Ticari Buji Ateşlemeli Bir Motorda JP8 Askeri Jet Yakıtı ve Amorf Elementel Bor Yakıtlarının Kullanımının NOx Emisyonlarına Etkisinin Deneysel İncelenmesi

Yıl 2024, Cilt: 7 Sayı: 1, 49 - 57

Emrah Kantaroğlu Ahmet Doğan

https://doi.org/10.53448/akuumubd.1455257

Öz

Bu çalışmada, ticari bir pistonlu motorda, katkı yakıtı olarak kullanılan JP8 ve amorf elementel borun, yanma ve yanma ürünlerinden azotoksitler (NOx) olarak bilinen kirletici gazlar üzerindeki etkisi deneysel incelenmiştir. Honda L13A4 tipi çift bujili motorun emisyon deneyleri, motorun maksimum tork devri olan 2800 d/dk devrinde ve tam gaz kolu kelebek açıklığında yapılmıştır. Çalışmada öncelikle benzin saf olarak test edilmiş, ardından benzine kütlesel oran olarak %5-10-15-20 JP8 yakıtı katılmıştır. Son olarak ise yanma özelinde literatürde oldukça sınırlı kullanıma sahip hem otomotiv hem de havacılık sektöründe kullanılabilen amorf elementel bor yakıtı sabit %2 oranında bütün yakıtlara eklenmiş ve testler yapılmıştır. Testlerin sonunda, emisyon parametrelerinden NOx oluşumunu tetikleyen egzoz gazı sıcaklığı ve NOx emisyon miktarları incelenmiştir. Egzoz sıcaklığı, artan JP8 oranlarında (%5-10-15-20) benzine göre sırasıyla %13,017-%16,410-%18,857-%22,239 artmıştır. Bütün benzin_JP8 yakıtlarına %2’ şer amorf elementel bor ilave edildiğinde bu oranlar benzine göre sırasıyla %92,129-%57,629-%60,457-%65,023 artmıştır. En yüksek egzoz sıcaklığı ve NOx salınımı JP8_5_%2B yakıtında ölçülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Amorf elementel bor, JP8, Motor testi, NOx

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK destekli 123M914 numaralı ve "Çift-Buji Ateşlemeli Ticari Bir Otomobil Motorunda Benzin-Jp8-Amorf Elementel Bor Karışımlarının Motor Performansına Ve Emisyonlarına Etkilerinin Deneysel Ve Sayısal Olarak İncelenmesi"

Proje Numarası

123M914

Teşekkür

Bu makaledeki deneyler, TÜBİTAK destekli 123M914 numaralı ve "Çift-Buji Ateşlemeli Ticari Bir Otomobil Motorunda Benzin-JP8-Amorf Elementel Bor Karışımlarının Motor Performansına ve Emisyonlarına Etkilerinin Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi" projesi kapsamında alınan altyapı iyileştirme destekleri ile tamamlanmıştır.

Experimental Investigation of the Effects of JP8 Military Jet Fuel and Amorphous Elemental Boron Fuels Usage on NOx Emissions in a Commercial Spark-Ignition Engine

Öz

In this study, the effect of JP8, used as an additive fuel, and amorphous elemental boron on nitrogen oxides (NOx), known as pollutants from combustion and combustion products, was experimentally investigated in a commercial piston engine. Emission tests of the Honda L13A4 type dual spark plug engine were conducted at the engine's maximum torque speed of 2800 rpm and full throttle valve opening. In the study, gasoline was initially tested in its pure form, then JP8 fuel was added to gasoline at mass ratios of 5-10-15-20%. Finally, amorphous elemental boron fuel, which has limited use in both automotive and aviation sectors, was added to all fuels at a fixed 2% ratio and tests were conducted. At the end of the tests, exhaust gas temperature triggering NOx formation and NOx emission levels were examined as emission parameters. Exhaust temperature increased by 13.017-16.410-18.857-22.239% with increasing JP8 ratios (5-10-15-20%) compared to gasoline. When 2% amorphous elemental boron was added to all gasoline_JP8 fuels, these ratios increased by 92.129-57.629-60.457-65.023% compared to gasoline, respectively. The highest exhaust temperature and NOx emission were measured in JP8_5_%2B fuel.

