Bir dizel motoruna direkt su enjeksiyonunun performans ve emisyonlara etkisinin incelenmesi

Abstract

Dünyanın artan nüfusu ile birlikte, taşıt sayısı da her geçen gün artmaktadır. Bu taşıtların halen çoğu içten yanmalı motorlar ile çalışmaktadır. Dizel motorlar, binek taşıtlar dışında ağır iş makinaları ve deniz taşımacılığında halen yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu motorlarda kullanılan fosil yakıtların yanması sonucu çevreye zararlı emisyonlar açığa çıkmaktadır. Atmosfere salınan sağlığa zararlı egzoz gazlarının azaltılması büyük önem taşımaktadır. Bu sebeple salınan emisyonları azaltmak için farklı teknolojiler üzerinde çalışılmaktadır. Dizel motorların, benzinli motorlara göre daha verimli olmaları, eksik yanma sonucu ortaya çıkan HC ve CO emisyonları az olması gibi olumlu özelliklerine rağmen azot oksit emisyonu miktarı yüksektir. Dizel motorlarda azot oksit emisyonları silindir içi sıcaklığın yükselmesi nedeniyle ortaya çıkmaktadır. Azot oksit emisyonlarını arttıran mekanizma olan silindir içi yüksek sıcaklık aynı zamanda verim anlamına gelmektedir. Bu sebeple bu emisyon azaltılırken motor performansı, motor verimi, yakıt sarfiyatı ve diğer emisyonların olumsuz etkilenmemesi büyük önem taşımaktadır. Bu emisyonun kontrolü için birden fazla yöntem vardır. Mevcut çalışmalar içerisinde en az uygulanan yöntemlerden biri olması sebebiyle, bu çalışmada direkt su enjeksiyonu yöntemi incelenmiştir. Çalışmada motor performans ve yakıt sarfiyatı verilerinde olumsuz etki olmaksızın emisyonların azaltılması hedeflenmiştir. Çalışmada, direkt enjeksiyonlu, tek silindirli, su soğutmalı bir dizel motor kullanılmıştır. Su, silindir kafasına konumlandırılan ilave bir enjektör aracılığıyla yanma odası içerisine gönderilmiş ve direkt su enjeksiyonunun motor performans parametreleri ve emisyonlar üzerindeki etkisi tespit edilmiştir. Çalışmada su, tam yük şartlarında yanma odasına yakıtın kütlesel olarak %10, %20, %40, %60, %80 ve %100'ü olacak şekilde silindir kafasına yerleştirilmiş ilave su enjektörü aracılığıyla püskürtülmüştür. Deneylerde püskürtülen su ve dizel yakıt oranının hassas olarak belirlenebilmesi için su enjektörünün çalışma parametreleri tespit edilmiştir. Püskürtme başlangıç açısı ve miktarı bir elektronik kontrol ünitesi ile kontrol edilmiştir. Standart motor performans parametreleri, emisyon değerleri, tam yük şartlarında sadece dizel yakıtın kullanılmasıyla elde edilmiş, daha sonra tüm veriler karşılaştırılarak her iki yöntemde de motor performans ve emisyon değerlerinde meydana gelen değişimler karşılaştırılmıştır. Direkt su enjeksiyonu uygulaması sonucunda NO emisyonlarındaki maksimum düşüş miktarının 1200 d/d için %100 su ile yapılan deneyde %61,2 olduğu tespit edilmiş. Direkt su enjeksiyonu sonucunda motor gücünde %3,9'luk bir güç artışı tespit edilmiş, bununla beraber özgül yakıt sarfiyatında ise %4,15 oranında azalma tespit edilmiştir.

With the increasing population of the world, the number of vehicles is increasing day by day. Most of these vehicles are still operating with internal combustion engines. Diesel engines are still used widely in the heavy machinery and marine transport vehicles other than passenger cars. The combustion of fossil fuels used in these engines results in harmful emissions to the environment. Reducing the harmful exhaust gases to the atmosphere is of great importance. For this reason, different technologies are being studied to reduce the emissions. Diesel engines are more efficient than gasoline engines, despite the favorable properties such as lack of HC and CO emissions due to incomplete combustion, nitrogen oxide emission is high. Nitrogen oxide emissions in diesel engines arise due to the increase in cylinder temperature. In-cylinder high temperature, which is the mechanism to increase nitrogen oxide emissions, also means efficiency. For this reason, it is of great importance that engine performance, engine efficiency, fuel consumption and other emissions are not adversely affected by reducing this emission. There are several methods for controlling this emission. In this study, direct water injection method has been investigated because it is one of the least applied methods. The aim of the study is to reduce emissions without any negative impact on engine performance and fuel consumption. Water was sent into the combustion chamber via an additional injector located on the cylinder head, and the effect of direct water injection on engine performance parameters and emissions was determined. The experiments were carried out on a single-cylinder, water-cooled diesel engine with direct injection. Water was sprayed into the combustion chamber under full load conditions by means of a water injector located on the cylinder head, with a mass of 10%, 20%, 30% and 40% of the fuel. In order to determine the water-diesel ratio to be sprayed in the experiments, the operating parameters of the additional injector have been determined. Starting angle of water injection and the spray amount was controlled by an electronic control unit. Standard engine performance parameters, emission values are obtained by using only diesel fuel under full load conditions. Then, changes in motor performance and emission values were compared in both methods. As a result of direct water injection, the maximum decrease in NOx emissions was found to be 61,2% in the experiment with 100% water for 1200 rpm. As a result of direct water injection, a maximum power increase of 3,9% was detected in the engine power, however, in the case of specific fuel consumption, a maximum reduction of 4,15% was detected.