MOTOR PERFORMANSI VE EGZOZ EM SYONLARI ÜZER NE ETK

Transkript

1 5. Uluslararas leri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), May s 2009, Karabük, Türkiye BUJ ATE LEMEL B R MOTORDA BENZ N-METANOL KARI IMLARININ MOTOR PERFORMANSI VE EGZOZ EM SYONLARI ÜZER NE ETK THE EFFECT OF GASOLINE-METHANOL BLENDS ON THE ENGINE PERFORMANCE AND EXHAUST EMISSION IN A SPARK IGNITION ENGINE Abdullah ÇALI IR a, * ve Metin GÜMÜ b a Marsan Makine Otomotiv San. ve Tic. Ltd. ti., stanbul, Türkiye, E-posta: abdullah_calisir@hotmail.com.tr b Marmara Üniversitesi, stanbul, Türkiye, E-posta: mgumus@marmara.edu.tr Özet çten yanmal motorlarda petrol esasl yak tlara alternatif olarak kullan labilecek yak tlardan biride metanoldür. Biokütle, kömür ve do algazdan elde edilebilen metanol, buji ate lemeli motorlarda önemli de iklikler yap lmadan saf olarak veya benzinle kar larak kullan labilmektedir. Bu çal mada metanol-benzin kar n buji ate lemeli motorlarda kullan incelenmi metanol oran n farkl ate leme avanslar nda motor performans na ve egzoz emisyonlar na olan etkileri ara lm r. Anahtar kelimeler: Metanol, Ate leme avans, Motor performans, Egzoz emisyonu Abstract Methanol is one of the alternative fuels for petroleum based fuel used in spark ignition engines. Methanol can be derived from biomass, coal and natural gas and be used in spark ignition engines with minimum modifications as pure methanol or methanol-gasoline blends. In this study, the using of methanol-gasoline blends in a spark ignition engine was investigated. The effects of methanol using ratio were also examined in different ignition advance. Keywords: Methanol, Ignition advance, Engine performance, Exhaust emissions 1. Giri Günümüzde petrol kökenli yak tlar n h zla tükenmesi ve bu yak tlar n çevreye olan zararl etkilerinin önemli boyutlara ula mas alternatif yak t aray lar na h z kazand rm r[1]. Günümüz dünyas nda enerji politikalar, çevre bilinciyle birlikte insanlar n refah için kullan lacak ekilde ve ulusal karlar göz önüne al narak belirlenmelidir. Petrole olan ba ml n azalt lmas, gelecekte ya anabilecek petrol krizlerinin en az s nt yla atlat labilmesi ve çevrenin zararl etkilerden korunabilmesi için alternatif yak t aray lar ve bunlar n içten yanmal motor yak olarak kullan labilirliklerinin ara lmas zorunlu hale gelmi tir. Bunun nedenle, içten yanmal motorlardan de ik yap sal ve i letme ko ullar nda talep edilen gücün en ekonomik ve çevreye en az zararla alabilmek için yap lan çal malar h z kazanm r[2]. Petrole alternatif olarak alkoller (etanol, metanol), biyodizel, do algaz, hidrojen ve biyogaz kullan lmaktad r. Alkol ve alkol-benzin kar mlar bunlar n ba nda gelmektedir. Petrol kökenli yak tlara alternatif olarak kullan lan alkollerin petrole olan ba ml azaltmas yan nda, kirletici egzoz emisyonlar da azaltmaktad r[3]. çten yanmal motorlarda alternatif yak t olarak kullan lan en yayg n alkol metanoldür. Biokütle kaynaklar ndan üretilmesi nedeniyle metanol bir tar m ülkesi olan ve zengin linyit rezervlerine sahip Türkiye için oldukça önemlidir. Bu nedenle ülkemizde metanol üretiminin devlet taraf ndan desteklenmesi gerekti i dü ünülmektedir. Günümüzde alkol fiyatlar n benzine göre yüksek olmas na ra men, petrol kaynaklar n tükenebilir kaynak olmas ndan dolay gelecekte petrolden daha ucuz olaca dü ünülmektedir. Metanolün benzin motorlar nda direkt kullan lmas ile pratikte birçok problem ortaya kabilmektedir. Bu problemlerin ana sebebi yanman