Benzine Powermax Katkısının Motor Performansına Etkisinin İncelenmesi

Transkript

1 th International Advanced Technologies Symposium (IATS ), 1-1 May 20, Elazığ, Turkey Benzine Powermax Katkısının Motor Performansına Etkisinin İncelenmesi A. Calam, Y. İçingür, T. Topgül ve H. Solmaz Gazi Üniversitesi, Ankara/Türkiye, Investigation of the Effects of Powermax Addition to Gasoline on Engine Performance Abstract Today, petroleum-based fuels are widely used in internal combustion engines. The researchers,are studying to improve the properties of existing fuels as well as the fuels can be alternatives to petroleum-based fuels. The use of fuel additives intended to improve engine performance and exhaust emissions. In this study, effects of the powermax addition in pure unleaded gasoline has investigated in a four stroke spark ignition engine at full load condition between /min speedsit has been determined that engine performance has increased and specific fuel comsumption has decreased with %1 powermax additive (), whereas engine performance has gone down and specific fuel consumption has increased with %3() and % () powermax additives. Keywords Gasoline additives, powermax, spark ignition engine, engine performance 1. GİRİŞ Enerji ihtiyacının artması ve fosil kaynaklı enerjinin giderek azalması alternatif enerji kaynakları üzerindeki araştırmaları hızlandırmıştır. Yine de dünya üzerinde halen fosil kaynaklı yakıtlara bağımlılık oldukça yüksektir. Özellikle içten yanmalı motorların kullanıldığı taşımacılık ve ulaşım gibi sektörlerde enerji ihtiyacının büyük bir bölümü fosil yakıtlardan karşılanmaktadır. Bu nedenle fosil kaynaklı yakıtların ve yakıt katkılarının geliştirilmesi çalışmaları devam etmektedir. Yakıta katkı maddesi ilavesi ile yanma verimliliğinin ve motor çalışmasının iyileştirilmesi çalışmaları 20. yüzyılın başlarında başlamıştır. İyot, etil alkol ve kurşun tetra etil yakıt katkısı olarak üzerinde çalışılan ilk maddelerdendir. 11 yılında Thomas Midgely yakıta iyot ilavesi ile motor vuruntusunun azaldığını keşfetmiştir. Ancak iyodun pahalı olması ve korozyona sebebiyet vermesi katkı maddesi olarak kullanılmasına imkân vermemiştir. 11 de ise Midgely ve Kettering benzin ve etil alkol karışımından oluşan yakıtın daha yüksek sıkıştırma oranlarında kullanılabileceğini ve bu yakıtın daha temiz yandığını belirtmişler ve etil alkolün diğer benzin katkı maddelerine göre daha avantajlı olduğunu ifade etmişlerdir (1). 121 yılında Midgely kurşun tetra etilin vuruntuya dayanımı arttırdığını keşfetmiştir. 12 yılında ise Kettering Synthol adını verdiği alkol ve benzin karışımı yakıtla hem vuruntu direncini arttırmış hem de yakıt tasarrufu sağlamıştır. Ancak Petrol şirketleri etanol benzin karışımından oluşan yakıtın benzin ihtiyacını % azaltmasından dolayı petrol ürünlerine bağımlılığı sürdürebilmek için yakıt katkısı olarak kurşun tetra etili tercih etmişlerdir. Kurşun tetra etil insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkileri nedeniyle uzun yıllar kullanıldıktan sonra 1 yılında yasaklanmıştır (1,2). Etanol-benzin