Biodiesel kullanılan motordaki püskürtmenin performans ve emisyon yönünden optimizayonu
An optimization study of the injection process in a biodiesel used ic engine, from the performance and emissions point of view
Yazar: ALP TEKİN ERGENÇ
Danışman: PROF. İRFAN YAVAŞLIOL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dizel motorlar = Diesel engines ; Dizel yakıtlar = Diesel fuels ; Püskürtme = Spraying

Özet:
Günümüzde kömür, petrol, doğal gaz gibi birinci derece enerji kaynaklarındaki, artan tüketime bağlı azalma, araştırmacıları yeni ve yenilenebilir enerji teknolojilerine yöneltmektedir. Son yıllarda bu konuda yapılan çalışmalar, enerji kaynakları içinde Biyokütle enerjisini ön plana çıkartmaktadır. Ana bileşenleri karbo-hidrat bileşikler olan bitkisel ve hayvansal kökenli tüm maddeler biyokütle enerji kaynağıdır. Bitkisel biyokütle, yeşil bitkilerin güneş enerjisini fotosentez yoluyla doğrudan kimyasal enerjiye dönüştürülerek depolanması sonucu oluşmaktadır. Kökeni biyokütleye dayanan ve son yıllarda üzerinde yoğun olarak çalışılan Diesel motor yakıtı alternatifi biyomotorin ( biodiesel) dir.Bu çalışmanın temel amacı 2003 yılı itibari ile dünya bazında yıllık üretimi 3 milyon tonu bulan biodieselin motorda kullanımının neden olduğu performans kayıplarını minimuma indirmektir. Farklı karışım ( B20+D80 vb. ) oranında hazırlanmış yakıtlar ile yapılan çalışmalarda, karışım yakıtların saf kullanıma göre daha iyi sonuç verdiği görülmüştür. Ancak karışım yakıt olması ve uzun beklemelerde ayrışma gözlenmesi nedeniyle, yakıtın farklı tanklardan eş yada değişken zamanlı beslenmesi gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Bu noktadan yola çıkarak alternatif yakıt olarak biodieselin kullanımından kaynaklan kayıpları minimuma indirecek bir optimum püskürtme karakteri ve karışım oranı belirlenmesi amaçlanmıştır.Silindir içersindeki yanmada krank açısı başına ısı açığa çıkışı olarak tanımlanan ısı açığa çıkış hızı (HRR), özellikle yanma etüdü ve buna bağlı silindir içi basınç analizinde büyük önem arz etmektedir. Bu bağlamda, farklı çalışma şartları için krank açısına bağlı teorik ısı açığa çıkışı ve buna bağlı basınç değişimi hesaplanması çalışmanın teorik temelini oluşturması açısından önemlidir. İçten yanmalı motorlarda literatürde en çok kullanılan ısı açığa çıkış ifadesi termodinamiğin 1. kanununa göre ortaya konmaktadır. Bu ifade basitleştirilmiş bir denklem olmasına rağmen yakın sonuçlar vermektedir. Literatürdeki diğer bir ısı açığa çıkış hızı denklemi ise Vibe (Wiebe) fonksiyonudur. Bu ifadeler ışığında, tez çalışmasında Vibe fonksiyonu kullanılarak ısı açığa çıkış hızı ve basınç değişimi teorik olarak elde edilmiş ve deneylerde elde edilen silindir içi basınç verisi kullanılarak termodinamiğin 1. kanununa göre işlenen ısı açığa çıkış hızı ve basınç değerleri ile karşılaştırılmıştır.Deneylerde silindire püskürtülen yakıtın, püskürtme avansı ve püskürtme karakteri değiştirilerek saf ve karışım yakıtlar için performans deneyleri yapılmış, elde edilen sonuçlar irdelenerek, Diesel motorunda biodiesel yakıt kullanımı ile maksimum güç, minimum yakıt tüketimi ve minimum egzoz kirleticileri için optimum püskürtme avansı ve püskürtme karakteristiği araştırılmıştır.

Abstract:
At the present day, researchers are shepherded toward to the new and renewable energy technologies due to the decrease related to the increasing consumption in primary energy sources such as coal, petroleum, natural gas. In recent years, the studies on this subject brought biomass energy to foreground within the energy sources. All the elements that have the main components as carbohydrate compounds with vegetable and animal origin are the biomass energy resources. Vegetable biomass is produced and stored in plants by converting the sun?s energy through the process of photosynthesis to chemical energy. In the recent years biomass originated and alternative fuel for diesel engine is the biodiesel.The main purpose of this study is to minimize the performance loss of the engines that are using biodiesel which the yearly production was 3 millions of tons in the world by the year of 2003. In the studies, which fuels are prepared with different rate of mixtures (B20+D80 etc.), it is observed that fuel mixtures are giving better results compared to the pure utilizations. But since the fuel is a mixture and some resolutions in long durations are observed, it is aimed to feed by fuel from different tanks at synchronous or variable times.Heat release rate has an important role to analyze the combustion and the cylinder pressure changes. At this point of view, the base theory of this study was the computation of the cylinder pressure variation according to the theoric heat release data. In internal combustion engines, two different equations are used to calculate the heat release data in general. In literature, the first equation is the thermodynamics 1.law equation and the second is the wiebe function. In the theory part of this study, the heat release was calculated with the wiebe function and the pressure variation was calculated with this data. The real pressure data were taken at the experiments and the real heat release was calculated according to the thermodynamic 1. law. The observed differences with these two different equations are determined.From this point it is aimed to determine a mixture rate and optimum injection character, to minimize the losses of the engine using biodiesel as an alternative fuel. In the study, the injection advance and injection character of the injected fuel has been changed; performance experiments for pure and mixed fuels were done. The results are examined and optimum injection advance and injection character was surveyed by using biodiesel fuel in a diesel engine for a maximum power, minimum fuel consumption and minimum exhaust contaminants.