Geri Dön

Investigation of the effects of alternative fuel use on performance and emissions in a compression ignition (CI) diesel engine

Sıkıştırmalı ateşlemeli bir dizel motorda alternatif yakıt kullanımının performans ve emisyon değerleri üzerindeki etkilerinin araştırılması

PDF İndir

  1. Tez No: 848787
  2. Yazar: FERHAT EKİN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. OSMAN AZMİ ÖZSOYSAL, DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET ARSLAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Gemi Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Marine Engineering, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 388

Özet

Enerji insanoğlunun ihtiyaç duyduğu en temel unsurların başında gelmektedir. Enerjinin üretilmesi çeşitli yollarla sağlanabilmektedir. Ancak hangi yöntemle karşılanırsa karşılansın enerji üretirken çevreyi de kirletiyoruz. Hava kirliliğinin en temel sebebi enerji üretimine bağlı oluşan zararlı gazların havaya salınımıdır. İçten yanmalı motorlar enerji üretiminde en çok kullanılan araçlardır. Hava kirliliğine sebep olan unsurların en başında gelmektedir. Günümüzün en önemli sorunlarından biri olan hava kirliliğinin önlenmesine yönelik bilim insanları tarafından çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Enerji üretimini gerçekleştirirken önemli iki unsur sağlanmalıdır. Bunlar sırasıyla ihtiyaç duyulan enerjiyi daha ekonomik elde etmek ve havaya daha az emisyon salınımına neden olmaktır. İçten yanmalı motorların enerji ihtiyacı sıvı hidrokarbon yakıtlardan sağlanmaktadır. Bu yakıtların mevcut rezervlerinin kısıtlı olması ve sürekli daraltılan uluslararası emisyon standartlarını karşılamada sahip oldukları bazı problemler söz konusudur. Bu problemleri aşmak için çalışmalar üç ana koldan ilerlemektedir. Üzerinde yoğun bir şekilde çalışılan birinci yol mevcut motorlarda bazı müdahaleler yapılarak zararlı emisyon gazlarının azaltılmasına yöneliktir. Bu yöntemlerin başında After-Treatment Systemler gelmektedir. Bu yöntemler içerisinde farklı metotlar vardır. SCR (Selective Catalytic Reduction) ve Scrubber bu metotlardan bazılarıdır. Bu yöntemler ekonomik olarak uygun değillerdir. Ayrıca sıvı hidrokarbon yakıtlarının rezervlerinin çok az olmasından dolayı uzun ömürlü bir çözüm olarak görülmemektedir. Diğer bir yöntem ise içten yanmalı motorların işletme ve dizayn parametreleri üzerinde parametrik çalışılarak optimum performans ve emisyon değerlerinin araştırılmasına yöneliktir. Parametre çalışmaları ile mevcut motorun performans ve emisyon değerlerinin iyileştirilmeleri son derece önemli olmasına rağmen sıvı hidro karbon yakıt rezervlerinin kısıtlı olması sebebiyle geçici bir önlem olarak görülmektedir. Üzerinde çalışılan diğer bir seçenek şüphesiz alternatif yakıtlar seçeneğidir. Söz konusu bu seçenek motorları ciddi bir yapısal değişikliğe maruz bırakmadan onların çalışmalarına uygun olan yakıtların araştırılmasıdır. Bu yakıtların motor termodinamiğine uygun olması ve çevreci yakıt olmaları gerekmektedir. Alternatif yakıtlarda aranması gereken özellikler rezervi ve enerji yoğunluğu fazla ve çevreye az emisyon salınımına neden olmalarıdır. Sayılan tüm bu özelliklere sahip olmasından dolayı doğalgaz ve hidrojen yakıtları alternatif yakıtlar arasında büyük bir öneme sahiptir. Doğalgaz ve hidrojen yakıtları hem otto hem de dizel çevrimi ile çalışan motorlara termodinamik olarak uyumlu olması ve