Buji ateşlemeli motorlarda yakıta hidrojen ilavesinin motor performansına ve egzos emisyonlarına etkisinin deneysel analizi

Hidrojen, buji ile ateşlemeli motorlarda kendi başına veya karışım içerisine belirli miktarlarda karıştırılarak kullanılabilen alternatif bir yakıttır. Buji ile ateşlemeli motorlarda hidrojen kullanımı, yanma sürecini iyileştir- mekte ve egzoz emisyonlarını azaltmaktadır. Bu deneysel çalışmada, tek silindirli 4 zamanlı buji ile ateşlemeli motorda herhangi bir tasarım değişikliğine gidilmeden ek yakıt olarak hidrojen kullanılmış ve egzoz emisyonları ile motor performansına etkileri incelenmiştir. Stokiyometrik oran değiştirilmeden emme manifoldundaki hava-yakıt karışımına % 4, % 8, % 12 oranlarında hidrojen eklenmiştir. Deneyler tam gaz kelebek açıklığı şartlarında yapılmıştır. Motorda ek yakıt olarak hidrojen kullanılması karbon monoksit (CO) ve hidrokarbon (HC) emisyon-ları ile özgül yakıt tüketimini azaltmış, buna karşın volümetrik verim, motor momenti ve çıkış gücü azalmıştır.

Experimental analysis of the effect of hydrogen addition to the fuel on performance and exhaust emissions in spark ignition engines

Hydrogen is an alternative fuel, which can be used alone or mixed with certain amount in fuel and air in spark ignition engines. Using hydrogen in a conventional spark ignition engine improves combustion process and reduces pollutions emissions. In this experimental study, hydrogen was used as a supplementary fuel in a single cylinder, four stroke, spark ignition engine without any modification and it’s effects on exhaust emissions and engine performance were investigated. Hydrogen was added to the air-fuel mixture in the intake manifold of the engine at 4 %, 8 % and 12 % rates without changing the Stoichiometric ratio. The experiments were performed at full open throttle operating conditions. Using hydrogen as a supplementary fuel in the engine reduced carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) emissions and specific fuel consumption. However, volumetric efficiency, output power and torque were decreased.

