Serdar TUNCA, VEZİR AYHAN, YUSUF ÇAY, İDRİS CESUR

Direkt Enjeksiyonlu Bir Dizel Motorunda Stabilize Emülsife Yakıt Kullanımının Etkilerinin İncelenmesi

Buji ateşlemeli motorlara göre daha yüksek sıkıştırma oranlarında çalıştırılabilen dizel motorlarının termik verimleri oldukça yüksektir. Aynı zamanda çok daha fakir karışım ile çalıştıklarından özgül yakıt sarfiyatları ve kısmi eksik yanma ürünü olan CO ve HC emisyonları da çok düşük seviyededir. Ancak bu parametreler yukarıda sayılan üstünlüklerin sağlamasının yanında NOx emisyonlarının oluşumunu olumsuz yönde etkilediğinden dizel motorlar için en büyük problem NOx emisyonlarının yüksek olmasıdır ve bu emsiyonların azaltılması için silindir içi sıcaklığın düşürülmesi gerekmektedir. NOx emisyonlarının kontrolü için günümüze kadar birçok yöntem kullanılmıştır. Ancak, kontrol için kullanılan yöntemlerin birçoğu motor performansını olumsuz etkilemekte veya taşıt maliyetlerini aşırı derecede yükseltmektedir. Bu günlerde stabilize emülsife yakıt kullanımı NOx emisyonlarının azaltılmasında kullanılan etkili yöntemlerden biridir. Bu çalışmada direkt enjeksiyonlu bir dizel motorunda farklı oranlarda stabilize emülsife yakıt kullanımının motor performans, emisyon parametrelerine etkileri deneysel olarak, adyabatik alev sıcaklığına etkisi ise teorik olarak incelenmiştir. Çalışma sonucunda, emülsife yakıt kullanımı durumunda motor momenti ve efektif gücünde çok az bir azalma olmasına karşın özgül yakıt sarfiyatı ve efektif verimde kayda değer iyileşmeler meydana gelmiştir. Emülsife yakıt kullanımında adyabatik alev sıcaklığının düşmesine bağlı olarak, dizel motorları için büyük problem olan NOx emisyonlarında dikkate değer oranlarda azalmalar meydana geldiği tespit edilmiştir.

Investigation of the Effects of Using Stabilized Emulsified Fuel in a Direct Injection Diesel Engine

Compared to spark ignition engines, the thermal efficiency of diesel engines, which can be operated at higher compression ratios, is quite high. At the same time, since they work with much poorer mixture, specific fuel consumption and CO and HC emissions, which are partial incomplete combustion products, are also very low. However, since these parameters besides providing, the above-mentioned advantages affect the formation of NOx emissions negatively and the biggest problem for diesel engines is the high NOx emissions. In order to reduce NOx emissions, in cylinder temperature must be reduced. Many methods have been used to reduce NOx emissions so far. However, many of the methods used to reduce NOx emissions adversely affect engine performance or increase vehicle costs to an extreme extent. Nowadays, the use of stabilized emulsified fuel is one of the effective methods for reducing NOx emissions. In this study, the effects of stabilized emulsified fuel use at the different rationson a direct injection diesel engine performance, emission parameters were investigated experimentally and on adiabatic flame temperature was investigated the theoretically. As a result of study, despite the slight decrease in engine torque and effective power in the case of the use of emulsified fuel, in specific fuel consumption and effective efficiency significant improvements have occurred. It has been found that, depending on the decrease in adiabatic flame temperature in the use of emulsified fuel, NOx emission, which is a major problem for diesel engines, were decreased considerably.