motorda yapısal büyük bir değişikliğe sebep olmaması bu yakıtların içten yanmalı motorlarda alternatif yakıt olarak kullanılmalarının önünü açmaktadır. Ayrıca çevreye verdikleri zararlı gazların daha az olması da bir başka özellikleridir. Doğalgaz ve hidrojen yakıtlarının dizel yakıtıyla birlikte sıkıştırmalı ateşlemeli (CI) bir motorda kullanılmasında manifoldda bulunan düşük basınç enjektörü vasıtasıyla emme havası ile gaz yakıtının ön karışımı sağlanır. Daha sonra sıkıştırma prosesi sırasında dolgunun üzerine pilot dizel yakıtının püskürtülmesiyle ateşlemenin gerçekleştirilmesine dayanmaktadır. Sıkıştırılan dolgunun ısınması sonucu üzerine püskürtülen yakıt buharlaşır ve kendi kendine tutuşur. CI motorlarda bu şekilde oluşan yanma teknolojisine ''Dual-Fuel'' yanması denilmektedir. Doğalgazın yüksek enerji yoğunluğu ve çevreci yakıt oluşu, dizel motorunun yüksek termal verimliliği ile birleştirilince hem verimli hem de çevreci çalışma koşulları ortaya konabilmektedir. Yüksek sıkıştırma oranına sahip CI motorlarda belli bir sıkıştırma oranına kadar yüksek oktan sayısına sahip doğalgazın vuruntuya neden olmadan direkt ön karışım olarak kullanılabilmektedir. Hidrojen yakıtı açısından incelendiğinde sıkıştırmalı ateşlemeli motorlarda kullanımının son derece uygun olduğu tıpkı doğalgaz yakıtında olduğu gibi motorda herhangi bir yapısal değişikliğe gerek olmadığı bilinmektedir. Doğalgaz yakıtında C/H oranının düşük olması ve hidrojende hiç olmaması avantajlarının yanı sıra yüksek enerji yoğunlukları da bu gaz yakıtlarına olan ilgiyi arttırmıştır. Bu durum yapılan mevcut tez çalışması için bir motivasyon kaynağı oluşturmuştur. Dünya üzerinde CI motorların hava kirliliği üzerindeki etkisi başta olmak üzere doğalgaz ve hidrojenin ekonomik ve yüksek enerji kapasitesi özelliklerine sahip olmaları bu gaz yakıtlarının alternatif olarak kullanılmalarını güçlendirmektedir. Doğalgazın çevreci ve performans değerleri yüksek bir yakıt olması ile hidrojenin hızlı ve geniş bir tutuşma menziline sahip olması özelliklerinin yanı sıra ayrıca hidrojenin yüksek kütlesel enerji yoğunluğunun mevcut oluşu bu iki gaz yakıtının birlikte CI motorlara uygulanmasına ışık tutmuştur. Bu avantajlar kullanılarak mevcut tez çalışması kapsamında hem performans değerleri iyileştirilmiş hem de giderek kısıtlanan emisyon sınırları değerleri karşılanabilmiştir. Elde edilen sonuçlar literatürde ki çalışmalar ile karşılaştırıldığında benzer eğilimde bilgiler sunmuştur. Tez çalışması literatür üzerinden elde edilen bir deneysel çalışma referans alınarak ANSYS Forte CFD programında sayısal olarak modellenmiştir. Deneysel çalışma kısmi yükte (25% - 4.05 BMEP) sıkıştırmalı ateşlemeli bir dizel motorda enerjinin 25%'i dizel yakıtından 75%'i doğalgaz yakıtından karşılanacak şekilde farklı dizel yakıt enjeksiyon avanslarının (10°, 14°, 18°, 22°, 26°, 30°, 34°, 38°, 42°, 46° and 50° CA BTDC) sabit motor hızında (910 rpm) performans ve emisyon değerlerine olan etkilerini araştırmıştır. Test sonuçları ile elde edilen sayısal sonuçlar karşılaştırılarak kurulan modelin validasyonu sağlanmıştır. Daha sonra validasyonu sağlanan sayısal model kullanılarak yanmaya hidrojeninde dahil edildiği parametrik çalışmalara geçilmiştir. Parametrik çalışmalar iki aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk aşama olarak doğalgaz ve hidrojenin enerji fraksiyonları ile dizel yakıtının püskürtme avanslarının etkileri