Setan geliştirici katkılı dizel/ kenevir yağı yakıt karışımlarının dizel motor performans ve emisyon etkilerinin araştırılması ve optimizasyonu
Investigation and optimization of diesel engine performance and emission effects of diesel/hemp oil fuel blends with cetane improver additives
Yazar: MUSTAFA OĞUZ KAAN BAYLAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET EMİN AKAY
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering

Özet:
Fosil yakıtların içten yanmalı motorlu taşıtlarda kullanımının son yıllarda artması nedeniyle oluşan yüksek egzoz emisyonları alternatif yakıt arayışlarını hızlandırmıştır. Kullanılabilecek alternatif yakıtların birçoğunda dizel motorlar üzerinde revizyonlar yapılması gerekmektedir. Bu nedenle, biyodizel yakıtlar ve yakıt karışımları ile yapılan birçok çalışmada dizel motorlarda revizyon yapılmadan alternatif yakıtlar kullanılmış, oluşan olumsuzlukların giderilmesi ve motor performasının artırılması ise yakıt katkı maddeleri ile sağlanmıştır. 
Bu çalışmada kenevir tohumu yağı (sabit %5), üç farklı oranlarda setan artırıcı yakıt katkısı 2-EHN (%10, %12,5 ve %15) ve üç farklı oranlarda dizel yakıt (%85, %82,5 ve %80) ile yakıt karışımları elde edilmiştir. Oluşturulan yakıt karışımları ve saf dizel (%100 dizel) yakıtı, tek silindirli dizel motorda test edilerek fren özgül yakıt tüketimi   
(FÖYT) ve egzoz emisyonları açısından incelenmiştir. Bu çalışmada ayrıca fren özgül yakıt tüketimi ve egzoz emisyonları için optimum 2-EHN oranı ve motor yükü, yanıt yüzey yöntemi (RSM) vasıtası ile belirlenmiştir. Deneylerde elde edilen sonuçlara göre kenevir tohumu yağının ve 2-EHN yakıt katkısının emisyon değerleri açısından en iyi sonuçları verdiği görülmüştür. 
Emisyonlar açısından sonuçlar incelendiğinde, D100 yakıtına kıyasla genel olarak üç yakıt karışımı için düşük emisyon sonuçları elde edilmiştir. Yakıt karışımlarından D82.5K5E12.5 yakıtı; karbon monoksit (CO) oranında %27 azalma, hidrokarbon (HC) oranında %47 azalma ve karbondioksit (CO2) oranında %2,2 azalma elde edilmiştir. Oksijen (O2) oranı tüm yakıt karışımında %0,1-0,2 düşüş göstermiştir. Ancak azot oksit (NOX) oranı D82.5K5E12.5 karışımında %30 ile diğer karışımlara göre daha fazla artış göstermiştir. 
Bu çalışma da ikinci aşamada RSM ile optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneylerin sonuçları ışığında, emisyonlar ve fren özgül yakıt tüketimi RSM ile analiz edilmiş, korelasyon denklemleri oluşturulmuş ve bu denklemler aracılığıyla optimum parametreler tespit edilmiştir. RSM ile FÖYT ve diğer tüm emisyon değerlerinin minimum olması için optimizasyon yapılmıştır. Yapılan optimizasyon sonucunda yapılan yakıt karışımlarında, 2-EHN miktarının %6 artırılması ve 1.500 W motor yükünde emisyonlar için optimum sonuçları vereceği bulunmuştur. Daha sonra optimizasyon sonuçları doğrulanmış ve ortalama %2,78 bağıl hata ile optimizasyonun başarılı olduğu belirlenmiştir. 
Bu çalışma ile kenevir tohumu yağı, 2-EHN setan artırıcı ile dizel yakıt karışımının emisyonlar açısından iyi bir alternatif yakıt olabileceği görülmektedir. Birçok parametre ile yakıtların incelenmesi gerektiğinden RSM'nin uygun bir yöntem olduğu doğrulama deneyi ile görülmüştür.

Abstract:
The high exhaust emissions caused by the increase in the use of fossil fuels in internal combustion engine vehicles in recent years have accelerated the search for alternative fuels. Many of the alternative fuels that can be used require revisions on diesel engines. In many studies conducted with biodiesel fuels and fuel mixtures, the mentioned fuels were used without revision in diesel engines, and the elimination of the resulting negativities and the increase in engine performance were made with fuel additives. In this study, fuel mixtures were obtained with hemp seed oil (fixed 5%), three different rates of cetane enhancing fuel additive 2-EHN (10%, 12.5% and 15%) and three different rates of diesel fuel (85%, 82.5% and 80%). The fuel mixtures and pure diesel (100%) fuel were tested in a single-cylinder diesel engine and examined in terms of brake specific fuel consumption (FÖYT) and exhaust emissions. In this study, the opti 
mum 2-EHN ratio and engine load for brake specific fuel consumption and exhaust emissions were determined by the response surface method (RSM). According to the  results obtained in the experiments, it was seen that hemp seed oil and 2-EHN fuel additive gave the best results in terms of emission values.
In terms of emissions, low emission results were generally obtained for the three fuel mixtures compared to D100 fuel. D82.5K5E12.5 fuel from the fuel mixtures; 27% reduction in carbon monoxide (CO), 47% reduction in hydrocarbon (HC) and 2.2% reduction in carbon dioxide (CO2) was obtained. Oxygen (O2) ratio decreased by 0.1-0.2% in all fuel mixtures. However, nitrogen oxide (NOX) ratio increased by 30% in D82.5K5E12.5 mixture compared to other mixtures.
In this study, optimization was performed with RSM in the second stage. Considering the experiments, emissions and brake specific fuel consumption were analyzed with RSM, correlation equations were created and optimum parameters were determined through these equations. Optimization was performed with RSM to minimize FÖYT and all other emission values. As a result of the optimization, it was found that increasing the amount of 2-EHN by 6% and at 1500 W engine load would provide optimum results for emissions in the fuel mixtures. Later, the optimization results were verified and it was determined that the optimization was successful with an average relative error of 2.78%.
As a result of this study, it is seen that the mixture of hemp seed oil, 2-EHN cetane enhancer and diesel fuel can be a good alternative fuel in terms of emissions. Since fuels need to be examined with many parameters, it was seen with the verification experiment that RSM is a suitable method.