n tam olarak sa lanamamas r. Saf metanolün kullan sonucu, karbüratör ayarlar n bozulmas, a motor birikintisi, ya lama ya seyrelmesi, piston segman mas, silindir yüzeylerinde a nt ve motorda ya lama ya n bozulmas gibi ar zalar görülebilir [2]. Belirtilen bu faktörlerin yan nda metanol kullan nda, so uk havada zor çal ma, kötü ate leme, ate leme yap lamamas gibi faktörlerde, uzun süreli çal malarda ortaya ç kmaktad r. Metanolü çe itli oranlarda benzinle kar rarak, benzin yak na yak n özellikler ta yan bir yak t elde edilebilmektedir [3]. Hava kirlili ine sebep olan hidrokarbon (HC) esasl yak tlar n yanmas sonucunda aç a ç kan karbonmonoksit (CO), yanmam hidrokarbon (HC), azot oksit (NO x) ve partikül emisyonlar atmosferi kirleterek ciddi sa k problemleri olu turmaktad r. Yap lan istatistiklerde büyük ehirlerde motorlu ta tlarda kullan lan yak tlar n hava kirlili ine etkisi %50 lere kadar ula tespit edilmi tir. Literatürde, metanolün benzinle kar larak içten yanmal motorlarda kullan lmas yla ilgili çal malarla kar la lmaktad r [4 6]. Bir çal mada de ik oranlarda metanol benzin kar mlar kullan lm ve elde edilen sonuçlarda NO x de erlerinin artt ve CO ve HC de erlerinin azald görülmü tür [7]. Bir di er çal mada da yine de ik kar m oranlar için deneyler yap lm ve motor performans incelenmi tir. Ç kan sonuçlardan da motor performanslar n artt gözlenmi tir [8]. Yap lan çal malar incelendi inde buji ate lemeli motorlarda farkl benzin-metanol kar mlar n motor performanslar ve egzoz emisyonlar n farkl avans de erlerinde incelenmedi i görülmektedir. Yap lan bu çal ma ile hem literatürdeki eksiklik giderilmi hem de metanol-benzin kar mlar n optimum ate leme avans de erleri belirlenmi tir. IATS 09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 1894

2 Çal r, A. Gümü, M. 2. Deneysel Çal ma Deneysel çal mada buji ate lemeli motorda önce benzin kullan lm r. Deneyler sabit motor devrinde ve farkl yüklerde gerçekle tirilmi tir. Her yük durumunda avans de tirilerek yak t tüketimi, motor ya s cakl, egzoz cakl ve egzoz emisyon (CO, NO x) de erleri ölçülmü tür. Ölçümler s ras nda motor çal ma artlar n ayn olmas ve çal ma artlar n uygunlu u için ya cakl n belirli aral klarda kalmas sa lanm r. Deney öncesinde motor benzin ve benzin-metanol kar mlar ile uygun çal ma s cakl na gelene kadar çal lm r. Deneylerde yak t kar mlar metanol ve benzinin %95 Benzin-%5 Metanol, %90 Benzin-%10 Metanol, %85 Benzin %15 Metanol olacak ekilde kar lmas yla elde edilmi tir. Yak t kar mlar ve saf benzin buji ate lemeli motorda farkl ate leme avans de erlerinde teste tabi tutulmu tur. Deneylerde kullan lan yak tlar n özellikleri Tablo 1. de verilmi tir [9]. Tablo 1. Metanol ve Benzinin özellikleri Metanol Benzin Kimyasal formül CH 3 0H C 6 H 14 -C 7 H 16 Mol a rl Yo unluk (kg/m 3 ) Kaynama noktas (K) Tutu ma s cakl (K) Donma noktas (K) Buharla ma (kj/kg) 1167,7 490 Alt l de eri (kj/kg) Buhar bas nc (kpa) Hava/yak t oran 6,46 14,5 Ara. oktan say (ROS) Motor oktan say (MOS) Tablo 2. Deney motorunun teknik özellikleri Marka ve modeli Brigs & Stratton, Çal ma prensibi Silindir adedi 1 Silindir çap Strok rma oran 12:1 Maks. moment Maksimum güç 4 zamanl, Karbüratörlü 77,79 mm 82,55 mm 2400 d/d da 30 N.m 3600 d/d da 7.35 kw Teknik özellikleri Tablo 2. de verilen buji ate lemeli motor elektrikli bir dinamometreyle test edilmi tir. Elde edilen kuvvet dinamometrenin merkezinden 0,25m mesafe de bulunan ve kalibre edilebilen yük hücresi yard ile ölçülmü tür. Egzoz emisyonlar n ölçümü, QUINTOX Kane-May emisyon analizörü ile gerçekle tirilmi tir [10]. 