Dizel bir motorun reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli bir motora dönüşümünde farklı oranlarda propan kullanımının ve yanma başlangıç zamanının performans, emisyon ve silindir içi yanma karakteristiklerine olan etkilerinin incelenmesi

Yıl 2024, Cilt: 39 Sayı: 2, 785 - 796, 30.11.2023

Fatih Aktaş , Nuri Yücel

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1193551

Öz

İçten yanmalı motorlarda silindir içi yanmanın modellenmesi hala karmaşık bir konudur. Benzin veya dizel gibi geleneksel yakıtların dışındaki yakıtların performansını, yanma rejimlerini ve emisyon davranışını doğru bir şekilde tahmin etmek için daha fazla geliştirme çalışmalarına ihtiyaç vardır. Bu çalışmada, 0/1-boyutlu AVL Boost programı kullanılarak sayısal modeli doğrulamak için tam yükte dizel yanma rejimindeki deneysel veriler kullanılmıştır. Doğrulama çalışmaları sırasında Vibe 2-Zone yanma modeli kullanılmıştır. Analizler sonucunda performans ve emisyon değerleri incelendiğinde % 94’e yakın uyum olduğu görülmüştür. Dizel yanma rejiminde sayısal doğrulama yapıldıktan sonra, emme portuna propan enjeksiyonu için enjektör ilavesi ile sistemin reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli (RCCI) motora dönüştürülmesi sağlanmıştır. Sonrasında toplam yakıt kütlesi sabit tutularak farklı propan oranlarının kullanımının ve farklı yanma başlangıç zamanının RCCI bir motorda performans, yanma karakteristiği ve emisyon değerlerine etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak %90 propan ve %10 dizel yakıt kullanımı ile performansta %11 iyileşme sağlanırken, emisyon değerleri için de katalitik egzoz ekipmanlarının kullanımına gerek kalmadığı görülmüştür. Ayrıca performans ve emisyon değerleri için en iyi yanma başlangıç zamanının üst ölü noktadan -6 °KA sonra olduğu saptanmıştır.

Anahtar Kelimeler

RCCI, Çift yakıt, Propan, Yanma analizi, AVL Boost.

Destekleyen Kurum

Gazi Üniversitesi

Proje Numarası

06/2019-15

Teşekkür

AVL LIST GmbH'ya Üniversite Ortaklığı Programı kapsamında AVL Boost yazılımı sağladığı için, motor ile ilgili bilgileri sağladığı için Türk Traktör Ziraat Makineleri A.Ş’ ye teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca bu çalışma Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından 06/2019-15 kodu ile desteklenmiştir.

