Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Alper CALAM, (Gazi Üniversitesi, Teknik Bilimler Meslek Yüksek Okulu, Makine ve Metal Teknolojileri Bölümü, Ankara, Türkiye)
Serdar HALİS (Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
1 0
Yıl: 2020 Cilt: 13 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 221 - 234 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.18185/erzifbed.608559 İndeks Tarihi: 26-01-2021

Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Öz:
Bu çalışmada dört zamanlı, tek silindirli, port enjeksiyonlu bir benzinli motordan (SI) homojen dolgulusıkıştırma ile ateşlemeli motora (HCCI) dönüşümü yapılmış Ricardo Hydra test motoru kullanılmıştır. Referansheptan ve heptan/etil alkol karışımlarının (E15 ve E25) yanma, motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisideneysel olarak incelenmiştir. Emme havası giriş sıcaklığı 60℃’de sabitlenmiş ve motor hızı 800 rpm olarakbelirlenmiştir. Farklı hava fazlalık katsayısı (HFK) değerlerinde silindir içi basınç, ısı dağılımı, yanmabaşlangıcı, CA50, yanma süresi, indike termik verim, indike ortalama efektif basınç (IMEP) ve egzoz emisyonsonuçları incelenmiştir. Heptan yakıtına etil alkol ilavesi yanmanın gecikmeye alınarak uzamasına nedenolmuştur. Ayrıca yanmanın yavaşlatılması sağlanmıştır. Buna bağlı olarak basınç artış oranı azalarak HCCIyanma kontrol altına alınmıştır. En yüksek indike termik verim E15 yakıtı kullanımında HFK’nın 2 olduğuşartlarda %49 olarak belirlenmiştir. En yüksek IMEP E25 yakıtı kullanımında HFK’nın 1,3 olduğu şartlarda 6,1bar olarak tespit edilmiştir. CO ve HC emisyonları ise heptan yakıtına etil alkol ilave edilmesi ile eş zamanlıolarak artış göstermiştir. Karışım yakıtları kullanımında silindir içi gaz sıcaklıklarının heptana göre düşükolması, yüksek emisyon değerlerinin temel nedeni olduğu ifade edilebilir. E15 yakıtının uygun çalışmaşartlardında ideal yakıt olduğu bu çalışma ile ifade edilebilir.
Anahtar Kelime:

Experimental Investigations of Performance, Combustion and Emission Characteristics of Ethanol Fueled HCCI Engine

Öz:
In this study, Ricardo Hydra test engine which has been converted from a four stroke, single cylinder, port injection spark ignition (SI) engine to homogeneous charged compression ignition (HCCI) engine was used. The effect of reference heptane and heptane / ethyl alcohol mixtures (E15 and E25) on combustion, engine performance and exhaust emissions was investigated experimentally. The intake air inlet temperature is fixed at 60℃ and the engine speed is determined as 800 rpm. In-cylinder pressure, heat release, start of combustion, CA50, combustion duration, indicated thermal efficiency, indicated mean effective pressure (IMEP) and exhaust emission results were investigated at different lambda values. Addition of ethyl alcohol to heptane resulted in delayed and prolonged combustion. Also this provided to slowing of the combustion. Consequently, the pressure rise rate decreased and HCCI combustion was controlled. The highest indicated thermal efficiency was found to be 49% when the lambda value was 2 and use of E15 fuel. The highest IMEP was found to be 6,1 bar when the lambda value was 1,3 and use of E25 fuel. CO and HC emissions increased simultaneously with the addition of ethyl alcohol to the heptane fuel. Compared to heptane, when the E15 and E25 fuels are used, it can be stated that the low in-cylinder gas temperatures are the main reason for the high emission values. It can be stated that E15 fuel is the ideal fuel under suitable operating conditions via this study.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • Blomberg, C. K., Wright, Y. M. ve Boulouchos, K. 2018. “A phenomenological HCCI combustion model in 0D and 3DCFD”, Fuel, 226, 365-380.
  • Christensen, M., Johansson, B. ve Einewall, P. 1997. “Homogeneous charge compression ignition (HCCI) using isooctane, ethanol and natural gas-a comparison with spark ignition operation”, SAE Technical Paper, No. 972874.