irdelenmiştir. Enerji fraksiyonu olarak iki temel kaide üzerinden hareket edilmiştir. Birinci kaide test koşullarındaki toplam yakıt girdi enerjisi sabit kalacak şekilde doğalgaz enerjisinin bir kısmı kademeli olarak hidrojen yakıtına aktarılmıştır. Dizel kaynaklı enerji oranı 25% olarak sabit tutularak kalan 75% oranı doğalgaz ve hidrojen yakıtları arasında paylaştırılmıştır. Bu çalışma noktaları Mode 1 olarak isimlendirilmiştir. Mode 1 gaz yakıtları enerji paylaşım modu olarakta anılabilir. Mode 1 için enerji paylaşım oranları D25NG75H00 (test case), D25NG65H10, D25NG50H25, D25NG25H50 ve D25NG00H75 şeklinde oluşturulmuştur. İkinci kaide ise test koşullarındaki dizel ve doğalgaz enerji oranları (25% diesel and 75% Natural Gas) sabit kalacak şekilde sisteme ekstra enerji girdisi olarak hidrojenin dahil edilmesi sağlanmıştır. Bu çalışma noktaları ise Mode 2 olarak kodlanmıştır. Mode 2 hidrojence zenginleştirme modu olarakta isimlendirilebilir. Mode 2 için hidrojen zenginleştirme sonucu oluşturulan çalışma noktaları D25NG75H00 (test case), D25NG75H05, D25NG75H10, D25NG75H15, D25NG75H20 ve D25NG75H25 olarak belirlenmiştir. Mode 1 ve Mode 2 için oluşturulan bu çeşitli yakıt enerji fraksiyonları farklı dizel yakıt püskürtme avansları (10°, 14°, 18°, 22°, 26°, 30°, 34° and 38° CA BTDC) ile birlikte kombine edilerek performans ve emisyon değerleri incelenmiştir. İncelenen değerlerden Mode 1 için D25NG50H25 (14° CA BTDC for SOI) ve Mode 2 için D25NG75H15 (10° CA BTDC for SOI) çalışma noktalarının hem motor performansı hem de egzoz gazı emisyonları açısından diğer çalışma noktalarına göre daha makul sonuçlar ürettikleri görülmüştür. Mode 1 için elde edilen optimum durum ile güç, BSFC, HC, CO ve SOOT (PM) açısından sırasıyla 21%, 29%, 88%, 86% ve 77% oranlarında iyileşme sağlanırken Mode 2 için elde edilen optimum durum ile bu değerler sırasıyla 36%, 22%, 76%, 80% ve 83% oranlarında gerçekleşmiştir. Ancak hem Mode 1 hem de Mode 2 test koşulları ile karşılaştırıldığında hidrojenin silindir içi yanma sıcaklıklarını yükseltmesinden dolayı daha yüksek NOx ve MPRR değerlerinin oluşmasına yol açmıştır. Mode 1 ile NOx için 12% bir artış söz konusu iken Mode 2 için 11% oranında bir artışın oluştuğu görülmüştür. İlk aşama ile sonuçların performans ve emisyon değerleri açısından kayda değer olarak elde edilmesi sağlanmasına rağmen özellikle NOx ve MPRR için aynı durum oluşmamıştır. Bu yüzden NOx ve MPRR başta olmak üzere diğer emisyon türlerinde elde edilen iyileştirmeleri de koruyacak şekilde bazı proseslerin uygulanması için çalışmanın ikinci aşaması gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada NOx ve MPRR değerlerininde düşürülmesi için EGR, pilot dizel yakıt enjeksiyonu (PI), yanma odasına su jeti (WI) ve su buharı (WVI) direkt enjeksiyonu prosesleri uygulanmıştır. PI stratejisi ile MPRR değerinin düşürülmesi amaçlanmış diğer proseslerle de NOx iyileştirilmesi hedeflenmiştir. PI stratejisi diğer prosesler ile birlikte uygulanarak (EGR-PI, WI-PI and WVI-PI) MPRR ve NOx için eş zamanlı olarak makul sonuçların elde edilmesi sağlanmıştır. PI uygulamasında püskürtme avansı ve süresi sırasıyla 40° CA BTDC ve 2.5° CA olacak şekilde tüm koşullarda sabit tutulmuştur. EGR etkisinin araştırıldığı çalışma noktalarında farklı EGR oranları (0%, 10%, 15% and 20%) ve EGR sıcaklıklarının (100 °C, 200 °C and 300 °C) çeşitli pilot dizel yakıt enjeksiyon oranları (0%, 