Farklı sıkıştırma oranlarındaki buji ateşlemeli bir motorda doğalgaz ve doğalgaz - hidrojen karışımlarının yakıt olarak kullanılmasının araştırılması
Investigation of the use of natural gas and natural gas - hydrogen mixtures as a fuel in a si engine at different compression ratios
Yazar: SELİM TANGÖZ
Danışman: PROF. DR. NAFİZ KAHRAMAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Buji ateşlemeli motorlar = Spark ignition engines

Özet:
Geçtiğimiz yüzyılda sanayinin gelişmesi ve ulaşım sektöründe içten yanmalı motorların kullanılması ile petrol esaslı yakıtların tüketimi hızla artmıştır. Fakat petrol esaslı yakıtların ekolojik çevreye verdiği zararların görülmesi ve petrol fiyatlarının aşırı değerlenmesi alternatif yakıtların geliştirilmesi için değişik çalışmaların yapılmasına sebep olmuştur. Son zamanlarda içten yanmalı motorlar için alternatif yakıt olarak düşünülen yakıtlardan bir tanesi de ekonomik ve düşük emisyon yoğunluğuna sahip hidrojen-doğalgaz karışımlarından oluşan HCNG yakıtıdır.
Bu tez çalışması ile bir buji ateşlemeli motorda doğalgaz ve doğalgaz-hidrojen karışımı yakıtların motor performans ve emisyon parametrelerine etkisi incelenmiştir. Yapılan deneylerde değişik oranlarda hidrojenle zenginleştirilmiş doğalgaz yakıtı (% 100 CNG, % 95 CNG + % 5 H2, %  90 CNG + % 10 H2 ve % 80 CNG + % 20 H2) alternatif yakıt olarak kullanılmıştır. Ayrıca deneyler 9.6, 12.5 ve 15 sıkıştırma oranlarında ve tam yük koşullarında yapılmıştır. 1150, 1500, 2000 ve 2500 d/d motor devirlerinde yapılan deneyler 0.90-1.3 hava fazlalık katsayısı aralığında ve 5, 10, 15 ve 20 KMA ateşleme avanslarında gerçekleştirilmiştir.
Yapılan çalışmalarda, performans değerleri açısından saf doğalgaz yakıtı için 12.5 ve 15 sıkıştırma oranlarının hidrojence zenginleştirilmiş yakıtlar için ise 9.6 sıkıştırma oranının daha uygun olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, deneylerden elde edilen HC ve CO emisyonlarının Euro-5 standartlarından daha düşük olduğu görülmüştür. Son olarak, CNG içerisindeki hidrojen oranının artması ile NOX emisyonlarının arttığı izlenmiştir.

Abstract:
Because of the development of industry and the use of internal combustion engines in the transport sector, the consumption of petroleum-based fuels has grown rapidly in the last century. However, some reason such as the occurrence of damage to the ecological environment of petroleum-based fuels and increasing of oil prices has led to various studies for the development of alternative fuels. One of considered fuel as an alternative fuel for internal combustion engine is economical HCNG fuel forming with hydrogen-natural gas mixture and having low-emission intensity.
In this study, the effects of engine performance and emissions characteristics of a spark ignition engine have been investigated fuelled by hydrogen enriched compression natural gas. Hydrogen enriched compression natural gas fuels (100% CNG, 95% CNG + 5% H2, 90% CNG + 10% H2 and 80% CNG + 20% H2) have been used as alternative fuels in the experiments. Moreover, the experiments have been carried out at 9.6, 12.5 and 15 different compression ratios under full load conditions. The experiments carried out at 1150, 1500, 2000 and 2500 d/d engine speeds have been performed in the range of 0.90-1.3 excess air ratio and at 5, 10, 15 and 20 ignition advances.  
In the experiments, compression ratio of 12.5 and 15 have been found to be more suitable for natural gas while 9.6 compression ratio is the best compression ratio for hydrogen-natural gas blends in terms of engine performance values. Furthermore, HC and CO emissions were found to be lower than the Euro-5 standard. Finally, the increase of NOX emissions was monitored with increasing of the hydrogen rate in CNG.