Yıl 2020, Cilt 13 , Sayı 1, Sayfalar 221 - 234 2020-03-20

Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi
Experimental Investigations of Performance, Combustion and Emission Characteristics of Ethanol Fueled HCCI Engine

Alper CALAM [1] , Serdar HALİS [2]


Bu çalışmada dört zamanlı, tek silindirli, port enjeksiyonlu bir benzinli motordan (SI) homojen dolgulu sıkıştırma ile ateşlemeli motora (HCCI) dönüşümü yapılmış Ricardo Hydra test motoru kullanılmıştır. Referans heptan ve heptan/etil alkol karışımlarının (E15 ve E25) yanma, motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Emme havası giriş sıcaklığı 60℃’de sabitlenmiş ve motor hızı 800 rpm olarak belirlenmiştir. Farklı hava fazlalık katsayısı (HFK) değerlerinde silindir içi basınç, ısı dağılımı, yanma başlangıcı, CA50, yanma süresi, indike termik verim, indike ortalama efektif basınç (IMEP) ve egzoz emisyon sonuçları incelenmiştir. Heptan yakıtına etil alkol ilavesi yanmanın gecikmeye alınarak uzamasına neden olmuştur. Ayrıca yanmanın yavaşlatılması sağlanmıştır. Buna bağlı olarak basınç artış oranı azalarak HCCI yanma kontrol altına alınmıştır. En yüksek indike termik verim E15 yakıtı kullanımında HFK’nın 2 olduğu şartlarda %49 olarak belirlenmiştir. En yüksek IMEP E25 yakıtı kullanımında HFK’nın 1,3 olduğu şartlarda 6,1 bar olarak tespit edilmiştir. CO ve HC emisyonları ise heptan yakıtına etil alkol ilave edilmesi ile eş zamanlı olarak artış göstermiştir. Karışım yakıtları kullanımında silindir içi gaz sıcaklıklarının heptana göre düşük olması, yüksek emisyon değerlerinin temel nedeni olduğu ifade edilebilir. E15 yakıtının uygun çalışma şartlardında ideal yakıt olduğu bu çalışma ile ifade edilebilir.

In this study, Ricardo Hydra test engine which has been converted from a four stroke, single cylinder, port injection spark ignition (SI) engine to homogeneous charged compression ignition (HCCI) engine was used. The effect of reference heptane and heptane / ethyl alcohol mixtures (E15 and E25) on combustion, engine performance and exhaust emissions was investigated experimentally. The intake air inlet temperature is fixed at 60℃ and the engine speed is determined as 800 rpm. In-cylinder pressure, heat release, start of combustion, CA50, combustion duration, indicated thermal efficiency, indicated mean effective pressure (IMEP) and exhaust emission results were investigated at different lambda values. Addition of ethyl alcohol to heptane resulted in delayed and prolonged combustion. Also this provided to slowing of the combustion. Consequently, the pressure rise rate decreased and HCCI combustion was controlled. The highest indicated thermal efficiency was found to be 49% when the lambda value was 2 and use of E15 fuel. The highest IMEP was found to be 6,1 bar when the lambda value was 1,3 and use of E25 fuel. CO and HC emissions increased simultaneously with the addition of ethyl alcohol to the heptane fuel. Compared to heptane, when the E15 and E25 fuels are used, it can be stated that the low in-cylinder gas temperatures are the main reason for the high emission values. It can be stated that E15 fuel is the ideal fuel under suitable operating conditions via this study.

