FARKLI EGZOZ VALF YÜKSEKLİKLERİ İÇİN BİR SI-CAI MOTORDA METANHİDROJEN KARIŞIMLARININ İNCELENMESİ

Bu çalışmada, farklı metan-hidrojen karışımlarının buji ateşlemeli kontrollü kendi kendine tutuşmalı bir motorda (SI-CAI) farklı hava fazlalık katsayısı ve valf yükseklik değerlerinde sayısal ve deneysel inceleme yapılmıştır. Deneysel sonuçlar sayısal çalışmanın doğruluğu için kullanılmıştır. Sayısal çalışma için GT-Power simülasyon programı kullanılmıştır. Valf yükseklikleri 0.5 mm artış değeri ile 3.0-5.0 mm arasında ele alınmıştır. Hava fazlalık katsayısı () değerleri 1.0, 1.1, 1.2, 1.3 ve 1,4 olarak dikkate alınmıştır. Bununla birlikte, metanhidrojen karışımları hacimsel olarak %100 Metan (100M), %90 Metan-%10 Hidrojen (90M10H), %80 Metan-%20 Hidrojen (80M20H) ve %70 Metan-%30 Hidrojen (70M30H) olacak şekilde incelenmiştir. Sonuçlar valf yüksekliklerinin artması ile maksimum basınç değerlerinin arttığını göstermiştir. Hava fazlalık katsayısının artması ile basınç ve sıcaklık değerlerinde azalma eğilimi görülmüştür. Metan-hidrojen karışımlarında hidrojenin hacimsel oranının artırılması ile basınç gelişimlerinin erken gerçekleştiği görülmüştür. Sonuç olarak, metan hidrojen karışımlarındaki hidrojenin hacimsel oranının artışı indike ısıl verimde ve ortalama efektif basınçta azalmaya ve daha düşük özgül yakıt tüketimine neden olmuştur

INVESTIGATION OF AN SI-CAI ENGINE FUELLED WITH METHANE-HYDROGEN MIXTURES FOR DIFFERENT EXHAUST VALVE LIFTS

Abstract: In this study, a spark-assisted controlled auto-ignition (SI-CAI) engine with different Methane-Hydrogenblends was numerically and experimentally investigated under different excess air ratio and valve lift valueconditions. Experimental results were used to validate the numerical study. GT-Power simulation tool was used forthe numerical studies. The valve lifts were created ranging from 3.0 to 5.0 mm with 0.5 increments. The excess airratio () values were considered as 1.0, 1.1, 1.2, 1.3 and 1.4. Besides, Methane-Hydrogen blends were constituted as100% Methane (100M), 90% Methane-10% Hydrogen (90M10H), 80% Methane-20% Hydrogen (80M20H) and 70%Methane-30% Hydrogen (70M30H) by volume. Results revealed that the peak pressure values increase when thevalve lift increases. The pressure and temperature values tend to reduce with the increasing of  values. Increasing thevolume fraction of Hydrogen in Methane–Hydrogen blend contributes to pressure development earlier. As aconclusion increasing of the volume fraction of Hydrogen in the Methane-Hydrogen blend causes a reduction in theindicated thermal efficiency and mean effective pressure, and a lower specific fuel consumption.

