Ağır ticari bir dizel motorda izo-bütanol/motorin karışımları kullanıldığında performans ve yanma karakterleri

1st International Mediterranean Science and Engineering Congress (IMSEC 2016) Çukurova University, Congress Center, October 26-28, 2016, Adana / TURKEY Pages: 1770-1778, Paper ID:527 Ağır ticari bir dizel motorda izo-bütanol/motorin karışımları kullanıldığında performans ve yanma karakterleri Ahmet Necati Özsezen Kocaeli Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü, İzmit-Türkiye; nozsezen@kocaeli.edu.tr Özet Bu çalışmada, izo-bütanol-motorin karışımları ağır ticari bir dizel motorda test yakıtı olarak kullanılmıştır. İzo-bütanolün suyla birleşme eğilimi düşük olduğundan, genelde izo-bütanol, alkol yakıtların motorin ile homojen karışımını sağlamada, çözücü olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı, alkol-motorin karışımlarının homojenliğini sağlamada kullanılan izobütanolün bir dizel motora etkisini irdelemek ve karışımlardaki izo-bütanol oranın motor performans ve yanma karakteristikleri üzerine etkisini incelemektir. Bu hedef ile hacimsel olarak %5, %10 ve %15 izo-bütanol içeren izo-bütanol-motorin karışımları hazırlanmıştır. Testler, direkt püskürtmeli, turbo şarjlı, ağır ticari tip bir dizel motorda, 1400 d/d sabit motor devrinde ve üç farklı yükte (150, 300 ve 450 Nm) gerçekleştirilmiştir. Testler sonucunda, izobütanol-motorin karışımlarının kullanımı ile saf motorin kullanımına göre ısıl verimde azalma, özgül yakıt tüketiminde artış olduğu belirlenmiştir. Yanma karakterleri incelendiğinde, izobütanol-motorin karışımlarının kullanımı ile maksimum silindir gaz basıncının saf motorin kullanımına göre hafifçe arttığı tespit edilmiştir. İzo-bütanolün saf motorine göre düşük ısıl içeriğine sahip olduğundan, kısmi motor yüklerinde düşük performans değerleri sergilediği, bununla birlikte, izo-bütanolün yakıt özelliklerinin yanma karakterlerini etkilediğinden, CO, NOx ve duman koyuluğu emisyonlarında azalma, toplam yanmamış HC emisyonlarında ise hafifçe artış meydana getirdiği tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: İzo-Bütanol, Ağır ticari dizel motor, Performans, Yanma, Emisyon 1770

Performance and combustion characteristics of a heavy-duty diesel engine operating on iso-butanol/diesel fuel blends Abstract In this work, iso-butanol/fossil diesel fuel blends have been used as a test fuel in a heavy duty diesel engine. Iso-butanol have limited solubility in water, generally, iso-butanol is used as stabilizer to provide the homogeneous of alcohol/fossil diesel fuel blends. The aim of this work is to discuss the effects of iso-butanol in a heavy duty diesel engine, which iso-butanol is used to provide the alcohol-diesel homogeneity, and to examine the effect of iso-butanol ratio in the blends on engine performance and combustion characteristics. With this purpose, various iso-butanol/fossil diesel fuel blends containing 5%, 10% and, 15% iso-butanol were prepared in volume basis. Engine tests were conducted on a heavy duty diesel engine with direct injection and turbo-charged, at a speed of 1400 rpm and three different loads (150, 300 and 450 Nm). The test results showed that the brake thermal efficiency decreased due to increases in the brake fuel consumption