Alternative fuels analysis for ınternal combustion engine
İçten yanmalı motorlarda alternatif yakıt analizi
- Tez No: 987745
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ BAHADIR OLCAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, 0.33 L ve 0.50 L hacmindeki buji ateşlemeli motorlarda metan–hava ve metanol–hava karışımlarının hidrojen direkt enjeksiyonu ile desteklenmiş yanma karakteristiğini kapsamlı CFD analizleriyle incelemektedir. Aşırı Hava Oranı (λ = 1.4–1.8) hidrojen miktarını kontrol etmek için ayarlanmış; hidrojen 40 derece, 60 derece ve 85 derece açılarında püskürtülerek karışım reaktivitesinin, püskürtme yönünün ve 306°–336° krank açısı arası ateşleme zamanlamasının performans, emisyon ve vuruntu üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Sonuçlar, λ = 1.4 değerinin her iki yakıt için de en verimli çalışma aralığını oluşturduğunu göstermektedir. 0.33 L motorda metanol 466 J iş üretimi ve %41.5 verime ulaşırken, metan benzer şekilde yaklaşık 470 J iş üretmiş ve neredeyse %100 yanma tamamlanması sağlamıştır. 0.50 L motorda metanol 736 J iş çıkışı ve %42.3 verim ile en yüksek performansı göstermiştir. λ = 1.6 seviyesinde artan hidrojen, geçiş bölgesi yaratmıştır. Düşük açılı enjeksiyonlarda kararlı yanma korunurken, geniş açılı (85 derece) hidrojen püskürtmesi ve ileri ateşleme zamanlaması (306°–318° CA) her iki motorda CH₄ ve CH₃OH için aşırı hava oranının 1.4 olduğu analizlerde vuruntuya yol açmıştır. λ = 1.8'de yanma belirgin şekilde kötüleşmiş; CH₄ ve CH₃OH için yakıt tüketimi birçok durumda %5'in altına düşmüş ve iş üretimi 200 J'nin altına gerilemiştir. Emisyonlarda artan hidrojen miktarı NOx seviyelerini 7000–9000 ppm aralığına yükseltirken, CO değerlerinde keskin bir düşüş, CO₂ seviyelerinde ise artış gözlenmiştir; bu durum daha tamamlanmış oksidasyonu doğrulamaktadır. 0.50 L motor daha yüksek iş üretmesine rağmen vuruntuya daha duyarlı çalışmış; 0.33 L motor ise daha düşük verime karşın daha dayanıklı bir çalışma sergilemiştir. Genel olarak, hidrojen direkt enjeksiyonu doğru aşırı hava oranı, enjeksiyon açısı ve ateşleme zamanlaması kombinasyonuyla kullanıldığında yanma verimini ve kararlılığını önemli ölçüde artırmaktadır. Çalışma, λ = 1.4, 60 derece enjeksiyon açısı ve 312°–330° krank açısı ateşleme zamanlamasının; yüksek verim, tam yanma, düşük CO ve kontrol altında NOx ile vuruntusuz en ideal çalışma aralığını oluşturduğunu ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
This study conducts a comprehensive CFD investigation of methane–air and methanol–air combustion enhanced with hydrogen direct injection in 0.33 L and 0.50 L spark-ignition engines. The excess air ratio (λ = 1.4–1.8) was adjusted to control the hydrogen fraction, while hydrogen was injected at 40-degree, 60-degree, and 85-degree orientations to evaluate the combined effects of mixture reactivity, spray targeting, and ignition timing (306°–336° Crank Angle). Results show that λ = 1.4 provided the most favorable operating window for both fuels. In the 0.33 L engine, methanol achieved a peak work output of 466 J and an efficiency of 41.5%, while methane reached nearly 470 J with similarly high combustion completeness (almost 100%). In the 0.50 L engine, methanol delivered up to 736 J output and 42.3% efficiency, confirming the strong sensitivity of both engines to ignition timing and hydrogen-assisted flame acceleration. At λ = 1.6, hydrogen enrichment introduced a transitional zone. Stable combustion occurred at shallow injection angles, but a wide-angle hydrogen spray (85-degree) with advanced ignition (306°–318° Crank Angle) at λ = 1.4 initiated knock, observed in both engines for CH₄ and CH₃OH. At λ = 1.8, combustion deteriorated significantly; fuel consumption dropped to <5% in some CH₄ and CH₃OH cases, in parallel with reduced work output (<200 J). Emission analysis revealed that increasing hydrogen content elevated NOx to 7000–9000 ppm at λ = 1.4 and wide-angle injection, while CO decreased sharply and CO₂ increased, confirming more complete oxidation. The 0.50 L engine consistently produced higher work output (+40–60% compared to the 0.33 L engine) but also showed greater knock susceptibility. Overall, hydrogen direct injection improved combustion efficiency and stability when the excess air ratio, injection angle, and ignition timing were jointly optimized. The findings highlight an optimal regime around λ = 1.4, 60-degree injection, and 312°–330° Crank Angle ignition timing, where both fuels achieved high efficiency, near-complete combustion, reduced CO, and controlled NOx formation without knock.
Benzer Tezler
- Alternatif yakıt olarak amonyak, biyodizel ve metanolün içten yanmalı denız motorları için yaşam döngüsü değerlendirmesi
Life cycle assessment of ammonia, biodiesel and methanol as alternative fuels for marine internal combustion engines
EYLÜL NESLİ İDİLER TURHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ŞEYDA SERDAR ASAN
- Yakıt olarak kanola yağı kullanılan küçük güçlü bir diesel motorunda ses düzeylerinin belirlenmesi
Determination of sound levels in a small internal combustion engine used canola oil as fuel
MURAT ABDULLAH ABDULKADİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
ZiraatAnkara ÜniversitesiTarım Makineleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAMAZAN ÖZTÜRK
- Investigation of the effects of alternative fuel use on performance and emissions in a compression ignition (CI) diesel engine
Sıkıştırmalı ateşlemeli bir dizel motorda alternatif yakıt kullanımının performans ve emisyon değerleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
FERHAT EKİN
Doktora
İngilizce
2024
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN AZMİ ÖZSOYSAL
DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET ARSLAN
- Atık plastik yağının dizel motorda kullanımının motor parametrelerine etkisi ve yanıt yüzey yöntemi ile optimizasyonu
The effect of using waste plastic oil in a diesel engine on engine parameters and optimization through the response surface method
SEDAT ŞEN
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAHATTİN ÇELİK
- Bitkisel ve hayvansal biyodizel kullanılan bir dizel motorun performans, emisyon ve yanma karakteristiklerinin çok kriterli karar verme yöntemleri ile incelenmesi
Investigation of performance, emission and combustion characteristics of a diesel engine used by vegetable and animal biodiesel with multi-criteria decision-making methods
SİNAN ERDOĞAN
Doktora
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENK SAYIN