Kaynakça

• [1] Dinler N., Aktas F., Taskın S., Karaaslan S., Yucel N., Effects of preheater load and location on the catalytic converter efficiency during cold start and idling conditions, J. of Thermal Science and Technology, 41(2) , 239-247, 2021.
• [2] Dinler N., Aktas F., Yucel N., Effects of channel design and temperature on the performance of the catalytic converter, International Journal of Green Energy, 15, 813-20, 2018.
• [3] Aktaş F., Karaaslan S., Kılıç M., Yücel N., Numerical investigation of the effects of different percentage ethanol and methanol addition on performance and emission values of a four cylinder diesel engine at full load, Politeknik Dergisi, 22(4), 967-977, 2019.
• [4] Sürer E., Solmaz H., Yılmaz E., Calam A., İpci D., Investigation of the effect of carbon nanotube addition to diesel-biodiesel blend on engine performance and exhaust emissions, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38(2): 1055-1064, 2022.
• [5] Solmaz H., Calam A., Halis S., İpci D., Yılmaz E., Investigation of the effects of intake manifold pressure on performance and combustion characteristics in an HCCI engine, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37(4), 1735-1750, 2022.
• [6] Aktas F., Three-Dimensional Computational Fluid Dynamics Simulation and Mesh Size Effect of the Conversion of a Heavy-Duty Diesel Engine to Spark-Ignition Natural Gas Engine, ASME. J. Eng. Gas Turbines Power, 144(6), 061004, 2022.
• [7] Aktas F., Karyeyen S., Colorless distributed combustion (CDC) effects on a converted spark-ignition natural gas engine, Fuel, 317, 123521, 2022.
• [8] Aktas F., Spark ignition timing effects on a converted diesel engine using natural gas: A numerical study. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 236(9), 1949-1963, 2022.
• [9] Aktas F., Numerical Investigation of Equivalence Ratio Effects on a Converted Diesel Engine Using Natural Gas, J Energy Resour Technol, 144: 1–14, 2022.
• [10] Aktaş F., Numerical Investigation of the Effects of Engine Speed on Performance and Combustion Characteristics on a Converted Spark-Ignition Natural Gas Engine, Gazi University Journal of Science Part C: Design and Technology, 10(3) , 613-626, 2022.
• [11] Reitz R., Duraisamy G., Review of high efficiency and clean reactivity controlled compression ignition (RCCI) combustion in internal combustion engines, Progress in Energy and Combustion Science, 46, 12−71, 2015.
• [12] Boretti A., Numerical study of the substitutional diesel fuel energy in a dual fuel diesel-LPG engine with two direct injectors per cylinder, Fuel Processing Technology, 161(x), 41–51, 2017.
• [13] Ryu K., Effects of pilot injection timing on the combustion and emissions characteristics in a diesel engine using biodiesel – CNG dual fuel, Applied Energy, 111, 721−730, 2013.
• [14] Anye Ngang E., Ngayihi Abbe C.V., Experimental and numerical analysis of the performance of a diesel engine retrofitted to use LPG as secondary fuel, Applied Thermal Engineering, 136, 462–474, 2018.
• [15] Chu S., Lee J., Kang J., Lee Y., Min K., High load expansion with low emissions and the pressure rise rate by dual-fuel combustion, Applied Thermal Engineering, 144, 437–443, 2018.
• [16] Özcan C., Dizel yakıtı ile birlikte lpg kullanan dual yakıtlı bir dizel motorun verimlilik performans ve emisyon yönünden deneysel olarak incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2018
• [17] Aydın M., Tek silindirli bir dizel motor için elektronik kontrollü yakıt püskürtme sisteminin geliştirilmesi ve performansının ölçülmesi, Doktora Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, 2018.
• [18] Kang J., Combustion Optimization of Diesel and Propane Dual Fueled Engine, The Graduate School, Seoul National Uniersity, Seoul, 2018.
• [19] Çavgun E., Çift Yakıtlı Bir Dizel Motorda Sıkıştırma Oranının LPG Kullanımına Etkilerinin Deneysel Olarak Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Batman Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Batman, 2019.
• [20] Brijesh P., Chowdhury A., Sreedhara S., Advanced combustion methods for simultaneous reduction of emissions and fuel consumption of compression ignition engines, Clean Techn Environ Policy, 17, 615–625, 2015.
• [21] Aydın A., Aydın H., Effects of partıal RCCI application of LPG on performance, combustion and exhaust emissions in a diesel engine powered generator, European Journal of Technique (EJT), 11(1): 83-92, 2021.
• [22] AVL BOOST Theory Guide version 2018, AVL LIST GmbH, Graz, Austria, 2018.
• [23] AVL BOOST User Guide version 2018, AVL LIST GmbH, Graz, Austria, 2018.
• [24] Aktaş F., Bir Dizel Motorda Çift Yakıt Olarak Propan-Dizel Kullanımının Yanma Rejimine, Motor Performansına Ve Emisyon Değerlerine Olan Etkilerinin Sayısal Olarak İncelenmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara, 2021.
• [25] Aktas F., A 0/1-Dimensional Numerical Analysis of Performance and Emission Characteristics of the Conversion of Heavy-Duty Diesel Engine to Spark-Ignition Natural Gas Engine, International Journal of Automotive Science And Technology, 6 (1) , 1-8, 2022.
• [26] Aktas F., Performance and emission prediction of hydrogen addition to natural gas powered engine using 0/1 dimensional thermodynamic simulation, International Journal of Energy Studies, 7(1), 67-81, 2022.
• [27] Krishnan S.R., Srinivasan K.K., Raihan M.S., The effect of injection parameters and boost pressure on diesel-propane dual fuel low temperature combustion in a single-cylinder research engine, Fuel, 184, 490–502, 2016.
• [28] Liu J., Dumitrescu C. E., 3D CFD simulation of a CI engine converted to SI natural gas operation using the G-equation, Fuel, 232, 833-844, 2018.
• [29] Liu, J., Dumitrescu, C., Experimental Investigation of Combustion Characteristics in a Heavy-Duty Compression-Ignition Engine Retrofitted to Natural-Gas Spark-Ignition Operation, SAE Technical Paper, 2019-24-0124, 2019.
• [30] Liu J, Bommisetty H, Dumitrescu CE., Experimental investigation of a heavy-duty CI engine retrofitted to natural gas SI operation, ASME 2018 internal combustion engine division fall technical conference. American Society of Mechanical Engineers, ICEF2018-9611, 2018.