Farklı alkol içeriklerinin buji ile ateşlemeli motor kaynaklı emisyonlara ve konvertör verimine etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the effect of different alcohol contents on spark ignition engine emissions and converter efficiency
Yazar: HASAN YILDIZ
Danışman: PROF. DR. TOLGA TOPGÜL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering

Özet:
Enerji, insanoğlunun vazgeçilmez ihtiyaçlarından biridir. Günümüzde bu ihtiyacın öncelikle çevre dostu bir şekilde karşılanması büyük önem taşımaktadır. Ekosistemlerin sağlıklı bir şekilde varlığını sürdürmesi ve soluduğumuz havanın kalitesinin sürdürülebilirliğinin sağlanması için gerekli çabanın gösterilmesi zorunlu hale gelmiştir. Bu bağlamda, halen önemli ölçüde kullanılan petrol ve petrol türevi enerji kaynaklarının yerini alabilecek veya kullanımını azaltabilecek yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. İçten yanmalı motorlar, özellikle ulaşım alanında hız ve konfor sağlamak için güç gereksinimlerini karşılamakta ancak yanma sistemleri içerdikleri için kaçınılmaz olarak kirletici egzoz emisyonlarına neden olmaktadırlar. Bu yüzden alternatif yakıtların kullanımı, yanma kontrolü ve emisyon kontrol sistemleri ile çevreye salınan kirletici emisyonları önemli ölçüde azaltabilir. Bu çalışmada, buji ile ateşlemeli motorlardan kaynaklanan egzoz emisyonlarını kontrol etmek için etkin bir şekilde kullanılan üç yollu katalitik konvertörün verimliliği alternatif yakıtlar kullanılarak deneysel olarak araştırılmıştır. Buji ile ateşlemeli motorlar için alternatif yakıt olarak literatürde de sıkça dikkate alınmış olan alkoller kullanılmıştır. Esasen alkolün çeşitli fiziksel ve kimyasal özellikleri, buji ile ateşlemeli motorlarda tek başına veya benzinle karıştırılarak kullanılmasına izin vermektedir. Genel olarak düşük alkol içeriğine sahip alkol/petrol karışımları kullanıldığında, benzinle çalışmak üzere tasarlanmış motorlarda herhangi bir değişiklik yapılması gerekmemektedir. Bu nedenle, bu çalışmada hacmen %10 ve %20 alkol içeren karışımlar tercih edilmiştir. Alkol olarak metanol, etanol, propanol ve bütanol kullanılmıştır. Alkol-benzin karışımlarının kullanımı hem motor hem de egzoz (katalitik konvertör sonrası) kirletici egzoz emisyonlarını özellikle de CO emisyonlarını %100'e yakın ölçüde iyileştirmiştir. Bu iyileştirmenin esas olarak alkolün hava-yakıt oranı üzerindeki fakirleştirici etkisinden kaynaklandığı düşüncesi ileri sürülebilir.

Abstract:
Energy is one of the indispensable needs of human beings. Today, it has gained significant importance to meet this necessity by considering the environment. It is essential to make the necessary effort to ensure the sustainability of a healthy ecosystem and the air quality we breathe. When viewed from this aspect, there is a need for renewable and sustainable energy sources that can be an alternative to or reduce the use of petroleum and petroleum-based energy sources, which are still in significant use. Although internal combustion engines meet the power requirement for speed and comfort, especially in transportation, they inevitably cause pollutant exhaust emissions due to the containing a combustion system. For this reason, pollutant exhaust emissions released to the environment can be significantly reduced via the use of alternative fuels, combustion control, and emission control systems. In this study, the efficiency of the three-way catalytic converter which is used effectively in the exhaust emission control in spark ignition engines has been investigated experimentally with alternative fuel. Alcohols which are also considered an alternative fuel for spark ignition engines in the literature have been used. In principle, the various physical and chemical properties of alcohols allow them to be used alone or blended with gasoline in spark ignition engines. Generally, in the use of alcohol-gasoline blends with a low percentage of alcohol, there is no requirement to make any modifications to the engine designed to run on gasoline. For this reason, blends containing 10% and 20% alcohol by volume have been preferred in this study. Methanol, ethanol, propanol, and butanol have been used as alcohol. In the use of alcohol-gasoline blends, up to 100% improvements have been achieved in pollutant emissions, especially CO emissions, both at the engine-out and tailpipe (after the catalytic converter). It can be argued that this improvement is mainly due to the leaning effect of alcohol on the air/fuel ratio.