HCCI MOTORLARDA BÜTANOL VE DİETİL ETER YAKIT KARIŞIMININ MOTOR PERFORMANSI VE EMİSYONLARA ETKİLERİNİN İNCELENMESİ
INVESTİGATİON OF THE EFFECTS OF BUTANOL AND DİETHYL ETHER FUEL BLENDS ON ENGİNE PERFORMANCE AND EMİSSİONS İN HCCI ENGİNES
- Tez No: 1010926
- Danışmanlar: Prof. Dr. HÜSEYİN SERDAR YÜCESU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Otomotiv Mühendisliği, Automotive Engineering
- Anahtar Kelimeler: Alternatif yakıtlar, Dizel motorlar, Egzoz emisyonları, İzobütanol, Alternative fuels, Diesel engines, Exhaust emissions, Isobutanol
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Otomotiv Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Homojen karışımlı sıkıştırma ile ateşlemeli (HCCI) motorlar, düşük emisyon ve yüksek termal verim elde etme potansiyelleri nedeniyle umut verici bir yanma konseptini temsil etmektedir.Ancak HCCI yanmasında yanma fazının doğrudan kontrol edilememesi nedeniyle motor çalışma aralığı sınırlı kalmaktadır. Bu sınırlamayı gidermek amacıyla, farklı tutuşma eğilimlerine sahip bütanol ve dietil eter temelli ikili yakıt stratejisi, HCCI yanma kontrolünü iyileştirmek için geniş bir çalışma koşulu aralığında incelenmiştir. Üç yakıt karışımı (B15, B30 ve B45), farklı motor hızları (800–1200 d/d), sıkıştırma oranları (11–13), emme havası sıcaklıkları (35–65 °C) ve lambda oranları (λ = 1,8–4,0) altında sistematik olarak değerlendirilmiştir. Bulgular, test edilen karışımlar arasında yanma davranışı ve performans açısından önemli farklılıklar olduğunu ortaya koymuştur. B15 karışımında daha yüksek DEE içeriği, silindir içi basınç artışının daha erken gerçekleşmesine, daha yüksek ısı yayılım oranına ve KA10 ile KA50'nin avansa kaymasına neden olarak yanma fazlamasını ilerletmiştir. Bu durum aynı zamanda fakir karışım çalışma aralığının kararlılığını ve genişliğini artırmış, özellikle yüksek emme havası sıcaklığı ve sıkıştırma oranlarında belirgin hale gelmiştir. Ancak bu ilerlemiş yanma fazlaması negatif işi artırmış, bunun sonucunda IMEP ve genel verim azalmıştır. Ayrıca zengin karışım koşullarında PRRₘₐₓ 14 bar/°KA değerine ulaşarak vuruntu sınırını aşmıştır. Buna karşılık, bütanol oranının %45'e çıkarılması B15'e kıyasla yanmanın gecikmesine neden olmuş ve KA50'nin ÜÖN'den sonra 7° ile 11° arasında gerçekleştiği daha uygun bir yanma fazlaması sağlamıştır. Bu daha elverişli fazlama, yanma süresini kısaltmış, termal verimi artırmış ve vuruntu eğilimini azaltmıştır. Ayrıca B45 karışımı, %10'un altında çevrimsel değişkenlik korunurken 6,27 bar ile en yüksek IMEP değerine ulaşmış ve yüksek emme havası sıcaklığı ile sıkıştırma oranlarında dahi kararlı yanma davranışı sergilemiştir.Emisyonlar karakteristikleri açısından, B15 ve B30 karışımları yüksek emme havası sıcaklığı ve sıkıştırma oranlarında B45 karışımına kıyasla daha düşük emisyon seviyeleri göstermiştir. CO₂ emisyonları ise CO ve HC emisyonları ile ters bir ilişki göstermiştir. Genel olarak, B45 yanma kararlılığı ve verim açısından en uygun dengeyi sunarken, B15 ve B30 fakir karışım çalışma aralığını genişletme ve emisyonları azaltma açısından daha etkili olmuştur.
Özet (Çeviri)
Homogeneous charge compression ignition (HCCI) engines are a promising combustion concept with the potential for low emissions and high thermal efficiency. However, the operating range of HCCI combustion remains limited because combustion phasing cannot be directly controlled. To address this limitation, a dual-fuel strategy based on butanol and diethyl ether, which exhibit different ignition tendencies, was investigated over a wide range of operating conditions to improve combustion control in HCCI operation. Three fuel blends (B15, B30, and B45) were systematically evaluated under varying engine speeds (800–1200 rpm), compression ratios (11–13), intake air temperatures (35–65 °C), and lambda ratios (λ = 1.8–4.0). The results revealed significant differences among the tested blends in terms of combustion behavior and performance. For the B15 blend, higher DEE content advanced combustion phasing, evidenced by earlier in-cylinder pressure rise, higher heat release rate, and advanced CA10 and CA50. It also improved the stability and extent of the lean operating range, particularly at high intake air temperatures and compression ratios. However, the advanced phasing increased negative work, resulting in lower IMEP and overall efficiency. In addition, under rich conditions, PRRₘₐₓ reached 14 bar/°CA, exceeding the knock limit when compared with the other blends. In contrast, increasing the butanol ratio to 45% delayed the onset of combustion relative to B15, leading to a more favorable phasing with CA50 occurring between 7° and 11° ATDC. This improved phasing shortened the combustion duration, enhanced thermal efficiency, and reduced the tendency for knock. Moreover, the B45 blend achieved the highest IMEP (6.27 bar) while maintaining cyclic variations below 10%, indicating stable combustion even at high intake air temperatures and compression ratios. In terms of emissions, B15 and B30 exhibited lower levels than B45 at high intake air temperature and compression ratio, while CO₂ showed an inverse relationship with CO and HC. Overall, B45 offers the best compromise between combustion stability and efficiency, whereas B15 and B30 are more effective in extending the lean operating range and reducing emissions.
Benzer Tezler
- HCCI motorlarda farklı çalışma parametrelerinin motor performansı ve emisyonlar üzerindeki etkisinin sayısal analizi
Numerical analysis of the effects of operating parameters on performance and emissions in HCCI engines
GONCA KETHÜDAOĞLU
Doktora
Türkçe
2024
Otomotiv MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NUREDDİN DİNLER
- HCCI(homojen dolgulu sıkıştırma ile ateşlemeli) bir motor için kotrol algoritmasının geliştirilmesi
Development of control algorithm for an HCCI (homogeneous charge compression ignition) engine
ALİ TAŞTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
EnerjiHitit ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEYFİ POLAT
- HCCI (homojen şarjlı sıkıştırma ile ateşlemeli) bir motorda yanma analizi
The combustion analysis on HCCI (homogen charge compression ignition engine)
ŞÜKRÜ AYHAN BAYDIR
Doktora
Türkçe
2012
Mühendislik BilimleriGazi ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN SERDAR YÜCESU
- Homojen dolgulu sıkıştırma ile ateşlemeli (HCCI) bir motorda yanma parametrelerinin iyon akımı üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of combustion parameters on ion current in homogeneous charge compression ignition engine
MERVE ATAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilim ve TeknolojiGazi ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ŞAHİN
- HCCI bır motor için ekserji analizi
Exergy analysis of an HCCI engine
CEMİL YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN YAMIK