Anahtar Kelimeler

Amorphous elemental boron, JP8, Engine test, NOx

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK destekli 123M914 numaralı ve "Çift-Buji Ateşlemeli Ticari Bir Otomobil Motorunda Benzin-Jp8-Amorf Elementel Bor Karışımlarının Motor Performansına Ve Emisyonlarına Etkilerinin Deneysel Ve Sayısal Olarak İncelenmesi"

Proje Numarası

123M914

Teşekkür

Bu makaledeki deneyler, TÜBİTAK destekli 123M914 numaralı ve "Çift-Buji Ateşlemeli Ticari Bir Otomobil Motorunda Benzin-JP8-Amorf Elementel Bor Karışımlarının Motor Performansına ve Emisyonlarına Etkilerinin Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi" projesi kapsamında alınan altyapı iyileştirme destekleri ile tamamlanmıştır.

Kaynakça

• Abdel-Rahman, A., A., 1998. On the emissions from internal combustion engines: A Review. International Journal of Energy Research, 22, 483-513.
• Abuşoğlu, A., and Kanoğlu, M., 2009. Emission characteristics analysis of diesel engine powered cogeneration. Journal of Thermal Science and Technology, 29, 45-53.
• Ari, Y.O., 2020. A general outlook on the global electric car market. Kirklareli University Journal of Social Sciences, 4, 193-203.
• Barrett, S. R. H., Falzon, B. G., & Yuan, J., 2014. Global health impacts of future aviation emissions under alternative control scenarios. Environmental Science & Technology, 48(20), 12063–12071.
• Brettschneider, J., 1997. Extension of the Equation for Calculation of the Air-Fuel Equivalence Ratio. Preparing Mixtures for Diesel and SI Engines, 972989. https://doi.org/10.4271/972989
• Brown, R. C., Kolb, C. E., Cho, S. Y., Yetter, H. R., Rabitz, Dryer, F. L., 1991. Boron Combustion Model Development with Kinetic Sensitivity Analysis and Measurement of Key Chemical Rate Parameters. Aerodyne Research, Inc.Billerica, MA 01821. https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/ADA235309.pdfSon erişim tarihi: 20 Şubat 2024.
• Bowden, J. N., Owens, E. C., LePera, M. E. JP-8 and JP-5 AS, Compression Ignition Engine Fuel. Defense Technical Information Center (DTIC), Virginia 22060-6218 [phone]. https://Discover.DTIC.mil Son erişim tarihi: 20 Şubat 2024.
• Brook, R. D., Rajagopalan, S., Pope, C. A., Brook, J. R., Bhatnagar, A., Diez-Roux, A. V., Holguin, F., Hong, Y., Luepker, R. V., Mittleman, M. A., Peters, A., Siscovick, D., Smith Jr., S. C., Whitsel, L., & Kaufman, J. D., 2010. Particulate matter air pollution and cardiovascular disease: An update to the scientific statement from the American Heart Association. Circulation, 121(21), 2331–2378.
• Chen, H., Goldberg, M. S., Villeneuve, P. J., & Burnett, R. T., 2017. Long-term exposure to traffic-related air pollution and cardiovascular mortality. Epidemiology, 28(1), 87–95.
• Elliott, S. J., & Bibb, J. S., 2018. The effects of NOx emissions on ambient air quality and human health: A review. Air Quality, Atmosphere & Health, 11(9), 1029–1041.
• Değirmenci, H., 2022. ‘Bor Katkılı Yakıtların Yanma Karakteristiklerinin Farklı Yakma Sistemlerinde İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Tarsus Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü. Otomotiv Mühendisliği ABD, 118, Mersin.
