Reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli motorlarda düşük sıcaklıklı yanmanın yanma karakteristikleri ve kirletici emisyonlara etkilerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of combustion characteristics and pollutant emissions at low temperature combustion in RCCI engine
Yazar: MUTLU OKCU
Danışman: PROF. DR. YASİN VAROL
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Dizel motorlar = Diesel engines ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions ; Fosil yakıtlar = Fossil fuels ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Yakıtlar = Fuels ; Yanma = Combustion ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Dizel motorlardan kaynaklanan zararlı emisyonlar çevre ve insan sağlığı açısından önemli bir sorun haline gelmiştir. Bu çalışmanın amacı, motor performansında herhangi bir kayıp olmadan bu emisyonları azaltmaktır. Araştırmalara göre, düşük sıcaklıklı yanma yöntemi olan RCCI konsepti bu amacı yakalamak için en uygun yöntem olarak ortaya çıkmıştır.
Bu çalışma sayısal ve deneysel olarak yapılmıştır. Deneylerde tek silindirli dizel bir motor kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan motoru RCCI konseptine uygun hale getirmek için emme manifolduna port tipi yakıt enjektörü yerleştirilmiştir. Deneylerde LRF enjeksiyonu port enjektörü, HRF enjeksiyonu direk enjektör kullanılarak yapılmıştır. İzooktan ve alkol temelli yakıtlar LRF olarak, dizel ve biyodizel yakıtları da HRF olarak kullanılmıştır. Sayısal çalışmalarda ANSYS-Forte paket programı kullanılmıştır. Sayısal simülasyon motor modeli için, deneysel çalışmalarda kullanılan motor tersine mühendislik ile bu paket programa aktarılmıştır. Sayısal çalışmada izooktan ve IBE LRF olarak, dizel yakıtı ise HRF olarak kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar motor devri 2400 d/d, motor yükü ise %0, %20, %40 ve %60 oranlarında gerçekleştirilmiştir. Sayısal çalışmada ise motor yükü %20 ve motor devri 2400 d/d olarak seçilmiştir. Deneysel ve sayısal çalışmada LRF %15'ten %60 değişen oranlarda kullanılmıştır. 
Sonuç olarak, RCCI konsepti kullanımı ile duman opaklığı tüm motor yüklerinde azalmıştır. Ayrıca RCCI konsepti kullanılarak, büyük oranda silindir içinde düşük sıcaklıklı yanma süreci sağlanmıştır. Bunun sonucunda da özellikle %0, %20 ve %40 yüklerinde NO emisyonunun düştüğü belirlenmiştir. Ayrıca, LRF oranı arttıkça %60 yükte CO emisyonunun azaldığı belirlenmiştir. Son olarak, tüm deneylerde LRF kullanımı ile HC emisyonlarının yükseldiği belirlenmiştir.

Abstract:
Harmful emissions resulting from diesel engines have become a significant environmental and human health issue. The objective of this study was to reduce these emissions without any loss of engine performance. According to research, the concept of RCCI, which is an LTC method, has emerged as the most appropriate method to accomplish this goal.
This research was conducted experimentally and numerically. In experiments, a single cylinder diesel engine has been used. To modify RCCI, the engine was modified by locating a PFI in the intake manifold. While a PFI injector is used for LRF injection, direct injection is used for HRF injection. Isooctane and alcohol-based fuels were used as LRF, while diesel and biodiesel fuels were used as HRF. ANSYS-Forte commercial software was used in numerical studies. By using the reverse engineering method for the numerical simulation engine model, the experiment engine was transferred to this software. In numerical studies, isooctane and IBE were used as LRF as well. Experimental studies were carried out at engine speed of 2400 rpm and at different engine loads (0%-%60). The engine load at 20% and engine speed at 2400 rpm were selected in numerical studies. Finally, LRF's were used in numerical and experimental studies at rates ranging from 15% to 60%.
As a results, smoke opacity was reduced at all loads with the use of the RCCI. By using the RCCI concept, low temperature combustion process was mostly achieved in the cylinder. So, it was determined that NO emissions were decreased especially at 0%, 20% and 40% engine loads. Also, as LRF ratio increased, CO emissions were decreased at 60% load. Finally, it was determined that HC emissions were increased with the use of LRF at numerical and experimental studies.