when the test engine was fueled with the iso-butanol/diesel fuel blends. Observing combustion characteristics, by using the iso-butanol/diesel fuel blends, the peak cylinder gas pressure slightly increased compared to the pure fossil diesel fuel. Blends exhibited poor performance values at partial engine loads since the iso-butanol has low energy content according to the pure fossil diesel fuel. However, the fuel properties of iso-butanol affected the combustion characteristics which caused reductions in CO, NOx emissions and smoke opacity, while unburned HC emission slightly increased. Keywords: Iso-butanol, Heavy-duty diesel engine, Performance, Combustion, Emission 1. GİRİŞ Günümüz dünyası iki önemli kriz ile karşı karşıya bulunmaktadır. Bunlardan ilki; fosil kökenli yakıt rezervlerindeki azalmanın giderek artması, ikincisi; fosil yakıt kullanımının yol açtığı çevresel problemlerdir. Dünyamız da, fosil yakıt rezervlerinin gelişigüzel çıkarılması ve fosil yakıtların savurgan bir şekilde tüketilmesi yeraltı tabanlı karbon kaynakların azalmasına yol açmıştır. İçten yanmalı motorlardan kaynaklı sera gazlarının insan sağlığını ve çevremizi olumsuz etkilemesi ve 1970 lerde başlayan petrol krizinin etkisi ile yaklaşık son 40 yılda fosil kökenli yakıtlara alternatif, oksijenli yakıtların kullanımında artan bir ilgi olmuştur. Günümüz araştırmacılarının, fosil yakıt kaynaklara alternatif olarak kullanıldığı oksijenli yakıt türleri olarak; biyokütle, başlıca alkoller (metanol, etanol vb düşük karbonlu alkoller), bitkisel yağ kökenli biyodizel gösterilebilir. Günümüze kadar bütanol, genelde fosil yakıtlardan elde edilirken, son zamanlarda ise biyokütleden biyobütanol üretimi ile çalışmalar yoğunluk göstermektedir [1]. Biyobütanol üretimi ile ilgili çalışmalarda biyokütle kaynağı olarak mısır ve şeker pancarı daha çok tercih edilmektedir [2]. Gelişme gösteren bütanol üretim teknikleri sayesinde, biyobütanol fosil kökenli yakıtlara belirli oranda ilave edilerek taşıtlarda kullanılmaya başlanmıştır. Biyobütanol yenilenebilir bir yakıttır ve yenilenebilir yakıt olarak nitelendirilmektedir. Bütanol kütlesel olarak %22 oranında oksijen içeriğine sahiptir. ASTM D7862 [3] standardında %1 den %12,5 kadar buji ateşlemeli motorlarda bütanol-benzin karışımlarının kullanımı ile ilgili detaylar verilmektedir. Bütanol 4 karbona sahip bir alkoldür ve endüstride boya ve emaye üretiminde çözücü olarak kullanılmaktadır. İzo-bütanolün suyla birleşme eğilimi sınırlıdır [4], bu sebeple etanol/motorin ve metanol/motorin karışımlarının, homojenliğini ve kararlılığını iyileştirmek için stabilizatör olarak kullanılmaktadır. Diğer alkoller ile kıyaslandığında izo-bütanolün en önemli özelliği diğer alkollere göre daha yüksek enerji içeriğine sahip olmasıdır. Bütanol, fosil kökenli dizel yakıtı ile karşılaştırıldığında yaklaşık %21 daha az enerji içeriği ihtiva etmektedir [5, 6]. Literatürde bütanolün dizel motorlarda kullanımı ile ilgili birçok çalışma [7-9] bulunmaktadır. Hem buji ateşlemeli [10,11] hem de sıkıştırma ateşlemeli motorlarda bütanol/fosil yakıt karışımları kulla- 1771