PDF

___

[1] V.Ayhan, "Bir dizel motoruna buhar enjeksiyonunun NOx ve is emisyonlarına etkisinin araştırılması", Doktora tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Eğitimi, Sakarya, 2009.
[2] V. Ayhan, "Direkt enjeksiyonlu bir dizel motoruna buhar ve farklı yöntemlerle su gönderiminin performans ve NOx emisyonlarına etkilerinin incelenmesi,", SAÜ Fen Bil Der 20. Cilt, 3. Sayı, s. 463-471, 2016.
[3] V. Ayhan, "Effects of emulsified fuel on the performance and emission of direct injection diesel engine,", Journal of Energy Engineering, vol.139, pp. 91-98, 2013.
[4] A. Lif, and K. Holmberg, "Water-in-diesel emulsions and related sytems." Advanced Colloid Interface Science, pp. 231-239, 2006.
[5] O. Armas, R. Ballesteros, F. J. Martos, and J. R. Agudelo, "Characterization of light duty diesel engine pollutant emissions using water-emulsified fuel," Fuel, vol.84, pp. 1011-1018, 2005.
[6] C. A. Canfield, "Effects of diesel-water emulsion combustion on diesel engine NOx emissions," M.Sc. thesis, Universty of Florida, Gainesville, FL. 1999.
[7] R. J. Crookes, M. A. A. Nazha, and F. Kiannajad, "A comparison of ignition and emissions characteristics for alternative diesel fuels and emulsions," International Mechenical Engineering Seminar Puplication, pp. 47-52, 1990.
[8] C. Y. Lin, and K. H. Wang, "Effects of diesel engine speed and water content on emissions characteristics of three-phase emulsions." Journal of Environment Science Health, vol. 39, no.5, pp. 1345-1359, 2004.
[9] N. Samec, R.W. Dibble, J. Y. Chen, and A. Pagon, "Reduction of NOx and soot emission by water injection during combustion in a diesel engine," FISITA, June 12-15. 2000, Seoul 2000, Korea.
[10] J. P. Mello, and A. M. Mellor, "NOx emissions from direct injection diesel engines with water/steam dilution," SAE Technical Paper, 1999- 01-0836, 1999.
[11] F. L. Dryer, "Water addition to practical combustion systems concepts and applications." 16th International Syposium on Combustion, The Combustion Institute, pp. 321-336, Cambridge MA, Aug. 1976.
[12] M. Y. E. Selim, and S. M. S. Elfeky, "Effects of diesel/water emulsion on heat flow and thermal loading in a pre-combustion chamber diesel engine," Applied Thermal Engineering., vol. 21, no.15, pp. 1565-1582, 2001.
[13] G. B. O'Neal, J. O. Storment and R. W. Waytulonis, "Control of diesel exhausts emissions in underground coal mines." SAE SP-495, Diesel Combustion and Emission Part 3, Int. Off-Highway Meeting and Exposition, Milwaukee, WI, pp. 13- 23, 1981.
[14] G. Greeves, I. M. Khan, and G. Onion, "Effects of water introduction on diesel engine combustion and emissions," in Proceedings of the 16th Annual Symposium (Internaional) on Combustion (Williams and Wilkins Co., Baltimore), pp. 321-336, 1976.
[15] Y. Yoshimoto, M. Tsukarhara, and T. Muryama, "Studies on the microexplosion of emulsified fuels," Nippon Kikai Gakkai Ronbunshun B Hen, vol. 519, no.55, pp. 3538- 3543, 1989.
[16] M. AbuZaid, "Performance of single cylinder, DI diesel engine using water fuel emulsions,", Energy Conversion and Management, vol. 45, pp, 697-705, 2004.
[17] C.H. Wang, J.T. Chen, "An experimentaliınvestigation of the burning characteristics of water-oil emulsions", International Common Heat Mass Transfer, vol.23, no.6, pp., 823-34, 1996.
[18] P.Baskar, A.Senthil Kumar, " Experimental investigation on performance characteristics of a diesel engine using diesel-water emulsion with oxygen enriched air", Alexandria Engineering Journal (2017) 56, 137-146.
[19] M.R. Seifi, S.R. Hassan-Beygi, B. Ghobadian, U. Desideri, M. Antonelli, "Experimental investigation of a diesel engine power, torque and noise emission using water- diesel emulsions", Fuel 166 (2016) 392-399.