Dizel - etanol yakıtlı bir motorun hibrit kullanımında post püskürtmesi emisyonlara etkilerinin modellemesi

Abstract

Etanol, dizel motorlardaki partikül madde emisyonlarını azaltmak için önemli bir potansiyel sunmaktadır; çünkü etanol, dizel yakıttan daha düşük karbon içeriğine sahiptir ve oksijenlidir. Dünyada aktif, arazide çalışan yaklaşık 30 milyon, Türkiye'de ise yaklaşık 2 milyon traktör vardır. Bu traktörlerin yaydığı zararlı kirletici miktarını azaltmak için, oluşturulan emülsiyonlar, deneylerde kullanılan motorun yakıt sisteminde herhangi bir değişiklik olmaksızın doğrudan kendi enjektör sistemi ile silindire püskürtülmüştür. Ayrıca Emülsiyon yöntemi kullanılarak yapılan deneyler sonrasında motorun yakıt siteminde değişikliğe gidilmiş ve emme manifoldu içine benzin enjektörü ile etanol püskürtülerek fumigasyon yöntemi kullanılarak ikinci bir dizi deneyler yapılmıştır. Benzin enjektörü Arduino destekli RISC işlemcili yazılımı tarafımızdan geliştirilen elektronik kontrol ünitesi (EKU) ile kontrol edilmiştir. Bu çalışmada, test edilen yakıtlar dizel yakıt (E0), % 5 (v / v) etanol / dizel yakıt karışımı (E5) ve % 10 (hacim / hacim) etanol / dizel yakıt (E10) karışımlarıdır. İlk olarak emülsiyon yöntemi kullanılarak yapılan deneyler kullanılacak karışım yakıtların hazırlanması ve kullanılabilirliğini araştırmak için, etanol ve dizelin çözünürlüğü ve emülsiyonlar üzerinde 30 oC ila 50 oC arasındaki sıcaklığın etkisi araştırılmıştır. Ayrıca karışım yakıtlar 7 derece sıcaklıkta incelenmiş ve davranışları gözlemlenmiştir. Fumigasyon yönteminde, yakıtlar özel olarak tasarlanmış aparat içine yerleştirilen enjektör ile emme manifolduna % 5 (EP5) ve % 10 (EP10) etanol enjekte edildi. Yapılan bütün deneylerde Silindir içi basıncı motor torku, özgül yakıt tüketimi, egzoz gazı sıcaklığı, motor soğutma suyu sıcaklığı yakıt sıcaklıkları ve son olarak egzoz emisyonları ölçüldü. Tez çalışmasında ikinci aşama olan, tek boyutlu termodinamik motor simülasyon programı olan AVL BOOST 16v programı ile deney motor modeli oluşturulmuştur. Bu simülasyon motoru deney motorunun deney verileri kullanılarak deney çalışma noktalarında elde edilmiş silindir içi basınç diyagramı doğrulacak şekilde kalibre edilmiştir. Simülasyon programı ile E0, E5, E10, EP10 yakıtları deney çalışama motor devirleri için ayrı ayrı modellenmiştir. Deney sonuçları Simülasyon model sonuçları ile doğrulanmıştır. Daha sonra AVL BOOST programında E10 yakıtı ve saf etanol kullanılarak Post püskürme stratejilerinin emisyonlara olan etkileri incelenmiştir. Yapılan deney çalışmalarında emülsiyon yöntemi ile karbon monoksit (CO), hidrokarbon (HC) ve azot oksit (NOX) emisyonlarının yüksek devirlerde azaldığı gözlenmiştir. Simülasyon model ile yapılan çalışmalarda her bir yakıt için deney motoru ile elde edilen motor gücü verileri model ile de elde edilerek NOx ve İs emisyonları değişimleri değerlendirilmiştir. Sadece Etanol püskürtülen post püskürtme ile is emisyonunda ortalama olarak %95.5 oranında azalmalar meydana gelmiştir. E10 yakıtı ile yapılan iki post püskürtme ile is emisyonunda sırasıyla %60.5 ve %60.3 oranında azalma, NOx emisyonunda ise hafif bir artış meydana gelmiştir.