20%, 30% and 50% - ana püskürtme ile gönderilen yakıtın kütlesel fraksiyonu olarak) ile birlikte etkileri incelenmiştir. EGR analizlerinden Mode 1 için elde edilen D25NG50H25-20PI-10EGR100°C çalışma noktası test koşulları (D25NG75H00 14° CA BTDC for SOI) ile karşılaştırıldığında güç, BSFC, HC, CO ve NOx için sırasıyla 17%, 28.4%, 87.4%, 84.4% ve 32% oranlarında iyileşmeler göstermiştir. Benzer şekilde Mode 2 için elde edilen D25NG75H15-20PI-10EGR100°C çalışma noktasınında test koşullarına (D25NG75H00 10° CA BTDC for SOI) göre aynı büyüklükler için sırasıyla 31.15%, 21%, 74%, 77.15% ve 30% oranlarında iyileşmeler gösterdiği gözlemlenmiştir. Su jeti enjeksiyonu için gerçekleştirilen analizlerde farklı su jeti oranlarının (0%, 5%, 10%, 15%, 20% and 25% - ana püskürtme ile gönderilen dizel yakıtının kütlesel fraksiyonu olarak) ve sıcaklıklarının (25 °C, 60 °C, 75 °C and 90 °C) etkisi ile çeşitli su jeti enjeksiyon avanslarının (20° CA BTDC, 10° CA BTDC, 0° CA BTDC - TDC and 10° CA ATDC) etkileri araştırılmıştır. WI için PI değeri EGR çalışmalarından elde edilen ve kayda değer sonuçlar üreten 20% oranı olarak tercih edilmiştir. Mode 1 için WI-PI stratejileri açısından elde edilen D25NG50H25-20PI-25WI75°C çalışma noktası su jeti enjeksiyonu avansının 20° CA BTDC değerinde test koşulları (D25NG75H00 14° CA BTDC for SOI) ile karşılaştırıldığında güç, BSFC, HC, CO ve NOx açısından sırasıyla 14.26%, 20.7%, 88.33%, 85.7% ve 23.42% oranlarında düzelmeler göstermiştir. Benzer şekilde Mode 2 için D25NG75H15-20PI-25WI75°C operasyon noktası 20° CA BTDC su jeti enjeksiyon avansında (SOWI – Start of Water Injection) test koşullarına göre (D25NG75H00 10° CA BTDC for SOI) aynı büyüklükler için sırasıyla 30.33%, 15%, 77.29%, 79.5% ve 17% değerlerinde iyileşmeler sağlamıştır. Yanma odasına suyun buhar fazında enjeksiyonu (WVI) için yapılan çalışmada da su jeti analizlerinde ki gibi farklı su buharı oranlarının (0%, 5%, 10%, 15%, 20% and 25% - ana püskürtme ile gönderilen dizel yakıtının kütlesel fraksiyonu olarak) ve sıcaklıklarının (100 °C, 125 °C, 150 °C and 200 °C) etkisi çeşitli su buharı enjeksiyon avanslarında (20° CA BTDC, 10° CA BTDC, 0° CA BTDC - TDC and 10° CA ATDC) gerçekleştirilmiştir. Tıpkı WI için olduğu gibi WVI içinde PI 20% oranında seçilmiştir. Mode 1 için WVI-PI prosesleri ile elde edilen D25NG50H25-20PI-15WVI100°C operasyon noktası su buharı avansının 20° CA BTDC değerinde test koşulları (D25NG75H00 14° CA BTDC for SOI) ile karşılaştırıldığında güç, BSFC, HC, CO ve NOx bakımından sırasıyla 17.39%, 25%, 89.12%, 88% ve 14.56% oranlarında kayda değer iyileşme sağlamıştır. Mode 2 için D25NG75H15-20PI-15WVI100°C çalışma noktası yine 20° CA BTDC su buharı enjeksiyon avansında (SOWVI – Start of Water Vapour Injection) test koşullarına göre (D25NG75H00 10° CA BTDC for SOI) aynı motor terimleri için sırasıyla 33.2%, 18.89%, 78.68%, 82% ve 9.8% oranlarında gelişme göstermiştir. Tez çalışması kapsamında Mode 1 çalışma noktaları ile elde edilmek istenen aynı yakıt enerji girdisi ile daha yüksek performans ve daha düşük tüm emisyonlar hedefidir. Mode 2 operasyon noktaları için hedef ise yanma odasına ekstra hidrojen dahil edilerek daha yüksek verimde daha yüksek performans ve daha düşük tüm emisyonların elde edilmesidir. Elde edilen sayısal sonuçlar incelendiğinde hem Mode 1 hem de Mode 2 için belirlenen bu hedeflerin başarılı bir şekilde gerçekleştiği görülmüştür.

