Biyodizel kullanan bir dizel motorunda püskürtme avansı ve EGR oranlarının motor performansı ve emisyona etkisinin teorik incelenmesi
A theorical analysis of effects of injection timing and EGR ratios on performance and emission in diesel engine using diesel-biodiesel blends as fuel
Yazar: HAMZA AÇIKALIN
Danışman: DOÇ. DR. ALİ KAHRAMAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Enerji = Energy ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Biyodizel = Biodiesel

Özet:
Bu çalışmada, dizel ve biyodizel yakıtlarını kullanan dört zamanlı, tek silindirli doğrudan enjeksiyonlu bir dizel motorda püskürtme avansının ve egzoz gazı geri dönüşüm (EGR) sisteminin performans ve emisyonlara olan etkisi Diesel-RK simülasyon programı kullanılarak teorik olarak incelenmiştir. Çalışmada dizel ve soya yağı metil esteri (SME)  karışımlarından oluşan SME 20, SME 40 ve SME 100 yakıtları ile 5 farklı püskürtme avansı (üst ölü noktadan önce 8o, 10o, 12o, 16o ve 20o krank mili açısı) ve 3 farklı EGR oranı (%5, %10 ve %15) değerleri kullanılmıştır. Ayrıca, simülasyon motorundan farklı olarak tek silindirli, dört zamanlı, doğrudan enjeksiyonlu süperstar marka bir dizel motorda dizel yakıt ile deneyler yapılmış ve aynı motor özellikleri Diesel-RK simülasyon programı kullanılarak sonuçlar alınmıştır. Deneylerden ve simülasyonlardan elde edilen performans ve emisyon parametreleri karşılaştırılarak Diesel-RK simülasyon programının doğruluğu belirlenmiştir.
Standart püskürtme avansı olan 12o için dizel yakıta kıyasla SME 20, SME 40 ve SME 100 yakıtlarında sırası ile güçte %0.4, %1.3 ve %1.7, momentte %0.4, %1.2 ve %1.6, bosch duman koyuluğunda %9.8, %17.6 ve %32.7, partikül madde emisyonunda (PM) %14.4, %24.7 ve %42.6 oranlarında azalma, özgül yakıt tüketiminde %0.4, %1.2 ve %1.6 ve azot oksit (NOx) emisyonunda %33.2, %70.9 ve %157.9 oranlarında artma gözlemlenmiştir.
Püskürtme avansı açısından incelendiğinde; tüm yakıtlar için püskürtme rötara alındığında (üst ölü noktaya yakın)  güç, moment ve NOx emisyonunda azalma, özgül yakıt tüketimi ile bosch duman koyuluğu ve PM emisyonlarında artma meydana gelmektedir. Püskürtme avansa alındığı (üst ölü noktadan uzak) zaman ise güç, moment ve NOx emisyonunda artma, özgül yakıt tüketimi ile bosch duman koyuluğu ve PM emisyonlarında azalma olduğu belirlenmiştir.
EGR?nin performans ve emisyonlara olan etkisi incelendiğinde, tüm yakıtlar için EGR oranın arttırılması ile motor gücü, momenti ve NOx emisyonu azalmakta, özgül yakıt tüketimi ile bosch duman koyuluğu ve PM emisyonu artmaktadır.

Abstract:
In this study, effects of injection timing and exhaust gas recirculation system (EGR) to performance and exhaust emissions of a single cylinder, four stroke, direct injection diesel engine were investigated theoretically by means of Diesel-RK software. In the second part of the study, Soybean Methyl Esther blends with diesel fuel were used with volumetric blending ratios of 20%, 40% and 100% (SME 20, SME 40 and SME 100).  Other parameters were five different injection timing which were 8o, 10o, 12o, 16o and 20o crankshaft angle before top dead point and three different EGR ratios which were 5%, 10% and 15%. Additionally, a single cylinder ,which is different from the simulation engine, four stroke, direct injection, superstar branded diesel engine was tested experimentally using diesel fuel and simulations were done by applying the specifications of the same engine as input data in Diesel-RK internal combustion simulation software. The reliability of the Diesel-RK software for the engine was tested and determined in this way with the help of a comparison between engine performance and exhaust emission values of experiments and simulations.
At the 12o injection crankshaft angle which is the standard value,  SME 20, SME 40 and SME 100 fuels exhibited 0.4%, 1.3% and 1.7% decrease in power, 0.4%, 1.2% and 1.6% decrease in torque, 9.8%, 17.6% and 32.7% decrease in Bosch smoke intensity and 14.4%, 24.7% and 42.6% decrease in particulate matter (PM), all respectively to the increasing SME amount while specific fuel consumption increased with the ratios of 0.4%, 1.2% and 1.6% and nitrogen oxides with the ratios of 33.2%, 70.9% and 157.9%, comparing with diesel fuel. 
When the results were evaluated in respect of the injection timing; power, torque and NOx were decreased and specific fuel consumption, Bosch smoke intensity and PM emissions were increased for all fuel blends. Conversely, power, torque and NOx were increased and specific fuel consumption, Bosch smoke intensity and PM emissions were decreased when crankshaft angle before top dead point was increased.
EGR, in general, decreases NOx emissions while decreasing engine power and torque also. In addition, specific fuel consumption, Bosch smoke intensity and PM emissions were increased by the EGR utilization.