Investigation of RCCI engine emission and performance

Son yıllardaki ham petrol kaynaklarına artan talepler ve çevre sorunları sebebiyle araç üreticileri ve araştırma enstitüleri, motorlarda temiz ve verimli yanma elde etme araştırmalarına yöneldiler. Aftertreatment sistemleri emisyon azaltılmasında başarılı olmasına rağmen, regülasyon limitlerinin tutturulması özellikle yakıt ekonomisinin sağlanmasında başarılı olamamakta. Araştırmaların büyük bir kısmı hem emisyonları düşürme hem de yakıt ekonomisni iyileştirme olanağı sağlayan, LTC stratejisine yoğunlaşmış durumda. RCCI motorları LTC stratejisinin kullanım alanlarından biri. RCCI motorlarının temel prensibi düşük ve yüksek reaktiviteli yakıtların farklı zamanlarda silindir içine ayrı enjektör sistemleriyle sağlanmasından oluşur. Bu konu çok yönlü CFD modellemenin kullanılmasıyla daha kısa sürede ve daha ucuz olarak araştırılabilir. Bu çalışmada RCCI moturunda azotoksit ve partikül emisyonları, methanol ve dizel yakıtını farklı yakıt karışım oranları, farklı enjeksiyon zamanları ve bunlara EGR etkisi araştırılmıştır. Dizel motoru olarak Ecotorq 9L 380PS motoru kullanılmış olup, dizel modelinin doğrulanmasında kullanılmıştır. Dizel modelin doğrulanmasında FORD OTOSAN test labratuarlarından alınan motor dinamometre sonuçları ile AVL Fire CFD programının analiz sonuçları kullanılmıştır. RCCI motoru 32 farklı analiz deneyi ile incelenmiştir. Bu 32 deney; 700-740 derece krank açısı arasında değişen metanol enjeksiyon zamanları, 704.8-714.8 derece krank açısı arasında değişen dizel enjeksiyon zamanları, yüzde 30 ile yüzde 10 arasında farklı EGR oranları ve 7 farklı metanol dizel karışım oranları ve birbirleriyle olan kombinasyonları sonucunda oluşturulmuştur. İlk olarak AVL Fire programında oluşturulan dizel modeli motor dinamometre sonuçları ile karşılaştırılmış ve doğrulanmıştır. Validasyonu tamamlanmış model için uygun mesh hücre boyutu seçimi 5 farklı seçenek arasından silindir içi ortalama basınç, sıcaklık, kümülatif ısı yayılımı, NO ve partikül madde kütlesel oranları karşılaştırılarak yapılmıştır. Metanol ve diesel yakıtlarını kullanan RCCI motorunun emisyon ve performans açısından davranışlarını anlamak için model sonuçları incelenmiştir. Çalışma boyunca oluşan kütlece NO oranı, kWh başı NO kütle oluşumu, kütlece is oluşum oranı, kWh başına kütlece is oluşumu, CO kütle oluşum oranı, indike güç, ortalama silindir içi basınç ve sıcaklık, yanma odası içerisinde NO ve is dağılımı, ortalama hava kütlesi ve toplam kütle, zamana bağlı silindir içi dizel ve methanol kütle oranı değişimi sonuçları incelenmiş ve baz diesel modeli ile kıyaslanarak, parametrelerdeki değişim değerlendirilmiştir. Tüm çalışmalardan alınan sonuçlara göre is oluşumu azaltılmasında en büyük problem teşkil etmiştir. Koşulan analizlerden, 25'ünde NO emisyonunda azalma gözlenebilirken, sadece 6 tanesinde is oluşumu düşürülebilinmiştir. İs oluşumunun dizel vaka (vaka1)'e göre azaltıldığı deneyler incelenmiştir. Buna göre, 0.18 metanol oranlı vaka 2 varyantları ve 0.45 metanol oranlı vaka 3 varyantları is oluşumunun azaltılmasında başarılı olmuştur. Bu vakalarda NO emisyonun da azaltılması sağlanmıştır. 6 vakada %7 oranında güç düşüşü gözlemlenmiştir. NO ve is azaltılma oranları kWh başına düşen emisyon kütlesine göre hesaplanmış olup, güç düşüleri ana karşılaştırma oranının içerisinde yer almaktadır. Öncelik sırasına göre en iyi model seçilebilir. Eğer is oluşumu azaltılması esas alınıyorsa, vaka 3.h seçilebilir. Bu vaka 714.8 krank açısı dizel püskürtme başlangıcı, 715 krank açısı metanol püskürtme başlangıcı, kütlece %10 EGR, %45 metanol oranı içermektedir. Bu şekilde %80 oranında is oluşumunda, %4 oranında da NO azaltılabilir. Eğer NO emisyonu azaltılması esas alınırsa, vaka 3.j seçilebilir. Bu vaka de 3.h ile aynı olup, yalnızca EGR oranı %25'e çıkarılmıştır. Bu şekilde de %62 oranında NO emisyonunda azalma, %51 oranında is oluşumda azalma sağlanabileceği tespit edilmiştir.