Biyodizel Karışımları ile Çalışan Bir Dizel Motorunda Performans, NO ve İs Emisyonlarını Etkileyen Faktör Seviyelerinin Taguchi Yöntemi ile Belirlenmesi

Abstract

Dizel motorlarının çalışma prensibi gereği buji ateşlemeli motorlara göre sahip oldukları üstünlüklerinin yanında, NO ve is emisyonları açısından büyük dezavantajları vardır. Yakıt sarfiyatlarının düşük olması, birçok uygulamada yaygın olarak kullanılmasına neden olmaktadır. Yürürlüğe giren yasal düzenlemelerin sağlanması için birçok ülkede dizel yakıtlarına belirli oranlarda biyodizel karıştırılma zorunluluğu vardır. Biyodizel, dizel motorlarında yaygın olarak kullanılan yenilenebilir, alternatif yakıtların başında gelmektedir. Bitkisel ve hayvansal yağlardan elde edilen biyodizel, oksijen içeriğine sahip düşük emisyon profilli bir yakıttır. Bu çalışmada, direkt enjeksiyonlu bir dizel motorunda, farklı oranlarda biyodizel karışımlarının optimum oranları motor performans parametreleri, NO ve is emisyonları açısından en uygun çalışma şartları Taguchi yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Belirlenen faktör ve seviyelerine göre deney tasarımı yapılmıştır. L9 ortogonal dizin seçiliştir. Çalışma sonucunda, motor performans parametreleri, NO ve is emisyonları açısından en uyun faktör seviyeleri Taguchi yöntemi ile belirlenmiştir. Faktörlerin etki dereceleri ANOVA analizi ile test edilmiştir.

Keywords

• Taguchi metodu
• Biyodizel karışımları
• NO emisyonu
• İs emisyonu

Determination of the Factors Levels Affecting Performance, NO and Soot Emissions in a Diesel Engine Operating Biodiesel with Taguchi Method

Abstract

Although the diesel engines have superior features according to the spark ignited engines, they have disadvantages in terms of NO and black carbon emissions. Nevertheless, they are used in many applications because of their low fuel consumption features. Determined rates of biodiesel fuel mixture to the diesel fuels is forced in many countries due to the effectuated legal regulations. Biodiesel is one of the commonly used renewable and alternative fuels in diesel engines. Biodiesels are obtained from vegetable and animal oils having low emission profile including oxygen. In this study, the optimum operating conditions in terms of engine performance parameters, NO and soot emissions of biodiesel mixtures in different proportions in a direct injection diesel engine are determined through optimization using the Taguchi method. Experimental design is made according to the determined factors and levels. L9 orthogonal array is selected. As a result of the study, the most suitable factor levels in terms of engine performance parameters, NO and soot emissions are stated by Taguchi method. The factors’ degrees of influence are tested by ANOVA analysis.

Keywords

• Taguchi method
• Biodiesel mixture
• NO emissions
• Smoke emissions

References

1. [1] K.A. Abed, M.S. Gad, A.K. El Morsi, M.M. Sayed and S.A. Elyazeed, “Effect of biodiesel fuels on diesel engine emissions,” Egyptian Journal of Petroleum, Journal Homepage, 2019.
2. [2] Ertan ALPTEKİN, Mustafa ÇANAKÇI, Biyodizel ve Türkiye’deki durumu, Mühendis ve makine, Cilt: 47 Sayı: 561,2003.
3. [3] J.Suryawanshi, N.Deshpande, “Overview of EGR, injection timing and pressure on emissions and performance of CI engine with pongamia methyl ester”, SAE Techincal Paper, 2005.
4. [4] M.B.Sirman, E.C.Owens, K.A.Whitney, “Emissions comparison of alternative fuels in an advanced automotive diesel engine”, SAE Technical Paper, 2000.
5. [5] Yücesu, H.S., Altın, R., Çetinkaya, S., “Dizel Motorlarında alternatif yakıt olarak bitkisel yağ kullanımının deneysel incelenmesi”, Turkish Journal of Engineerıng and Environmental Sciences, vol. 25, pp. 39-49, 2001.
6. [6] A. Parlak, H. Karabaş, İ. Özsert, V. Ayhan and İ. Cesur, “Application of Taguchi’s methods to investigate factors affecting emissions of a diesel engine running with tobacco oil seed methyl ester,” Int. J. Vehicle Design, Vol. 59, Nos. 2/3, 2012. [7] A. Keskin ve K. Ekşi, “Dizel motorlarda mısır yağı biyodizelinin yakıt olarak kullanımının motor performans ve emisyonuna etkisi,” C.B.Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 2.1 (2006) 49-55.
7. [8] C. Haşimoğlu, “Düşük ısı kayıplı bir dizel motorunda biyodizel kullanımının performans ve emisyon parametrelerine etkisi,” Doktora Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya, 2005.
8. [9] A.Parlak, V.Ayhan, İ.Cesur, G.Kökkülünk, “Investigation of the effects of steam injection on performance and emissions of a diesel engine fuelled with tobacco seed oil methyl ester”, Fuel Processing Technology, vol. 116, pp. 101–109, 2015.