  • Christensen, M., Johansson, B. ve Einewall, P. 1997. “Homogeneous charge compression ignition (HCCI) using isooctane, ethanol and natural gas-a comparison with spark ignition operation”, SAE Technical Paper, No. 972874.
  • Cinar, C., Uyumaz, A., Solmaz, H., Sahin, F., Polat, S. ve Yilmaz, E. 2015. “Effects of intake air temperature on combustion, performance and emission characteristics of a HCCI engine fueled with the blends of 20% n-heptane and 80% isooctane fuels”, Fuel Processing Technology, 130, 275-281.
  • Curran, H. J., Pitz, W. J., Westbrook, C. K., Callahan, G. V. ve Dryer, F. L. 1998. “Oxidation of automotive primary reference fuels at elevated pressures”, Symposium (International) on Combustion, 27(1), 379-387.
  • Heywood, J. B. 1988. “Internal combustion engine fundamentals”, McGraw Hill.
  • Huang, H. ve Su, W. 2005. “A new reduced chemical kinetic model for autoignition and oxidation of lean n-heptane/air mixtures in HCCI engines”, SAE Technical Paper, No. 2005-01-0118.
  • Li, Y., Zhao, H. ve Brouzos, N. 2008. “CAI combustion with methanol and ethanol in an air-assisted direct injection SI engine”, SAE Technical Paper, No. 2008-01-1673.
  • Lü, X., Hou, Y., Zu, L. ve Huang, Z. 2006. “Experimental study on the auto-ignition and combustion characteristics in the homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion operation with ethanol/n-heptane blend fuels by port injection”, Fuel, 85(17-18), 2622-2631.
  • Maurya, R. K. ve Agarwal, A. K. 2014. “Experimental investigations of performance, combustion and emission characteristics of ethanol and methanol fueled HCCI engine”, Fuel Processing Technology, 126, 30-48.
  • Oakley, A., Zhao, H., Ladommatos, N. ve Ma, T. 2001. “Dilution effects on the controlled auto-ignition (CAI) combustion of hydrocarbon and alcohol fuels”, SAE Transactions, 2086-2099.
  • Ogawa, H., Miyamoto, N., Kaneko, N. ve Ando, H. 2003. “Combustion control and operating range expansion with direct injection of reaction suppressors in a premixed DME HCCI engine”, SAE Technical Paper, No. 2003-01-0746.
  • Peng, Z., Zhao, H. ve Ladommatos, N. 2003. “Effects of air/fuel ratios and EGR rates on HCCI combustion of n-heptane, a diesel type fuel”, SAE Technical Paper, No. 2003-01-0747.
  • Polat, S. 2016. “An experimental study on combustion, engine performance and exhaust emissions in a HCCI engine fuelled with diethyl ether-ethanol fuel blends”, Fuel Processing Technology, 143, 140-150.
  • Poulopoulos, S. G., Samaras, D. P. ve Philippopoulos, C. J. 2001. “Regulated and unregulated emissions from an internal combustion engine operating on ethanol-containing fuels”, Atmospheric Environment, 35(26), 4399-4406.
  • Saisirirat, P., Togbé, C., Chanchaona, S., Foucher, F., Mounaim-Rousselle, C. ve Dagaut, P. 2011. “Auto-ignition and combustion characteristics in HCCI and JSR using 1-butanol/n-heptane and ethanol/n-heptane blends”, Proceedings of the Combustion Institute, 33(2), 3007-3014.
  • Shibata, G., Oyama, K., Urushihara, T. ve Nakano, T. 2005. “Correlation of low temperature heat release with fuel composition and HCCI engine combustion”, SAE Technical Paper, No. 2005-01-0138.
  • Shudo, T., Shima, Y. ve Fujii, T. 2009. “Production of dimethyl ether and hydrogen by methanol reforming for an HCCI engine system with waste heat recovery–Continuous control of fuel ignitability and utilization of exhaust gas heat”, International Journal of Hydrogen Energy, 34(18), 7638-7647.
  • Tongroon, M. ve Zhao, H. 2010. “Combustion characteristics of CAI combustion with alcohol fuels”, SAE Technical Paper, No. 2010-01-0843.
  • Uyumaz, A. 2015. “An experimental investigation into combustion and performance characteristics of an HCCI gasoline engine fueled with n-heptane, isopropanol and n-butanol fuel blends at different inlet air temperatures”, Energy Conversion and Management, 98, 199-207.
  • Xie, H., Wei, Z., He, B. ve Zhao, H. 2006. “Comparison of HCCI combustion respectively fueled with gasoline, ethanol and methanol through the trapped residual gas strategy”, SAE Technical Paper, No. 2006-01-0635.
  • Yao, M., Zheng, Z. ve Liu, H. 2009. “Progress and recent trends in homogeneous charge compression ignition (HCCI) engines”, Progress in Energy and Combustion Science, 35(5), 398-437.
  • Zhang, C. ve Wu, H. 2016. “Combustion characteristics and performance of a methanol fueled homogenous charge compression ignition (HCCI) engine”, Journal of the Energy Institute, 89(3), 346-353.
  • Zhang, C. ve Wu, H. 2012. “The simulation based on CHEMKIN for homogeneous charge compression ignition combustion with on-board fuel reformation in the chamber”, International Journal of Hydrogen Energy, 37(5), 4467-4475.
  • Zhao, H. 2007. “HCCI and CAI engines for the automotive industry”, Woodhead Publishing Limited, Cambridge.
  • Zhao, F., Asmus, T. N., Assanis, D. N., Dec, J. E., Eng, J. A. ve Najt, P. M. 2003. “Homogeneous charge compression ignition (HCCI) engines”, SAE Technical Paper, No. PT-94.
  • Zheng, J., Miller, D. L., Cernansky, N. P., Liu, D., Zhao, X. ve Zhang, M. 2004. “Some observations on the effects of EGR, oxygen concentration, and engine speed on the homogeneous charge combustion of n-heptane”, SAE Technical Paper, No. 2004-01-1905.
Birincil Dil tr
Konular Mühendislik
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Orcid: 0000-0003-4125-2127
Yazar: Alper CALAM
Kurum: GAZİ ÜNİVERSİTESİ
Ülke: Turkey