karışımından oluşan yakıtın motor torkunda artış sağlaması ve bunun yanında içerisinde bulunan oksijenin tepkimeye girerek CO ve HC emisyonlarını azaltması bu yakıtın kullanılabilirliliğini giderek arttırmaktadır (3-). Güney Amerika da etanolün belirli oranda kullanımı zorunlu hale getirilmiş ve kullanımı yaygınlaşmıştır (). Ham petrolün distilasyonundan elde edilen, suda çözünürlüğü çok az olan organik solventlerden white spirit de benzin katkı maddelerinden biridir. Aksoy ve arkadaşları benzine % ve % 20 white spirit ilavesinin motor performansı ve emisyonlarına etkisini incelemişlerdir. Tam yük şartlarında % white spirit yakıtının motor torku ve gücünü arttırdığını, HC emisyonlarının artarken, CO emisyonlarının azaldığını belirlemişlerdir (). Terebentin ilk zamanlarda herhangi bir modifikasyon olmadan motorlarda kullanılmış ancak petrol kökenli yakıtların bolluğu nedeniyle kullanımı terk edilmiştir. Günümüzde petrol kökenli yakıt kaynaklarının azalması ve maliyetlerinin artması nedeniyle alternatif yakıt arayışları sırasında terebentin kullanımı tekrar gündeme gelmiştir (). Yapılan çalışmalar sonucunda terebentin ilavesinin motor performansına olumlu etkileri olduğu gözlenmiştir. HC ve NOx emisyonlarının artmasına karşılık terebentin ilavesinin CO konsantrasyonunu azalttığı tespit edilmiştir (,-). Bu çalışmada powermax adı verilen benzin katkı maddesi saf benzin () içerisine %1 (), %3 () ve % () oranlarında ilave edilerek motor performansı ve emisyonlara etkileri incelenmiştir. 2. DENEY YAKITLARI Deneylerde rafineri çıkışlı ve içerisinde herhangi bir katkı maddesi bulunmayan oktan saf kurşunsuz benzin kullanılmıştır. Powermax katkısı içerik olarak dietil eter, izopropil alkol ve Jet A1 den oluşmaktadır. Deney yakıtlarının bazı özellikleri Tablo 1 de görülmektedir. Dietil eter etanolün dehidrasyonu sonucunda elde edilebilir ve oldukça yüksek oktan sayısına sahiptir. Bu özelliği ile benzinli motorlarda vuruntu direncinin artmasına ve sıkıştırma oranının arttırılarak verimin yükseltilmesine yardımcı olabilmektedir. Özellikle dietil eter ve etanol karışımlı yakıtlar benzine göre mükemmel bir alternatiftir. Bu yakıtların yanma sonucunda benzine göre daha düşük sıcaklık oluşturması NOx emisyonlarını önemli ölçüde azaltmaktadır (). Araştırmalar

2 Benzine Powermax Katkısının Motor Performansına Etkisinin İncelenmesi yüksek oktan sağlayan katkılardan birçoğunun oksijen içeren katkılar olduğunu göstermiştir. Bu katkılardan birisi de izopropil alkoldür. İzopropil alkolün araştırma oktan sayısı, motor oktan sayısı ise dir (13). Jet yakıtları aromatik ve alifatik hidrokarbonların karışımından oluşmaktadır. Jet A1 yakıtı havacılık endüstrisinde kullanılan en yaygın jet yakıtlarındandır (1). Jet yakıtlarının en önemli özelliklerinden birisi çok düşük donma noktasına sahip olmasıdır. Tablo 1: Deney yakıtların özellikleri Powermax Saf benzin Yoğunluk (gr/cm 3 ) 1,233 0,2 Alt ısıl değer (joule) 32 MON,21,1 RON 1,2, Donma noktası ( 0 C) >0 >0 3. MATERYAL METOT Deneylerde tablo 2 de teknik özellikleri verilen tek silindirli, enjeksiyonlu tip