9. [10] A.K.Agarwal, L.Das, “Biodiesel development and characterization for use as a fuel in compression ignition engines”, Journal of Enginering Gas Turbines Power, vol. 123, pp. 123:440–447, 2007.
10. [11] C.A.Sharp, T.W.Ryan, G.Knothe, “Heavy-duty diesel engine emissions tests using special biodiesel fuels”, SAE Technical Paper, 2005.
11. [12] J.Suryawanshi, N.Deshpande, “Overview of EGR, injection timing and pressure on emissions and performance of CI engine with pongamia methyl ester”, SAE Techincal Paper, 2005.
12. [13] M.B.Sirman, E.C.Owens, K.A.Whitney, “Emissions comparison of alternative fuels in an advanced automotive diesel engine”, SAE Technical Paper, 2000.
13. [14] Ayhan. V., Tunca S., Cesur İ., Özsert İ., Ergen G., Ayçiçek Yağı Metil Ester Karışımlarının DI Bir Dizel Motorunun Performans ve Emisyonlarına Etkisi, Academic Platform Journal of Engineering & Science APJES, 7-1, 67-73, 2019.
14. [15] İ.Cesur, V.Ayhan,P.Parlak, “Bir Dizel Motorunda Tavuk Yağı Metil Esteri Kullanılmasının Performans Ve Emisyonlara Etkisi”, 10. Uluslararası Yanma Sempozyumu, Sakarya/ Türkiye, 09–10 Ekim 2008.
15. [16] N. Usta, Ö. Can ve E. Özgtürk, “Alternatif dizel motor yakıtı olarak biyodizel ve etanolün karşılaştırılması,” Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Mühendislik Bilimleri Dergisi Sayı:3, Denizli, 2005.
16. [17] Z.Ö. Özdemir ve H. Mutlubaş, “Biyodizel üretim yöntemleri ve çevresel etkileri,” Kırklareli University Journal of Engineering and Science 2 (2016) 129-143.
17. [18] M.E. Tat, “Investigation of oxides of nitrogen emissions from biodiesel-fueled engine,” Ph. D. Iowa State University, 41, 2003.
18. [19] S. Manigandan, P. Gunasekar, J. Devipriya and S. Nithya, “Emission and ınjection characteristics of corn biodiesel blends in diesel engine,” Fuel, 235 (2019) 723–735.
19. [20] V. Ayhan, İ. Özsert, Y. Çay, A. Çoban ve İ. Cesur, “DI bir dizel motorunda optimum buhar püskürtme oranı ve yakıt püskürtme zamanının taguchi metodu ile deneysel olarak belirlenmesi,” Journal of New Results in Engineering and Natural Science, No:8 (2018) 128-136.
20. [21] N.A. Ansari, A. Sharma and Y. Singh, “Performance and emission analysis of a diesel engine ımplementing polanga biodiesel and optimization using Taguchi method,” Process Safety and Environmental Protection, 120 (2018) 146–154.
21. [22] H. Wu and Z. Wu, “Using Taguchi method on combustion performance of a diesel engine with diesel/biodiesel blend and port-inducting H2,” Applied Energy 104 (2013) 362–370.
22. [23] D.H. Lee, J.S. Park, M.R. Ryu and J.H. Park, “Development of a highly efficient low-emission diesel engine-powered co-generation system and ıts optimization using Taguchi method,” Applied Thermal Engineering 50 (2013) 491-495.
23. [24] M. Balkı, C. Sayın and M. Sarıkaya, “Optimization of the operating parameters based on Taguchi method in an sı engine used pure gasoline,” Ethanol And Methanol, Fuel 180 (2016) 630–637.
24. [25] T. Ganapathy, K. Murugesan and R.P. Gakkhar, “Performance optimization of jatropha biodiesel engine model using Taguchi approach,” Applied Energy 86 (2009) 2476–2486.
25. [26] Ç. Sarpkaya, “Taguchi metoduna dayalı gri ilişkiler analizi ile haşıl prosesinin optimizasyonu,” Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 2014.
26. [27] Z.Y. Wu, H.W. Wu and C.H. Hung, “Applying Taguchi method to combustion characteristics and optimal factors determination in diesel/biodiesel engines with port-injecting LPG,” Fuel 117 (2014) 8–14.
27. [28] S. İzgiz, “Deney tasarımı ve Taguchi metodu-ürün ve proseslerin optimizasyonu, Kocaeli, 1999.
28. [29] M. Şirvancı, Kalite için deney tasarımı, Literatür Yayınları, 1. Basım, İstanbul, 1997.
29. [30] Ayhan, V., Bir Dizel Motoruna Buhar Enjeksiyonunun NOx ve İs Emisyonlarına Etkisinin Araştırılması. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009, Doktora Tezi, Sakarya.