• Hao, L., Ren, Y., Lu, W., Jiang, N., Ge, Y., Wang, Y., 2023. Assessment of heavy-duty diesel vehicle NOx and CO2 emissions based on OBD data. Atmosphere, 14, 1417.
• Heywood, J. B., 1988. Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill. Huang, G., Ma, H., Liu, S., Cao, Q., & Liu, H., 2019. Review of NOx emissions and mitigation strategies for heavy-duty diesel engines. Journal of Cleaner Production, 229, 951–962.
• Jones, M., & Brown, P., 2020. Effects of JP-8 Jet Fuel Combustion on Nitrogen Oxides Emissions in Aircraft Engines. Journal of Aerospace Engineering.
• Kantaroğlu, E. ve Yontar, A. A., 2017. Buji Ateşlemeli Bir Motorda JP-8 Askeri Jet Yakıtının Kullanımının İncelenmesi. Uluslararası Savunma Sanayi Sempozyumu Bildiriler Kitabı, Tam Metin, Kırıkkale.
• Kantaroğlu, E., 2022. Ticari Bir Otomobil Motorunda Benzine CNG Katkısının Motor Performansına ve Emisyonlarına Etkisinin HAD Analizi ile İncelenmesi. Doktora Tezi, Kırıkkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü. Makine Mühendisliği ABD, 249, Kırıkkale.
• Kantaroğlu, E. and Doğan, A., 2024. Ticari Bir Pistonlu Motorda JP8-Elementel Bor Katkısının Performansa Etkisinin Deneysel İncelenmesi. Uluslararası Muhendislik Arastirma ve Gelistirme Dergisi, vol. 16, no. 2, pp. 1–11, Jan. 2024.
• Labeckas, G. ve Slavinskas, S., 2015. Combustion phenomenon, performance and emissions of a diesel engine with aviation turbine JP-8 fuel and rapeseed biodiesel blends. Energy Conversion and Management, 105, 216-229. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.07.065
• Liu, F., Li, Y., Wu, Z., & Zuo, W., 2020. Development of SCR-DeNOx catalysts for NOx removal in diesel engines: A review. Applied Catalysis B: Environmental, 268, 118755.
• Migita, H., Amemiya, T., Yokoo, K., & Iizuka, Y., 2002. The new 1.3-liter 2-plug engine for the 2002 Honda Fit. JSAE Review, 23(4), 507-511. https://doi.org/10.1016/S0389-4304(02)00235-7
• Singer, B. C., Harley, R. A., Littlejohn, D., Ho, J., & Vo, T., 1998. Scaling of Infrared Remote Sensor Hydrocarbon Measurements for Motor Vehicle Emission Inventory Calculations. Environmental Science & Technology, 32(21), 3241-3248. https://doi.org/10.1021/es980392y
• Smith, A., Johnson, B., & Davis, R., 2018. Impacts of JP-8 Jet Fuel Composition on NOx Emissions. Journal of Combustion, 2018.
• Sofuoğlu, D., Değirmenci, H., Yontar, A. A., 2024. Trietil Borat, Benzin ve Trietil Borat-Benzin Karışımının Yanma Özelliklerinin İncelenmesi. Journal of Boron, 9(1), 9-19.
• Thompson, T., & Lee, D., 2020. Environmental Impact of Aviation Emissions and Aviation Fuel Alternatives: A Review. Journal of Air Transport Management, 87, 101865.
• Torok, A., Zoldy, M., & Csefalvay, E., 2018. Effects of Renewable Energy Sources On Air-Fuel Ratio. Journal of KONES Powertrain and Transport, 25(3), 473-477. https://doi.org/10.5604/01.3001.0012.4370
• Yan, J., Lin, J., Zhang, X., Li, C., & Sun, Y., 2021. The roles of NOx and VOCs in ozone formation in Beijing during the COVID-19 lockdown period. Atmospheric Environment, 245, 118008.
• Zhao, Y., Wang, X., & Xu, J., 2019. Influence of operating conditions on NOx emission and combustion characteristics of diesel engine under various intake oxygen concentration and exhaust gas recirculation rate. Applied Thermal Engineering, 148, 740–750.