  • Cinar, C., Uyumaz, A., Solmaz, H., Sahin, F., Polat, S. ve Yilmaz, E. 2015. “Effects of intake air temperature on combustion, performance and emission characteristics of a HCCI engine fueled with the blends of 20% nheptane and 80% isooctane fuels”, Fuel Processing Technology, 130, 275-281.
  • Curran, H. J., Pitz, W. J., Westbrook, C. K., Callahan, G. V. ve Dryer, F. L. 1998. “Oxidation of automotive primary reference fuels at elevated pressures”, Symposium (International) on Combustion, 27(1), 379- 387.
  • Gharehghani, A. 2019. “Load limits of an HCCI engine fueled with natural gas, ethanol, and methanol”, Fuel, 239, 1001-1014.
  • Heywood, J. B. 1988. “Internal combustion engine fundamentals”, McGraw Hill.
  • Huang, H. ve Su, W. 2005. “A new reduced chemical kinetic model for autoignition and oxidation of lean n-heptane/air mixtures in HCCI engines”, SAE Technical Paper, No. 2005-01-0118.
  • Kozlov, V. E., Titova, N. S. ve Chechet, I. V. 2018. “Modeling study of hydrogen or syngas addition on combustion and emission characteristics of HCCI engine operating on iso-octane”, Fuel, 221, 61-71.
  • Li, R., Liu, Z., Han, Y., Tan, M., Xu, Y., Tian, J., Yan, J., Meng, X., Wei, M., Hu, S., Chong, D. ve Li, L. 2018. “Experimental study of the combustion and emission characteristics of ethanol, diesel-gasoline, n-heptane-isooctane, n-heptane-ethanol and decane-ethanol in a constant volume vessel”, Fuel, 232, 233- 250.
  • Li, Y., Zhao, H. ve Brouzos, N. 2008. “CAI combustion with methanol and ethanol in an air-assisted direct injection SI engine”, SAE Technical Paper, No. 2008-01-1673.
  • Lü, X., Hou, Y., Zu, L. ve Huang, Z. 2006. “Experimental study on the auto-ignition and combustion characteristics in the homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion operation with ethanol/nheptane blend fuels by port injection”, Fuel, 85(17-18), 2622-2631.
  • Maurya, R. K. ve Agarwal, A. K. 2014. “Experimental investigations of performance, combustion and emission characteristics of ethanol and methanol fueled HCCI engine”, Fuel Processing Technology, 126, 30-48.
  • Noh, H. K. ve No, S. Y. 2017. “Effect of bioethanol on combustion and emissions in advanced CI engines: HCCI, PPC and GCI mode-A review”, Applied Energy, 208, 782- 802.
  • Oakley, A., Zhao, H., Ladommatos, N. ve Ma, T. 2001. “Dilution effects on the controlled auto-ignition (CAI) combustion of hydrocarbon and alcohol fuels”, SAE Transactions, 2086-2099.
  • Ogawa, H., Miyamoto, N., Kaneko, N. ve Ando, H. 2003. “Combustion control and operating range expansion with direct injection of reaction suppressors in a premixed DME HCCI engine”, SAE Technical Paper, No. 2003-01-0746.
  • Peng, Z., Zhao, H. ve Ladommatos, N. 2003. “Effects of air/fuel ratios and EGR rates on HCCI combustion of n-heptane, a diesel type fuel”, SAE Technical Paper, No. 2003-01- 0747.
  • Polat, S. 2016. “An experimental study on combustion, engine performance and exhaust emissions in a HCCI engine fuelled with diethyl ether-ethanol fuel blends”, Fuel Processing Technology, 143, 140-150.
  • Poulopoulos, S. G., Samaras, D. P. ve Philippopoulos, C. J. 2001. “Regulated and unregulated emissions from an internal combustion engine operating on ethanolcontaining fuels”, Atmospheric Environment, 35(26), 4399-4406.
  • Saisirirat, P., Togbé, C., Chanchaona, S., Foucher, F., Mounaim-Rousselle, C. ve Dagaut, P. 2011. “Auto-ignition and combustion characteristics in HCCI and JSR using 1-butanol/n-heptane and ethanol/nheptane blends”, Proceedings of the Combustion Institute, 33(2), 3007-3014.
  • Shibata, G., Oyama, K., Urushihara, T. ve Nakano, T. 2005. “Correlation of low temperature heat release with fuel composition and HCCI engine combustion”, SAE Technical Paper, No. 2005-01-0138.
