Ahmet UYUMAZ, Bilal AYDOĞAN, Alper CALAM

Aseton, Tetrahidrofuran ve N-heptan Yakıt Karışımlarının Homojen Dolgulu Sıkıştırma İle Ateşlemeli Yanmaya (HCCI) ve Motor Performansına Etkileri Üzerine Deneysel Bir Araştırma

Bu çalışmada tek silindirli, dört zamanlı benzinli bir motor HCCI motora dönüştürülmüştür. HCCI motor 1400 d/d’da, λ=1.9 ile λ=2.74 lamda değerleri arasında n-heptan, aseton/n-heptan (A20N80) ve tetrahidrofuran/n-heptan (F20N80) yakıt karışımları ile tam yükte çalıştırılmıştır. Aseton ve tetrahidrofuran yakıt ilavelerinin HCCI yanması ve motor performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Test yakıtları ile yapılan deneylerde yanma karakteristikleri, motor performansı incelenmiş, n-heptan yakıtı ile karşılaştırılmıştır. Zengin karışım oranlarında (λ=1.9 ve λ=1.92) n-heptan ve F20N80 yakıtları ile vuruntu eğilimi görülmüştür. Ancak aseton kullanımı ile vuruntu temayülünün azaldığı daha kararlı HCCI yanmasının elde edildiği görülmüştür. Tüm test yakıtları için karışım fakirleştikçe silindir basıncı ve ısı dağılımı azalmıştır. Aynı zamanda karışım fakirleştikçe yanmanın rötara alındığı, HC emisyonlarının azaldığı görülmüştür. Sonuçta HCCI yanmasının farklı alternatif yakıt kullanımı ile daha kararlı hale getirilebileceği ve çalışma aralığının vuruntu ve ateşlenememe bölgesinde genişletilebileceği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler:

Homojen Dolgulu Sıkıştırma İle Ateşlemeli Yanma, Motor Performansı, Alternatif yakıt

