Pozitif ateşlemeli doğalgaz yakıtlı bir motorda çevrim atlatma yöntemlerinin araştırılması
Investigation of cycle skip methods in a positive ignition natural gas fuel engine
Yazar: ERDAL TUNÇER
Danışman: DOÇ. DR. TARKAN SANDALCI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Buji ateşlemeli motorlar = Spark ignition engines ; Doğal gazlı motorlar = Natural gas engines ; Homojen karışımlı sıkıştırmalı ateşlemeli motorlar = Homogeneous charge compression ignition engines

Özet:
Fosil yakıtların giderek azalması, fosil yakıt kullanımının yaygınlaşmasının doğaya ve insanlara verdiği zararların artması ile araştırmacıların bu zararları azaltacak ve fosil yakıtların daha verimli kullanılmasına yönelik çalışmalara ağırlık verdiklerini görmekteyiz. Fosil yakıtların kullanıldığı alanların en başında ise neredeyse hayatımızın her alanında kullanılan içten yanmalı motorlar gelmektedir. Günümüzde içten yanmalı motor üreticileri ve endüstriyel kullanıcılar, motorların performanslarının yanı sıra emisyon salımı konularına da önem vermektedirler. Bu çalışmaların yapılması üreticilerin ürünlerine bir pazarlama avantajı sağlarken, çalışmaların yapılmasının asıl sebebinin yasa koyucuların zorlamaları olduğunu görmekteyiz. 
İster yasaların zorlaması isterse satış avantajı olsun araştırmacılar bu konular üstüne eğilerek ciddi mesailer harcamakta, yeni ürünler ve yeni teknolojiler geliştirmektedirler. Bu kapsamda yapılan çalışmalardan en önemlisini ise uzun yıllardır üzerinde çalışılan alternatif yakıtlar oluşturmaktadır. Bu yakıtların kullanımı genel olarak düşünülmeli; verim, emniyet, çevreye etki, kaynak miktarı, ulaşılabilirlik, fiyat ve depolama gibi birçok kıstas göz önünde bulundurulması günümüz şartları için bir zorunluluktur. Doğalgaz bu bağlamda düşünüldüğünde içten yanmalı motorlarda kullanılması uygun olabilecek en önemli alternatif yakıtlardan biri olarak ortaya çıkmaktadır. Yukarıda sayılan özellikler ve işletme maliyetleri düşünüldüğünde doğalgaz, ağır hizmet amaçlı jeneratörler için de önemli bir yakıttır. Sanayi ve evsel kullanımda binalarda kurulu güç enerji tüketimi yapan cihazların anma güçleri üzerinden hesaplanmaktadır. Fakat bu tüketim kaynaklarının eşzamanlı olarak anma gücünü çekme olasılığının düşük olması sebebiyle her sistem için farklı olmak üzere eşzamanlılık faktörü üzerinden jeneratör güçleri belirlenmektedir. Jeneratör güç çıkışı sınırlı bir kaynaktır ve enerji üretimi continuous, prime, standby olarak kademeli olarak adlandırılmaktadır. Jeneratör çıkış gücü standby gücünü geçemeyeceği için genellikle korumacı bir yaklaşım ile gerçek tüketim değerlerinin üstünde jeneratör gücü seçimi yapılır, bu sebeple de jeneratör genellikle kısmı yük altında çalışmaktadır. 
Küresel ısınmanın en önemli sebebi olan sera etkisini arttıran 〖CO〗_2, ağırlıklı olarak fosil yakıtların kullanılması ile ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada jeneratör motoru olarak kullanılan bir sıkıştırma ateşlemeli motor pozitif ateşlemeli hale getirilerek; kimyasal formülü 〖C_12 H〗_23  olan dizel yakıt yerine, 94%'ü kimyasal formülü 〖CH〗_4 (metan) ve 〖C_2 H〗_6 (etan) dan oluşan doğalgaz kullanılarak daha düşük karbon salımı gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda bu çalışmada kısmi yükler için gaz kelebeğini kapatmadan, yakıt püskürtme ve ateşleme kesilerek istenilen güç elde edilmiş böylelikle bazı çevrimlerde yanma oluşumu engellenerek çevrim atlatma yöntemi uygulanmıştır, atlatılan çevrimlerin çoğalması ile özgül yakıt tüketiminin ve bazı emisyon değerlerinin ciddi oranda düştüğü gözlemlenmiştir.

Abstract:
Efforts to reduce these damages related to the reduction of fossil fuels, the widespread use of fossil fuels, to increase the damage to nature and people, and to work on the more efficient use of fossil fuels. Within the construction of fossil tanks, the internal combustion engines used in the plant are developing. Today, in addition to internal combustion engine manufacturers and industrial drivers, they are also those who give importance to the emissions of the sub-industry. While a marketing application is made to their products to be used in this way, we inform you that the main purpose is to enforce the lawmakers. Whether for the sake of the laws or their lives, they spend time focusing on these issues, and they are the developers of new products and new technologies. Problems of alternatives studied in these broad areas. The use of these fuels should be considered in general; It is an installation for preparation for keeping criteria in mind from places such as efficiency, safety, benefit, resource use, price and storage. When natural gas is used in this way, it is mentioned as one of the alternatives suitable for use in internal combustion engines.
Considering the above-mentioned features and operating costs, natural gas is also an important fuel for heavy-duty generators. In industrial and domestic use, the installed power in the buildings is calculated over the rated power of the devices that consume energy. However, due to the low probability of drawing rated power simultaneously from these consumption sources, generator powers are determined by the simultaneity factor, different for each system. Generator power output is a limited resource and power generation is called continuous, prime, standby. Since the generator output power cannot exceed the standby power, the generator power is generally selected above the actual consumption values with a protective approach, therefore the generator usually works under partial load.
〖CO〗_2, which increases the greenhouse effect, which is the most important cause of global warming, is mainly caused by the use of fossil fuels. In this study, a compression ignition engine used as a generator engine was made positive ignition; Instead of dieselfuel with chemical formula 〖C_12 H〗_23, lower carbon emissions have been achieved by using natural gas with 94% chemical formula 〖CH〗_4 (methane) and 〖C_2 H〗_6 (ethane). At the same time, in this study, without closing the throttle for partial loads, the desired power was obtained by cutting the fuel injection and ignition, thus preventing the formation of combustion in some cycles, and the cycle skip method was applied.