3. Deneysel Bulgular ve Tart ma 3.1. Motor Performanslar Metanol, benzin ve de ik metanol-benzin kar mlar yla yap lan deneyler sonucunda yap lan incelemelerde, metanol ve yüksek metanol oranl kar mlar kullan ld nda, motorun ilk hareke geçi inin zorla, yüksek devirlerde motorun daha düzensiz çal tespit edilmi tir. Deneyler, benzinle kar lan metanol oran n artmas yla motor torkunun artt göstermi tir. Metanol ilavesiyle emme dolgusunun s cakl dü mekte ve yo unlu u artmakta bu da motor verimini ekil 1 de görüldü ü gibi artt rmaktad r. Motor verimi artt kça tork da artmaktad r. Torkun artmas yla birlikte, ayn devir için güç de onunla orant olarak artmaktad r. Kar mdaki metanol miktar artt kça özgül yak t tüketimi de artm r. Metanolün alt l de erinin benzininkinin yakla k yar kadar olmas sebebiyle, kar mdaki metanol miktar art ld kça yak t tüketimi artm ve bunun sonucunda özgül yak t tüketimi de artm r. MOTOR VER (%) YÜK(%) ekil 1. Farkl benzin-metanol kar mlar n 20 KMA avans de erinde ve sabit motor devrinde motor veriminin yükle de imi. ekil 2-4 ten görüldü ü gibi farkl benzin-metanol kar mlar standart avans de erinde (20 KMA avans de erinde) en yüksek verim M15 de elde edilmi tir. M5 de ise en yüksek verime 22.5 KMA avans nda ula lm sonra s ras yla 17.5 ve 20 KMA avans de erlerinde verimlerin dü tü ü gözlenmi tir. M10 la yapt z deneylerde 17.5 KMA avans de erinde en yüksek verime ula lm 22.5 ve 20 KMA avans de erlerinde daha dü ük sonuçlar al nm r. M15 le yapt z deneylerde ise en yüksek verime 17.5 KMA avans nda ula lm ve 22.5 ve 20 KMA avanslar nda daha az verim de erleri elde edilmi tir. M0 M5 M10 M

3 Çal r, A. Gümü, M. MOTOR VER (%) YÜK(%) ekil 2. %5 Metanol %95 Benzin kar yak t kullan nda farkl avans de erlerindeki motor veriminin yüke ba de imi MOTOR VER (%) YÜK(%) ekil 3. %10 Metanol %90 Benzin kar yak t kullan nda farkl avans de erlerindeki motor veriminin yüke ba de imi MOTOR VER (%) YÜK(%) ekil 4. %15 Metanol %85 Benzin kar yak t kullan nda farkl avans de erlerindeki motor veriminin yüke ba de imi Benzin oran ve 22.5 KMA avans de erinde elde edilmi tir. 3.2.Motor Emisyon De erleri Karbon monoksit (CO) Emisyon De imi Benzin motorlar nda karbonmonoksit olu umu oksijenin yetersiz oldu u veya silindirin içindeki baz bölgelerde kar n homojen olmay ndan kaynaklanmaktad r. Oksijenin yetersiz olmas durumunda tam yanma gerçekle emedi inden yak n içindeki karbon tam yanma ürünü olan karbondioksite (CO 2) dönü emez ve karbonmonoksit olarak kal r[10]. Karbonmonoksit emisyonlar ndaki azalman n nedeni, metanolün benzine göre daha az karbondan olu mas ve yap nda oksijen bulundurmas r. CO(%) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, YÜK(%) ekil 5. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki CO emisyonlar n 17.5 KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi CO(%) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 M0 M5 M10 M YÜK(%) M0 M5 M10 M15 ekil 6. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki CO emisyonlar n 20 KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi Tüm bu sonuçlara bak ld nda motor verimi 17.5 ve 22.5 KMA avans de erlerinde daha yüksek ç km r. Yüke göre motor verimi için en ideal kar m de eri %5 Metanol-%