yakıt sistemiyle donatılmış, buji ile ateşlemeli, sıkıştırma oranı ve ateşleme avansı değiştirilebilen Hydra marka deney motoru kullanılmıştır. Deneyler motorun sıkıştırma oranının :1 konumunda gerçekleştirilmiştir. Deneyler ateşleme avansı,1 ve 20 o krank mili açısında kontrol paneli üzerinden sabitlenerek tam yükte ve değişik motor hızlarında yapılmıştır. Tablo 2: Deney motorunun özellikleri Markası Hydra Silindir sayısı 1 Çap X Kurs(mm) 0,2 X, Maksimum devir (1/min) 00 Maksimum güç (kw) 1 Sıkıştırma oranı /1 13/1 Yakıt sistemi Enjeksiyonlu Ateşleme zamanı uygulama aralığı 0 ÜÖN dan önce - 20 ÜÖN dan sonra Şekil 1: Deney düzeneği Deneylerde, 00 1/min motor devrine ve 30kW güce kadar frenleme yapabilen McClure marka elektrikli DC bir dinamometre kullanılmıştır. Deneyler esnasında ölçüm verilerinin okunduğu ve çeşitli motor parametrelerinin kontrol edildiği (hava/yakıt oranı, motor devri ve yükü, enjektör açık kalma miktarı, ateşleme zamanı), ölçüm hassasiyetleri Tablo 3 te verilen bir kontrol paneli kullanılmıştır. Motor Momenti Motor Devri Ateşleme Zamanı Tablo 3: Kontrol paneli özellikleri Ölçüm Aralığı Ölçüm Hassasiyeti 0-0 Nm 0,01 Nm /min 1 1/min 0 ÜÖN dan önce 20 ÜÖN dan sonra 1 KMA Yakıt tüketimini ölçmek için 1g hassasiyetinde 30kg a kadar ölçüm yapabilen bir terazi (Dikomsan JS-B) ve 0,01s hassasiyetine sahip bir kronometre (Rucanor) kullanılmıştır Motor Momenti 3. SONUÇLAR ve TARTIŞMA Tam yükte, farklı motor devirlerinde, HFK 1 olduğu durumda ve farklı ateşleme zamanlarında yapılan deneylerde maksimum motor momenti tüm yakıtlarda /min aralığında elde edilirken, 0-1/min değerleri aralığında da maksimum motor momentine yakın değerler elde edilmiştir. Şekil 2-3 ve te motor momentlerinin farklı ateşleme avanslarında motor devrine bağlı değişimi görülmektedir. En yüksek motor momenti kullanımında (33, Nm) 20 avans ve 200 1/min şartlarında sağladığı görülmüştür. Motor momenti, ateşleme avanslarında ve /min motor hızlarında yakıtında saf kurşunsuz benzine göre sırası ile ortalama %2,, %2,2 ve %0, artış sağlamıştır. yakıtıyla yapılan deneylerde düşük ateşleme avansı ( KMA) ve düşük motor hızlarında (0-0 1/min de) motor momentindeki ortalama artış %3,02 olarak gerçekleşmiştir. Düşük devirlerde yakıtı ile moment artışı sağlanması powermax katkısının yanma hızını arttırmasından kaynaklanabilir. ve yakıtları kullanıldığında yakıtına göre momentte düşüş gözlenmektedir. Yakıt içerisindeki powermax oranı arttıkça karışımın alt ısıl değeri giderek düşmektedir. Buna bağlı olarak ve yakıtlarının kullanıldığı durumlarda motor momenti azalmıştır Efektif Güç Deneyin gerçekleştirildiği motorun, motor devrine bağlı olarak efektif gücün farklı avanslardaki değişimi Şekil - ve de görülmektedir. Maksimum efektif güç 000 1/min de ve 20 lik ateşleme avansında katkılı yakıtla (1,03kW) elde edilirken, aynı şartlardaki saf benzine göre %3,0 luk bir artış göstermiştir. Powermax katkısı kullanılan deneylerde muhtemelen yanma hızını arttığından dolayı yüksek avans ve düşük devir şartlarındaki deneylerde vuruntuya sebep olmuştur. Bu nedenle avansın 1 ve 20 olduğu durumlarda, ve yakıtları ile bazı değerler ölçülememiştir.. Ancak tüm avans aralıklarında katkısının motor efektif gücünü