Özet (Çeviri)

Undoubtedly, one of the most crucial options under investigation for enhancing performance and emission characteristics in internal combustion engines (ICEs) is the adoption of alternative fuels. It is of utmost importance that these alternative fuels are compatible with engine operation and do not lead to substantial structural alterations in the engine. These fuels need to be thermodynamically compatible with the engine and environmentally friendly. Key characteristics to look for in alternative fuels include having high reserves, high energy density, and causing minimal emissions. Due to possessing all these features, natural gas and hydrogen fuels hold significant importance among alternative fuels. Natural gas and hydrogen fuels are thermodynamically compatible with engines that operate on both Otto and Diesel cycles. Their ability to be used in internal combustion engines as alternative fuels without causing significant structural changes paves the way for their application. Furthermore, their lower emissions contribute to their appeal. In a compression-ignition (CI) engine, natural gas and hydrogen fuels, along with diesel fuel, can be used by mixing the gaseous fuel with intake air through a low-pressure injector in the manifold. Subsequently, ignition is achieved by injecting pilot diesel fuel onto the compressed charge during the compression process. The combustion technology that occurs in CI engines through this method is called“Dual-Fuel”combustion. The combination of the high energy density of natural gas and its environmentally friendly nature, coupled with the high thermal efficiency of the diesel engine, results in both efficient and environmentally friendly operating conditions. In high compression ratio CI (Compression Ignition) engines, natural gas with a high octane number can be used directly in a premixed form without causing knock up to a certain compression ratio. When it comes to hydrogen fuel, it is known that its use in compression-ignition engines is highly suitable, just like natural gas, and it does not require any structural changes in the engine. The advantages of natural gas, such as its low carbon-to-hydrogen ratio, and the absence of this ratio in hydrogen, combined with their high energy densities, have increased the interest in these gaseous fuels. This situation has motivated the current thesis work. The impact of CI engines on air pollution worldwide, along with the economic and high-energy capacity characteristics of natural gas and hydrogen, strengthens the case for the alternative use of these gas fuels. The environmentally friendly and high-performance attributes of natural gas, combined with hydrogen's rapid and extensive ignition range, along with its high mass-specific energy density, have shed light on the application of these two gas fuels together in CI engines. Utilizing these advantages, the current thesis work has not only improved performance values but has also met the increasingly stringent emission limit values. The thesis work involved the numerical modeling of an experimental study based on the literature, utilizing the ANSYS Forte CFD program. In the experimental part, the energy in a partially loaded (25% - 4.05 BMEP) compression-ignition diesel engine was supplied by 25% diesel fuel and 75% natural gas fuel. Different diesel fuel injection advances (10°, 14°, 18°, 22°, 26°, 30°, 34°, 38°, 42°, 46°, and 50° CA BTDC) were investigated at a constant engine speed (910 rpm) to explore their effects on performance and emission values. The test results were compared with the obtained numerical results to validate the established model. Subsequently, using the validated numerical model, parametric studies involving hydrogen in combustion were conducted. Parametric studies were conducted in two stages. In the first stage, the effects of energy fractions of natural gas and hydrogen, as well as diesel fuel injection advances, were examined. Two fundamental principles guided the energy fractionation. In the first principle, the total fuel input energy under test conditions remained constant, while a portion of the natural gas energy was gradually transferred to hydrogen fuel. The diesel-derived energy fraction was kept constant at 25%, while the remaining 75% was allocated between natural gas and hydrogen fuels. These operating points were named Mode 1, also known as the energy-sharing mode for gas fuels. For Mode 1, the energy sharing ratios were established as D25NG75H00 (test case), D25NG65H10, D25NG50H25, D25NG25H50, and D25NG00H75. The second principle involved maintaining the diesel and natural gas energy ratios (25% diesel and 75% natural gas) constant, while providing extra energy input to the system through the inclusion of hydrogen. These operating points were labeled as Mode 2, also referred to as the hydrogen enrichment mode. For Mode 2, the operating points resulting from hydrogen enrichment were designated as D25NG75H00 (test case), D25NG75H05, D25NG75H10, D25NG75H15, D25NG75H20, and D25NG75H25. Various fuel energy fractions for both Mode 1 and Mode 2, combined with different diesel fuel injection timings (10°, 14°, 18°, 22°, 26°, 30°, 34°, and 38° CA BTDC), were examined to analyze their effects on performance and emission values. Among the