4 Çal r, A. Gümü, M. CO(%) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, YÜK(%) M0 M5 M10 M15 NOx(ppm) YÜK(%) M0 M5 M10 M15 ekil 7. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki CO emisyonlar n 22.5 KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi ekil 8. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki NOx emisyonlar n 17.5 KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi ekil 5-7 den görüldü ü gibi sabit devir dü ük yükte M0 da 17.5 KMA avans nda en yüksek CO de erine ula lm sonra s ras yla 20 ve 22.5 KMA avans de erlerinde daha az CO olu umu gözlemlenmi tir. M5 le yapt z deneylerde en yüksek CO de erine 17.5 KMA avans nda ula lm 20 ve 22.5 KMA avans de erlerinde daha dü ük CO olu umu gözlemlenmi tir. M10 da CO miktar en fazla 17.5 KMA avans nda gözlenmi 20 ve 22.5 KMA avans de erlerinde daha az CO de erleri elde edilmi tir. M15 le yapt z deneylerde yine 17.5 KMA avans nda en yüksek CO de erine ula lm 20 ve 22.5 KMA avans de erlerinde daha az CO gözlemlenmi tir. Tüm bu sonuçlara bak ld nda CO emisyonu 20 ve 22.5 avans de erlerinde daha dü ük ç km r. Buna göre CO emisyonlar için en ideal kar m %15 Metanol-%85 Benzin oran ve 20 KMA avans de erinde elde edilmi tir. NOx(ppm) M0 M5 M10 M YÜK(%) Azotoksit (NOx) Emisyon De imi Benzin motorlar ndaki azot oksit olu umundaki en önemli etkenlerden biri s cakl kt r. Motor içindeki yanmada olu an yüksek s cakl klarda, havan n içerisindeki azotun oksijenle reaksiyona girmesi sonucu azot oksitler meydana gelmektedir. Silindirde oksijen konsantrasyonun yüksek olmas da NOx emisyonlar art rmaktad r. Bu nedenle metonol içerisinde bulunan oksijen, NOx emisyonlar n olu umunu art rmaktad r[1]. ekil 8-10 dan görüldü ü gibi sabit devir dü ük yükte M0 da, 17.5 KMA avans nda en dü ük NOx de erine ula lm r. Daha sonra içinde %5 Metanol-%95 Benzin, %10 Metanol-%90 Benzin, %15 Metanol-%85 Benzin bulunan kar mlarla yapt z tüm deneylerde 17.5 KMA avans nda en dü ük NOx olu umu gözlenmi ve 20 ve 22.5 KMA avans de erlerinde daha yüksek oranda NOx olu mu tur. Tüm bu sonuçlardan elde edilen verilere göre NOx emisyonlar için en ideal sonuçlar saf benzin olan yak tta ve standart avans de erinde (20 KMA avans de erinde) elde edilmi tir. ekil 9. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki NOx emisyonlar n 20 KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi NOx(ppm) YÜK(%) M0 M5 M10 M15 ekil 10. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki NOx emisyonlar n 17.5 KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi 1897

5 Çal r, A. Gümü, M. 4. Sonuçlar Yap lan çal malarda avans de erleri ve benzin-metanol oranlar de tirilerek motor verimleri ile egzoz emisyonlar incelenmi ve u sonuçlar al nm r; [10] J.B., Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals. New York: McGraw-Hill, Motorun standart avans de erinde en iyi verim %15 metanol %85 benzin kar nda elde edilmi tir. Farkl avans de eri ve farkl kar m oranlar yla yap lan deneylerde ise en yüksek verime %5 metanol %95 benzin kar nda 22.5 avans de erinde ula lm r. Kar ma metanol ilavesiyle emme dolgusunun cakl dü mekte ve dolgu yo unlu u artmaktad r. CO emisyonlar na bak ld nda avans de eri ve kar mdaki metanol oran artt kça CO emisyonlar n azald gözlemlenmi tir. En iyi CO emisyon de eri %15 metanol %85 benzin kar nda 20 KMA avans de erinde elde edilmi tir. NO x de erlerine bak ld nda kar mdaki metanol oran n artmas yla birlikte yanma s cakl artm r. cakl n artmas yla NOx olu umunun artt gözlenmi tir. En iyi NOx emisyon de eri saf benzinden olu an yak tta ve 20 KMA avans de erinde minimum seviyede gözlemlenmi tir. Deney sonuçlar, metanol-benzin kar mlar n benzinli motorlarda önemli bir de iklik gerektirmeden kullan labilece ini göstermi tir. Motor verimi ve emisyon de erlerine göre en iyi sonuç 20 KMA avans de erinde, %15 metanol - %85 benzin kar nda elde edilmi tir. Kaynaklar [1] Borat, O., Balc, M., Sürmen, A. çten Yanmal Motorlar. Cilt 1, Teknik E itim Vakf Yay nlar 2, stanbul / Ankara / Bursa, [2] Safgönül, B., Ergeneman, M., Arslan, H.E., Soru bay, C., çten Yanmal Motorlar. Birsen Yay nevi, stanbul, [3] Bayraktar, H., Benzin-Etanol Kar mlar n Benzin Motorlar nda Yanma ve Motor Çevrimi Üzerindeki Etkilerinin Teorik Olarak ncelenmesi, Doktora Tezi, K.T.Ü. Fen Bil. Ens. Trabzon, [4] Bay nd r,h., Effect of Spark Timing and Air Fuel Ratio Consuption in Gasoline Engines Using Methanol- Gasoline Blends, International Energy and Environment Symposium, Trabzon, s , [5] Çetinkaya,S., Çelik,B., Buji Ate lemeli Motorlarda Yak t Olarak Benzin-Metanol Kar mlar n Kullan lmas, 5. Uluslar aras Yanma Sempozyumu, s , [6] lker,ö., Necmettin, T., Murat, C., Etanol-Benzin Kar Yak tlar n Ta t Performans na ve Egzoz Emisyonlar na Etkisi 10. Uluslararas Yanma Sempozyumu, Sakarya, [7] Jay, A.B., A Survey of Alcohol as a engine fuel, SAE, Paper No:254, [8] Korkmaz,., Benzin ve Metanol Yak tl Buji Ate lemeli Motorlarda performans ve Emisyon Karekteristiklerinin ncelenmesi, Doktora Tezi,.Ü. Fen Bil. Ens. Trabzon, [9] Tüpra A.., Yak t Özellikleri Test Sonuçlar Tablosu, zmit,

6 5. Uluslararas leri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), May s 2009, Karabük, Türkiye FARKLI OKTANLI YAKITLARIN TAM YÜKTE PERFORMANS VE EM SYONLARININ DE MLER THE INVESTIGATION OF THE EFFECT OF DIFFERENT OCTANE NUMBER FUELS ON PERFORMANCE AND EXHAUST EMISSIONS smet ÇEL KTEN*,a, Selçuk KORKMAZ a a Gazi Üniversitesi Ankara, Türkiye, E-posta: celikten@gazi.edu.tr, yukselisselcuk@hotmail.com Özet çten yanmal motorlarda termik verimlerinin art lmas motorun s rma oran artt rmakla gerçekle tirilebilir. rma oranlar n art ld nda ise kullan lan benzinin oktan say art lmas gerekir. Yap lan bu deneysel çal mada piyasada sat lan de ik oktan say benzinler buji ile ate lemeli bir motorda test edildi. Testlerde oktanl benzinler kullan ld. Deneyler tam yükte ve /min aras nda 500 er devir aral klarla 4 silindirli, 4 zamanl ve 8,8 s rma oranl buji ate lemeli bir motor üzerinde gerçekle tirildi. Motorun teknik özelliklerinde de tirme yap lmadan, günümüz ta tlarda kullan ld gibi, motorun ihtiyaç duydu undan daha yüksek oktanl benzinler kullan larak motor performans ve emisyon de imleri bulundu. Deneyler sonunda motorun standart yak olan 95 oktanl benzinin en iyi performans de erlerine sahip oldu u tespit edildi. Ayr ca ayn motorda yüksek oktanl benzinlerin kullan lmas durumunda, CO ve HC emisyonlar artar iken, NOx emisyonlar n da azald belirlendi. Anahtar Sözcükler: Motorlar, Yanma, Oktan say lar, Performans, Emisyonlar Abstract The increasing of thermal efficiency can be possible with increasing compression ratio in internal combustion engines. When the compression ratio is increased, the gasoline octane number has to be increased. In this experimental study, different octane number fuels, which are selling nowadays, are tested in a spark ignition engine. In the tests, 95, 97 and 100 octane gasoline fuels were used. The experiments were performed at full load and different engine speeds between /min with 500 1/min intervals. A four cylinder, four