Buji ateşlemeli motorlarda benzin alkol karışımlarının kullanımının motor performansına etkisinin teorik incelemesi

Abstract

Dünya ve ülkemizin enerji sorunu ve küresel ısınmayla ilgili endişeler, araştırmacıları temiz alternatif enerji kaynaklarını araştırmaya yöneltmiştir. Dünya genelinde çok çeşitli alanlarda yaygın şekilde kullanılan kullanılan içten yanmalı motorlar, önemli miktarda enerji tüketen makinelerdir. Bu motorlardan en önemlilerinden birisi bujili ateşlemeli (benzinli) motorlardır. Bujili ateşlemeli motorlarda yakıt olarak kullanılan benzinin, bir kısmının yerine alkol yakıtların kullanılması konusunda çok sayıda araştırma yapılmış ve yapılmaktadır. Çalıştırmalarda, genelikle etanol, methanol, butanol ve propanol alkolleri çeşitli yöntemlerle yakıt olarak kullanılmaktadırlar. Alkoller, bugüne kadar benzinin oktan sayılarını arttırmak için katkı maddesi olarak kullanıldığı bilinmektedir. Bu çalışmada, özellikle Türkiye'de üretim potansiyeli yüksek olan etanolün (etil alkol) ve diğer alkollerin yüksek oranlarda yakıt olarak kullanılması teorik olarak incelenmiştir. Alkoller, yüksek oksijen içeriklerine sahip olmalarına rağmen benzine çok yakın yanma ve tutuşma özelliklerine sahiptirler. Daha verimli yanma, daha az hava kirliliği yaparlar. Bu da zararlı motor emisyonlarının azalmasına neden olmaktadır. Etanol, metanol, bütanol ve propanol alkollerin benzinle çeşitli oranlarda ve farklı saflıklarda (%100, 90, 80) karışımlarının motor hava tüketim miktarları üzerine etkileri ve diğer yakıtsal özelliklerin değişimlerin üzerine etkileri incelenmiştir. Ayrıca, bu değişimlerin motor verimi, fren torku, fren gücü, yakıt tüketimi (FC), özgül yakıt tüketimi (bsfc) gibi parametrelere etkileri ile egzos emisyon özelliklerine (COx, NOx) olabilecek etkileri teorik olarak incelenmeye çalışılmıştır. Benzine çeşitli alkollerin karıştırılması veya farklı yöntemlerle (ikili yakıt sistemleri gibi) benzin ile birlikte yakıt olarak kullanılması, motor performans değerlerinde, örneğin; torkunda azalma, yakıt ve özgül yakıt tüketiminde artma, motor veriminde oktan sayısının artışı paralelinde kısmen artma olabileceği yapılan teorik ve uygulamalı çalışmalardan anlaşılmaktadır. Benzinli motorlar, yol ve yük durumuna göre bilinen oranlarda zengin ve fakir hava/yakıt oranlarında çalıştırılmaktadır. Bu oran yaklaşık 0,85 – 1,2 arasında değişmektedir. Benzine çeşitli oranlarda ve saflıklarda alkol ilave edildiğinde, hem yakıtın yakıtsal özellikleri değişecek, hem de yakıtın yanması için gerekli hava miktarları değişecektir. Bu değişim miktarları teorik hesaplar ile belirlenmeye çalışılmıştır. Değişen bu yakı özellikleri, motor hava ve yakıt sistemlerinde bazı değişiklikleri ve yeni tasarımları da gündeme getirecektir. Motorlarda, benzinle birlikte kullanılacak farklı oran ve saflıktaki alkollerin motor parametreleri ve egzoz emisyonları üzerine olacak etkileri tahmin edilmeye çalışılmış, yapılan uygulamalı çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, alkollerin kullanımı ile azalan hava miktarları teorik olarak belirlenmiştir. Benzine alkol (etanol, methanol, butanol ve propanol) ilavesiyle, motorun fren ısıl veriminde ve fren özgül yakıt tüketiminde artış, karbon monoksit (CO) ve nitrojen oksitlerin (NOx) emisyonunda bir azalma olduğunu görülmüştür.

The energy problem of the world and our country and concerns about global warming have led researchers to search for clean alternative energy sources. Internal combustion engines, which are widely used in a wide variety of fields around the world, are machines that consume a significant amount of energy. One of the most important of these engines is spark ignition (petrol) engines. A lot of research has been done and is being done on the use of alcohol fuels instead of some of the gasoline used as fuel in spark ignition engines. In operations, generally ethanol, methanol, butanol and propanol alcohols are used as fuel by various methods. Alcohols are known to be used as additives to increase the octane numbers of gasoline until today. In this study, the use of ethanol (ethyl alcohol) and other alcohols, which have high production potential especially in Turkey, as fuel at high rates was examined theoretically. Although alcohols have high oxygen content, they have burning and igniting properties very close to gasoline. They cause more efficient combustion and less air pollution. This leads to a reduction in harmful engine emissions. The effects of mixtures of ethanol, methanol, butanol and propanol alcohols with gasoline in various proportions and in different purities (100, 90, 80%) on engine air consumption amounts and the effects of other fuel properties on the changes were investigated. In addition, the effects of these changes on parameters such as engine efficiency, braking torque, braking power, fuel consumption (FC), specific fuel consumption (bsfc) and their possible effects on exhaust emission characteristics (COx, NOx) were tried to be investigated theoretically. Mixing various alcohols with gasoline or using it together with gasoline with different methods (such as dual fuel systems) can increase engine performance values, for example; It is understood from the theoretical and applied studies that there may be a decrease in torque, an increase in fuel and specific fuel consumption, and a partial increase in engine efficiency in parallel with the increase in the octane number. Gasoline engines are operated in rich and lean air/fuel ratios at known ratios according to road and load conditions. This ratio varies between approximately 0.85 – 1.2. When alcohol is added to gasoline in various proportions and purities, both the fuel properties of the fuel will change and the amount of air required for the fuel to burn will change. These changes have been tried to be determined by theoretical calculations. These changing fuel properties will bring some changes and new designs in the engine air and fuel systems.The effects of alcohols of different ratios and purity to be used in engines with gasoline on engine parameters and exhaust emissions were tried to be estimated and compared with applied studies. In this study, the amount of air that decreases with the use of alcohols was determined theoretically. It has been observed that with the addition of alcohol (ethanol, methanol, butanol and propanol) to gasoline, there is an increase in the brake thermal efficiency and brake specific fuel consumption of the engine, and a decrease in the emission of carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx).