Phys Acoust 14: 80–84.
8. Geiger J, Grigo M, Lang O, Wolters P. and Hupperich P. 1999. Direct Injection Gasoline Engines. Combustion and Design 1999, 01-0170.

9. Gottuk D. T. and Lattimer B. Y. 2016. Effect of combustion conditions on species production. SFPE handbook of fire protection engineering. Springer New York 486-528.
10. Groff E. G. 2016 Automotive Direct-Injection Stratified-Charge Engine Development in the 1970-1980’s. SAE Technical, No. 2016-01-0175.
11. Haşimoğlu, C., İçingür, Y., & Öğüt H. 2002. Dizel motorlarında egzoz gazları resirkülasyonunun (EGR) motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisinin deneysel analizi. Turkish J. Eng. Env. Sci, 26, 127-135.
12. Iwamoto, Y., Noma, K., Nakayama, O., Yamauchi, T., & Ando, H. 1997. Development of gasoline direct injection engine. SAE transactions, 777-793.
13. Liao, S., Wang, F., Wu, T., & Pan, W. 2016. Crude oil price decision under considering emergency and release of strategic petroleum reserves. Energy, 102, 436-443.
14. Li, Y. H., Chen, G. B., Wu, F. H., Hsieh, H. F., & Chao, Y. C. 2016. Effects of carbon dioxide in oxy-fuel atmosphere on catalytic combustion in a small-scale channel. Energy, 94, 766-774.
15. Neppiras, E. A. 1980. Acoustic cavitation. Physics reports, 61(3), 159-251.
16. Ohsuga, M., Shiraishi, T., Nogi, T., Nakayama, Y., & Sukegawa, Y. 1997. Mixture preparation for direct-injection SI engines. SAE transactions, 794-801.
17. Postrioti, L., Cavicchi, A., Paolino, D., Guido, C., Parotto, M., & Di Gioia, R. 2016. An experimental and numerical analysis of pressure pulsation effects of a Gasoline Direct Injection system. Fuel, 173, 8-28. Rayleigh W. J. S. 1945. The Theory of Sound. Vol. 2, Dover Publications, 344.
18. Sagar A. D., 1995. Automobiles and global warming: Alternative fuels and other options for carbon dioxide emissions reduction. Environmental Impact Assessment Review 15.3: 241-274.
19. Salman, S., Çınar, C., & Sekmen, Y. 2003. Buji İle Ateşlemeli Motorlarda Tek Nokta Yakıt Enjeksiyon Ve Karbüratör Sistemlerinin Performansa Etkileri Üzerine Deneysel Bir Araştırma. Politeknik Dergisi, 6(1), 391-395.
20. Scholar U. G. 2016. Fuel Vapour System for SI Engine Using Bubble Creation Method. International Journal of Engineering Science, 2770.
21. Song, H., Xiao, J., Chen, Y., & Huang, Z. 2016. The effects of deposits on spray behaviors of a gasoline direct injector. Fuel, 180, 506-513.
22. Tanyeri, B. 2015. Benzinli bir motorda ultrasonik atomizer kullanımının motor performans ve egzoz emisyonları üzerine etkisinin deneysel incelenmesi Doktora, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ, 122.
23. Twigg, M. V. 2003. Vehicle emissions control technologies. Platinum Metals Review, 47(1), 15-19.
24. White, D. L. 1962. Amplification of ultrasonic waves in piezoelectric semiconductors. Journal of Applied Physics, 33(8), 2547-2554.
25. Wood R. W, Loomis A. L. 1927. The physical and biological effects of high-frequency sound-waves of great intensity. The London, Edinburgh, and Dublin philosophical magazine and journal of science, 4(22), 417-436.
26. Zhang, G., Qiao, X., Miao, X., Hong, J., & Zheng, J. 2012. Effects of highly dispersed spray nozzle on fuel injection characteristics and emissions of heavy-duty diesel engine. Fuel, 102, 666-673.
27. Zhao F. Q, Lai M.C., Harrington D. L. 1999. Automotive Spark-Ignited Direct-Injection Gasoline Engines. Progress in Energy and Combustion Science 25, 437-562.