examined values, it was observed that the operating points D25NG50H25 (14° CA BTDC for SOI) for Mode 1 and D25NG75H15 (10° CA BTDC for SOI) for Mode 2 produced more reasonable results in terms of both engine performance and exhaust gas emissions compared to other operating points. The optimal condition obtained for Mode 1 resulted in improvements of 21%, 29%, 88%, 86%, and 77% for power, BSFC, HC, CO, and SOOT (PM), respectively. For Mode 2, the optimal condition yielded improvements of 36%, 22%, 76%, 80%, and 83% for the same parameters. However, when comparing both Mode 1 and Mode 2 test conditions, the higher cylinder combustion temperatures due to hydrogen led to higher NOx and MPRR values. While there was a 12% increase in NOx for Mode 1, Mode 2 showed an increase of 11%. Although significant results were achieved in terms of performance and emission values in the first stage, especially for NOx and MPRR, the same situation did not occur. Therefore, the second stage of the study was carried out to implement some processes to maintain the improvements obtained in other emission types, especially NOx and MPRR. In the second stage, Exhaust Gas Recirculation (EGR), pilot diesel fuel injection (PI), water injection into the combustion chamber (WI), and water vapor direct injection (WVI) processes were applied to reduce NOx and MPRR values. The PI strategy aimed to reduce the MPRR value, and the other processes were intended to improve NOx. The PI strategy, along with other processes (EGR-PI, WI-PI, and WVI-PI), was applied to achieve simultaneous reasonable results for MPRR and NOx. In the PI application, the injection advance and duration were kept constant at 40° CA BTDC and 2.5° CA, respectively, for all conditions. The study investigated the effects of different Exhaust Gas Recirculation (EGR) ratios (0%, 10%, 15%, and 20%) and EGR temperatures (100 °C, 200 °C, and 300 °C) along with various pilot diesel fuel injection ratios (0%, 20%, 30%, and 50% - as the mass fraction of fuel sent with the main injection) on the points where the EGR effect was analyzed. When the D25NG50H25-20PI-10EGR100°C working point obtained for Mode 1 was compared with the test conditions (D25NG75H00 14° CA BTDC for SOI), improvements of 17%, 28.4%, 87.4%, 84.4%, and 32% were observed for power, BSFC, HC, CO, and NOx, respectively. Similarly, for Mode 2, the D25NG75H15-20PI-10EGR100°C working point showed improvements of 31.15%, 21%, 74%, 77.15%, and 30%, respectively, compared to the test conditions (D25NG75H00 10° CA BTDC for SOI). In the analysis conducted for water injection, the effects of different water injection ratios (0%, 5%, 10%, 15%, 20%, and 25% - as the mass fraction of diesel fuel sent with the main injection) and temperatures (25 °C, 60 °C, 75 °C, and 90 °C) along with various water injection timings (20° CA BTDC, 10° CA BTDC, 0° CA BTDC - TDC, and 10° CA ATDC) were investigated. The PI value for WI was chosen as 20%, which was obtained from EGR studies and yielded significant results. For Mode 1, the working point D25NG50H25-20PI-25WI75°C, in terms of WI-PI strategies, showed improvements of 14.26%, 20.7%, 88.33%, 85.7%, and 23.42% for power, BSFC, HC, CO, and NOx, respectively, compared to the test conditions (D25NG75H00 14° CA BTDC for SOI). Similarly, for Mode 2, the operating point D25NG75H15-20PI-25WI75°C showed improvements of 30.33%, 15%, 77.29%, 79.5%, and 17%, respectively, for the same magnitudes compared to the test conditions (D25NG75H00 10° CA BTDC for SOI) at the 20° CA BTDC water injection timing (SOWI - Start of Water Injection). In the study conducted for water vapor injection (WVI) into the combustion chamber, similar to the water jet analysis, the effects of different water vapor ratios (0%, 5%, 10%, 15%, 20%, and 25% - as the mass fraction of diesel fuel sent with the main injection) and temperatures (100 °C, 125 °C, 150 °C, and 200 °C) were investigated at various water vapor injection timings (20° CA BTDC, 10° CA BTDC, 0° CA BTDC - TDC, and 10° CA ATDC). Similar to WI, PI was chosen as 20% for WVI. For Mode 1, the operating point D25NG50H25-20PI-15WVI100°C, obtained with WVI-PI processes, showed significant improvements of 17.39%, 25%, 89.12%, 88%, and 14.56% for power, BSFC, HC, CO, and NOx, respectively, compared to the test conditions (D25NG75H00 14° CA BTDC for SOI) at the 20° CA BTDC water vapor injection timing (SOWVI - Start of Water Vapor Injection). Similarly, for Mode 2, the operating point D25NG75H15-20PI-15WVI100°C showed improvements of 33.2%, 18.89%, 78.68%, 82%, and 9.8%, respectively, for the same engine parameters compared to the test conditions (D25NG75H00 10° CA BTDC for SOI) at the 20° CA BTDC water vapor injection timing (SOWVI - Start of Water Vapor Injection). Within the scope of the thesis, the goal for Mode 1 operating points is to achieve higher performance and lower overall emissions with the same fuel energy input. For Mode 2 operating points, the goal is to achieve higher efficiency, higher performance, and lower overall emissions by including additional hydrogen in the combustion chamber. When examining the obtained numerical results, it is observed that both Mode 1 and Mode 2 have successfully achieved these goals.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    853265