PDF

___

[1] Zhang, C.H., Pan, J.R., Tong, J.J., Li, J.,Effects of Intake Temperature and Excessive Air Coefficient on Combustion Characteristics and Emissions of HCCI Combustion, in 2011 2nd International Conference on Challenges in Environmental Science and Computer Engineering, Q. Zhou, Editor. Elsevier Science Bv: Amsterdam. 1119-1127, (2011).
[2] Liu, HF., Xu, J., Zheng, ZQ, Li, SJ, Yao, MF., Effects of fuel properties on combustion and emissions under both conventional and low temperature combustion mode fueling 2,5-dimethylfuran/diesel blends, Energy, 62:215-23, (2013).
[3] Benajes, J., Molina, S., García, A., Belarte, E.,nVanvolsem, M.An investigation on RCCI combustion in a heavy duty diesel engine using incylinder blending of diesel and gasoline fuels, Applied Thermal Engineering, 63, 66-76, (2014).
[4] Splitter, D., Wissink, M., DelVescovo, D., Reitz, R. RCCI Engine Operation Towards 60% Thermal Efficiency. SAE International, 2013-01-0279, (2013).
[5] Aksoy, F., Yılmaz, E., %10 Balık Yağı Biyodizeli-%90 Dizel Yakıt Karışımı İle Çalışan Direkt Enjeksiyonlu Bir Dizel Motorunda Yanma ve Performans Karakteristiklerinin İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 7(1): 12-24 (2019).
[6]Polat, S., Solmaz, H., Yücesu, H.S., Uyumaz, A., Bir Dizel Motorunun Bilgisayar Yardımı İle Termodinamik ve Performans Analizi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 1(3):139-151 (2013).
[7] Uyumaz, A., Boz, F., Baydır, Ş.A., Direkt Enjeksiyonlu Bir Dizel Motorunda Atık Zeytinyağı Biyodizelinin Yanma, Performans ve Emisyon Karakteristikleri, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6(1): 55-65 (2018).
[8] Reitz, R.D., Duraisamy, G., Review of High Efficiency and Clean Reactivity Controlled Compression ignition (RCCI) Combustion in Internal Combustion Engines, Progress in Energy and Combustion Science, in-press. 1-60, (2014).
[9]Stone, R. Introduction to Internal Combustion Engines, Macmillan Press Ltd, ISBN 0-333-74013- 0,Tesseraux, I.; Toxicoll, Lett., 2004, 149, 295-300 (1999).
[10] J. A. Eng,. Characterization of Pressure Wave Oscillation in HCCI Combustion, SAE Paper 2002-01-2859. (2002).
[11] Wu, H.W., Wang, R. H., Ou, D.J., Chen, Y.C., Chen, T.Y., Reduction of smoke and nitrogen oxides of a partial HCCI engine using premixed gasoline and ethanol with air, Applied Energy, 88(11): 3882-3890, (2011).
[12] Garcia, M.T., Aguilar, F.J.J-E., Lencero, T.S., Villanueva, J.A.B., A new heat release rate (HRR) law for homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion mode, Applied Thermal Engineering, 29(17-18): 3654-3662, (2009).
[13] Hadia, F., Wadhah, S., Ammar, H., Ahmed, O., Investigation of combined effects of compression ratio and steam injection on performance, combustion and emissions characteristics of HCCI engine, Case Studies in Thermal Engineering, 10: 262-271, (2017).
[14] Curran, H.J., Gaffuri, A.P., Pitz, A. P.J., wWestbrook, A.J.K., A comprehensive modeling study of n-heptane oxidation, Combustion and Flame, 114(1-2): 149-177 (1998).
[15] Dec, J.E. and M. Sjöberg, Isolating the effects of fuel chemistry on combustion phasing in an HCCI engine and the potential of fuel stratification for ignition control, SAE paper. 2004-01-0557.
[16] Lu, X.C., Yuchun, H., Linlin, Z., Zhen, H., Experimental study on the auto-ignition and combustion characteristics in the homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion operation with ethanol/n-heptane blend fuels by port injection, Fuel, 85(17-18): 2622-2631, (2006).
[17] Zhang, C.H., Pan, J.R., Tong, J.J., Li, J., Effects of Intake Temperature and Excessive Air Coefficient on Combustion Characteristics and Emissions of HCCI Combustion, in 2011 2nd International Conference on Challenges in Environmental Science and Computer Engineering, Q. Zhou, Editor. Elsevier Science Bv: Amsterdam. p. 1119-1127, (2011).
[18]Gautam, M., D.W. Martin, Combustion characteristics of higher-alcohol/gasoline blends, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part a-Journal of Power and Energy, 214(A5): 497-511, (2000).
[19] Turkcan, A., A.N. Ozsezen, M. Canakci, Experimental investigation of the effects of different injection parameters on a direct injection HCCI engine fueled with alcohol-gasoline fuel blends, Fuel Processing Technology, 126: 487-496, (2014).
[20] Hasan, M.M., Rahman, M.M., Kadirgama, K., Ramasamy, D., Numerical study of engine parameters on combustion and performance characteristics in an n-heptane fueled HCCI engine, Applied Thermal Engineering, 128: 1464-1475, (2018).
[21] Uyumaz, A., 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, (2015).
[22] Çınar, C., Uyumaz, A., Solmaz, H., Şahin, F., Polat, S., Yılmaz, E., Effects of intake air temperature on combustion, performance and emission characteristics of a HCCI engine fueled with the blends of 20% n-heptane and 80% isooctane fuels, Fuel Processing Technology, 130, 275–281, (2015).
[23] Çınar, C., Uyumaz, A., Solmaz, H., Topgül, T., Effects of valve lift on the combustion and emissions of a HCCI gasoline engine, Energy Conversion and Management, 94, 159–168, (2015).
[24] He, B.Q., Liu, M-B., Yuan, J., Zhao, H., Combustion and emission characteristics of a HCCI engine fuelled with n-butanol-gasoline blends, Fuel, 108: 668-674, (2013).
[25] Mack, J.H., Schuler, D., Butt R.H., Dibble, R.W., Experimental investigation of butanol isomer combustion in Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engines, Applied Energy, 165: 612-626, (2016).
[26] Calam, A., Solmaz, H., Yılmaz, E., İçingür, Y., Investigation of effect of compression ratio on combustion and exhaust emissions in A HCCI engine, Energy, 168: 1208-1216, (2019).
[27] Zhao, H., (2007). HCCI and CAI Engines For The Automotive Industry, Cambridge England: Woodhead Publishing Ltd.
[28] Heywood, J. B., (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals, New York: McGraw- Hill.
[29] Polat, S., Kannan, K., Shahbakhti, M., Uyumaz, A., Yücesu, H.S., An Experimental Study for the Effects of Supercharging On Performance and Combustion of an Early Direct Injection HCCI Engine, Second International Reserch Conference On Engineering, Science and Management, Dubai, (2015).
[30] Uyumaz, A., Solmaz, H., RCCI Bir Motorda Enjeksiyon Zamanlaması ve Lamdanın Yanma ve Performans Karakteristikleri Üzerindeki Etkilerinin Deneysel İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 4(4):299-308(2016).
[31] Yap, D., Karlovsky, J., Megaritis, A., Wyszynski, M. L., Xu, H.,An investigation into propane homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine operation with residual gas trapping, Fuel, 84, 2372–2379, (2005).
[32] Yelvington, P. E., Green, W. H., Prediction of the Knock Limit and Viable Operating Range for a Homogeneous-Charge, Compression-Ignition (HCCI) Engine, SAE Paper 2003-01-1092, (2003).