İçten yanmalı bir motorda hidrojenle zenginleştirilmiş metanol-benzin karışımlarının performans ve emisyona etkisinin deneysel incelenmesi
Experi̇mental investigation of performance and emissions of hydrogen-enriched metanol-gasoline blends in internal combustion engines
Yazar: MURAT TAŞTAN
Danışman: PROF. DR. İLKER YILMAZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alternatif yakıtlar = Alternative fuels ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions ; Motor performansı = Motor performance ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Yapılan bu tez çalışmasında, buji ateşlemeli bir içten yanmalı motorda hidrojenle zenginleştirilmiş metanol–benzinin karışımlarının  (M5B95, M10B90, M15B85, M20B80) motor performansına ve emisyonuna etkisi incelenmiştir. Deneyler için dört silindirli, dört zamanlı ve su soğutmalı bir motor kullanılmıştır. Isıl verim, özgül yakıt tüketimi, silindir içi basınç gibi motor performans değerleri ile motor egzoz emisyon değerleri (CO, CO2, HC, NOx) tespit edilmiştir. Benzine kütlesel olarak %5, %10, %15 ve %20 oranlarında metanol ilave edilmiştir.  Karışımlı yakıtlara hacimsel olarak %15 e kadar (%3, %6, % 9, %12 ve %15) hidrojen ilavesi yapılmıştır. Metanol – benzin karışımlı yakıtlar için çalışmalar yüksüz, yarım yük ve tam yük koşullarında, hidrojen ilaveli çalışmalar ise yarım yükte yapılmıştır. 2000 motor devrinde yapılan deneyler sabit hava fazlalık katsayısı ve ateşleme avansında gerçekleştirilmiştir.
Elde edilen sonuçlara göre benzine metanol ilavesi ile özgül yakıt tüketimi benzine göre sırası ile  %10,3, %13,6, %18,8 ve  %23 e kadar artarken ısıl verim ise benzine göre sırası ile %7,3, %7,7, %8 ve %10,5 oranında azalmıştır. Hidrojen ilavesi ile metanol karışımlı yakıtlarda %10 ile %15 arasında özgül yakıt tüketiminde düşüş görülmüştür. Karışımlara hidrojen eklenmesi ile ısıl verimler %8 ile %10 arasında artmıştır. M15B85H15 yakıtı benzin ile yaklaşık aynı özgül yakıt tüketimi ve ısıl verimi vermiştir.
Benzine metanol eklenmesi sonucu sırası ile HC, CO ve CO2 göreceli olarak %32, %30 ve %4 oranında azalmıştır. Hidrojen ilave edilmesi ile HC, CO ve CO2 sırası ile %30, %75 ve %12 oranında azalmıştır. Metanol ilavesi ile fazla değişim göstermeyen NOx ve hidrojen ilavesi ile yaklaşık %50 artmıştır.

Abstract:
In this study, effects of hydrogen-addition on the performance and emission characteristics of methanol-gasoline blends in a spark ignition (SI) engine were investigated. Experiments were conducted with a four-cylinder and four stroke spark ignition engine. Performance tests were performed via measuring brake thermal efficiency, brake specific fuel consumption, cylinder pressure and exhaust emissions (CO, CO2, HC, NOx). These performance metrics were analyzed under three engine load conditions (no load, 50% and 100%) with a constant speed of 2000 rpm. Methanol was added to the gasoline up to 15% by volume (5%, 10% and 15%). Besides, hydrogen was added to methanol-gasoline mixtures up to 15% by volume (3%, 6%, 9%, 12% and 15%). Results of this study showed that methanol addition increases BSFC by 23% and decreases thermal efficiency by 10.5% compared to the gasoline. By adding hydrogen to the methanol blendings, the BSFC decreased by 15% and the thermal efficiency increased by 10% compared to the gasoline. Hydrogen addition to methanol blends reduces exhaust emissions by about 30 %, 75% and 12 % of the mean average values of HC, CO and CO2 emissions, respectively. Lastly, ıt was concluded that hydrogen addition improves combustion process; CO, CO2 and HC emissions reduce as a result of the leaning effect caused by the methanol addition; NOx emission increases because of the improved combustion.