Fuzel yağı kullanılan hccı bir motorda çalışma parametrelerinin yanıt yüzey metodu ile optimizasyonu
Optimization of operating parameters in a hcci engine using fusel oil by response surface method
Yazar: HÜSEYİN ORHUN GÜRSOY
Danışman: PROF. DR. HAMİT SOLMAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering

Özet:
Teknolojik gelişmelere rağmen içten yanmalı motorlardaki egzoz emisyon değerlerinin azaltılması ve termik verimin artması eş zamanlı olarak istenilen seviyede gerçekleştirilememektedir. Bu sebeple akademik kuruluşlar ve otomotiv sektörü tarafından içten yanmalı motorlarda yeni yanma modelleri, alternatif yakıt kullanımı, değişken supap zamanlaması ve sıkıştırma oranları gibi çalışma parametrelerinin değiştirilmesiyle çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada, fuzel/n-heptan karışımı yakıt (F30) ile HCCI (Homojen dolgulu sıkıştırma ile ateşlemeli) yanma modunda çalışan bir motorun minimum emisyon ve maksimum performans elde edilmesi amacıyla YYM (Yanıt Yüzey Metodu) ile optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Çalışmada kullanılan F30 yakıt karışımı %30 fuzel yağı ve %70 n-heptan yakıtın hacimsel olarak birleştirilmesinden oluşmaktadır. Deney setlerinin belirlenmesi, tepki parametrelerinin model denklemlerinin oluşturulması ve optimizasyonun gerçekleştirilmesi işlemleri YYM yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmaya ait tüm deneyler Ricardo Hydra marka araştırma motorunun yer aldığı test düzeneğinde gerçekleştirilmiştir. Değişken parametrelerinin minimum ve maksimum değerleri sırasıyla, 800-1400 rpm motor hızı, 1,9-2,7 lamda değeri ve 11 - 13 sıkıştırma oranı olarak belirlenmiştir. Optimizasyon sonucunda optimum girdi parametreleri 981 rpm motor hızı, 1,9 lamda değeri, 11 sıkıştırma oranı olarak hesaplanmıştır. Optimum giriş parametrelerine bağlı olarak elde edilen yanıt parametreleri ise; fren özgül yakıt tüketimi 261,628 g/kWh, indike ortalama efektif basınç 4,85 bar, termal verimlilik %31,69, HC emisyonu 395,767 ppm olarak tespit edilmiştir. Söz konusu girdi parametrelerinin önemi ve etkileşimleri, Varyans Analizi (ANOVA) yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Yapılan çalışma sonucunda YYM yöntemiyle geliştirilen tüm çoklu regresyon modellerinin hem motor performansını hem de egzoz emisyonlarını optimize etmek için başarılı bir şekilde kullanılabileceği gözlemlenmiştir. YYM kullanılarak minimum test sayısı ile motor performansı ve emisyondaki değişimlerin başarılı bir şekilde tahmin edebildiği ortaya konmuştur.

Abstract:
Despite technological updates, reducing exhaust emission values in internal combustion engines and increasing thermal efficiency cannot be achieved simultaneously at the desired level. For this reason, various studies are carried out by academic institutions and the automotive sector by changing operating parameters such as new combustion theories, alternative fuel use, variable valve timing and compression ratios in internal combustion engines. In this study, an engine operating in HCCI (Homogeneous filled compression ignition) combustion mode with fusel/petrol fuel (F30) was optimized with RSM (Surface Response Method) in order to obtain maximum performance and minimum emissions. The F30 fuel mixture used in the study consists of %30 fusel oil and %70 n-heptane fuel combined by volume. The determination of the experimental sets, the creation of the model equations of the response parameters and the optimization were carried out with the RSM method. All experiments of the study were carried out in a test setup with the Ricardo Hydra brand research engine. The minimum and maximum values of the variable parameters were determined as 800-1400 rpm engine speed, 1,9-2,7 lambda value and 11 - 13 compression ratio, respectively. As a result of the optimization, the optimum input parameters were calculated as 981 rpm engine speed, 1,9 lambda values, and 11 compression ratios. The response parameters obtained depending on the optimum input parameters are; brake specific fuel consumption was 261.628 g/kWh, indicated average effective pressure was 4,85 bar, thermal efficiency was 31,69%, HC emission was 395,767 ppm. The importance and interactions of these input parameters were analyzed using the Analysis of Variance (ANOVA) method. As a result of the study, it has been observed that all multiple regression models developed with the RSM method can be used successfully to optimize both engine performance and exhaust emissions. It has been demonstrated that using the RSM, it can successfully predict the changes in engine performance and emissions with the minimum number of tests.