İzopropanol-bütanol-etanol (IBE)'ün dizel ve biyodizel yakıtları ile karışımlarının bir dizel motorunda yanma ve emisyon karakteristiklerine etkisi
The effect of the blends of isopropanol-butanol-ethanol (IBE) with diesel and biodiesel fuels on combustion and emission characteristics in a diesel engine
Yazar: KUDBETTİN İLÇİN
Danışman: PROF. DR. ŞEHMUS ALTUN
Batman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu tez çalışmasında, izopropanol-bÜtanol-etanol (IBE)'den oluşan karışım alkol yakıtının tek silindirli, dört zamanlı ve direk püskürtmeli bir dizel motorunda yakıt olarak kullanılmasının yanma ve egzoz emisyon karakteristiklerine etkisi araştırılmıştır. Bu amaç ile IBE'nin hacimsel olarak %10, %20 ve %30 oranlarında petrol kökenli ticari dizel yakıtı ile karıştırılması ile elde edilen IBE10, IBE20 ve IBE30 karışım yakıtları 2400 devir/dakika sabit motor hızında ve maksimum torkun %20, %40 ve %60'ına karşılık gelen farklı yük durumlarında, 300 bar püskürtme basıncı ve 190KMA püskürtme avansında test edilerek yanma ve egzoz emisyonlarındaki değişim dizel yakıtı kullanımına göre karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlar ticari dizel yakıtına IBE eklenmesi ile düşük yük şartlarında yanmayı geciktirdiği ancak yükün artırılması ile bu gecikmenin azaldığını göstermiştir. Bununla beraber IBE'nin kullanılması silindir gaz basıncı değerlerinde düşük yük durumu hariç bir artışa neden olmuştur. Isı salınımı ise tüm yük kademelerinde artış göstermiş olsa da bu artış yakıttaki IBE miktarı ile orantılı olmamıştır. CO emisyonu yük ve IBE oranı ile önemli bir değişim göstermemiş ancak yanmamış HC emisyonları düşük yük koşullarında IBE'nin artması ile artarken %60 yükte azalmıştır. IBE'nin kullanılması ile duman yoğunluğu önemli bir derecede azalırken NOx emisyonlarındaki değişim karışım oranı ile orantılı olmamıştır. %20 yükte IBE10 kullanımı NOx emisyonlarında artışa sebep olurken; IBE20 ve IBE30 kullanımında ise NOx azalmıştır. Benzer bir durum %60 yük koşullarında da gözlenmiştir. %40 yükte ise IBE'nin artması ile NOx artmıştır. Bu durumda çalışmayı daha ileri getirilmesi adına IBE30 karışım yakıtı önce %60 yük koşullarında ancak farklı avans değerlerinde tekrar denenmiştir. Püskürtme avansının 190KMA'dan sırası ile 150KMA ve 170KMA'ya getirilmesi basınç ve ısı salınımı değerlerinde aynı zamanda NOx'te azalmaya neden olmuş ancak 210KMA ve 230KMA'da yapılan testlerde bu değerlerin daha da arttığı görülmüştür. IBE30 yakıtı önceki koşullarda hacimsel olarak %80 ve %60 oranlarında biyodizel ile karıştırılarak testler tekrarlanmıştır. Biyodizel katılması basınç ve ısı salınımını artırmış bununla beraber yanmamış HC ve NOx emisyonlarını düşürmüştür.

Abstract:
In present thesis study, the effect of the blends of isopropanol-butanol-ethanol (IBE) with petroleum based diesel and biodiesel fuels on combustion and emission characteristics is investigated when they are used in a single-cylinder, four-stroke and direct injection diesel engine as fuel. With this purpose, IBE10, IBE20 and IBE30 blended fuels that obtained by the mixture of IBE at ratios of 10%, 20% and 30% with petroleum diesel fuel were tested under constant engine speed of 2400 rpm and different load cases which corresponds to 20%, 40% and 60% of max. Torque, 300 bar of injection pressure and 190CA of injection timing, and the change in combustion and exhaust emissions was investigated in comparison with the use of diesel fuel. Experimental results have shown that the addition of IBE to diesel fuel at low load conditions delayed the combustion while an increase in load reduces this delaying. Besides, using IBE led to an increase in cylinder gas pressure values except for low load case.  Despite heat release has shown an increase for all loads, this increase is not proportional with the amount of IBE in fuel. CO emissions have not shown an important change with the change in load and IBE rate in fuel, however despite unburned HCs have increased with the increase of IBE ratio at low load, decreased at 60%load.  The change in NOx emissions is not proportional with the blending ratio while the use of IBE smoke opacity reduced considerably. While the use of IBE10 at 20% load caused the increase in NOx, it decreased when IBE20 and IBE30 were used. A similar case is observed at 60% load condition. For 40% load, NOx has increased with the increase of IBE in fuel. In this case, to improve the present study IBE30 was tested again at 60% load however at different injection timings including 150CA, 170CA, 210CA and 230CA. When IT was set as 150CA and 170CA, this caused to an decrease in the values of pressure and heat release as well as NOx however an opposite trend was observed with 210CA and 230CA that these values increased more than previous. The tests were repeated by the mixtures of IBE30 at the rates of 80% and 60% by volume with biodiesel under previous operating conditions. Adding biodiesel increased pressure and heat release, moreover unburned HC and NOx emissions reduced.