Bir RCCI motorun yanma ve egzoz emisyon karakteristikleri üzerinde benzin ön karışım oranı ve motor yükünün etkisinin incelenmesi

Yıl 2022, Cilt: 37 Sayı: 1, 541 - 554, 10.11.2021

Müjdat Fırat , Şehmus Altun , Mutlu Okcu , Yasin Varol

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.885488

Cited By: 2

Öz

Bu çalışmada, RCCI modunda çalışacak şekilde modifiye edilmiş tek silindirli bir dizel motorda biyodizel ve petrol kökenli dizel karışımı ile benzin kullanımının yanma ve egzoz emisyon karakteristiklerine etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmada hacimsel olarak %20 biyodizel ve %80 petrol kökenli dizel karışımından oluşan B20 karışım yakıtı yüksek reaktiviteli yakıt olarak doğrudan silindir içerisine püskürtülürken; düşük reaktiviteli yakıt olarak ta benzin emme kanalına püskürtülmüştür. Deneyler %0 (geleneksel dizel yanma), %15, %30, %45 ve %60 olmak üzere beş farklı ön karışım oranlarında ve sabit motor hızı ile değişik yük şartlarında gerçekleştirilmiştir. Elde edilen verilere göre, %0 ve %20 yükte RCCI şartlarında karışım oranının artması ile silindir içi maksimum basınç değerinin azaldığı, %40 ve %60 yükte ise arttığı belirlenmiştir. Ayrıca, karışım oranının %15 ve %30 olarak kullanımının tüm yüklerde ortalama indike basınç ve termik verimi artırdığı, diğer karışım oranlarında ise önemli bir değişimin olmadığı görülmüştür. RCCI şartlarında motor yüksüz ve %20 gibi düşük yüklerde çalışırken NOx emisyonunda azalma sağlanmış ancak motor yükünün artması ile artış olduğu gözlenmiştir. Bununla birlikte tüm yüklerde karışım oranı artışının duman koyuluğunu azalttığı belirlenmiştir. Özellikle %60 yük durumda ve %60 karışım oranı kullanımı ile duman koyuluğunun %96 oranında azaldığı tespit edilmiştir. %60 yükte RCCI şartlarında CO emisyonunda bir artış olmasının dışında CO ve yanmamış HC emisyon seviyeleri RCCI şartlarında tüm yüklerde karışım oranının artışı ile arttığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

RCCI, biyodizel, dizel, benzin, yanma

Destekleyen Kurum

Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK)

Proje Numarası

118M650

Teşekkür

Bu çalışma, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı kapsamında 118M650 numaralı projesi ile desteklenmiştir. Yazarlar, sağladığı destekten dolayı TÜBİTAK’a teşekkür eder.

