ABDURRAHMAN DEMİRCİ, Hüseyin Emre DOĞA, ÖMER CİHAN, OSMAN AKIN KUTLAR, Rafig MEHDİYEV, HİKMET ARSLAN

Yeni bir yanma odasına sahip benzin motorunda farklı sıkıştırma oranlarının ve ateşleme avanslarının performans ve emisyonlara etkisi.

Günümüzde içten yanmalı motorların (İYM) geleceği hakkında farklı görüşler vardır. İYM' lerin eski bir teknoloji olduğunu söyleyenlere rağmen İYM’ ler ile ilgili çok sayıda yeni çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalar içerisinde benzin motorları için başlıca araştırma konuları, yakıt tüketiminin azaltılması ve egzoz emisyonlarının iyileştirilmesidir. Bu makalenin başlıca amacı, tek silindirli, su soğutmalı, emme manifolduna püskürtmeli, buji ateşlemeli bir motorda, tasarlanmış olan yeni bir yanma odası geometrisi ile motorun farklı hava fazlalık katsayılarında denenmesi ile yüksek lambda değerlerinde çalıştırılmasıdır. Yeni bir yanma odası bu motor için tasarlanmış ve üç farklı sıkıştırma oranında üretilmiştir. Yeni yanma odasından beklenen, motorun daha fakir karışımlarla düzgün olarak çalışmasını mümkün kılmasıdır. Bu sayede özgül yakıt tüketim değeri ve NO emisyonları azalacağı beklenmektedir. Deneyler yedi farklı hava fazlalık katsayısında (1,0; 1,10; 1,20; 1,30; 1,45; 1,60 ve 1,70), üç farklı sıkıştırma oranında (10,5; 12 ve 14), tam yük koşullarında ve 2500 devir/dakika sabit motor hızında gerçekleştirilmiştir. Deneylerde yakıt miktarı, ateşleme avansı ve gaz kelebeğinin konumuna laboratuvarımızda geliştirilen bir elektronik kontrol ünitesi ile kumanda edilmiştir. Motor fakir karışımlarla çalıştığı zaman NO emisyonu azalmaktadır. Bu emisyonlar azaldığı zaman NO gazını dönüştüren ilave donanımlara olan ihtiyaç azalacaktır. Deney sonuçlarına göre sıkıştırma oranının artması ve ateşleme avansının azaltılması sonucunda ortalama efektif basınçta hafif bir azalma olurken NO emisyonları büyük oranda azalmıştır. Bununla beraber buji ile ateşlemeli motorlarda uygun yanma odası tasarımı ile fakir karışımlarda (HFK>1,45) çevrimler arası değişimin çok azaldığı ve motorun düzenli bir şekilde çalıştığı görülmüştür.

The effects of different compression ratios and spark advances on the performance and emissions of a spark ignition engine with a new combustion chamber

Nowadays, there are different ideas about the future of internal combustion engines. Despite the thoughts about internal combustion engines that are old technology, there have been many new researches about internal combustion engines. Reduction of fuel consumption and improving of the exhaust emissions are the main research topics in the spark ignition engines in the present day. The aim of this paper is to examine experimentally the effect of different compression ratios and excess air coefficients with a new designed chamber geometry on the performance and exhaust emissions of a single cylinder, which is water-cooled, port fuel injection and spark ignition engine. A new combustion chamber geometry was designed and three same combustion chamber geometries with different compression ratios were manufactured. It is expected from the combustion chamber shapes to run the engine properly in the lean mixtures. So, the decrease of fuel consumption and the decrease of NO emission are predicted. The experiments were tested at seven different excess air coefficients (1,0; 1.10; 1.20; 1.30; 1.45; 1.60 and 1.70), three different compression ratios (10.5; 12 and 14), different spark advances, wide open throttle (WOT) and the constant speed, 2500 rpm. The amount of fuel, spark advance and throttle condition were electronically controlled using an engine control unit (ECU) which is designed in the our laboratory by us. While the engine was running with lean mixtures, NO emissions decreased. When NO emissions are reduced, it will decrease the need for NO catalyst. Experimental results show that increasing of compression ratio and decreasing of spark advance leaded to decreasing of NO emissions substantially at nearly mean effective pressure values. In addition, the cycle-to-cycle variations are reduced at the lean mixtures (EAC>1.45) with the suitable combustion chamber geometry on the spark ignition engines and the engine remained stable.

