Doğalgaz kullanılan çift yakıtlı bir dizel motorunda biyoyakıt ve katkı maddesi kullanımının kısmi yüklerdeki performans ve emisyon karakteristiklerine etkileri
Effects of biofuel and additive usage on the partial load performance and emission characteristics of a dual-fuel diesel engine fueled with natural gas
Yazar: GÖKHAN ERGEN
Danışman: DOÇ. DR. MURAT KARABEKTAŞ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Alternatif yakıtlar = Alternative fuels ; Biyodizel = Biodiesel ; Dizel motorlar = Diesel engines ; Doğal gaz kullanımı = Natural gas using ; Doğal gazlı motorlar = Natural gas engines

Özet:
Yüksek performansları, düşük yakıt tüketimleri ve maliyetleri gibi özellikleri nedeniyle dizel motorlu taşıtlara ilgi artmaktadır. Bunun yanında, petrol kaynaklarının azalması, petrol fiyatlarının yükselmesi ve taşıtlardan kaynaklanan kirliliğin önemli oranda artması sonucunda ise dizel motorlarında kullanılabilecek alternatif yakıt arayışları gündeme gelmektedir. Doğalgaz, yakıt özellikleriyle ve düşük fiyatı nedeniyle, dizel motorlarında kullanımı uygun bir yakıt olarak değerlendirilmektedir. Hava kirliliğini ve petrole bağımlılığı azaltıcı etkilerinin yanı sıra, rezervlerinin yeterli olması nedeniyle, taşıtlarda doğalgaz kullanımına yönelik, gerek motor üreticileri, gerekse kullanıcıları teşvik edilmektedir. Dizel motorlarında doğalgaz kullanımı hususunda yapılan çalışmalarda, yakıt maliyetlerinin düştüğü ve egzoz emisyonlarında iyileşmeler olduğu ifade edilmektedir. Ancak, doğalgaz kullanımı sonucunda, belirli çalışma koşullarında, motor performans karakteristikleri ve egzoz emisyonları yönünden bazı olumsuzluklar olduğu da belirtilmektedir.Bu çalışmada, dizel motorlarında doğalgaz kullanımından kaynaklanan sorunların giderilmesine yönelik olarak, farklı pilot yakıt kullanımı ve katkı maddesi uygulamalarının etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, yüksek setan sayısına ve oksijen içeriğine sahip biyodizel ve diglyme kullanılmıştır. Biyodizel, pilot yakıt olarak motorin yerine kullanılmış, diglyme ise doğalgaza fumigasyon yöntemiyle katkı maddesi olarak ilave edilmiştir.Çalışmada, tek silindirli bir dizel motoru çift yakıtla çalışır duruma getirilmiştir. Bu koşullarda, motorinle ve farklı oranlardaki doğalgaz-motorin yakıtlarından oluşan çift yakıt uygulamasıyla deneyler gerçekleştirilmiştir. Tam yük ve kısmi yük şartlarında gerçekleştirilen deneyler sonucunda, elde edilen veriler dikkate alınarak, sorunlu çalışma bölgeleri tespit edilmiş, bu çalışma koşullarında, biyodizel kullanımı ve diglyme katkısını içeren deneyler yapılmıştır. Deneyler sonucu elde edilen veriler, çalışmanın sonunda grafikler yardımıyla karşılaştırmalı olarak sunulmuş, ayrıca Ki Kare Testi kapsamında ANOVA ve S/N bulguları dikkate alınarak yorumlanmıştır.Verilerin değerlendirilmesi sonucunda, çift yakıt yöntemiyle doğalgaz kullanımının motorin kullanımına göre düşük-orta motor yüklerinde, motor performans karakteristikleri ve egzoz emisyonları yönünden bazı olumsuzluklara neden olduğu saptanmıştır. Buna yönelik olarak gerçekleştirilen biyodizel kullanımı ve diglyme katkısı uygulamaları ile doğalgaz kullanımına göre, efektif verim ve özgül enerji tüketimi değerlerinde iyileşme elde edildiği belirlenmiştir. Ayrıca diglyme katkısının HC emisyonlarında, biyodizel kullanımının ise HC ve CO emisyonlarında iyileşmeye yol açtığı gözlemlenmiştir. Biyodizel kullanımı ve diglyme katkısı ile NO emisyonlarının doğalgaz kullanımına göre bir miktar artış gösterdiği belirlenmiştir.

Abstract:
For reasons such as their high performance, low fuel consumption and costs, interest in vehicles with diesel engines is growing. Besides, the issue of finding alternative fuels for diesel engines has begun to be considered as a result of decrease in oil reserves, rise in oil prices and the significant increase in air pollution caused by motor vehicles. The use of natural gas in diesel engines is considered to be suitable because of its fuel features and low price. Both engine manufacturers and users are being encouraged to use natural gas in motor vehicles as it not only reduces air pollution and reliance on oil but also has adequate reserves. It is stated in the studies considering the use of natural gas in diesel engines that the fuel costs have decreased and that there has been improvement in exhaust emissions. However, it is also stated that under specific operating conditions, some problems related with engine performance characteristics and exhaust emissions originating from the use of natural gas have been observed.In this study, the effects of different pilot fuel use and the application of additives in handling the problems originating from the use of natural gas are evaluated. For this purpose, biodiesel and dglyme, which have high cetane number and oxygen content, were used. Biodiesel was used as pilot fuel instead of diesel fuel, and diglyme was added to natural gas through fumigation method.In the study, firstly, a single-cylinder diesel engine was equipped in order to operate with dual fuel. Under these circumstances, experiments on the application of diesel fuel and dual fuel containing of diesel fuel and natural gas at different rates were carried out. Having taken the data obtained from the experiments carried out under the conditions of full load and part load into consideration, the problematic parts, have been determined and under these circumstances experiments focusing on the use of biodiesel and diglyme as an additive have been carried out. Data obtained from these experiments are presented comparatively through diagrams at the end of this study, and are also discussed within the context of chi-square test by regarding the ANOVA and S/N data.By evaluating the experimental data, it has been determined that at low-medium engine loads, the use of natural gas through dual fuel method in comparison with the use of diesel fuel has resulted in some problems regarding engine performance and exhaust emissions. The use of biodiesel and the application of diglyme as an additive to resolve such problems resulted in improvement in the brake thermal efficiency and specific energy consumption in comparison to the use of natural gas. Moreover, it has been observed that the application of diglyme caused an improvement in HC emissions and the use of biodiesel resulted in improvement in HC and CO emissions. It has also been observed that the use of biodiesel and the application of diglyme as an additive caused a slight increase in NO emissions in comparison to the use of natural gas.