Kaynakça

• 1. Lapuerta M., Hernández J.J., Oliva F., Strategies for active diesel particulate filter regeneration based on late injection and exhaust recirculation with different fuels, International Journal of Engine Research, 15 (2), 209–21, 2014.
• 2. Krishnamoorthi M., Malayalamurthi R., He Z., Kandasamy S., A review on low temperature combustion engines: Performance, combustion and emission characteristics, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 116, 109404, 2019.
• 3. Dönmez A.F., Homojen karışımlı sıkıştırma ateşlemeli bir motorun (HCCI) tek bölgeli modelleme yöntemi kullanılarak analizi, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya, 2010.
• 4. Calam A., Solmaz H., Yılmaz E., İçingür Y., Investigation of effect of compression ratio on combustion and exhaust emissions in A HCCI engine, Energy, 168, 1208-1216, 2019.
• 5. Demirci O.K., Çınar C., HCCI-DI bir motorda doğal gaz kullanımının performans ve egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 7, 317–330, 2019.
• 6. Calam A., Aydoğan B., İzopropanol ve heptan karışım yakıtları kullanımının bir HCCI motorda performans yanma ve emisyon karakteristiklerinin deneysel incelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 7, 818–833, 2019.
• 7. Türkcan A., Direkt püskürtmeli HCCI bir motorda püskürtme parametrelerinin yanma ve emisyon karakteristiklerine etkisinin incelenmesi. Doktora Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, 2013.
• 8. Manente, V., Tunestal, P., Johansson, B., Cannella, W., Effects of ethanol and different type of gasoline fuels on partially premixed combustion from low to high load, SAE Technical Paper 2010-01-0871, 2010.
• 9. Srihari S., Thirumalini S., Investigation on reduction of emission in PCCI-DI engine with biofuel blends. Renewable Energy, 114, 1232–1237, 2017.
• 10. Kokjohn S.L., Hanson R.M., Splitter D.A., Reitz R.D., Fuel reactivity controlled compression ignition (RCCI): A pathway to controlled high-efficiency clean combustion, Int. J. Engine Res. Vol., 12 (3), 209-226, 2011.
• 11. Li J., Yang W., Zhou D., Review on the management of RCCI engines, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 69, 65–79, 2017.
• 12. Kokjohn S.L, Reitz R.D., Reactivity controlled compression ignition and conventional diesel combustion: A comparison of methods to meet light-duty NOx and fuel economy targets, Int. J. Engine Res., 14 (5), 452–468, 2013.
• 13. Li Y., Jia M., Chang Y., Xie M., Reitz R.D., Towards a comprehensive understanding of the influence of fuel properties on the combustion characteristics of a RCCI (reactivity controlled compression ignition) engine, Energy, 99, 69–82, 2016.
• 14. Dempsey A.B., Walker N.R., Gingrich E., Reitz R.D., Comparison of low temperature combustion strategies for advanced compression ignition engines with a focus on controllability, Combustion Science and Technology, 186 (2), 210–241, 2014.
• 15. Curran S.J., Hanson R.M., Wagner R.M., Reactivity controlled compression ignition combustion on a multi-cylinder light-duty diesel engine, Int. J. Engine Res., 13 (3), 216–225, 2012.
• 16. Benajes J., Pastor J.V., García A., Monsalve-Serrano J., The potential of RCCI concept to meet EURO VI NOx limitation and ultra-low soot emissions in a heavy-duty engine over the whole engine map, Fuel, 159, 952–961, 2015.
• 17. Nazemi M., Shahbakhti M., Modeling and analysis of fuel injection parameters for combustion and performance of an RCCI engine, Applied Energy, 165, 135–150, 2016.
• 18. Uyumaz A., Solmaz H., RCCI bir motorda enjeksiyon zamanlaması ve lamdanın yanma ve performans karakteristikleri üzerindeki etkilerinin deneysel incelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part:C, Tasarım Ve Teknoloji, 4 (4), 299–308, 2016.
• 19. Turkcan A., Effects of high bioethanol proportion in the biodiesel-diesel blends in a CRDI engine, Fuel, 223, 53–62, 2018.
• 20. Keskin A., Gürü M., Altıparmak D., Tall yağı biyodizelinin dizel yakıtı ile %90 oranındaki karışımının alternatif dizel yakıtı olarak incelenmesi, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 22, 57–63, 2007.
• 21. Benajes J., García A., Monsalve-Serrano J., Sari R.L., Fuel consumption and engine-out emissions estimations of a light-duty engine running in dual-mode RCCI/CDC with different fuels and driving cycles, Energy, 157, 19–30, 2018.
• 22. Yang Y., Dec J.E., Dronniou N., Sjöberg M., Tailoring HCCI heat-release rates with partial fuel stratification: Comparison of two-stage and single-stage-ignition fuels, Proceedings of the Combustion Institute, 33, 3047–3055, 2011.
• 23. Li J., Yang W.M., An H., Zhao D., Effects of fuel ratio and injection timing on gasoline/biodiesel fueled RCCI engine: A modeling study, Applied Energy, 155, 59–67, 2015.
• 24. Zheng Z., Xia M., Liu H., Wang X., Yao M., Experimental study on combustion and emissions of dual fuel RCCI mode fueled with biodiesel/n-butanol, biodiesel/2,5-dimethylfuran and biodiesel/ethanol, Energy, 148, 824–838, 2018.
• 25. Imtenan S., Varman M., Masjuki H.H., Kalam M.A., Sajjad H., Arbab M.I., Rizwanul Fattah I.M., Impact of low temperature combustion attaining strategies on diesel engine emissions for diesel and biodiesels: A review, Energy Conversion and Management Energy, 80, 329–356, 2014.
• 26. Liu H., Wang X., Zheng Z., Gu J., Wang H., Yao M., Experimental and simulation investigation of the combustion characteristics and emissions using n-butanol/biodiesel dual-fuel injection on a diesel engine, Energy, 74, 741–752, 2014.
• 27. Charitha V., Thirumalini S., Prasad M., Srihari S., Investigation on performance and emissions of RCCI dual fuel combustion on diesel-bio diesel in a light duty engine, Renew. Energy, 134, 1081–1088, 2019.
• 28. Sabu V.R., Thomas J.J., Nagarajan G., Experimental investigation on the effects of multiple injections and EGR on n -pentanol–biodiesel fuelled RCCI engine, RSC Advances, 10, 29498-29509, 2020.
• 29. Wang W.G., Lyons D.W., Clark N.N., Gautam M., Norton P.M., Emissions from nine heavy trucks fueled by diesel and biodiesel blend without engine modification, Environ. Sci. Technol. 34, 933–939, 2000.
• 30. Kampman B., Verbeek R., Grinsven A.V., Mensch P.V., Croezen H., Patuleia A., Bringing biofuels on the market Options to increase EU biofuels volumes beyond the current blending limits, 13.4567.46, Delft, CE Delft, July 2013.
• 31. European Biodiesel Board. https://www.ebb-eu.org/biodiesel.php. Yayın tarihi Ocak 12, 2021. Erişim tarihi Şubat 11, 2021.