PDF

___

1. Ültanır, M.Ö., “21. Yüzyıla Girerken Türkiye’nin Enerji Stratejisinin Değerlendirilmesi”, TÜSİAD Parlamento İşleri Komisyonu Raporu, İstanbul 12: 201-213, 1998.
2. İder, S.K., “Hidrojen Enerji Sistemi”, TMMOB Metalürji Mühendisler Odası Metalürji Dergisi,134: 1-8,2003.
3. “Hidrojen Enerjisi Teknolojisinin Dünyadaki Gelişimi”, www.youthforhab.org.tr/tr/yayinlar/enerji/hidrojen/hidteknolojisi.html, 2003.
4. Dipioğlu İ. Hidrojenin Taşıt Üzerinde Üretimi ve Petrol Kökenli Yakıtlarla Birlikte İçten Yanmalı Motorlarda Kullanımının İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 5–7,1988.
5. Arsan, E.,Soruşbay, C., “Hidrojenin İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Performansı”, Mühendis ve Makine Dergisi, 29(339): 23-28,1988.
6. Ciniviz, M., Haşimoğlu C., Uçar G., “Günümüzde İçten Yanmalı Motorlarda Hidrojen Yakıtının Kullanılması”, Selçuk Üniv. On-Line Dergisi, 1-2, 2002.
7. Homan, H. S., deBoer P.C.T., Mclean W. J., “The Effect of Fuel Injection on NOx Emissions and Undesirable Combustion for Hydrogen – Fueld Piston Engines”, SAE 780945, 1-17, 1978.
8. Atılgan İ., “Türkiye’nin Enerji Potansiyeline Bakış”,Gazi Üniversitesi, Müh. Mim. Fak. Dergisi, 14:17-30, 2000.
9. Temelci F.E., Taşıtlarda Alternatif Yakıt Olarak Hidrojen Kullanımı, Yüksek lisans tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,İstanbul, 10-20, 2000.
10. ÜN.Ü.T, “21. Yüzyılın Enerjisi: Hidrojen” E.M.O. YEKSEM 2003, II. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, İzmir, 3-4, 2003.
11. Murcak,A., Dizel Motorlarında Hidrojenin Yakıt Olarak Kullanılmasının Motor Performansına Ve Egzoz Emisyonlarına Etkisinin Deneysel Analizi, Yüksek Lisans Tezi Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 8, 2004.
12. Ateş, A., İçten Yanmalı Motorlarda Hidrojenin Yakıt Olarak Kullanılması ve Depolama Problemleri, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya,1-35, 1985.
13. Dincer, I., “Technical, Environmental and Exergetic Aspects of Hydrogen Energy Systems”, International Journal of Hydrogen Energy, 27:265-285, 2002.
14. Petkov T., Veziroğlu, T.N., Sheffield, J.W., “An Outlook of Hydrogen as an Automotive Fuel”, International Journal of Hydrogen Energy, 14:449-474, 1989.
15. Safgönül, B,. Soruşbay,C,. Ergeneman M,. Arslan E., Özaktaş T,. “Motorlu Taşıtlarda Doğal Kullanımı ve Hidrojen Kullanımı”, DPT Proje No:90K12 0670/17, 21–40, 1994.
16. Bayhan.M., Jankowski A. “İçten Yanmalı Motorlarda Egzoz Emisyonlarının Kontrolü” İstanbul Teknik Üniversitesi-Uludağ Üniversitesi III Yanma Sempozyumu, Bursa, 405, 1993.
17. Bayındır, H., Etanol-Benzin Karışımlarının Benzinli Motorlarda Motor Karakteristikleri Ve Hava Kirliliğine Etkileri, Doktora Tezi,Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ,50-51, 1998.
18. Kim..Y.T., Kim J.M., Lee J.T, Lee S.Y “A Study on Developing the Hydrogen Fueled Engine of the Direct injection Method.”, KHES, 1-15, 1992.
19. Moon K.J., Kim..Y.T, Lee J.T., Lee S.Y., “Performance Characteristics of Hydrogen-Fueled Engine: With Direct Injection and Spark Ignition System” SAE Paper 952498, 1995.
20. Jorach, R., Enderle, C., Decker, R., “Development of Low – NOx Truck Hydrogen Engine with High Specific Power Output”, Int. J. of Hydrogen Energy, 22(4) : 423–427, 1997.
21. Y.Jamal and M.L. Wyszynski “Onboard Generation of Hydrogen-Rich Gaseous Fuels - A Review”,International Journal of Hydrogen Energy Vol. 19(7): 557–572, 1994.
22. Kondo, T., Lio,S., Hiruma, M., A Study on the Mechanism of Backfire in Extarnal Mixture Formation Hydrogen Engines”, SAE Paper No: 971704, 1997.
23. Apostolescu, N., Chiriac, R., “A Study of Combustion of Hydrogen Enriched Gasoline in A Spark Ignition Engine”, SAE Paper No: 9606603,1996.
24. Glasson, N., Lumsden,G., Dingli,R., Watson,H., “Development of the Haji System for A Multi-Cylinder Spark Ignition Engine”, SAE Paper No: 961104, 1996.
25. Çeviköz, B.M., Alternatif Motor Yakıtları ve LPG’nin Motor Yakıtı Olarak Benzinle Deneysel Olarak Karşılaştırılması, Yüksek Lisans Tezi,İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 19-26, 1996.
26. Baker, R.E., Macpherson, I., “Future Transportation Fuels and the Environment,” Automotive Engi-neering, 99(1), 27-29, 1981.
27. Bohacik, T., Maria, S.D., “Travbridge,C., Saman,W., “Combustion Characteristic Of Electrolycally Produced Hydrogen-Oxygen Mixture”, SAE Paper No: 971703, 1997.
28. Bresheas R., Cotrill H., Rupe, J., “Partial Hydro-gen Injection into Internal Combustion Engines Effect on Emissions and Fuel Economy” Presented at the First Symposium on Low Pollution Power Systems Development, Ann Arbor, Michigan,October 14-19, 1973.
29. Murray, R.G. ve Schoeppel R.J., “Emission and performance Characteristics of an Air-Breathing Hydrogen- Fuelled Internal Combustion Engine”,Proc. 6th. Intersociety Energy Coversion Engrg Conf (IECEC), Paper No:719009, 1971.
30. Stebar,R.F. ve Parks, F.B., “Emission Control with Lean Operation Using Hydrogen- Supplemented Fuel”, SAE Paper No. 740187, 1974.
31. Furuhama, S., “Hydrogen Engine Systems for Land Vehicles”, Int. J. of Hydrogen Energy,14(12 ): 907-913, 1989.
32. Rauckis M. J., McLean, W. J. “The Effect of Hydrogen Addition on Ignition Delays and Flame Propagation in Spark Ignition Engines”, Combustion Science and Technology, 19: 207-216, 1979.
33. Abdul, M., Al-Baghdadi, R.S., “Performance Study of A Four-Stroke Spark Ignition Engine Working Both of Hydrogen and Ethyl Alcohol as Supplementary Fuel”, International Journal of Hydrogen Energy 25:1005-1009, 2000.
34. Al-Janabi, H.A.S., Al-Baghdadi M.A.S., “A Prediction Study of the Effect of Hydrogen Blending on the Performance and Pollutants Emission of A Four Stroke Spark Ignition Engine”, Int. J. of Hydrogen Energy 363-375, 1999.
35. Al-Baghdadi, M.A.S., Al-Janabi, H.A.S., “Improvement of Performance and Reduction of Pollutant Emission of A Four Stroke Spark Ignition Engine Fueled with Hydrogen-Gasoline Fuel Mixture”, Int. J. of Hydrogen Energy 76-91, 1999.
36. Al-Baghdadi, M.A.S. “Hydrogen-Ethanol Blending As An Alternative Fuel of Spark Ignition Engines”, International Journal of Hydrogen Energy,1471-1477, 2001.
37. Sher, E., Hacohen, Y., “The Modeling of a SI 4-Stroke Cycle Engine Fueled with Hydrogen-Enriched Gasoline”, International Journal of Hydrogen Energy, 773-781, 1987.
38. Lucas, G. G., Richards, W. L., “The Hydrogen/ Petrol Engine S The means to Give Good Part Load Thermal Efficiency”, SAE Paper No:820315 (1982).
39. Yi, H. S., Min, K., Kim, E. S., “The Optimised Mixture Formation for Hydrogen Fuelled Engines”,Int. J. Of Hydrogen Energ, 25: 685-690, 2000.
40. Hoehn F. W., Dowdy, M. W., “Feasibility Demonstration of a Road Vehicle Fueled with Hydrogen Enriched Gasoline”, SAE Paper No:749105, 1974.