İçten yanmalı motorlarda hidrojenin alternatif yakıt olarak kullanılması

Abstract

Küresel ısınma, iklim değişiklikleri gibi çevresel sorunlarla ilgili ortaya çıkan endişeler, yenilenebilir yakıtlara olan ilginin artmasına neden olmuştur. Ayrıca, fosil yakıt kaynaklarının sınırlı olması, taşıtların ortama yaydıkları kirleticilerin insan sağlığını her geçen gün daha çok tehdit etmesi, petrol fiyatlarındaki artışlar, emisyon regülasyonlarının giderek ağırlaşması, alternatif yakıt arayışını zorunlu kılmıştır ve otomotiv üreticileri yeni teknolojiler aramaya başlamışlardır. Özellikle son yıllarda, motorin fiyatlarındaki artıştan ve çevresel nedenlerden dolayı, dizel motorlarda LPG, metan gibi gaz yakıtların kullanılması gündeme gelmiş ve LPG dönüşüm sistemi ile ilgilenen firmaların, dizel motorlarının LPG ve CNG (sıkıştırılmış doğalgaz) yakıtlarını kullanabilecekleri kitlerin tasarlanması için AR-GE çalışmalarına başlamışlardır.Hidrojen, karbon atomu içermeyen, geniş tutuşabilirlik sınırı, sıkıştırma oranı yüksek motorlarda kullanılabilme karakteristiği, yüksek yanma verimi, düşük tutuşturma enerjisi ve düşük emisyon değerlerine sahip, fosil yakıtlara göre üstün özellikleri olan bir yakıttır. İlgili çevrelerce, H2 geleceğin yakıtı olarak görüldüğü için, yapılan çalışmada dizel motorda değişik oranlarda H2-motorin çift yakıt olarak kullanılmıştır. H2'nin kendi kendine tutuşma sıcaklığının yüksek olmasından dolayı, H2'nin dizel motorlarda tek başına kullanılması uygun değildir. Bunun yerine, emme portundan H2'nin LPG-CNG enjektörleriyle elektronik kontrolle gönderilmesi ve pilot motorin püskürtme ile tutuşmanın gerçekleştirilmesi daha elverişlidir. Yapılmış olan çalışmada, ilk aşamadaki performans deneylerinde, tam yükte, farklı motor hızlarında, emme manifoldundan toplam yakıtın enerji içeriğinin %0'ı, %25'i ve %50'si kadar H2 gönderilmiş ve pilot motorin püskürtme ile tutuşma gerçekleştirilmiştir. Daha sonraki testlerde sırasıyla 1100 d/d ve 1300 d/d motor hızları için, tam yük koşulunda ve aynı moment değerleri için, gönderilen H2 miktarının emisyonlar ve termik verim üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ayrıca, yine 1100 d/d ve 1300 d/d motor hızlarında, kısmi yüklerde H2 gönderilmesinin motor performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Deneylerde, hem birim çevrimde silindire sokulan ısı miktarı, hem de hava fazlalık katsayısı mümkün olduğunca yakın tutulmaya çalışılmıştır (1100 d/d ve 1300 d/d sabit motor hızında, sabit moment deneylerinde hava fazlalık katsayısı sabit tutulmamıştır). Deney sonuçlarına göre, CO, CO2 ve is partikülleri gönderilen H2 ile birlikte azalmış, HC emisyonlarında kayda değer bir değişiklik gözlemlenmemiş, NOx miktarı ise kısmi yük motor işletme şartlarının tamamında H2 gönderilmesiyle azalmış, tam yük koşullarında ise gönderilen H2 miktarının artmasıyla NOx miktarı da artmıştır. Ayrıca, H2 miktarının artmasıyla, kontrolsüz yanma evresinde açığa çıkan ısı açığa çıkış miktarı artarken,kontrollü yanmadaki ısı açığa çıkış miktarı azalmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, kısmi yüklerde, CO, CO2, is partikülleri düşerken HC emisyonlarında kayda değer bir artış gözlenememiştir. NOx emisyonlarının da düştüğü göz önüne alınırsa, şehir içi gibi yüksek güç talebinin olmadığı şartlarda, H2'nin dizel motorlarda çift yakıt olarak kullanılmasının tüm emisyonları olumlu etkileyeceği öngörülmüştür.