Buji ateşlemeli bir motorda alternatif yakıt olarak saf etanolun kullanılması

Artan enerji ihtiyacı ve çevre kirliliği nedeniyle, buji ateşlemeli motorlarda etanol, metanol, doğal gaz, hidrojen ve LPG gibi alternatif yakıtlar kullanılmaktadır. Etanol; oktan sayısının yüksek olması, egzoz emisyonlarının düşük olması ve biokütle kaynaklarından üretilebilmesi nedeniyle alternatif yakıtlar arasında önemli bir yere sahiptir. Bu çalışmada değişken sıkıştırma oranlı bir motorda saf etanol kullanılmasının motor performansı ve emisyonları üzerindeki etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde tek silindirli, dört zamanlı, buji ateşlemeli, sıkıştırma oranı değiştirilebilen bir araştırma motoru kullanılmıştır. Deneyler motorun 6/1 sıkıştırma oranında benzin ve etanol ile; 8/1 ve 10/1 sıkıştırma oranında etanol ile çalıştırılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucunda 6/1 sıkıştırma oranında etanol kullanılmasıyla benzine göre önemli bir güç kaybı olmadan CO, CO2 ve NOx emisyonlarında azalma olduğu belirlenmiştir. Sıkıştırma oranının 10/1’e kadar artırılmasıyla, etanol benzine göre %25 güç artışı sağlamıştır. Ayrıca CO, CO2 ve NOx emisyonlarında sırayla %41, %21 ve %26 azalma elde edilirken, HC emisyonunda %40 artış gözlenmiştir. Sonuçlar; motorlarda yüksek sıkıştırma oranında etanol kullanımının, motor performansını önemli ölçüde artırdığını ve emisyonları azalttığını göstermektedir.

The use of pure ethanol as alternative fuel in a spark ignition engine

Because of increasing energy demand and environmental pollution, alternative fuels such as ethanol, methanol, natural gas, hydrogen and LPG have been used in spark ignition engines. Ethanol has an important place among the alternative fuels as its octane number is high, exhaust emission level is low and it is produced from biomass sources. In this study, the effect of the use of pure ethanol in an SI engine which has variable compression ratio on engine performance and emissions were investigated experimentally. In the experiments, a single cylinder, four stroke, spark ignition research engine which has a variable compression ratio was used. The experiments were performed by running the engine at the 6/1 compression ratio with gasoline and ethanol, and at the 8/1, 10/1 compression ratios with ethanol. The results showed that some decreases were obtained in CO, CO2 and NOx emissions without any noticeable power loss when ethanol was used instead of gasoline at the 6/1 compression ratio. By increasing the compression ratio (10/1), engine power was increased up to 25% with ethanol. CO, CO2 and NOx emissions were reduced about 41%, 21% and 26%, respectively. Moreover, HC emissions were increased about 40%. According to the results obtained, it can be said that using ethanol at high compression ratios in the engines significantly improves the engine performance and decreases the exhaust emissions.

