Dizel motorunda dizel yakıtı - alkol - bitkisel yağ karışımları kullanımının motor karakteristiklerine etkilerinin incelenmesi

Abstract

Dizel motorlu araçlarda biyoyakıt karışımlarının kullanılması çevresel ve ekonomik açıdan çok önemlidir. Biyokütleden üretilebilen bitkisel yağlar ve biyoalkoller dizel motorlar için alternatif bir biyoyakıt kaynağıdır. Bu çalışmada, euro dizel yakıtı ile karışım oluşturmak için biyoalkol bileşeni olarak n-bütanol ve bitkisel yağ bileşeni olarak da Türkiye'nin ekili alanları dikkate alındığında yüksek üretim potansiyeli bulunan nötr pamuk yağı kullanılmıştır. Titrasyon yöntemi ile bileşenlerin farklı sıcaklıklarda (oda sıcaklığı, 5 ºC, 0 ºC, -5 ºC ve -10 ºC) birbirleri ile olan çözünürlük ilişkileri incelenmiş ve her sıcaklık değeri için üçlü faz diyagramları çizilmiştir. -10 ºC sıcaklığa ait diyagramdaki faz ayrışmasının gerçekleşmediği alan içerisinden deney tasarımı metoduyla 7 farklı konsantrasyon seçilerek deney yakıtları hazırlanmıştır. Deney yakıtları kullanılarak dört silindirli, dört zamanlı, turboşarjlı, direkt püskürtmeli bir dizel motorunda motor karakteristiklerinin belirlenmesi için tam yük değişik devir testi uygulanmıştır. Deney motorunun maksimum moment devri olan 2200 d/dk.'daki deney sonuçları esas alınarak en ideal üçlü karışım içerisindeki bileşen konsantrasyonlarının belirlenmesi için yanıt yüzey metodu kullanılmış ve belirlenen motor performansı ve egzoz emisyon parametrelerine göre optimizasyon yapılmıştır. Optimizasyon ile belirlenen konsantrasyonun çıktı değerleri ile gerçek deney sonuçlarını karşılaştırmak için doğrulama deneyi yapılmış ve optimizasyon sonucunda elde edilen çıktılar ile gerçek deney sonuçları arasındaki ilişkiyi gösteren R2 doğruluk değerlerinin çok iyi seviyede olduğu tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda, çıktı parametrelerini istenilen hedef değerler aralığında sağlayan %65,5 euro dizel yakıtı, %23,1 n-bütanol ve %11,4 nötr pamuk yağı konsantrasyonuna sahip üçlü yakıt karışımı tespit edilmiştir. Bu yakıt karışımının yakıt özellikleri incelenmiş ve standartlarda belirtilen yakıt özelliklerinin yanında özellikle soğuk akış parametrelerinin çok iyi seviyede olduğu belirlenmiştir.

Considering environmental and economic causes using biofuel blends in diesel engine vehicles shows great importance. Vegetable oils and bioalcohols that can be generated from biomass are alternative biofuel sources for diesel engines. In this research, to generate a blend with diesel fuel, n-butanol is used as bio-alcohol component and neutral cotton oil is used as vegetable oil component when its high potential production rate is considered with its seeded ground area in Turkey. Components solubility properties with each other were examined with titration method in different temperatures (room temperature, 5 ºC, 0 ºC, -5 ºC and -10 ºC) and ternary phase diagrams were drawn for each temperature. Experimental fuels were prepared with experimental design method by choosing 7 different concentrations where phase decomposition did not occur in -10 ºC diagram. Full load conditions of various engine speed tests were employed to determine engine characteristics in a four cylinder, four cycle, turbocharged and direct injection diesel engine by using experimental fuels. According to the experiment results of the experiment engine in the optimum brake torque period of 2200 1/min, optimization is done by using response surface method considering engine performance and exhaust emissions parameters, to identify the rates of concentrations of components in the ideal mixture of three. Confirmation tests are employed to compare the output values of concentrations that are identified by optimization and the real experiment results and the R2 actual values that show the relation between the outputs from the optimizations and real experiments were determined in very high level. As a result of this study, a mixture of three fuels was determined as it is comprised of 65.5% euro diesel fuel, 23.1% n-butanol and 11.4% neutral cotton oil concentration. This fuel mixture's output parameters provided the aimed results. Additionally, determined fuel blend's fuel specialties are examined and besides its standard fuel characteristics, its cold flow parameters were found in highly good level.