stroke spark ignition engine having 8,8 compression ratio was used in the tests. Engine performance and exhaust emission variations were obtained using higher octane number fuels, without modification of the engine. The results were showed that maximum performance characteristics were obtained with 95 octane number standard fuels. In addition to this, CO and HC emissions were increased, NOx emissions were decreased when higher octane number fuels are used. Key words: Engine, Combustion, Octane number, Performance, Emissions. 1. Giri Motorlar n s rma oran ve benzinli motorlarda kullan lan yak tlar n kimyasal ve fiziksel özellikleri, benzinli motorlar n verimini ve performans önemli derecede etkiler. deal benzin motorunun verimi incelendi inde, motor l veriminin direkt olarak s rma oran na ba oldu u bilinmektedir. Motorun s rma oran n artt lmas ile motor performans ve verimini artt rmak mümkün olmaktad r. Kullan lan yak n kimyasal ve fiziksel özelli i nedeniyle motorun s rma oran, belli bir rma oran na kadar yükseltilebilmektedir. Çünkü ayn yak t numunesi için, motorun s rma oran giderek artt rsa belli bir s rma oran nda vuruntulu yanma meydana gelmektedir. Benzin motorlar nda vuruntulu yanma istenmeyen bir yanma türü olup, k sa bir sürede motor elemanlar nda büyük tahribatlara neden olabilmektedir. Ayn zamanda vuruntulu yanma sonucunda motor verimi ve gücünde önemli derecede dü lere sebep olmaktad r. Bu nedenle; yak tlar n oktan say artt lmas, motorun s rma oran n ile motorun veriminin ve performans n artt lmas önündeki en büyük engeldir. Vuruntulu yanman n olu mas nda en önemli etken, motorun s rma oran oldu u için, yak tlar n oktan say lar, s rma oran na göre ölçülmektedir. Vuruntulu yanma olay nda, henüz yanman n ba lamad bölgelerdeki kar n kendi kendine tutu ma s cakl na gelerek bir veya daha fazla noktada alev çekirde i olu turarak yanmaya ba lamas tam olarak bilinememektedir. Fakat yanman n ba lamas vuruntu ve zincir reaksiyon teorileri ile aç klanmaya çal lmaktad r. nce ve uzun bir tüp eklindeki yanma odas nda, ok dalgas eklindeki alev cephesi ile birlikte yüksek bas nç dalgas n ses h ile ilerlemesi olay na vuruntu denilmektedir. Burada ilerleyen bas nç dalgalar, ula klar noktalardaki s cakl klar yükselterek kimyasal reaksiyonlar zland r ve dolay yla alev cephesinin h, ses h na getirmesine neden olmaktad r. Fakat içten yanmal motorlarda, ince ve uzun tüp eklinde bir yan na odas bulunmad ndan, bu teoriyi geçersiz k lmaktad r. Benzin motorlar n l verimlerini, s rma oran yükselterek vuruntuya yol açmadan art rmak (r 12 ye kadar), tetraetil kur unla kar lm benzin gibi daha uygun yak tlar kullanarak yap lm r li y llardan itibaren motorlarda tetraetil kur un, benzinin daha yüksek cakl klarda tutu mas sa lamak için kullan lm r li y llara kadar kur unlu benzinin kullan giderek azalt lm r ten sonra yap lan otomobiller kur unsuz IATS 09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 1899