3 Motor Momenti (Nm) Motor Momenti (Nm) Momor Momeni (Nm) A. Calam, Y. İçingür, T. Topgül, H. Solmaz arttırdığı görülmektedir. Düşük devirlerdeki vuruntu problemi motorda avans optimizasyonuna gidilmesini gerektirebilir. Efektif güçteki maksimum artış yakıtı ile ortalama %, olarak, avans ve 000 1/min durmunda gerçekleşmiştir. ve yakıtı kullanıldığında momentin azalması gücünde yakıtına göre daha az olmasına neden olmuştur Şekil 2: Motor momentinin motor devrine bağlı olarak değişimi (Tam yük, ateşleme avansı o ) Şekil 3: Motor momentinin motor devrine bağlı olarak değişimi (Tam yük, ateşleme avansı 1 o ) Motor devri (1/min) 2 Şekil : Motor momentinin motor devrine bağlı olarak değişimi (Tam yük, ateşleme avansı 20 o ) Şekil : Motor devrine bağlı olarak efektif gücün değişimi (Tam yük, ateşleme avansı o ) Şekil : Motor devrine bağlı olarak efektif gücün değişimi (Tam yük, ateşleme avansı 1 o ) Şekil : Motor devrine bağlı olarak efektif gücün değişimi (Tam yük, ateşleme avansı 20 o ) 3.3. Özgül Yakıt Tüketimi Tam yükte, farklı ateşleme avanslarında, HFK nın 1 olduğu durumda ve değişik motor hızlarında gerçekleştirilen deneylerde ÖYT değerlerinin motor hızına bağlı değişimi

4 ÖYT (g/kwh) ÖYT (g/kwh) ÖYT (g/kwh) Benzine Powermax Katkısının Motor Performansına Etkisinin İncelenmesi Şekil - ve da görülmektedir. yakıtının saf kurşunsuz benzine göre özgül yakıt tüketiminde tüm motor hızlarında ve tüm ateşleme avanslarında iyileşme kaydettiği görülmektedir. yakıtının motor gücüne olan olumlu etkisinin bir sonucu olarak özgül yakıt tüketimide saf benzine göre azalmıştır. katkılı yakıtta saf kurşunsuz bnzine göre ateşleme avanslarında ve /min motor hızlarında sırasıyla ortalama %,, %3, ve %3, oranlarında iyileşme kaydedilmiştir. ve yakıtlarında ise özgül yakıt tüketimi saf benzine göre artış göstermiştir. ve yakıtlarının içerisindeki powermax katkı oranı arttıkça ısıl değerin azalmasının bir sonucu olarak özgül yakıt tüketimleri artmıştır Şekil : Motor devrine bağlı olarak özgül yakıt tüketiminin değişimi (Tam yük, ateşleme avansı o ) Şekil : Motor devrine bağlı olarak özgül yakıt tüketiminin değişimi (Tam yük, ateşleme avansı 1 o ) Şekil : Motor devrine bağlı olarak özgül yakıt tüketiminin değişimi (Tam yük, ateşleme avansı 20 o ). SONUÇLAR Powermax yakıt katkısının kullanılması motor performansı üzerine etkileri incelendiğinde aşağıdaki sonuçlar gözlenmiştir; Düşük motor hızı ve düşük ateşleme avanslarında saf kurşunsuz benzine göre yakıtıyla motor momentinde artış gerçekleşmiştir. ve yakıtları ile motor momenti yakıtına göre azalmıştır. Bunun nedeni katkı içerisindeki powermax oranının artması ile birlikte yakıtın alt ısıl değerinin oldukça azalması olabilir. Ortalama ÖYT değerleri dikkate alındığında saf kurşunsuz benzine göre yakıtında %,21 iyileşme gerçekleşmiştir. ve yakıtlarındaki powermax oranının daha fazla olması alt ısıl değerin düşmesine buna bağlı olarak da özgül yakıt tüketimlerinin