Elektroliz yöntemi ile elde edilen hidrojenin dizel motor dolgusuna ilavesinin performans ve emisyonlara etkisi
The effect of hydrogen addition to diesel charge obtained from electrolysis method on engine performance and emissions
Yazar: ABDURRAHMAN DEMİRCİ
Danışman: DOÇ. DR. METİN GÜMÜŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Dizel motorlar = Diesel engines ; Hidrojen = Hydrogen

Özet:
Hidrojen, geleneksel yakıtların yerini alabilecek önemli alternatif yakıtlardan biridir. Hidrojen doğada en bol bulunan element olmasının yanı sıra alternatif yakıt olarak kullanımında doğada büyük tahribat oluşturmaz. Bununla birlikte, Hidrojenin içten yanmalı motorlarda kullanılmasında kendine özgü bazı avantajları ve dezavantajları vardır. Bu avantajlardan en önemlisi, zararlı egzoz emisyonlarının azaltılması için önemli bir potansiyele sahip olmasıdır. En önemli dezavantajı ise, hidrojenin araç üstünde depolama sorunudur. Bu çalışma da hidrojen, araç üzerinde elektroliz yöntemiyle üretilerek depolanma probleminin çözülebilir olduğu gösterilmeye çalışılmıştır.Bu tezde, bir elektroliz ünitesinde üretilen az miktarda ki hidrojenin; tek silindirli, hava soğutmalı, direkt püskürtmeli, sıkıştırma ateşlemeli bir motorun emme dolgusuna ilavesinin performans ve emisyon karakteristikleri üzerindeki etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Elektroliz ünitesinde üretilen hidrojen miktarı bir akış metre ile ölçülmüştür. Deneyler, farklı hidrojen miktarları (0,15, 0,30, 0,45 ve 0,60 l/d) için farklı yük oranlarında (%5, %25, %50, %75 ve tam yük) ve sabit (2200 d/d) devirde yapılmıştır.Sabit devir ve değişik yüklerde yapılan deneyler sonucunda, bütün yük durumları için emme dolgusuna hidrojen ilave edilmesi ile özgül yakıt ve özgül enerji tüketimi azalırken, ısıl verimin artığı belirlenmiştir. Bunun yanı sıra zararlı egzoz emisyonlarında ciddi azalmalar meydana geldiği gözlemlenmiştir. 0,15, 0,30, 0,45 ve 0,60 l/d hidrojen ile zenginleştirme durumlarında özgül yakıt tüketimi değerleri; dizel tüketimi durumuna göre ortalama olarak %0,22, %0,77, %1,72 ve %2,44 oranlarında azalmıştır. İs emisyon değerleri sırasıyla 0,15, 0,30, 0,45 ve 0,60 l/d hidrojen ilave durumları için dizel tüketimi durumuna göre ortalama olarak %9,29, %22,18, %27,99, ve %37,49'luk bir azalma göstermiştir.Sonuç olarak; elektroliz ünitesinde az miktarda üretilen hidrojenin deneyde kullanılan motorun emme dolgusuna eklenmesiyle, saf dizel ile çalışma durumuna göre motor performans değerleri artmış ve genel olarak zararlı egzoz emisyonlarında önemli azalmalar olmuştur.

Abstract:
Hydrogen is one of the best alternatives for conventional fuels. Besides that, hydrogen is the most plentiful element which exists in nature and it does not cause huge damage to the environment. However, hydrogen has its own advantages and disadvantages in its usege as a conventional fuel in internal combustion engines. One of the most important benefits of using hydrogen in internal combustion engines has the potential for substantial reduction in emissions. As for disadvantage, matter of storage is on-board hydrogen. It has been tried to show that besides disadvantages, the use of electrolysis to generate hydrogen on-board a vehicle would solve the current infrastructure problems.In this thesis, the effects of low amount of hydrogen addition produced by the electrolysis unit, to intake charge of a single cylinder, air cooled, direct injection, compression ignition engine on the performance and emissions characteristics were experimentally investigated. The amount of produced hydrogen in the electrolysis unit was measured by a flow meter. The compression ignition engine was tested with different amount of hydrogen (0,15 lpm, 0,30 lpm, 0,45 lpm and 0,60 lpm) at different engine load (5%, 25%, 50%, 75% and full load) and the constant speed, 2200 rpm.As a result of the experiments made in constant speed and different loads, with the enrichment of intake charge in terms of hydrogen leaded to decrease in brake specific fuel and energy consumption while leaded to increase brake thermal efficiency at all load conditions. In addition to this, important level reduction in harmful exhaust emission is determined. On average, BSFC for all engine loads for 0,15, 0,30, 0,45, and 0,60 lpm H2 addition reduced by 0,22, 0,77, 1,72, and 2,44% compared to those of pure diesel, respectively. For all engine loads, smoke emissions for 0,15, 0,30, 0,45, and 0,60 lpm H2 addition decreased by %9,29, %22,18, %27,99, and %37,49compared to those of pure diesel, respectively. The reduction in smoke emissions in H2 enrichment conditions is due to the absence of carbon in H2 fuel.Consequently, addition of low amount of H2 produced by electrolysis into the inlet charge of DI-CI engine results in improved engine performance level and generally lowered emission level compared to the case of neat diesel operation.