Bir dizel motorda farklı enjeksiyon stratejileri altında dietil eter katkılı etanol/biyodizel yakıtlarının düşük sıcaklıklı yanmasının araştırılması
Investigation of low temperature combustion of diethyl ether added ethanol/biodiesel fuels under different injection strategies in a diesel engine
Yazar: BAHAR BATMAZ
Danışman: DOÇ. DR. MÜJDAT FIRAT
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Taşıt Tahrik ve Güç Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alternatif yakıtlar = Alternative fuels ; Biyodizel = Biodiesel ; Etanol = Ethanol ; Eterler = Ethers ; Yanma hızı = Combustion velocity

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında dizel bir motorda alternatif yakıtlardan olan biyodizel, etanol ve dietil eter kullanımının yanma ve kirletici emisyonlara etkileri farklı enjeksiyon stratejileri ve düşük sıcaklıklı yanma şartları altında deneysel olarak araştırılmıştır. Yapılan deneylerde tek silindirli dizel bir motor kullanılmıştır. Biyodizel motora yüksek basınçlı yakıt enjeksiyon sistemi ile direkt enjekte edilirken, etanol veya dietil eter katkılı etanol hem port hem de direkt enjeksiyon yöntemleri ile enjekte edilmiştir. Bu durum farklı enjeksiyon zamanlamalarının da incelenmesine olanak sağlamıştır. Yapılan deneylerde motor %25, %50 ve %75 motor yüklerinde, 2400 d/d sabit motor devri ile çalıştırılmıştır. Bu şartlarda öncelikle port enjeksiyon stratejisi kullanılarak sırasıyla biyodizel (BD%100), biyodizel-etanol (BDE) ve biyodizel-etanoldietil eter(BDE%10DEE-BDE%30DEE) karışımları farklı enerji içeriklerine göre hazırlanarak deneyler
yapılmıştır. İkincil yakıtın toplam enerji içeriği %30 oranında sabit tutulmuştur. Ardından aynı işlemler aynı sıralama gözetilerek direkt enjeksiyon stratejisi kullanılarak yapılmıştır. Sonrasında farklı enjeksiyon zamanlamalarının etkilerini görebilmek için direkt enjeksiyon stratejisi kullanılarak diğer deneylerde sabit tutulan -340 krank mili açısı değiştirilerek -260, -180 ve -100 krank mili açısıyla etanol veya %20 dietil eter katkılı etanol enjeksiyonu sağlanmıştır.
Elde edilen sonuçlara göre biyodizele eklenen yakıtların enjeksiyon stratejisi ve oran gözetmeksizin %25 ve %50 motor yükünde CO emisyonlarını artırdığı ancak %75 motor yükünde düşürdüğü görülmüştür. HC emisyonları için yine enjeksiyon stratejisi ve oran gözetmeksizin tüm motor yüklerinde etanole eklenen dietil eter oranının artması ve motor yükünün artmasıyla düşük sıcaklıklı yanma şartları için önemli azalmalar elde edilmiştir. NO emisyonu için %25 ve %50 motor yüklerinde biyodizele kıyasla düşüş yaşansa da %75 motor yükünde artış görülmüştür. Duman opaklığında, genel olarak tüm motor yükü ve yakıt oranları için biyodizele göre düşüş gözlenmiştir. CO, HC emisyonları, enjeksiyon zamanlaması üst ölü noktaya yaklaştıkça genel olarak düşüş eğilimi göstermiştir. Elde edilen sonuçlar düşük sıcaklıklı yanma konseptlerinin geliştirilebilmesi bakımından umut verici olarak değerlendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Alternatif yakıtlar, Düşük sıcaklıklı yanma, Biyodizel, Etanol, Dietil eter

Abstract:
The effects of alternative fuels like biodiesel, ethanol, and diethyl ether in a diesel engine on combustion and pollutant emissions were investigated experimentally in this thesis using different injection strategies and low temperature combustion conditions. A single cylinder diesel engine was used in the experiments. While biodiesel was injected directly into the engine using a high-pressure fuel injection system, ethanol or ethanol with diethyl ether was injected via port and direct injection. The direct injection method also allowed for the testing of various injection timing. The engine was run at 25%, 50%, and 75% engine loads with a constant engine speed of 2400 rpm during the tests. Experiments were carried out in these conditions by using the port injection strategy to prepare biodiesel (BD100%), biodiesel-ethanol (BDE), and biodiesel-ethanol-diethyl ether (BDE 10%DEE-BDE 30%DEE) mixtures with different energy contents. The secondary fuel's total energy content was kept constant at 30%. The same operations were then carried out in the same order using the direct injection strategy. Following that, using the direct injection strategy, the injection start time (-340 crank angle), which had been kept constant in previous experiments, was changed, and ethanol or 20% diethyl ether added ethanol injection was provided with crankshaft angles of -260, -180, and -100. According to the findings, the fuels added to biodiesel increased CO emissions at 25% and 50% engine load, but decreased them at 75% engine load, regardless of injection strategy (port or direct) or premixed ratio. For low-temperature combustion conditions, significant reductions in HC emissions were obtained by increasing engine load and increasing the ratio of diethyl ether added to ethanol at all engine loads, regardless of injection strategy and premixed ratio. Although NO emissions were lower at 25% and 50% engine loads when compared to biodiesel, there was an increase at 75% engine load. For all engine loads and fuel ratios, smoke opacity decreased when compared to biodiesel. As the injection timing approached top dead center, CO and HC emissions generally decreased. The obtained results were considered promising for the development of low-temperature combustion concepts.

Keywords: Alternative fuels, Low-temperature combustion, Biodiesel, Ethanol, Diethyl ether