PPC (kısmi ön karışımlı sıkıştırma ile ateşlemeli) bir motorda kerosen türevlerinin yakıt olarak kullanımının motor performansına ve emisyonlara etkisinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, tek silindirli bir dizel motorda 1800 rpm max. tork devrinde beş farklı motor yükü için deneyler yapılmış, %10, %20, %30 ve %40 ön enjeksiyon oranlarında Kısmi Ön Karışım Sıkıştırma Ateşlemesi (PPCI) koşulları altında JP8-dizel karışımlarının yanma, performans ve emisyon özellikleri incelenmiştir. PPCI modunda JP8-dizel yakıt karışımlarının (10JP8D90, 30JP8D70, 50JP8D50,100JP8D0) verileri ile standart modda dizel yakıtının verileri karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, silindir basıncının tüm yakıtlar için motor yüküyle arttığını göstermektedir. %50 motor yükünde, %10 ön enjeksiyon oranı ile 10JP8D90 yakıtı 71.72 bar'lık pik basıncına ulaşırken dizel yakıtının pik basınç değeri 66.59 bar dır. Karışım yakıtlarda JP8 oranının artırılması, tutuşma gecikmesinin uzaması ve dizel yakıtına göre düşük olan enerji yoğunlu nedeniyle ulaşılan tepe basıncında azalmaya sebep olmaktadır. Ön enjeksiyon oranının artışı ise yüksek motor yüklerinde tepe basıncında iyileşme sağlamaktadır. Tam yükte %40 ön enjeksiyon oranında 10JP8D90 yakıtı ile 85.85 bar’ lık en yüksek tepe basıncı elde edilmiştir(Std. dizel 69.88 bar). %75 yükte, 30JP8D70 yakıtı, %10 ve %20 ön enjeksiyon oranında %0, %30 ön enjeksiyon oranında ise %1.39 ile en düşük is emisyonuna ulaşırken, dizel için bu oran %8.57’dir. Tam yükte, 100JP8D0 yakıtı %30 ön enjeksiyon oranında %7.05 ile dizelden (%14.41) önemli ölçüde daha düşük is emisyonu sağlamıştır. 50JP8D50 yakıtı %75 yükte %10, %20 ve %30 ön enjeksiyon oranlarında Std. dizel yakıtına en yakın ve JP8-dizel karışım yakıtları içerisinde en düşük NOx emisyonları sergilerken, tam yükte ise Std. dizel yakıtından %8.6 daha düşük (852 ppm) NOx sergilemiştir. Referans dizel yakıtı en yüksek termal verimliliğe %50 yükte %30.71 ile ulaşırken, 100JP8D0 yakıtı ise %10 ön enjeksiyon oranında, %28.72 ile std. dizel yakıtına en yakın değere ulaşan yakıt olmuştur. Bu sonuçlar, JP8 ve karışım yakıtların PPCI yanma modunun desteği ve ön enjeksiyon oranının optimizasyonu ile dizel yakıtına alternatif olarak kullanılabileceğini göstermektedir.In this study, experiments were conducted on a single-cylinder diesel engine at a maximum torque speed of 1800 rpm across five distinct engine loads. The combustion, performance, and emission characteristics of JP8-diesel blends were investigated under Partially Premixed Compression Ignition (PPCI) conditions, utilizing pilot injection ratios of 10%, 20%, 30%, and 40%. The data obtained from JP8-diesel fuel blends (10JP8D90, 30JP8D70, 50JP8D50, 100JP8D0) in PPCI mode were benchmarked against baseline diesel fuel operated in standard mode. The results indicate that in-cylinder pressure increases proportionally with engine load for all tested fuels. At 50% engine load and a 10% pilot injection ratio, the 10JP8D90 blend reached a peak pressure of 71.72 bar, whereas the peak pressure for standard diesel was measured at 66.59 bar. Increasing the JP8 fraction in the blends resulted in a decline in peak cylinder pressure, which is attributed to the prolonged ignition delay and the lower energy density of JP8 compared to conventional diesel. However, an increase in the pilot injection ratio was found to enhance peak pressure under high-load conditions. At full load, the 10JP8D90 blend achieved the highest peak pressure of 85.85 bar with a 40% pilot injection ratio, compared to 69.88 bar for standard diesel. Regarding emission characteristics, at 75% load, the 30JP8D70 blend yielded the lowest soot emissions—recorded at 0% for 10% and 20% pilot injection ratios, and 1.39% for a 30% ratio—while diesel exhibited a soot ratio of 8.57%. At full load and a 30% pilot injection ratio, 100JP8D0 achieved significantly lower soot emissions (7.05%) compared to diesel (14.41%). Furthermore, the 50JP8D50 blend exhibited NOx emissions closest to standard diesel and the lowest among all JP8-diesel blends at 75% load; at full load, it demonstrated an 8.6% reduction (852 ppm) in NOx compared to standard diesel. In terms of engine performance, standard diesel achieved its maximum Brake Thermal Efficiency (BTE) of 30.71% at 50% load. Among the blends, 100JP8D0 at a 10% pilot injection ratio showed the closest value to diesel with 28.72%. These findings suggest that JP8 and its blends, supported by the PPCI combustion mode and optimized pilot injection ratios, can serve as viable alternatives to conventional diesel fuel.