7 Çelikten,. ve Korkmaz S. benzin kullanacak biçimde tasarlanm r. S rma oranlar vuruntuyu önlemek için dü ürülürken, motorlar n l verimleri de biraz daha dü mü tür [1]. Japonya da son on dokuz y lda kullan lan yak tlar n (benzin ve mazot) oktan ve setan say, Reid buhar bas nc, sülfür miktar, kinematik viskozite gibi özellikleri inceleyerek dünyadaki yak t standartlar yla kar la lmas yap lm r. Oktan say ve reid buhar bas nc özelliklerinin hemen hemen hiç de medi i, sülfürün ise yak n kimyasal yap nda yap lan de im sonucu normal benzinde %30 süper benzinde %7 oran nda azald belirtilmi tir [2]. ki farkl yak t (izo oktan ve n-heptan) n de ken oranlarda kar lmas yla elde edilen yak t kompozisyonunun motor ve ara rma oktan say n belirlenmesi için matematiksel bir model olu turulmu tur. Oktan say n performans, yak t tüketimi, egzoz emisyonlar üzerine etkileri deneysel ve teorik olarak incelenmemi tir [3,4] model tek silindirli, iki zamanl, 245 cc lik benzin motoru üzerinde yap lan deneysel çal malarda oktan say art rmak için polimerler de kullan lm r. Motor gücünün %2 artt, özgül yak t tüketiminin %4 azald, HC emisyonlar nda %61 ve CO emisyonlar nda %84 dü me oldu u grafiksel olarak gösterilmi tir [5]. Karbüratörlü araçlarla ilgili yap lan istatistiksel ara rmada araç sahiplerinin hangi tip yak tlar tercih etti i sorgulanm ve araç sahiplerinin %55 inin araçlar na uygun yak t seçimi konusunda yeterli bilgiye sahip olmad klar görülmü tür. Yap lan istatistikî çal mada tüketicilerin hangi tip yak tlar tercih etti i grafiksel olarak sunulmu tur [6]. Oktan say ve yak t kalitesini art rmak için kullan lan metanol, etanol, tetra bütil alkol, isopropil alkol, metil tetra ve bütil eter in araçta kullan m ko ullar ve emisyon etkileri üzerine ara rma yap lm r. Yap lan çal mada, yak t kalitesini art rmak için kullan lan kimyasallar n sadece egzoz emisyonlar na ve motor performans na etkileri incelemi tir [7]. Benzin motorlar nda yak t kalitesi oktan say n motor performans ve egzoz emisyonlar üzerindeki etkileri 8/1 rma oran na sahip bir motorda teorik ve deneysel olarak ayr nt bir ekilde ara lm r. Ara rmada ,3 oktanl benzinler kullan lm ve en iyi performans de imlerinin 91 oktanl benzinden ve en dü ük egzoz emisyonlar n ise 95,3 oktanl benzinden elde edildi i tespit edilmi tir [8]. Yak tlar olu turan hidrokarbonlar n kimyasal ba lar, hidrojen ve karbon atom say lar yak tlar birbirinden ay r. yak tlar n genel kimyasal formülü C nh m eklinde olup, vuruntuya kar dirençleri, yap ndaki hidrojen (H) ve karbon (C) atomlar n ba lant ekillerine ba r. Zincir grubu yap na sahip olan yak tlar n parçalanmalar zor ve tutu ma e ilimleri dü ük oldu undan vuruntuya kar dirençleri yüksektir. Örne in izo-oktan (C 8H 18) gibi yak tlar çatall zincir grubu yap nda olduklar ndan parçalanmalar zor, tutu ma e ilimleri dü ük ve vuruntuya kar dirençli yak tlar olup, benzin motoru yak olarak kullan rlar. Düz zincir grubuna sahip olan yak tlar n parçalanmalar kolay ve tutu ma e ilimleri yüksek oldu u için bu yap daki yak tlar n vuruntuya kar dirençleri çok azd r [9,10]. Normal-heptan (C 7H 16) yak kolayca parçalanabilir bir yak t olup, vuruntuya kar direnci dü üktür. Bu nedenle tek ba na benzin motoru yak olarak kullan lamamaktad r. Zincir grubuna sahip izo-oktan (C 8H 18) ve düz zincir grubundaki normal heptan (C 7H 16) yak tlar n aç k kimyasal formülleri ekil 1. de gösterilmi tir [11] zo-oktan (C 8H 18) Normal Heptan (C 7H 16) ekil 1. zo-oktan (C 8H 18) ve normal heptan (C 7H 16) yak tlar n aç k kimyasal formülleri Benzin motorlar nda kullan lan yak tlar, motorun verimini ve performans önemli derecede etkilemektedir, deal Otto motorunun verimi, totto=1-(1/ k-1 ) olup, s rma oran na ( ) ba r. Bu yüzden motorlar n yap nda rma oranlar hesaplan rken kullan lacak yak tlar n oktan say lar n da dü ünülmesi ve buna göre yap lmas gerekir. Oktan say birçok hallerde benzini tam ay rt edemez. Buna benzinin özelliklerini belirleyen e rilerle benzinin de