PDF

___

J. B. Heywood, Internal combustion engines. Newyork, McGraw-Hill, 1988.
B. Safgönül, M. Ergeneman , H. E. Arslan ve C. Soruşbay, İçten yanmalı motorlar. İstanbul, Birsen Yayınevi, 2006.
W. W. Pulkrabek, Engineering fundamentals of the internal combustion engines. USA, Pearson Prentince Hall, 2004.
H. Zefaan. (2011, September). Combustion chamber geometry effects in spark ignition engine exhaust emissions. Australian Journal of Mechanical Engineering, 10(1). pp. 29-40.
H. E. Doğan, LPG dönüşümü yapılmış bir dizel motorunda azot oksit oluşumunun teorik ve deneysel olarak incelenmesi, Yüksek lisans tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2013.
C. Dinç, H. Arslan and R. Mehdiyev. (2008, May). CO2 Emission Reduction Using Stratified Charge in Spark-Ignition Engines, Energy & Fuels, 23. pp. 1781-1786.
Ü. Demir, Ö. M. Göbeloğlu, H. S. Soyhan ve E. Büyükkaya. (2014, Ekim). Bir HCCI motorun 0-boyutlu yanma analizi. SAÜ Fen Bil Der, 19(2). pp. 203-211.
S. G. Paulos and J. B. Heywood. The effect of chamber geometry of a spark-ignition engine combustion. SAE Technical Paper Series, 830334, 1983.
K. S. Hershleb, L. Lorenzen ve E. Kofoed. Lean Combustion in a High Compression Four Stroke Gasoline Engine, SAE Technical Paper Series, 810786, 1983.
P. Wolanski and R. Mehdiyev, Bi-Modal combustion chamber for a stratified charge engine. SAE Technical Paper Series, 2000- 01-0196, 2000.
M. K. Balki ve C. Sayın. Saf metanolün kullanıldığı buji ateşlemeli bir motorda sıkıştırma oranının performans, yanma karakteristiği ve emisyonlar üzerine etkisi. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 12(3). pp. 73-85, 2015.
V. Ayhan. (2016, Haziran) Direkt enjeksiyonlu bir dizel motoruna buhar ve farkli yöntemlerle su gönderiminin performans ve NOX emisyonlarına etkilerinin incelenmesi. SAÜ Fen Bil Der. 20(3). pp. 463-471.
K. Ravi ve E. Porpatham. (2017, Ocak). Effect of piston geometry on performance and emission characteristics of an LPG fuelled lean burn SI engine at full throttle condition. Applied Thermal Engineering, 110(2017). pp. 1051-1060.
M. Pan, G. Shu, H. Wei, T. Zhu, Y. Liang ve C. Liu. (2013, Ekim) Effects of EGR, compression ratio and boost pressure on cyclic variation of PFI gasoline engine at WOT operation, Applied Thermal Engineering, 64(2014). pp. 491-498.
O. A. Kutlar, Dört zamanlı otto (rochas) çevrimli motorlarda kısmi yükte yakıt tüketimini azaltmak için yeni bir yöntem (periyot atlatmalı motor), Doktora tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 1999.
Ö. Tekeli, Çevrim Atlatmalı Bir Benzin Motorunun Ateşleme ve Püskürtme Ünitelerinin Tasarımı ve Üretimi, Yüksek lisans tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2013.
J. A. Harrington and R. C. Shishu. A singlecylinder engine study of the effects of fuel type, fuel stoichiometry, and hydrogen-tocarbon ratio on CO, NO, and HC exhaust emissions, SAE Technical Paper Series, 730476, 1973.