Düşük ısı kayıplı bir dizel motorda çift yakıt (biyogaz-dizel) kullanımının performans ve emisyonlara etkisi
Effect of using dual fuel (biogas-diesel) on the performance and emissions of a low heat rejection diesel engine
Yazar: İLKER TURGUT YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. METİN GÜMÜŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada, standart ve ısı yalıtımlı motorda dizel, metan, %60 metan-%40 karbondioksit karışımı, %80 metan-%20 karbondioksit karışımı, %80 metan-%10 karbondioksit-%10 hidrojen karışımı yakıtları kullanılmıştır. Motorun yanma odası 400 µm kalınlığında %8 Y2O3 (yitriya) ile kararlı hale getirilmiş ZrO2 (zirkonya) ile plazma sprey tekniği kullanılarak kaplanmıştır. Metal yüzeyler ile seramik kaplama arasında 100 µm kalınlığında NiAl (Nikel-Alüminyum) ara bağlayıcı tabaka uygulanmıştır. 
Çalışmada dört silindirli, su soğutmalı, turbo şarjlı, Common Rail yakıt püskürtme sistemine sahip bir dizel motor kullanılmıştır. Deneyler 1750 d/d'da, 50 Nm, 75 Nm ve 100 Nm yüklerde gerçekleştirilmiştir. Motorun çift yakıtla çalışabilmesi için hava filtresi ve turbo şarj ünitesi arasına bir karışım odası eklenmiştir. Çift yakıtlı çalışmada, ana yakıt olarak biyogaz kullanılırken yanmayı başlatmak için pilot yakıt olarak dizel kullanılmıştır. 
Yapılan deneylerde yanma karakteristikleri (püskürtme zamanı, tutuşma gecikmesi, yanma başlangıcı, maksimum silindir basıncı, maksimum silindir basınç artış oranı, ısı oluşum oranı, kümülatif ısı oluşumu, ısı oluşum merkezi), motor performansı (güç, tork, maksimum silindir içi sıcaklıklar, egzoz gaz sıcaklıkları, volümetrik verim, maliyet analizi, özgül yakıt ve özgül enerji tüketimi) ve egzoz emisyonları (HC, CO2, NOx ve is) belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, standart motorda dizel yakıt kullanılmasıyla elde edilen referans değerler ile karşılaştırılmıştır. 
Isı yalıtımlı motorda dizel yakıt kullanıldığında HC, NOx ve is emisyonlarında iyileşmeler görülmüştür. Maksimum silindir basınçları, maksimum basınç artış oranları ve ısı oluşum oranları gaz yakıtlar ve ısı yalıtımı ile artmıştır. Çift yakıtlı çalışmada CO2 miktarının artışına bağlı olarak HC emisyonları artarken NOx emisyonları azalmıştır. Gaz yakıtların kullanımı ve ısı yalıtımı is emisyonlarında azaltıcı bir etki göstermiştir.

Abstract:
In this study, diesel, methane, 60% methane-40% carbon dioxide mixture, 80% methane-20% carbon dioxide mixture and 80% methane-10% carbon dioxide-10% hydrogen mixtures were used as fuel in a standard and heat insulated engine. Combustion chamber of engine was coated with 400 µm thickness of 8% Y2O3 (yttria) stabilized ZrO2 (zirconia) by the plasma spray method. 100 µm thickness of NiAl (Nickel-Aluminum) bond coat was used between metal surfaces and ceramic coat. 
In the study, four cylinders, water-cooled, turbo charged diesel engine with Common Rail injection system was used. Tests were performed at 1750 rpm, 50 N.m, 75 N.m and 100 N.m loads. In order to run engine as dual-fuel mode, mixing chamber was placed between air filter and turbo charger unit. Biogas was used as the main fuel while diesel engine was used as the pilot fuel to start combustion. 
In the tests performed, combustion characteristics (start of injection, ignition delay, start of combustion, maximum cylinder pressure, maximum rate of pressure rise, rate of heat release, cumulative heat release, center of heat release), engine performance (power, torque, maximum cylinder temperatures, exhaust gas temperatures, volumetric efficiency, cost analysis, brake specific fuel consumption and brake specific energy consumption) and exhaust emissions (HC, CO2, NOx and soot) were determined. Results of the tests were compared with the reference values obtained from diesel fueled standard engine.
Improvements were observed on HC, NOx and soot when diesel fuel was used as in heat insulated engine. Maximum cylinder pressures, rate of pressure raise, rate of heat release increased with using gas mixtures and heat insulation. While HC emissions increased, NOx emissions decreased depending on the rise of CO2 quantity on dual-fuel mode. Heat insulation and use of gas fuel had decreasing impact on soot emissions.