  • Shudo, T., Shima, Y. ve Fujii, T. 2009. “Production of dimethyl ether and hydrogen by methanol reforming for an HCCI engine system with waste heat recovery–Continuous control of fuel ignitability and utilization of exhaust gas heat”, International Journal of Hydrogen Energy, 34(18), 7638-7647.
  • Tongroon, M. ve Zhao, H. 2010. “Combustion characteristics of CAI combustion with alcohol fuels”, SAE Technical Paper, No. 2010-01-0843.
  • Uyumaz, A. 2015. “An experimental investigation into combustion and performance characteristics of an HCCI gasoline engine fueled with n-heptane, isopropanol and n-butanol fuel blends at different inlet air temperatures”, Energy Conversion and Management, 98, 199-207.
  • Xie, H., Wei, Z., He, B. ve Zhao, H. 2006. “Comparison of HCCI combustion respectively fueled with gasoline, ethanol and methanol through the trapped residual gas strategy”, SAE Technical Paper, No. 2006-01- 0635.
  • Yao, M., Zheng, Z. ve Liu, H. 2009. “Progress and recent trends in homogeneous charge compression ignition (HCCI) engines”, Progress in Energy and Combustion Science, 35(5), 398-437.
  • Zhang, C. ve Wu, H. 2016. “Combustion characteristics and performance of a methanol fueled homogenous charge compression ignition (HCCI) engine”, Journal of the Energy Institute, 89(3), 346-353.
  • Zhang, C. ve Wu, H. 2012. “The simulation based on CHEMKIN for homogeneous charge compression ignition combustion with onboard fuel reformation in the chamber”, International Journal of Hydrogen Energy, 37(5), 4467-4475.
  • Zhao, H. 2007. “HCCI and CAI engines for the automotive industry”, Woodhead Publishing Limited, Cambridge.
  • Zhao, F., Asmus, T. N., Assanis, D. N., Dec, J. E., Eng, J. A. ve Najt, P. M. 2003. “Homogeneous charge compression ignition (HCCI) engines”, SAE Technical Paper, No. PT-94.
  • Zheng, J., Miller, D. L., Cernansky, N. P., Liu, D., Zhao, X. ve Zhang, M. 2004. “Some observations on the effects of EGR, oxygen concentration, and engine speed on the homogeneous charge combustion of nheptane”, SAE Technical Paper, No. 2004-01- 1905.
APA CALAM A, HALİS S (2020). Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. , 221 - 234. 10.18185/erzifbed.608559
Chicago CALAM Alper,HALİS Serdar Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. (2020): 221 - 234. 10.18185/erzifbed.608559
MLA CALAM Alper,HALİS Serdar Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. , 2020, ss.221 - 234. 10.18185/erzifbed.608559
AMA CALAM A,HALİS S Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. . 2020; 221 - 234. 10.18185/erzifbed.608559
Vancouver CALAM A,HALİS S Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. . 2020; 221 - 234. 10.18185/erzifbed.608559
IEEE CALAM A,HALİS S "Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi." , ss.221 - 234, 2020. 10.18185/erzifbed.608559
ISNAD CALAM, Alper - HALİS, Serdar. "Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi". (2020), 221-234. https://doi.org/10.18185/erzifbed.608559
APA CALAM A, HALİS S (2020). Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 13(1), 221 - 234. 10.18185/erzifbed.608559
Chicago CALAM Alper,HALİS Serdar Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 13, no.1 (2020): 221 - 234. 10.18185/erzifbed.608559
MLA CALAM Alper,HALİS Serdar Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, vol.13, no.1, 2020, ss.221 - 234. 10.18185/erzifbed.608559
AMA CALAM A,HALİS S Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 2020; 13(1): 221 - 234. 10.18185/erzifbed.608559
Vancouver CALAM A,HALİS S Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 2020; 13(1): 221 - 234. 10.18185/erzifbed.608559
IEEE CALAM A,HALİS S "Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi." Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 13, ss.221 - 234, 2020. 10.18185/erzifbed.608559
ISNAD CALAM, Alper - HALİS, Serdar. "Etil Alkol Yakıtlı HCCI Motorun Performans, Yanma ve Emisyon Özeliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi". Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 13/1 (2020), 221-234. https://doi.org/10.18185/erzifbed.608559
Sayfa Oluşturulma Tarihi
24-04-2024 20:36

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları