Investigation of RCCI engine emission and performance
RCCI motorlarının emisyon ve performans karakterinin incelenmesi
- Tez No: 393065
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM SORUŞBAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Otomotiv Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Son yıllardaki ham petrol kaynaklarına artan talepler ve çevre sorunları sebebiyle araç üreticileri ve araştırma enstitüleri, motorlarda temiz ve verimli yanma elde etme araştırmalarına yöneldiler. Aftertreatment sistemleri emisyon azaltılmasında başarılı olmasına rağmen, regülasyon limitlerinin tutturulması özellikle yakıt ekonomisinin sağlanmasında başarılı olamamakta. Araştırmaların büyük bir kısmı hem emisyonları düşürme hem de yakıt ekonomisni iyileştirme olanağı sağlayan, LTC stratejisine yoğunlaşmış durumda. RCCI motorları LTC stratejisinin kullanım alanlarından biri. RCCI motorlarının temel prensibi düşük ve yüksek reaktiviteli yakıtların farklı zamanlarda silindir içine ayrı enjektör sistemleriyle sağlanmasından oluşur. Bu konu çok yönlü CFD modellemenin kullanılmasıyla daha kısa sürede ve daha ucuz olarak araştırılabilir. Bu çalışmada RCCI moturunda azotoksit ve partikül emisyonları, methanol ve dizel yakıtını farklı yakıt karışım oranları, farklı enjeksiyon zamanları ve bunlara EGR etkisi araştırılmıştır. Dizel motoru olarak Ecotorq 9L 380PS motoru kullanılmış olup, dizel modelinin doğrulanmasında kullanılmıştır. Dizel modelin doğrulanmasında FORD OTOSAN test labratuarlarından alınan motor dinamometre sonuçları ile AVL Fire CFD programının analiz sonuçları kullanılmıştır. RCCI motoru 32 farklı analiz deneyi ile incelenmiştir. Bu 32 deney; 700-740 derece krank açısı arasında değişen metanol enjeksiyon zamanları, 704.8-714.8 derece krank açısı arasında değişen dizel enjeksiyon zamanları, yüzde 30 ile yüzde 10 arasında farklı EGR oranları ve 7 farklı metanol dizel karışım oranları ve birbirleriyle olan kombinasyonları sonucunda oluşturulmuştur. İlk olarak AVL Fire programında oluşturulan dizel modeli motor dinamometre sonuçları ile karşılaştırılmış ve doğrulanmıştır. Validasyonu tamamlanmış model için uygun mesh hücre boyutu seçimi 5 farklı seçenek arasından silindir içi ortalama basınç, sıcaklık, kümülatif ısı yayılımı, NO ve partikül madde kütlesel oranları karşılaştırılarak yapılmıştır. Metanol ve diesel yakıtlarını kullanan RCCI motorunun emisyon ve performans açısından davranışlarını anlamak için model sonuçları incelenmiştir. Çalışma boyunca oluşan kütlece NO oranı, kWh başı NO kütle oluşumu, kütlece is oluşum oranı, kWh başına kütlece is oluşumu, CO kütle oluşum oranı, indike güç, ortalama silindir içi basınç ve sıcaklık, yanma odası içerisinde NO ve is dağılımı, ortalama hava kütlesi ve toplam kütle, zamana bağlı silindir içi dizel ve methanol kütle oranı değişimi sonuçları incelenmiş ve baz diesel modeli ile kıyaslanarak, parametrelerdeki değişim değerlendirilmiştir. Tüm çalışmalardan alınan sonuçlara göre is oluşumu azaltılmasında en büyük problem teşkil etmiştir. Koşulan analizlerden, 25'ünde NO emisyonunda azalma gözlenebilirken, sadece 6 tanesinde is oluşumu düşürülebilinmiştir. İs oluşumunun dizel vaka (vaka1)'e göre azaltıldığı deneyler incelenmiştir. Buna göre, 0.18 metanol oranlı vaka 2 varyantları ve 0.45 metanol oranlı vaka 3 varyantları is oluşumunun azaltılmasında başarılı olmuştur. Bu vakalarda NO emisyonun da azaltılması sağlanmıştır. 6 vakada %7 oranında güç düşüşü gözlemlenmiştir. NO ve is azaltılma oranları kWh başına düşen emisyon kütlesine göre hesaplanmış olup, güç düşüleri ana karşılaştırma oranının içerisinde yer almaktadır. Öncelik sırasına göre en iyi model seçilebilir. Eğer is oluşumu azaltılması esas alınıyorsa, vaka 3.h seçilebilir. Bu vaka 714.8 krank açısı dizel püskürtme başlangıcı, 715 krank açısı metanol püskürtme başlangıcı, kütlece %10 EGR, %45 metanol oranı içermektedir. Bu şekilde %80 oranında is oluşumunda, %4 oranında da NO azaltılabilir. Eğer NO emisyonu azaltılması esas alınırsa, vaka 3.j seçilebilir. Bu vaka de 3.h ile aynı olup, yalnızca EGR oranı %25'e çıkarılmıştır. Bu şekilde de %62 oranında NO emisyonunda azalma, %51 oranında is oluşumda azalma sağlanabileceği tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
The vehicle manufacturers and research institutes are seeking for clean and high efficiency combustion engine due to the increasing demand for crude oil and environment problems in recent years. Although aftertreatment system is capable of reducing engine emissions to a low level, the limitation of these systems that cannot make full use of fuel restricts the improvement in fuel economy. Large amount of researches focus on the LTC (low temperature combustion) strategy, which can achieve both the reduction of emissions and the improvement of fuel economy. RCCI (reactivity controlled compression ignition) is one of the tool to achieve this strategy, which is investigated in this study. The reactivity stratification in RCCI combustion is achieved by utilization of the separate injection system with low-reactivity and high-reactivity fuel introduced into cylinder directly in different injection timing. By using multi-dimensional CFD (computational fluid dynamics) modelling, it could be researched with fast and inexpensive way. In this study RCCI engine investigated with diesel and methanol fuels based on NO and soot emission outputs regarding various mixture mass fractions and different SOI timings with EGR variants. Ecotorq 9L 380PS diesel engine has been used as diesel base case to verify model. AVL Fire ESE Diesel program has been used to get computational results and it has been compared with diesel engine dyno meter results taken from FORD OTOSAN test laboratories. RCCI engine has been studied on 32 different variants overall. These 32 run includes; different SOI timings of methanol between 700-740 degree CA, different SOI timings of diesel between 704.8-714.8 degree CA, various EGR rates between %10 to %30, 7 different methanol mass fraction rated fuel mixtures overall. At first step created AVL Fire diesel engine model has been verified with engine dyno meter test results. This validated model mesh cell size chosen from 5 mesh variant option, regarding sensitivity of pressure, temperature, accumulated heat release, NO mass fraction, soot mass fraction results in order to achieve mesh independency. RCCI engine results reviewed to understand behaviour and characteristics of methanol-diesel fuelled RCCI engine emission and performance. During that study NO mass fraction, NO mass per kWh, soot mass fraction, soot mass per kWh, CO mass fraction, indicated power, mean in cylinder pressure, mean in cylinder temperature, NO and soot distribution over combustion chamber, mean mass, diesel mass fraction in cylinder, methanol mass fraction in cylinder have been investigated and results compared with base diesel case for improvement assessment. Regarding all cases, most problematic part was soot improvement. In 25 cases, NO emission reduced from base diesel case, but soot improvement only achieved in 6 cases. Soot mass reduced cases from base diesel case (Case 1) reviewed. Regarding results; case 2 with 0.184 methanol mass fraction and case 3 with 0.45 methanol mass fraction are successful to achieve soot reduction. With all those cases NO emission reduction also achieved simultaneously. In 6 cases power decrease, which reaches up to %7 percentage, observed. NO and soot reduction percentages calculated from mass per kWh, hence power decrease also calculated and even that emission decrease observed. According to priority best case could be selected. If soot reduction required to be lowest one, case 3.h can be selected, which has 714.8 diesel SOI, 715 methanol SOI, %10 EGR, 0.45 methanol mass fraction. That provides %80 percentage soot reduction and %4 NO reduction. If NO reduction required being lowest one, case 3.j can be selected, that has same attributes with increased EGR rate to 0.25. That provides %62 NO reduction with %51 soot reduction.
Benzer Tezler
- Dietileter ve aspir yağı biyodizeli karışımının bir LPG RCCI motorunun orta yüklerindeki yanma performans ve emisyon davranışının deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of the combustion performance and emissions behavior of a LPG RCCI engine fueled with a mixture of diethyl ether and aspir oil
ALİ İHSAN ÜLGEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiBatman ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN AYDIN
- Reaktif kontrollü sıkıştırma ile ateşlemeli (RCCI) bir motorda doğalgaz yakıtının yanma ve performans üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of natural gas fuel on combustion and performance in a reactive controlled compression ignition (RCCI) engine
CEBRAİL SOLMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiHitit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYFİ POLAT
- Investigation of effect of novel technologies' implementation to future internal combustion engines
Yeni teknolojilerin geleceğin içten yanmalı motorlarına uyarlanmasının etkilerinin incelenmesi
ANIL ALAGÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET ARSLAN
- Çift yakıtlı reaktivite kontrollü bir dizel motorda biyodizel yakıtların düşük sıcaklıklı yanma performans ve emisyon karakteristiklerinin incelenmesi
Investigation of low-temperature performance, combustion and emission characteristics of biodiesel fuels in reactivity controlled dual fuel diesel engine
MEHMET ZERRAKKİ IŞIK
- Bir dizel motorda çift yakıt olarak propan-dizel kullanımının yanma rejimine, motor performansına ve emisyon değerlerine olan etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effects of the use of propane-diesel as a dual fuel in a diesel engine on the combustion regime, engine performance and emission values
FATİH AKTAŞ
Doktora
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURİ YÜCEL