artmasına neden olmuştur. Deney sonuçlarına göre powermax yakıt katkısının buji ile ateşlemeli motorlarda saf kurşunsuz benzine ilavesinin motor performansı açısından saf kurşunsuz benzinden göre daha üstün olduğu görülmektedir. Yapılan çalışmaya ilave olarak motor ayar parametreleri (sıkıştırma oranı, hava fazlalık katsayısı vb.) ve katılan powermax katkısının miktarı değiştirilerek motor performansı ve egzoz emiyonları üzerine etkilerinin araştırılması, powermax ilavesinin etkilerini daha iyi ortaya koyacaktır. KAYNAKLAR [1] Nadim F., Zack P., Hoag G. E., Liu S., United States experience with gasoline additives, Energy Policy, 2(1), 1-, [2] Thomas, V.M., The elimination of lead in gasoline. Annual Review of Energy and Environment 20, [3] Koç, M., Sekmen, Y., Topgül, T., Yücesu, H.S., The effects of ethanol unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emissions in a spark-ignition engine,renewable Energy, 3(), 21-2, 200. [] Topgül, T., Yücesu, H.S., Çınar, C., Koca, A., The effects of ethanol unleaded gasoline blends and ignition timing

5 A. Calam, Y. İçingür, T. Topgül, H. Solmaz on engine performance and exhaust emissions, Renewable Energy, 31(1), 23-22, 200. [] Hsieh W.-D., Chenb R.-H., Wub T.-L., Lina T.-H., Engine performance and pollutant emission of an SI engine using ethanol gasoline blended fuels, Atmospheric Environment, 3, 03, 2002 [] Wu, C.W., Chen, R.H., Pu, J.Y., Lin, T.H., The influence of air fuel on engine performance and pollutant emission of an SI engine using ethanol gasoline-blended fuels, Atmospheric Environment, 3, 03 0, 200. [] Baydır, Ş.A., Aksoy, F., Bayrakçeken, H., Özgören, Y.Ö., Farklı yük koşullarında buji ile ateşlemeli motora terebentin ilavesinin motor performans ve emisyonlarına etkisi,. Uluslar arası İleri Teknolojiler Sempozyumu, Karabük, 13-1 Mayıs, 200 [] Aksoy, F., Baydır, Ş.A., Bayrakçeken, H., White spirit katkısının motor performans ve emisyonlarına etkisi, Teknolojik Araştırmalar,, -1, 200. [] Yumrutas R., Alma M. H., Özcan H., Kaşka Ö., Investigation of purified sulfate turpentine on engine performance and exhaust emission, Fuel,, 22 2, 200. [] Karthikeyan, R., Mahalakshmi, N.V., Performans and Emission characteristics of a turpentine-diesel dual fuel engine, Energy, Vol.32, pp. 02-0, 200. [] Butkus, A., Pukalskas, S., Bogdanovicius, Z., The influence of turpentine additive on the ecological parameters of diesel engines, Transport, Vol. 22, No 2, pp. 0 2, 200. [] Doğu, T., Varıslı, D., Alcohols as Alternates to Petroleum for Environmentally Clean Fuels and Petrochemicals. Turkish Journal of Chemistry, 31, 1-,200. [13] Rasskazchikova, T. V., Kapustin, V. M., Karpov, S. A., Ethanol as high-octane additive to automotive gasolines:production ans use in Russia and abroad, Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 0(), 203-2, 200. [1] Mattie D.R., Alden C.L., Newell T.K., Gaworski C.L., and Flemming C.D. A 0-day continuous vapor inhalation toxicity study of JP - jet fuel followed by 20 or 21 months of recovery in Fischer 3 rats and CBL/ mice. Toxicol Pathol 11: 1 ( 2):.