PDF

___

1. Sürmen, A., Karamangil, M. İ. ve Arslan, R., “Motor Termodinamiği, 240 s. Aktüel yay., İstanbul, 2004.
2. McCallum, P. W., Timbario, T. J., Bechtold, R. L. ve Ecklund, E. E., “Alcohol Fuels for Highway Vehicles”, Chemical Engineering Progress 78, 8, 52-59, 1982.
3. Hsieh, W., Chen, R., Wu, T. ve Lin, T., “Engine Permormance and Pollutant Emissions of an SI Engine Using Ethanol-Gasoline Blended Fuels”, Atmospheric Environment 36, 403-410, 2002.
4. Al-Baghdadi, M. A.-R. S., “Hydrogen-Ethanol Blending as an Alternative Fuel of Spark Ignition Engines”, Renewable Energy 28, 1471-1478, 2003.
5. Wu, C.W., Chen, R.H., Qu, J.Y.ve Lin, T.H., “The Influence of Air-Fuel Ratio on Engine Performance And Pollutant Emission of an SI Engine Using Ethanol-Gasoline Blended Fuels”, Atmospheric Environment 38, 7093-7100, 2003.
6. Bayraktar, H., “Experimental and Thereotical Investigation of Using Gasoline Ethanol Blends in Spark Ignition Engines”, Renewable Energy 30, 1733-1747, 2005.
7. Abdel-Rahman, A.A. ve Osman, M.M., “Experimantal Investigation on Varying The Compression Ratio of SI Engine Working Under Different Ethanol-Gasoline Fuel Blends”, International Journal of Energy Research, 21, 31-40, 1997.
8. Yücesu, H. S., Topgül, T., Çinar, C. ve Okur, M., “Effect of Ethanol–Gasoline Blends on Engine Performance and Exhaust Emissions in Different Compression Ratios”, Applied Thermal Engineering 26, 2272-2278, 2006.
9. Charalampos, A. I., Anastasios, K. N. ve Panagiotis, S. D., “Gasoline-Ethanol, Methanol Mixtures and A Small Four-Stroke Engine”, Heat and Technology, 22, 2, 69-73, 2004.
10. Magnusson, R. ve Nilson, C., “Emissions of Aldehydes And Ketones From A Two- Stroke Engine Using Ethanol and Ethanol-Blended Gasoline As Fuel”, Environmental Science And Technology, 36, 8, 1656-1664, 2002.
11. Bardaie, M. Z. ve Rimfiel, J., “Conversion of Spark-Ignition Engine For Alcohol Usage- Comparative Performance”, Agricultural Mechanization in Asia –Africa and Latin Amerika, 15, 2, 31-34, 1984.
12. El-Emam, S. H. ve Desoky, A. A., “A Study On The Combustion of Alternative Fuels in Spark- Ignition Engines”, Int. J. Hydrogen Energy, 10, 7, 497-504, 1985.
13. Gautam, M. ve Martin, D.W., “Combustion Characteristics Of Higher-Alcohol/Gasoline Blends”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 214, 5, 497-511, 2000.
14. Popuri, S.S. ve Bata, R.M., “A Performance Study of Iso-Butanol, Methanol, Ethanol- Gasoline Blends Using a Single Cylinder Engine”, SAE Transactions 2, 932953, 1993.
15. Sümer, M., “Buji Ateşlemeli Motorlarda Etanol Kullanımı, Performans ve Maliyet Analizi”, Yüksek Lisans Tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999.
16. Yüksel, F. ve Yüksel, B., “The Use of Ethanol- Gasoline Blends as a Fuel in an SI Engine”, Renewable Energy 29, 1181-1191, 2004.
17. Al-Hasan, M., “The Effect of Ethanol-Unleaded Gasoline Blends on Engine Performance and Exhaust Emission”, Energy Conversion and Management 44, 1547-1561, 2003.
18. Topgül, T., Yücesu, H. S., Çinar, C. ve Koca, A., “The Effects of Ethanol-Unleaded Gasoline Blends and Ignition Timing on Performance and Exhaust Emissions”, Renewable Energy 31, 15, 2534-2542, 2006.
19. Çelik, M. B., “Buji İle Ateşlemeli Bir Motorun Sıkıştırma Oranının Değişken Hale Dönüştürülmesi Ve Performansa Etkisinin Araştırılması”. Doktora Tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 1999.
20. Çolak, A., “Buji Ateşlemeli Bir Motorda Farklı Sıkıştırma Oranlarında Etanol Kullanımının Performans Ve Emisyonlara Etkisinin İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Z.K.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Zonguldak, 2006.
21. Borat, O., Balcı. M. ve Sürmen, A., “İçten Yanmalı Motorlar”, s.145, GÜ Tek. Eğt. Fak. Yay., Ankara,1994.