nılabilmektedir. Al-Hasan ve Al-Momany [12] izo-bütanol/motorin karışımlarını tek silindirli bir dizel motorda test yakıtı olarak kullanarak, karışımların motor performansı üzerine etkisini incelemişlerdir. Çalışma sonucunda araştırmacılar, motorine izo-bütanol ilavesi ile hava-yakıt oranının, egzoz sıcaklığının, termik verimin, efektif gücün ve özgül yakıt tüketiminin arttığını ifade etmişlerdir. Yaptıkları çalışmada, %30 a kadar izo-bütanol ilavesinin motor performansına etkisinin %40 izo-bütanol ilavesine oranla daha iyi olduğunu belirtmişlerdir. Benzer bir çalışmada, Karabektaş ve Hoşöz [13] dört farklı oranda izo-bütanolu (%5, %10, %15 ve %20) motorine ilave ederek, %100 motorin kullanımına göre karışımların motor performans ve egzoz emisyonları üzerine etkisini incelemiştir. Çalışma sonucundaki performans değerlendirmesinde, efektif gücün ve termik verimin izo-bütanol ilavesi ile orantılı olarak azaldığını, özgül yakıt tüketiminin arttığını belirtilmişlerdir. Emisyon değerlendirmesinde ise motorine izo-bütanol ilavesi ile orantılı olarak CO ve NOx emisyonun azaldığını, yanmamış HC emisyonun önemli oranda arttığını ifade etmişlerdir. Bir başka çalışmada, Rakopoulos ve ark., [14] bir dizel motorda motorine ilave edilen n-bütanol un (%8, %16 ve %24 hacimsel oranda) motor performans ve emisyon değerleri üzerine etkisini araştırmışlardır. Test sonuçlarına göre, motorine n-bütanol ilavesi ile yanmamış HC, özgül yakıt tüketimi ve termik verim artarken, duman koyuluğu, NOx, CO azalma meydana geldiği belirtmişlerdir. Yao ve ark., [15] ağır ticari bir dizel motorda kullanılmak üzere motorin içerisinde farklı oranda n-bütanol (%5, %10 ve %15) ilave ederek, karışımların motor performans ve emisyon değerleri üzerine etkisi incelemişlerdir. Sabit devir ve yük şartlarında yaptıkları motor testlerinde, egzoz gaz resirkülasyon oranın ayarlayarak egzoz çıkışında NOx emisyon değerinin 2 g/kw olacak şekilde sabit tutmuşlardır. Test sonucunda n-bütanol ilavesi ile özgül yakıt tüketiminde ciddi bir değişim olmaksızın, duman koyuluğu ve CO emisyonunda önemli oranda iyileşme olduğunu belirtmişlerdir. Bu çalışmaya benzer sonuçlar, Rakopoulos ve ark., [16] tarafından yapılan çalışmada da raporlanmıştır. Literatürde alkol yakıtların motorine karıştırılarak kullanılması ile alakalı büyük bir resim bulunmaktadır [17-19]. Bununla birlikte literatürde, izo-bütanol/motorin karışımlarının ağır ticari dizel motorlarda kullanımı ile ilgili çok az sayıda çalışma mevcuttur. İzo-bütanolün alternatif yakıt olarak kullanılamamasının ana nedeni motorine ve diğer alkol türlerine oranla daha pahalı olmasıdır. İçten yanmalı motor testlerinde, genelde izo-bütanol motorine katılan farklı yoğunluktaki alternatif yakıtların homojenliğini uzun süre sağlayabilmek için kullanılmaktadır. Son zamanlarda yapılan çalışmalarda, izo-bütanol üretiminde geliştirilen metotlar ile izo-bütanolün üretim maliyetinde azalmalar elde edilmiştir. Bu çalışma, motorine izo-bütanol ilavesinin motor performans, yanma ve egzoz emisyon değerleri üzerine etkisini deneysel olarak incelemeyi amaçlamaktadır. 2. MATERYAL VE METOT Bu çalışmada, %99 saflıkta Merck marka izo-bütanol kullanılmıştır. Motorin (Euro dizel) yakıtı Türkiye deki bir yakıt istasyonundan satın alınmıştır. İzo-bütanolün kimyasal özellikleri üretici firmadan, Euro dizelin yakıt özellikleri satıcı firmadan temin edilmiştir. Test yakıtlarının kimyasal ve fiziksel özellikleri Tablo 1 de verilmektedir. Tablo 1. Testlerde kullanılan yakıtların özellikleri Motorin (Euro Dizel) İzo-bütanol Kapalı formülü C14H15-C25H26 C4H10O Alt ısıl değer (MJ/kg) 42-43 33,64 Yoğunluk (kg/m3, 15oC) 820-845 801,9 Kinematik viskozite (mpa.s, 25oC) 2-4,5 4,312 Setan indeksi >46 >15 Alevlenme noktası (oc) >55 27,8 Moleküler ağırlığı (kg/kmol) 194-206 74 % Karbon (Ağırlık) % Hidrojen (Ağırlık) % Oksijen (Ağırlık) 86,7 12,7 64,9 13,5 21,5 Kaynama noktası (oc) 190-280 108 Gizli buharlaşma ısısı (kj/kg) ~600 578,4 1772

Yakıt karışımları hacimsel olarak %5, %10 ve %15 izo-bütanol ihtiva edecek şekilde hazırlanmış olup, sırasıyla karışımlar içerdiği izo-bütanol yüzdesine göre, ve olarak isimlendirmiştir. Saf Euro dizel yakıtı (motorin) referans yakıt olarak ele alındığından olarak ifade edilmiştir. Motor testleri 6 L silindir hacmine sahip ağır ticari bir dizel motorda gerçekleştirilmiştir. Dizel motora ait teknik özellikler Tablo 2 de verilmektedir. Motor deney şartlarına hazırlanırken, fabrika değerleri dışında herhangi bir değişlik yapılmamıştır. Deneysel çalışma boyunca tüm datalar motor kararlı hale geldikten sonra toplanmıştır. Motor kararlılığını tespit etmek için motor yağ ve egzoz sıcaklığındaki değişim gözlemlenmiştir. Motor çalışma sıcaklığına ulaştıktan sonra, saf motorin ve karışımlar kullanılarak, 150, 300, 450 Nm sabit döndürme momentinde ve 1400 d/d sabit motor devrinde, motor performans, silindir gaz basınç değişimleri ve emisyon karakterleri belirlenmiştir. Tablo 2. Testlerde kullanılan dizel motorun teknik özellikleri Motor Tipi Silindir Tipi ve Sayısı Silindir Çap-Strok 6 L Ford Cargo Su soğutmalı, direkt püskürtmeli, turbo şarjlı, 4 zamanlı Sıra tipi 6 silindirli 104,8-114,9 mm Sıkıştırma Oranı 16,4:1 Püskürtme Pompası Enjektör Açılma Basıncı Mekanik kontrollü sıra tipi pompa 197 bar Enjektör delik çapı ve sayısı 0,3 mm ve 4 Maksimum Güç Maksimum Moment Rölanti devri 136 kw 2400 d/d 650 Nm 1400 d/d 625-675 d/d Testlerde, Netfren marka hidrolik dinamometre ve bir yük hücresi kullanılarak motor performans değerleri ölçülmüştür. Birinci silindirin silindir kapağı üzerine yerleştirilen Kistler 6061B model piezo kristalli basınç ölçüm transformatöründen gelen sinyaller, Kistler marka sinyal şartlandırıcı ve Advantech marka veri toplama kartı kullanılarak bilgisayara aktarılmış ve işlenmiştir. Motor test sisteminde kullanılan basınç algılayıcılarının konumu Şekil 1 de gösterilmektedir. Krank açısını belirlemek için bir manyetik devir algılayıcısı kullanılmıştır. Basınç verileri, çevrim boyunca her 0,25 o KA krank açısında toplanmış ve her bir testte 50 çevrimin ortalaması alınarak elde edilmiştir. Soğutma suyu, yağ ve egzoz sıcaklıklarını ölçmek için 1 o C hassasiyetli K tipi termoçiftler kullanılmıştır. Hava tüketimini ölçmek için, emme manifoldu hattına ISO 5167 (1980) standardına uygun orifis çapı 45 mm olan, flanşlı-keskin köşeli tip orifis plakası yerleştirilmiştir. Yakıt tüketimi, 1 gram hassasiyetinde dijital terazi üzerine konmuş yakıt tank ağırlığındaki değişim zamana bağlı olarak ölçülmüştür. Egzoz emisyonlarının ölçümünde Capelec Cap 3200 ve Bosch RMT 430 marka egzoz emisyon cihazları kullanılmıştır. 1773

Şekil 1: Motor test sisteminde kullanılan basınç algılayıcılarının konumu 3. BULGULAR VE TARTIŞMA Motor testleri sonucunda, izo-bütanol/motorin karışımlarının kullanımı ile saf motorin kullanımına göre özgül yakıt tüketimde artış meydana gelirken, ısıl verimde hafif bir azalma olduğu tespit edilmiştir. Şekil 2 de motor yükü ve karışım oranına göre özgül yakıt tüketiminde ve ısıl verimdeki değişimler gösterilmektedir. Tüm karışımlar için minimum özgül yakıt tüketimi ve maksimum ısıl verim 300 Nm sabit motor yükünde elde edilmiştir. Isıl verimin bu bölgede tüm karışımlar için maksimum olarak elde edilmesinde özgül yakıt tüketiminin bu bölgede diğer yüklere nazaran daha düşük olması etkili olmuştur. Maksimum ısıl verim 1400 d/d ve 300 Nm sabit motor yükünde, için %34,4, için %33, için 32,1, için %31,9 olarak hesaplanmıştır. Testlerde ölçülen yakıt tüketimi yakıt karışımı içeriğindeki izo-bütanol oranı arttıkça artış göstermiştir. Tablo 1 de görüldüğü üzere, izo-bütanol un alt ısıl değeri motorine göre yaklaşık %20 oranında daha düşüktür. Ayrıca, motorinin yoğunluğunun izo-bütanol e göre daha yüksek olması hacimsel olarak püskürtülen yakıt miktarının kütlesel olarak daha fazla çıkmasına neden olmuştur. İzo-bütanol un bu iki yakıt özelliği, %100 motorin kullanımına göre karışımların özgül yakıt tüketiminin daha yüksek çıkmasında, ısıl verimin ise daha düşük hesaplanmasında etkili olduğu görülmüştür. Özgül yakıt tüketimi (g/kw-saat) 400 350 300 250 Isıl verim (%) 40 35 30 25 200 20 Şekil 2: Motor yükü ve karışım oranına göre özgül yakıt tüketiminde ve ısıl verimde değişim 1774

Şekil 3 de motor yükü ve karışım oranına bağlı silindir gaz basıncındaki değişim gösterilmektedir. Motor yükünün artması ile artan yakıt tüketimi, maksimum silindir gaz basıncında çok az da olsa bir artış meydana getirmiştir. Şekil 3 de görüldüğü üzere, motor yükünün artması ile birlikte tüm yakıt karışımları için maksimum silindir gaz basıncının oluştuğu konum üst ölü noktadan uzaklaşmıştır. Motor yükünün artması ile birlikte silindir gaz basıncı altında kalan alanın genişlemesi, motor yükü arttıkça silindir içerisine püskürtülen yakıt miktarının ve yakıt püskürtme zamanın artmasından kaynaklanmaktadır. 450 Nm sabit motorda yükünde karışıma %15 izo-bütanol ilavesinin etkisi açıkça görülmektedir. İzo-bütanolün setan sayısının düşük olması ve karışımlara ilave edilen hacimsel izo-bütanol oranlarının düşük olması ve ağır ticari dizel motor özellikle düşük yük bölgelerinde test edildiğinden, karışımların silindir gaz basıncı üzerine etkisi net olarak görülememiştir. Motor 450 Nm sabit döndürme momentinde çalıştırılıyor iken püskürtülen yakıt miktarının kütlesel olarak arttığından, izo-bütanolün içeriğindeki oksijen etkisini göstererek kullanımı ile yanma başlangıcı daha erken gerçekleşmiş ve maksimum silindir gaz basıncının altında kalan alanda artış gözlemlenmiştir. Şekil 3 de görüldüğü gibi, tüm yakıtların silindir gaz basınçları benzer eğilimler göstermiştir. Bu durum, kısmi yük şartlarında motorine izo-bütanol ilavesi ile silindir içerisinde saf motorin kullanımına benzer kritik mekanik yüklemeler olduğunu göstermektedir. -10 0 10 20 30 7 6 5 Maksimum basınç bölgesi 150 Nm - 1400 rpm Silindir gaz basıncı (MPa) 4 8 7 6 5 4 9 8 7 6 5 300 Nm - 1400 rpm 450 Nm - 1400 rpm 4-10 0 10 20 30 Krank açısı ( o ) Şekil 3: Motor yükü ve karışım oranına bağlı olarak silindir gaz basıncında değişim 1775

Şekil 4 de motor yükü ve karışım oranına bağlı olarak karbon monoksit (CO) ve yanmamış hidrokarbon (HC) emisyonlarındaki değişim gösterilmektedir. Grafikte görüldüğü üzere, tüm yakıtlar için motor yükü arttıkça CO emisyonu artarken, yanmamış HC emisyonunda ise azalma meydana gelmiştir. Bu durumun ortaya çıkmasında en büyük etken olarak, hidrojen atomunun karbon atomuna göre daha aktif olması gösterilebilir. Özellikle motor yükü arttıkça silindir içerisine püskürtülen yakıt miktarı arttığından, atomlar arasındaki aktiflik farkı daha belirgin bir şekilde kendisi göstermiştir. Tablo 3 de motor testleri sırasında hesaplanan yakıt-hava oranları verilmektedir. Tablo 3 de görüldüğü üzere tüm testlerde yakıtça en zengin karışım kullanımı ile olmasına rağmen, tüm testlerde en düşük CO emisyon oluşumu kullanımı ile elde edilmiştir. Tüm testlerde, yakıt karışımının kullanılması ile minimum yanmamış HC oluşumu meydana gelmiştir. CO emisyonu (%) 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Toplam yanmamamış HC emisyonu (%) 32 30 28 26 24 22 20 18 Şekil 4: Motor yükü ve karışım oranına bağlı olarak CO ve yanmamış HC emisyonunda değişim Tabloda 3 de görüldüğü üzere, tüm testlerde karışımdaki izo-bütanol miktarı arttıkça CO emisyonunda azalma sağlanmıştır. Bilindiği üzere, egzoz emisyonları arasında CO emisyonun oluşumunun ana kaynağı hidrokarbonların yeterli oksijen ile reaksiyona girememesidir. Test sonuçlarından, izo-bütanolün içeriğindeki oksijenin CO emisyonlarının azalmasında etkili olduğu ortaya çıkmaktadır. Testlerde, motor yükünün artması ile CO emisyonunda artış meydana gelirken, yanmamış HC emisyonlarında ise azalma olmuştur. Şekil 3 de görüldüğü üzere, tüm testlerde motor yükü arttıkça silindir içi sıcaklığında artış meydana gelmiştir. Bu durumun yanmamış HC emisyonlarının azalmasında etkili olduğu düşünülmüştür. Bununla beraber, aynı etki CO emisyonu için görülememiştir. Etanol/benzin karışımlarının CO ve yanmamış HC emisyonu etkisi inceleyen çalışmada [20] benzer eğilimler görülmüştür. Tablo 3. Motor testlerindeki yakıt-hava oranları Motor Yükü (Nm) Yakıt-Hava oranı (kütlesel) 150 0,0267 0,0273 0,0291 0,0299 300 0,0482 0,0503 0,0517 0,0521 450 0,0735 0,0768 0,0791 0,0812 Bilindiği üzere, havanın içerisinde bulunan azot ve oksijenin yüksek sıcaklıklardaki reaksiyonu sonucu azot oksit (NOx) emisyonları oluşmaktadır. NOx i oluşturan bileşikler arasında en önemli olanları azot monoksit (NO) ve azot dioksit (NO2) dir. NO emisyonu oluşumunu etkileyen başlıca faktörler, oksijen konsantrasyonu, yakıt-hava oranı, yüksek sıcaklıktaki reaksiyon süresi ve yüksek basınçtır. Şekil 5 de motor yükü ve karışım oranına bağlı olarak NOx emisyonunda ve duman koyuluğundaki değişim gösterilmektedir. Şekilde görüldüğü gibi, tüm yakıtlar için maksimum NOx emsiyon oluşumu 300 Nm motor yükünde ortaya çıkmıştır. Şekil 3 de görüldüğü üzere 300 Nm test şartlarında elde edilen basınç alanları 450 Nm testlerinde ölçülen basınç alanlarına çok yakındır. Tablo 3 de görüldüğü üzere, 300 Nm testlerde 450 Nm testlerine kıyasla daha az yakıt silindir içerisine püskürtülmüştür. Bu iki ölçüm, 300 Nm şartlarında yapılan testlerde daha fazla hidrokarbonun okside olduğuna işaret etmektedir. Bu durum, silindir 1776