    Dizel/nano parçacık karışımlarının (MgO) dizel motor parametrelerine etkilerinin incelenmesi

    Investigation of the effects of diesel/nano particle (MgO) mixtures on diesel engine MgO

    AZİME KILIÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Makine MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SAMET USLU

  2. Tez No

    613746

    Aşırı doldurmalı kısmi yalıtımlı bir dizel motorunda biyodizel ve EGR kullanımının performans ve emisyonlara etkilerinin incelenmesi

    Investigation of the effects of biodiesel and EGR use on performance and emissions in an supercharging partial insulated diesel engine

    BURAK YILDIRIM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Makine MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM ÖZSERT

  3. Tez No

    476567

    Benzinli motorda alternatif yakıt kullanımının performans ve emisyon değerlerine etkisinin sayısal olarak incelenmesi

    Numerical investigation of using alternative fuel on performance and emission for gasoline engine

    EMRAH KANTAROĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Makine MühendisliğiKırıkkale Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. TOLGA DEMİRCAN

  4. Tez No

    540732

    Buji ateşlemeli motorlarda amil alkol kullanımının deneysel ve yapay sinir ağlarıyla incelenmesi

    Investigation of using amyl alcohol on spark ignition engine with experimental and artificial neural networks

    SAMET USLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Makine MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA BAHATTİN ÇELİK

  5. Tez No

    853282

    Piroliz yağının otomotiv malzemeleri üzerindeki mekanik ve korozif etkilerinin araştırılması

    The investigation of mechanical and corrosive effects of pyrolysis oil on automotive materials

    ÖZGÜR BEDER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Makine MühendisliğiOndokuz Mayıs Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN ÖZCAN

Geri Dön