Yerli linyit ve alkol kökenli yakıtların kullanıldığı bir dizel motorda supap ve enjeksiyon zamanı değişiminin yanma ve emisyonlar üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effects of valve and injection time variation on combustion and emission in a diesel engine using domestic lignite and alcohol based fuels
Yazar: MERSİN HÜRPEKLİ
Danışman: PROF. DR. AHMET NECATİ ÖZSEZEN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Alternatif yakıtlar = Alternative fuels ; Deney motoru = Research engine ; Direkt püskürtmeli motorlar = Direct injection engines ; Dizel yakıtlar = Diesel fuels ; Püskürtülü yanma = Spray combustion ; Supap zamanlaması = Valve timing ; Sıvı yakıtlar = Liquid fuels

Özet:
Dizel motorlar, yüksek verim ve dayanımları ile günümüzde de tercih edilmektedir. Avrupa Birliği, Paris İklim Anlaşması kapsamındaki taahhütlerine ulaşmak için dizel motor kaynaklı emisyon limitlerini her geçen gün sıkılaştırmaktadır. Avrupa Komisyonu tarafından beyan edilen NOx ve kurum limitlerinin sağlanabilmesi için egzoz gazı arıtma sistemlerinin kullanılması gerekmektedir. AB, 2009/28/EC direktifi ile petrol kökenli yakıtların sera gazı etkisini azaltmak için oksijen içeriği yüksek alternatif yakıtlarınkullanımını teşvik etmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'nde EPA, 2011 yılından itibaren petrol kökenli yakıtlara %10-15 oranında etanol ilave edilmesini tavsiye ederek alternatif yakıt kullanımını teşvik etmiştir. Artan çevre sorunları nedeniyle AB ve EPA'nın açıkladığı düzenlemeler, fosil yakıtlara alternatif olan yakıtların gelişmesini tetiklemiştir.
Araştırmacılar ve otomotiv şirketleri, emisyon düzenlemelerinin sıkılaşması ile birlikte dizel motorlarda yanma sürecini iyileştirmek için yoğun çalışmalar yapmaktadırlar. Özellikle NOx emisyonlarının azaltılmasında yakıt enjeksiyon başlangıç zamanının değiştirilmesi, getirilen çözüm önerilerinden biridir. Bu tez çalışmasında petrol kaynaklı yakıtlara alternatif olarak Fischer-Tropsch (FT) yöntemi ile yerli linyit kullanılarak üretilen dizel ve etanol-2-bütanol-dizel yakıt karışımı kullanımının, farklı enjeksiyon ve supap zamanlarına bağlı olarak motor performans ve emisyonları üzerine etkisi incelenmiştir. Bu tez çalışmasında seçilen yakıtlar ile CO2 emisyonunda %7 iyileşme sağlanır iken kurum oluşumunda %45 azalma elde edilmiştir. Ayrıca FT yakıtta enjeksiyon başlangıç zamanının değiştirilmesi ile CO emisyonunda %40, HC emisyonunda %94 ve NOx emisyonunda %63 oranında azalma tespit edilmiştir. Bu tez çalışmasında aynı zamanda egzoz supabının açılma zamanı değiştirilmiştir. Supap zamanının değiştirilmesi ile kurum ve NOx emisyonlarının önemli oranda değiştiği tespit edilmiştir. Diğer taraftan egzoz supabının erken açılması ile indike ortalama efektif basınçta %6'ya kadar artış görülmüştür.

Abstract:
Diesel engines are still preferred today due to their high efficiency and durability. The European Union is tightening diesel engine emission limits day by day to meet its commitments under the Paris Climate Agreement. Exhaust gas treatment systems must be used to meet the NOx and particulate matter limits set by the European Commission. The EU, with directive 2009/28/EC, encourages the use of high oxygen content alternative fuels to reduce the greenhouse gas effects of petroleum-based fuels. In the United States, the EPA has promoted the use of alternative fuels by recommending the addition of 10-15% ethanol to petroleum-based fuels since 2011. Due to increasing environmental issues, regulations announced by the EU and EPA have triggered the development of fuels alternative to fossil fuels.
Researchers and automotive companies are working intensively to improve the combustion process in diesel engines as emission regulations become more stringent. One proposed solution to reduce NOx emissions is to change the start time of fuel injection. In this thesis, the effects of diesel fuel that is produced from domestic lignite with the Fischer-Tropsch (FT) method and an ethanol-isobutanol-diesel fuel mixture, as alternatives to petroleum-based fuels, on engine performance and emissions were examined, depending on different injection and valve timings. With the selected fuels in this thesis, a 7% reduction in CO2 emissions and a 45% reduction in soot were achieved. Additionally, it was found that by changing the start of injection with FT fuel, CO emissions decreased by 40%, HC emissions by 94% and NOx emissions by 63%. In this thesis, the opening time of the exhaust valve was also changed. It was found that changing the valve timing significantly affected soot and NOx emissions. On the other hand, an increase of up to 6% in indicated mean effective pressure was observed with the early opening of the exhaust valve.