içerisinde lokal yüksek sıcaklıklar oluşturmuştur. Bu halin bir sonucu olarak, 300 Nm testlerinde tüm yakıtlar için NOx emisyonunda artış olduğu düşünülmektedir. Tüm testler maksimum NOx oluşumu saf motorin kullanıldığında ölçülmüştür. Karışımın içerisinde izo-bütanol oranı arttıkça NOx oluşumunda azalma meydana gelmiştir. NOx oluşumuna benzer eğilim, duman koyuluğunun ölçümünde gözlemlenmiştir. Maksimum duman koyuluğu saf motorin kullanımı ile elde edilmiştir. NO x emisyonu (ppm) 1400 1200 1000 800 600 Duman koyuluğu (%) 100 90 80 70 60 50 400 40 Şekil 5: Motor yükü ve karışım oranına bağlı olarak NOx emisyonu ve duman koyuluğunda değişim 4. SONUÇ Bu çalışma, izo-bütanol/motorin karışımlarının ağır ticari bir dizel motorda performans ve yanma değerleri üzerine etkisini incelemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda elde edilen bulgular aşağıda maddeler halinde verilmektedir. 1. Tüm motor testlerinde, karşımdaki izo-bütanol miktarı arttıkça saf motorin kullanımına göre özgül yakıt tüketimde artış, ısıl verimde ise hafif bir azalma meydana gelmiştir. 2. Motor yükünün artması ile birlikte tüm yakıt karışımları için maksimum silindir gaz basıncının oluştuğu konum aynı bölgededir. Bu durum motorda herhangi bir değişiklik yapılmaksızın küçük ölçekli izo-bütanolün motorine ilave edilebileceğini göstermektedir. 3. 450 Nm sabit motor yükünde, izo-bütanolün içeriğindeki oksijen etkisini göstererek kullanımı ile yanma başlangıcı daha erken gerçekleşmiş ve maksimum silindir gaz basıncının altında kalan alanda artış gözlemlenmiştir. 4. Testlerde, motor yükünün artması ile CO emisyonunda artış meydana gelirken, yanmamış HC emisyonlarında ise azalma olmuştur. 5. Tüm testlerde, karışımdaki izo-bütanol miktarı arttıkça CO emisyonunda azalma sağlanmıştır. 6. Tüm testlerde minimum yanmamış HC oluşumu yakıt karışımının kullanılması ile elde edilmiştir. 7. Tüm testlerde, maksimum NOx oluşumu motorda %100 motorin kullanıldığında ölçülmüştür. 8. Karışımın içerisinde izo-bütanol oranı arttıkça NOx oluşumunda azalma meydana gelmiştir. 9. NOx oluşumuna benzer eğilim, duman koyuluğunun ölçümünde gözlemlenmiştir. Maksimum duman koyuluğu motorda %100 motorin kullanıldığında ölçülmüştür. 5. TEŞEKKÜR BÖLÜMÜ Bu çalışma Kocaeli Üniversitesi-Bilimsel Araştırma Birimi nin desteklediği 2007/70 numaralı proje kapsamında gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmaya desteklerinden dolayı Kocaeli Üniversitesi ve BAP birimine teşekkür ederim. REFERANSLAR [1] Huang W.C., Ramey D.E., Yang S.T. (2004) Continuous production of butanol by Clostridium acetobutylicum immobilized in a fibrous bed bioreactor, Applied Biochemistry and Biotechnology 115, 887 898. 1777

[2] Ezeji, T.C., Qureshi, N., Blaschek H.P. (2003) Production of acetone, butanol and ethanol by Clostridium beijerinckii BA101 and in situ recovery by gas stripping, World Journal of Microbiology and Biotechnology 19, 595 603. [3] ASTM D7862, Standard Specification for Butanol for Blending with Gasoline for Use as Automotive Spark-Ignition Engine Fuel. [4] Lebedevas S., Lebedeva G., Sendzikiene E. and Makareviciene V. (2010) Investigation of the performance and emission characteristics of biodiesel fuel containing