Benzin-etanol karışımlarının benzin motorlarında yanma ve motor çevrimi üzerindeki etkilerinin teorik olarak incelenmesi

Abstract

ÖZET Motor tasarımı ve motor çalışma koşullarının yanısıra, yakıtların özellikleri de motorlardaki yanma olayı ve performans parametreleri üzerinde etkilidir. Buji ateşlemeli motor yakıtları üzerine yapılan araştırma çalışmalarında amaç; yakıtın oktan düzeyini yükseltmek, motor performansını iyileştirmek ve zararlı eksoz emisyonlarını azaltmaktır. Bunlara ek olarak ham petrol kaynaklannın sınırlı olması nedeniyle araştırmacılar, son yıllarda alternatif yakıtlara ilgi duymuşlardır. Benzin motorları için en ilgi çekici alternatif yakıtlar etanol ve metanol gibi alkollerdir. Alkollerin üretimleri yenilenebilir enerji kaynaklarına dayanmaktadır ve alkoller motorlarda kullanım açısından bazı elverişli özelliklere sahiptirler. Etanol, ısıl değerinin daha yüksek olması ve buharlaşma ısısının daha düşük olması nedeniyle metanole göre daha iyi özelliklere sahiptir. Çeşitli araştırmacılar, benzine belirli oranlarda etanol katılmasının motor tasarımında herhangi bir değişikliği gerektirmediğini vurgulamaktadırlar. Bu çalışmada, çeşitli benzin - etanol kanşımlarının buji ateşlemeli motorlardaki yanma olayı ve motor çevrimi karakteristikleri üzerindeki etkilerinin teorik olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, termodinamiğin birinci kanununa dayanan ve sanki-boyutlu bir matematik yanma modelini içeren bir buji ateşlemeli motor çevrim modeli geliştirilmiştir. Sunulan matematik çevrim modelinde, emme ve eksoz işlemleri basit bir yöntemle hesaplanmıştır. Benzin, etanol ve çeşitli benzin - etanol kanşımlanrün yakıt olarak kullanıldığı tek silindirli bir deney motoru ve dört silindirli bir otomobil benzin motorunun yanma ve çevrim parametreleri teorik olarak incelenmiştir. Belirli oranlarda etanol içeren benzin - etanol kanşımlannın motor performansım iyileştirdiği belirlenmiştir. Her iki motor için de en iyi motor performansı hacimsal olarak %25 etanol içeren kanşımla elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Benzin Motorları, Buji Ateşlemeli Motorlar, Alternatif Yakıtlar, Küresel Alev Yayılması, Yanma Modellemesi, Buji Ateşlemeli Motor Çevrimlerinin Modellenmesi, Benzin Motorlan Çevrimlerinin Modellenmesi, Benzin - Etanol Kanşımlan. VI

SUMMARY Theoretical Investigation of The Effects of Gasoline - Ethanol Blends on Spark - Ignition Engine Combustion and Cycles In the research studies on the spark ignition (SI) engine fuels, the aim is to improve the fuel octane level, to decrease the engine fuel consumption and to reduce the obnoxious exhaust emissions. Additionally, in recent years researchers have interested to alternative fuels due to limited crude oil reserves. The most attractive alternative fuels for SI engines are alcohols such as ethanol and methanol. Their productions are based on renewable natural energy sources and they have some relevant properties for using in engines. Properties of ethanol generally appear more favorable than those of methanol since its calorific value is higher and its latent heat is lower than methanol. The use of ethanol as a pure fuel in SI engines require some engine design modifications. It was pointed out by several researchers that blending of the certain amounts of ethanol with gasoline do not require any engine design modification. In the presented study, it was aimed that the theoretical investigation of the effects of different gasoline - ethanol blends on SI engine combustion and cycle characteristics. For this purpose a mathematical SI engine cycle model based on the first law of thermodynamics and includes a quasi-dimensional combustion model has been developed. In the presented mathematical cycle model, intake and exhaust processes have been calculated by use of a simple method. Theoretical investigation of combustion and cycle parameters of a single cylinder experimental SI engine and a four cylinder automobile SI engine fuelled with pure gasoline, pure ethanol and several gasoline - ethanol blends, have been performed. It is determined that the blends including the certain amounts of ethanol improved the engine combustion and performance. The best engine performance has been obtained with the blend including 25 per cent ethanol (by volume). Key Words: Gasoline Engines, Spark Ignition Engines, Alternative Fuels, Spherical Flame Propagation, Combustion Modelling, SI Engine Cycle Modelling, Gasoline - Ethanol Blends. VII