Orcid: 0000-0002-6099-7223
Yazar: Serdar HALİS (Sorumlu Yazar)
Kurum: GAZİ ÜNİVERSİTESİ
Ülke: Turkey


Tarihler

Yayımlanma Tarihi : 20 Mart 2020

Bibtex @araştırma makalesi { erzifbed608559, journal = {Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi}, issn = {1307-9085}, eissn = {2149-4584}, address = {}, publisher = {Erzincan Üniversitesi}, year = {2020}, volume = {13}, pages = {221 - 234}, doi = {10.18185/erzifbed.608559}, title = {Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi}, key = {cite}, author = {CALAM, Alper and HALİS, Serdar} }
APA CALAM, A , HALİS, S . (2020). Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi , 13 (1) , 221-234 . DOI: 10.18185/erzifbed.608559
MLA CALAM, A , HALİS, S . "Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi". Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 13 (2020 ): 221-234 <https://dergipark.org.tr/tr/pub/erzifbed/issue/53239/608559>
Chicago CALAM, A , HALİS, S . "Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi". Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 13 (2020 ): 221-234
RIS TY - JOUR T1 - Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi AU - Alper CALAM , Serdar HALİS Y1 - 2020 PY - 2020 N1 - doi: 10.18185/erzifbed.608559 DO - 10.18185/erzifbed.608559 T2 - Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 221 EP - 234 VL - 13 IS - 1 SN - 1307-9085-2149-4584 M3 - doi: 10.18185/erzifbed.608559 UR - https://doi.org/10.18185/erzifbed.608559 Y2 - 2020 ER -
EndNote %0 Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi %A Alper CALAM , Serdar HALİS %T Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi %D 2020 %J Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi %P 1307-9085-2149-4584 %V 13 %N 1 %R doi: 10.18185/erzifbed.608559 %U 10.18185/erzifbed.608559
ISNAD CALAM, Alper , HALİS, Serdar . "Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi". Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 13 / 1 (Mart 2020): 221-234 . https://doi.org/10.18185/erzifbed.608559
AMA CALAM A , HALİS S . Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 2020; 13(1): 221-234.
Vancouver CALAM A , HALİS S . Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 2020; 13(1): 234-221.