Direkt enjeksiyonlu bir HCCI motorda enjeksiyon parametrelerinin deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of injection parameters on a direct injection HCCI engine
Yazar: MUSTAFA DENİZ ALTINKURT
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ALİ TÜRKCAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Bu tez çalışmasında, farklı oranlardaki alkol-benzin karışımlarının ve çift kademeli direkt enjeksiyon stratejisinin HCCI yanma ve emisyonları üzerindeki etkileri, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD-computational fluid dynamics (CFD)) yöntemi ile gerçekleştirilen analizler kullanılarak incelenmiştir. CFD analizlerinden elde edilen yanma karakteristikleri ve emisyon sonuçları 111M180 numaralı TÜBİTAK 1001 Projesi kapsamında gerçekleştirilmiş olan testlerin sonuçları ile karşılaştırılmış ve doğrulanmıştır. Çift kademeli direkt enjeksiyon stratejisi, aynı enerji girişi şartlarında ve sabit devirde direkt enjeksiyonlu dizel bir motorun elektronik kontrollü HCCI-DI motora çevrilmesi ile uygulanmıştır. Birinci enjeksiyon zamanı tüm şartlarda sabit tutularak; ikinci enjeksiyon zamanının, enjeksiyon oranının ve alkol-benzin karışımlarının HCCI yanma karakteristikleri ve emisyonları üzerindeki etkisi CFD analizleri ile incelenmiştir. HCCI yanmanın modellenmesi için CFD yazılımı AVL Fire kullanılmıştır. Yanma ve türbülans modellemesi için ECFM-3Z yanma modeli ve standart k-ε türbülans modeli kullanılmıştır. Deney ve analiz sonuçlarından ikinci enjeksiyon zamanının yanma fazları ve emisyonların kontrolünde, enjeksiyon oranı değişiminin ise NOx emisyonlarının azaltılmasında kullanılabileceği görülmüştür. Karışımlardaki etanol
oranındaki artışın basınç ve sıcaklık değerlerini düşürürken, metanol oranındaki artışın bu değerleri artırdığı tespit edilmiştir. CO emisyonları ikinci enjeksiyon zamanından NOx emisyonlarına göre daha az etkilenmiş olup genel olarak silindir gaz basıncı ve sıcaklıkları azaldıkça artmıştır.
Silindir içi sıcaklık dağılımı ve azot oksit (NO) kütle oranları görüntüleri ile enjeksiyon parametrelerinin HCCI yanma üzerindeki etkileri daha detaylı olarak incelenmiştir. Görsellerden enjeksiyon stratejisinin ve farklı oranlardaki alkol-benzin karışımlarının silindir içi sıcaklık dağılımını ve NOx emisyonlarını büyük ölçüde etkilediği görülmüştür. İkinci enjeksiyon zamanı, enjeksiyon oranı ve farklı oranlardaki alkol katkısının yakıtın buharlaşma ve yanma sürecini önemli ölçüde etkilediği ve HCCI yanmanın kontrolünde kullanılabileceği görsel verilerle de doğrulanmıştır.

Abstract:
In this thesis, the effects of two stage direct injection (TSDI) and different alcohol-gasoline blends on HCCI combustion and emissions were investigated through analyses performed with computational fluid dynamics (CFD) method. Combustion characteristics and emission results obtained from CFD analyses were compared and validated against test results of 111M180 numbered TÜBİTAK 1001 Project. TSDI strategy was applied at the same energy input and constant speed conditions by converting a diesel engine to electronically controlled HCCI-DI engine. Effects of second injection timing, injection ratio and alcohol-gasoline blends on HCCI combustion characteristics and emissions were investigated via CFD analyses while first injection timing was fixed for all cases. CFD software AVL Fire was used for modeling HCCI combustion. ECFM-3Z combustion model and standard k- ε turbulence model were used for combustion and turbulence modeling. It was seen from experimental and analytical results that second injection timing can be used to control combustion phase and emissions, and change of injection ratio can be used to decrease NOx emissions. It was observed that increase of ethanol content of the blends decreased cylinder gas pressure and temperature, while
increase of methanol content increased these values. CO emissions were affected less by second injection timing compared to NOx emissions and generally increased as cylinder gas pressure and temperature decreased. The effects of injection parameters on HCCI combustion were investigated in more detail via in-cylinder temperature distribution and nitric oxide (NO) mass fraction images. It was seen from the images that injection strategy and different alcoholgasoline blends affect in cylinder temperature distribution and NOx emissions substantially. It was demonstrated with visual data that second injection timing, injection ratio and amount of alcohol content affect evaporation and combustion process of fuel vitally and these parameters can be used in HCCI combustion control.