Motorin ve biyodizel karışımlarının motor gürültüsü ve emisyonlara etkisi
Effects of blends of diesel and biodiesel on engine noise and emissions
Yazar: MAHMUT İNCE
Danışman: PROF. DR. CAN HAŞİMOĞLU
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Alternatif yakıtlar = Alternative fuels ; Biyodizel = Biodiesel

Özet:
Bu çalışmada, biyodizel ve dizel yakıt karışımlarının tek silindirli bir dizel motorun performansı, emisyonları, gürültüsü ve titreşimi üzerindeki etkileri 1800 ve 2800 devir/dakika motor hızlarında kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Biyodizel, dizel yakıta göre daha düşük kalorifik değere sahip olmasına rağmen, yüksek viskozitesi, setan sayısı ve parlama noktası gibi özellikleri ile motor performansında önemli etkiler yaratmaktadır. Araştırmada, saf motorin (D100) ve biyodizelin %10 (B10) ve %20 (B20) oranında karıştırıldığı üç farklı yakıt türü kullanılmıştır. Deneysel veriler, motorun tork, egzoz sıcaklığı, gürültü, titreşim ve emisyon parametrelerini değerlendirmekte kullanılmıştır.
Sonuçlar, biyodizel karışımlarının motor performansını tam yükte nispeten koruduğunu ancak benzer güç çıkışı elde etmek için daha fazla yakıt tüketimine neden olduğunu göstermiştir. Biyodizelin yüksek oksijen içeriği ve setan sayısı, yanma verimliliğini artırarak karbon monoksit (CO) ve yanmamış hidrokarbon (HC) emisyonlarını düşük ve orta motor yüklerinde azaltmıştır. Ancak, biyodizelin oksijen içeriği ve daha uzun tutuşma gecikmesi, özellikle tam yük koşullarında yüksek yanma sıcaklıklarına yol açmış ve bu da azot oksit (NOx) emisyonlarında artışa neden olmuştur.
Motor gürültüsü incelendiğinde, biyodizel karışım oranı arttıkça 1800 d/dk'da gürültü seviyelerinde artış, 2800 d/dk'da ise azalma gözlemlenmiştir. Bu durum, biyodizelin düşük devirlerde motor gürültüsünü artırırken, yüksek devirlerde gürültü seviyesini düşürdüğünü göstermektedir. Motor titreşimlerinde ise, 1800 d/dk'da tam yük koşullarında azalma, 2800 d/dk'da ve B20 karışımı ile artış görülmüştür. Titreşimdeki bu artış, biyodizelin viskozitesine bağlı olarak artan tutuşma gecikmesi ile ilişkilendirilmiştir.
Egzoz gazı sıcaklıkları, biyodizel karışımları ile hafifçe artmış ve daha eksiksiz yanma süreciyle uyumlu olarak karbondioksit (CO₂) emisyonlarında da artış gözlemlenmiştir. Bu dezavantajlara rağmen, biyodizelin CO ve HC gibi kirleticilerde sağladığı azalma, bu yakıtı geleneksel dizele kıyasla daha çevre dostu bir alternatif yapmaktadır. NOx emisyonlarının yönetimi ve motor performansı üzerindeki etkilerin iyileştirilmesi için egzoz gazı devridaimi (EGR) ve son işlem teknolojileri gibi yöntemler uygulanmalıdır. Ayrıca, biyodizelin viskozite ve kalorifik değer özelliklerinin iyileştirilmesi, motor performansı ve emisyon kontrolü üzerindeki olumlu etkileri artırabilir.

Abstract:
In this study, the effects of biodiesel and diesel fuel blends on the performance, emissions, noise, and vibration of a single-cylinder diesel engine were comprehensively evaluated at engine speeds of 1800 and 2800 revolutions per minute (rpm). Despite having a lower calorific value compared to diesel fuel, biodiesel exhibits significant effects on engine performance due to its high viscosity, cetane number, and flash point characteristics. The study utilized three different fuel types: pure diesel (D100) and blends containing 10% (B10) and 20% (B20) biodiesel. Experimental data were collected to assess parameters such as engine torque, exhaust temperature, noise, vibration, and emissions.
The results showed that biodiesel blends maintained engine performance relatively well under full load conditions, but achieving similar power output required higher fuel consumption. The high oxygen content and cetane number of biodiesel improved combustion efficiency, thereby reducing carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (HC) emissions at low and medium engine loads. However, due to the high oxygen content and longer ignition delay of biodiesel, increased combustion temperatures were observed under full load conditions, leading to a rise in nitrogen oxides (NOx) emissions.
Noise analysis revealed that as the biodiesel blend ratio increased, noise levels rose at 1800 rpm but decreased at 2800 rpm. This indicates that biodiesel increases engine noise at lower speeds while reducing noise at higher speeds. For engine vibrations, a decrease was observed at 1800 rpm under full load conditions, while an increase occurred at 2800 rpm and with the B20 blend. This increase in vibration is associated with the longer ignition delay due to the higher viscosity of biodiesel.
Exhaust gas temperatures increased slightly with biodiesel blends, and consistent with a more complete combustion process, carbon dioxide (CO₂) emissions also rose. Despite these drawbacks, the reduction in pollutants such as CO and HC makes biodiesel a more environmentally friendly alternative to conventional diesel. To manage NOx emissions and enhance engine performance, techniques such as exhaust gas recirculation (EGR) and after-treatment technologies should be implemented. Additionally, improving the viscosity and calorific value characteristics of biodiesel could enhance its positive impact on engine performance and emission control.