___

  • Zhang C.,Pan J.,Tong J.,Li J., 2011, Effects of Intake Temperature and Excessive Air Coefficient on Combustion Characteristics and Emissions of HCCI Combustion, Procedia Environmental Sciences, 11:1119-1127.
  • Zhang C, Wu H., 2012, The simulation based on Chemkin for homogeneous charge compression ignition combustion with on-board fuel reformation in the chamber. Int J Hydrogen Energy, 37, 4467-75.
  • Yildiz M., Akansu S.O., Albayrak Çeper B., 2015, Computational Study of EGR and Excess Air Ratio Effects on a Methane Fueled CAI Engine, International Journal of Automotive Engineering and Technologies, vol.4, 152-161.
  • Yeom K, Jang J, Bae C., 2007, Homogeneous charge compression ignition of LPG and gasoline using variable valve timing in an engine. Fuel, 86, 494-03.
  • Yao M, Zheng Z, Liu H., 2009, Progress and recent trends in homogeneous charge compression. Progress in Energy and Combustion Science, 35, 398-437.
  • Syed Y., Venkateswarlu K. and Khan N., 2012, Effect of Ignition Timing and Equivalence Ratio on the Performance of an Engine Running at Various Speeds Fuelled with Gasoline and Natural Gas, International Journal of Advanced Science and Technology Vol. 43, June.
  • Stone R., 1999, Introduction to Internal Combustion Engines, Third Edition. Society of Automotive Engineers Inc., Warrendale, 641 pp.
  • Naeve N, He YT, Deng J., 2011, Waste coke oven gas used as a potential fuel for engines, SAE Technical Paper; SAE 2011-01-0920.
  • Moreno1 F., Muñoz M., Magén O., Monné C., Arroyo J., 2010, Modifications of a spark ignition engine to operate with Hydrogen and Methane blends, International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’10) Granada (Spain), 23th to 25th March.
  • Mahrous A.F.M, Potrzebowski A, Wyszynski M.L, Xu H.M, Tsolakis A, Luszcz P., 2009, A modeling study into effects of variable valve timing on the gas exchange process and performance of a 4-valve DI homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine. Energy Conversion and Management, 50, 393-98.
  • Lee K, Kim Y, Byun C, Lee J., 2013, Feasibility of compression ignition for Hydrogen fueled engine with neat Hydrogen-air pre-mixture by using high compression. Int J Hydrogen Energy, 38, 255-64.
  • Lee C.H, Lee K.H., 2007, An experimental study of the combustion characteristics in SCCI and CAI based on direct-injection gasoline engine. Experimental Thermal and Fluid Science, 31, 1121-32.
  • Knop V, Francqueville L, Duffour F, Vangraefschèpe, F., 2009, Influence of the valve-lift strategy in a CAI engine using exhaust gas re-breathing -Part 2: Optical Diagnostics and 3D CFD Results. SAE Int. J. Engines, 2(1), 271-88.
  • Karim G.A., Wierzba I. and Al-Alousi Y., 1996, Methane-Hydrogen mixtures as fuels. Int J of Hydrogen Energy, 21(7), 625-31.
  • Kalian N, Zhao H, Qiao J., 2008, Investigation of transition between spark ignition and controlled autoignition combustion in a V6 direct-injection engine with cam profile switching. Proc. IMechE, Part D: Journal of Automobile Engineering, 222, 1911-26.
  • Hunicz J, Kordos P., 2011, An experimental study of fuel injection strategies in CAI gasoline engine. Experimental Thermal and Fluid Science, 35, 243-52.
  • Heywood, J. B.(1988). Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill, Newyork, USA.
  • Guo H, S.Neill W., 2013, The effect of Hydrogen addition on combustion and emission characteristics of an n-heptane fuelled HCCI engine. Int J Hydrogen Energy, 38, 11429-37.
  • Fjallman J., 2014, GT-Power Report, KTH Mechanics, SE-100-44 Stockholm, Sweden, https://www.divaportal.org/smash/get/diva2:624472/FULLTEXT01.pdf
  • Ebrahimi R, Desmet B., 2010, An experimental investigation on engine speed and cyclic dispersion in an HCCI engine. Fuel, 89, 2149-56.
  • Cinar C, Uyumaz A, Solmaz H, Topgul T., 2015, Effects of valve lift on the combustion and emissions of a HCCI gasoline engine. Energy Conversion and Management, 94, 159-68.
  • Chen T, Xie H, Li L, Zhang L, Wang X, Zhao H., 2014, Methods to achieve HCCI/CAI combustion at idle operation in 4VVAS gasoline engine. Applied Energy, 116, 41-51.
  • Chen R, Milovanovic N, Turner J, Blundell D., 2003, The thermal effect of internal exhaust gas recirculation on controlled auto ignition. SAE paper 2003-01-0751.
  • Cao L., Zhao H., Jiang X. and Kalian N., 2005, Numerical Study of Effects of Fuel Injection Timings on CAI/HCCI Combustion in a Four-Stroke GDI Engine, SAE International, 2005-01-0144.
  • Bai Y, Wang Z, Wang J., 2010, Part-load characteristics of direct injection spark ignition engine using exhaust gas trap. Applied Energy, 87, 2640-46.
Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-3615
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 1977
  • Yayıncı: TÜRK ISI BİLİMİ VE TEKNİĞİ DERNEĞİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

DÜZLEM BİR DİSKE ÇARPAN OSİLASYONLU DAİRESEL LAMİNAR JETİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Hasmet TÜRKOĞLU, Mitra KAHROBA

IŞINIMLA DUVARDAN ISITMA SİSTEMLERİNDE YALITIM KALINLIĞI OPTİMİZASYONUNDA KULLANILABİLECEK YENİ BİR YÖNTEM

Eser VELİŞAN, Ali İhsan KOCA, Gürsel ÇETİN

MERKEZ DIŞI KATI İLETKEN BİR CİSİM İÇEREN DİKDÖRTGEN KAPALI BİR ORTAMDA SU BAZLI CuO NANOAKIŞKANLAR İÇİN KALDIRMA KUVVETİ ETKİLİ ISI TRANSFERİNİN NÜMERİK İNCELENMESİ

Çiğdem SUSANTEZ, Kamil KAHVECİ

PARÇACIK GÖRÜNTÜLEMELİ HIZ ÖLÇME TEKNİĞİ İÇİN DİNAMİK MASKELEME TEKNİKLERİ

F. Gökhan ERGİN

FARKLI EGZOZ VALF YÜKSEKLİKLERİ İÇİN BİR SI-CAI MOTORDA METANHİDROJEN KARIŞIMLARININ İNCELENMESİ

Bilge ALBAYRAK ÇEPER, Emin BORLU

YAN DUVARLARI DALGALI EĞİK BİR KARE KAVİTE İÇİNDEKİ NANOAKIŞKANLARIN DOĞAL KONVEKSİYONU

Müslüm ARICI, Metin AKYOL, Elif BÜYÜK ÖĞÜT

GÜNEŞ ENERJİLİ SU ISITICI KOLLEKTÖRLERLE BİRLEŞTİRİLMİŞ GÜNEŞ ENERJİLİ DAMITICILARIN DENEYSEL İNCELENMESİ

Cengiz YILDIZ, Emin EL, Zeki ARGUNHAN, Gülşah ÇAKMAK

GÖZENEKLİ ORTAMDA DİKEY SALINIMLI HALKASAL BİR AKIŞKAN KOLONUNDAN ISI GEÇİŞİ: DENEY SONUÇLARININ TERMODİNAMİK ANALİZİ

Ersin SAYAR

FARKLI EGZOZ VALF YÜKSEKLİKLERİ İÇİN BİR SI-CAI MOTORDA METAN- HİDROJEN KARIŞIMLARININ İNCELENMESİ

Bilge ALBAYRAK ÇEPER, Emin BORLU

AKIŞ YÖNLENDİRİCİ PLAKANIN ÇIKINTILI ISI KAYNAKLARINDAN KARIŞIK KONVEKSİYONLA ISI TRANSERİNE ETKİSİ

Burak KURŞUN, Mecit SİVRİOĞLU