butanol under the conditions of diesel engine operation Energy & Fuels 24, 4503 4509. [5] Regalbuto, C., Pennisi, M., Wigg, B., Kyritsis, D. (2012) Experimental Investigation of Butanol Isomer Combustion in Spark Ignition Engines, SAE Papers, 2012-01-1271. [6] Vertes A., Qureshi N. and Yukawa H., (2010) Biomass to Biofuels: Strategies for Global Industries, Chapter 23. Axes of Development in Chemical and Process Engineering for Converting Biomass to Energy, John Wiley and Sons, pp.504. [7] Lujaji, F., Kristof, L., Bereczky, A., Mbarawa, M. (2011) Experimental investigation of fuel properties, engine performance, combustion and emissions of blends containing croton oil, butanol, and diesel on a CI engine, Fuel, 90(2), 505 510. [8] Dogan, O. (2011) The influence of n-butanol/diesel fuel blends utilization on a small diesel engine performance and emissions, Fuel, 90(7), 2467 2472. [9] Chen, Z., Liu, J., Han, Z., Du, B., Liu, Y., Lee, C. (2013) Study on performance and emissions of a passenger-car diesel engine fueled with butanol diesel blends, Energy, 55(15), 638 646. [10] Szwaja S., Naber, J.D. (2010) Combustion of n-butanol in a spark-ignition IC engine, Fuel, 89, 1573 1582. [11] Wallner, T., Miers, S.A., Mc Connell, S. (2009) A comparison of ethanol and bütanol as oxygenates using a direct-injection engine, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 13, 1 9. [12] Al-Hasan, M.I., Al-Momany, M. (2008) The effect of iso-butanol-diesel blends on engine performance, Transport 23, 306 310. [13] Karabektas, M., Hosoz, M. (2009) Performance and emission characteristics of a diesel engine using isobutanol-diesel fuel blends, Renewable Energy 34, 1554 1559. [14] Rakopoulos, D.C., Rakopoulos, C.D., Giakoumis, E.G., Dimaratos, A.M., Kyristis, D.C., (2010) Effect of butanol-diesel fuel blends on the performance and emissions of a high-speed DI diesel engine, Energy Conversion and Management 51, 1989 1997. [15] Yao, M., Wang, H., Zheng, Z., Yue, Y. (2010) Experimental study of n-butanol additive and multi-injection on HD diesel engine performance and emissions, Fuel 89, 2191 2201. [16] Rakopoulos, D.C., Rakopoulos, C.D., Hountalas, D.T., Kakaras, E.C., Giakoumis, E.G., Papagiannakis, R.G. (2010) Investigation of the performance and emissions of bus engine operating on butanol/diesel fuel blends, Fuel 89, 2781 2790. [17] Huang Z.H., Lu H.B., Jiang D.M., Zeng K., Liu B., Zhang J.Q. and Wang X.B., 2004. Combustion characteristics and heat release analysis of a compression ignition engine operating on a diesel/methanol blend. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering 218, 1011 1024. [18] Huang J., Wang Y., Li S., Roskilly A.P., Yu H. and Li H., 2009. Experimental investigation on the performance and emissions of a diesel engine fuelled with ethanol-diesel blends. Applied Thermal Engineering 29, 2484 2490. [19] Zhu R.J., Wang X.B., Miao H. and Huang Z.H., 2010. Combustion and particulate emission characteristics of a diesel engine fuelled with dieseldimethoxymethane blends. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering 224, 521 531. [20] Ozsezen, A.N., Canakci, M. (2011) Performance and combustion characteristics of alcohol-gasoline blends at wide-open throttle, Energy, 36, 2747-2752. 1778