Metanol ve etanolün buji ateşlemeli bir motora uygulanmasında performans ve emisyon parametrelerinin incelenmesi
Investigation of the performance and emission parameters of an SI engine fuelled with methanol and ethanol
Yazar: MUSTAFA KEMAL BALKİ
Danışman: DOÇ. DR. CENK SAYIN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Buji ateşlemeli motorlar = Spark ignition engines ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions ; Etanol = Ethanol ; Metanol = Methanol ; Motor performansı = Motor performance

Özet:
Buji ateşlemeli motorlarda, gerek çevre gerekse yakıt maliyeti açısından benzine alternatif olabilecek yakıtların kullanılması günümüzde oldukça önem kazanmıştır. Bu bağlamda, geliştirilen yeni teknolojiler ile birçok kaynaktan üretilebilen alkol yakıtlar (etanol, metanol, bütanol, vb.) alternatif yakıt olarak gün geçtikçe ehemmiyet kazanmaktadır. Yapılan çalışmalar incelendiğinde, etanol ve metanolün saf olarak kullanımının benzine kıyasla performans kayıplarına yol açtığı görülmektedir. Bu yüzden, alkol yakıtların motorlarda daha verimli kullanılabilirliğini araştırmak için yapılan bu çalışmada, sıkıştırma oranı ve ateşleme avansı parametrelerinin, performans, yanma karakteristikleri ve egzoz emisyonları üzerine etkileri incelenmiştir. Deneylerde, tek silindirli, hava soğutmalı, 23° statik ateşleme avansına ve 8,5:1 sıkıştırma oranına sahip buji ateşlemeli bir motor kullanılmıştır. Deneylerde dört farklı sıkıştırma oranı (8,0:1, 8,5:1, 9,0:1 ve 9,5:1) ve her bir sıkıştırma oranında üç farklı ateşleme avansı (20°, 23° ve 26°) tercih edilmiştir. Yakıt olarak kurşunsuz benzin, etanol ve metanol saf olarak kullanılmış ve motor tam yük ve 2400 d/d çalışma şartlarında test edilmiştir. Deneyler esnasında her üç yakıt türü için hava fazlalık katsayısı 1,0 olacak şekilde ayarlanmıştır. Deneylerden elde edilen veriler ile motorun performans, egzoz emisyon ve yanma karakteristikleri çıkarılmıştır. Elde edilen sonuçlar motorun orijinal çalışma parametrelerinde benzinden elde edilen verilerle kıyaslanmıştır. Buna göre; yüksek sıkıştırma oranlarında ve düşük ateşleme avanslarında etanol ve metanol kullanımının ortalama efektif basıncı, efektif verimi ve özgül yakıt tüketimini artırdığı, özgül enerji tüketimini ise azalttığı görülmüştür. Ayrıca, silindir gaz basınçlarının ve açığa çıkan ısı miktarlarının daha erken yükseldiği ve üst ölü noktaya yakınsadığı tespit edilmiştir.

Abstract:
The using of fuels which can be alternative to gasoline in spark ignition (SI) engine gains fairly important with respect to environment and cost of the fuels. In this respect, alcohol fuels (ethanol, methanol, butanol, etc.) which can be produced from many sources with the new technologies developed gain gradually importance as alternative fuel. It is seen that using pure methanol and ethanol caused decreasing engine performance compare to gasoline when studies have been examined in literature. Therefore, in this study which has been done for investigate the more efficient usability of alcohol fuels has been examined the effect on engine performance, combustion characteristic, and exhaust emission of compression ratio and ignition timing. In the tests were used SI engine which was a single cylinder, air-cooled, static ignition timing (23°BTDC) and compression ratio of 8.5:1. In the experiments were preferred four different compression ratios (8.0:1, 8.5:1, 9.0:1 and 9.5:1) and three varied ignition timing (20°, 23°, and 26°) for each compression ratio. The engine experiments was applied at the wide open throttle, the constant engine speeds (2400 rpm), and stoichiometric mixture for the unleaded gasoline, ethanol and methanol. With the obtain results from the tests, it has been presented in engine performance, exhaust emission and combustion characteristic and is compared to obtained values from unleaded gasoline at original engine parameters. Accordingly, it is observed that the brake mean effective pressure, thermal efficiency and brake specific fuel consumption increased while decrease brake specific energy consumption of the use of pure ethanol and methanol at the high compression ratio and low ignition timing. Furthermore, the cylinder gas pressure and heat release rate were determined earlier rises and converges to top dead center when compared to gasoline.