erlendirilmesi yoluna gidilir. Otomobillerde kullan lan motorlarda benzinin oktan say aras nda de ir. S rma oranlar na göre oktan say ihtiyac Tablo 1 de verilmi tir [12]. Tablo 1. S rma oranlar na göre oktan say ihtiyac [12]. rma oran Oktan say nsan ve çevre sa na zararl emisyonlar, içten yanmal motorlardan yanma sonucu olu an egzoz gazlar r. Egzoz gazlar ndaki kirleticilerin olu umunu ve miktarlar etkileyen en önemli faktör hava fazlal k katsay (HFK) veya ile de gösterilmektedir., yanmaya kat lan hava miktar n teorik hava miktar oran na denir. Oktan say, yak tlar n vuruntuya kar direncinin bir ölçüsüdür. Oktan say, yak tlar n vuruntulu yanmaya kar göstermi olduklar vuruntu meyline göre düzenlenmektedir. Genel olarak karbon atomlar, çatall zincir eklinde ba lanm yak tlar n oktan say lar yüksektir. Çünkü karbon atomlar aras ndaki ba lar n ya kar mukavemetlerinin yüksek olmas nedeniyle kolayca parçalanamazlar ve bu tip yap daki yak tlar n vuruntu meyilleri azd r. Karbon atomlar düz zincir eklinde ba lanm yak tlar n ise oktan say lar dü üktür. Bu yak tlar n karbon atomlar aras ndaki ba lar n ya kar mukavemetleri zay f olup kolay parçalanabilirler. Düz zincir grubundaki yak tlar, vuruntuya kar e ilimli olup oktan say lar da dü üktür. 1900

8 Çelikten,. ve Korkmaz S. Günümüzde benzin üretici firmalar farkl oktan say lar nda benzinler üreterek kullan ma sunmaktad rlar. Ülkemizde yayg n kullan lan benzinler oktanl benzinlerdir. Zaman zaman bu oktan say lar n artt ld ve yüksek performans yak olarak 100 oktanl benzinin de kullan ld görülmektedir. Bu çal mada da benzin motorlu otomobillerde otomobil üreticilerinin tavsiyeleri sonucu kullan lan benzinin haricinde petrol üreticisi firmalar n üretmi oldu u yüksek veya dü ük oktanl benzinlerin motorlarda kullanmalar durumunda motor performans ve egzoz emisyon de imleri ara lm r. 2. Materyal Metot Deneyler Gazi Üniversitesi Teknik E itim Fakültesi Otomotiv Anabilim Dal, çten Yanmal Motorlar Laboratuar nda Cussons marka P8602 çok silindirli motor dinamometresinde yap ld. Dinamometre 160 kw a kadar güç ve devir aras nda 475 Nm ye kadar tork ölçülebilmektedir. Cihaz yüklemeyi Eddy Ak ile yapmaktad r. Cihaz n çal ma gerilimi 240 V ± %10 olup, (50 Hz) ve çekti i ak m 16 A dir. Dinamometreye ba 1300 cc lik, tek nokta enjeksiyonlu buji ile ate lemeli Ford motoru bulunmaktad r. Tablo 2 de deney motorun teknik özellikleri ve ekil 2 de ise test cihaz n basitle tirilmi emas ve k mlar görülmektedir. Tablo 2. Deney motorunun teknik özellikleri Motorun Markas Ford VSG 413 Yak t Sistemi Tek nokta enjeksiyonlu Motor gücü 43 kw /min Motor torku 98 Nm /min Silindir çap 73,96 mm Kurs boyu 75,48mm Silindir hacmi 1297 cc rma oran 8,8/1 Ate leme s ras Kompresyon bas nc bar Rölanti devri 750 rpm 1) Kuvvet göstergesi 2) Devir göstergesi 3) Kontak anahtar 4) Acil stop dü mesi 5) Yük ayar dü mesi 6) Yak t ölçme tüpü 7) Hava ak metresi 8) Ya bas nç göstergesi 9) Manifol vakum göstergesi 10) S cakl k göstergesi ekil 2. Test cihaz n basitle tirilmi emas ve k mlar. Tablo 3. Sun MGA 1500 egzoz gaz analiz cihaz ölçüm aral klar ve hassasiyet de erleri PARAMETRE ÖLÇME ARALI I HASSAS YET CO 0 15 % 0,001 % HC ppm 1ppm NOx ppm 1 ppm CO % 0,1 % O % 0.01 % LAMBDA 0,6 1, Egzoz emisyonlar n ölçümünde Sun MGA 1500 egzoz gaz analiz cihaz kullan lm r. Analiz cihaz, CO, HC, NO, O 2, CO 2, gazlar, AFR ve LAMBDA de erini infrared yöntemiyle ölçmekte ve yaz na aktarmaktad r. Cihaz n giri inde cihaz koruma amaçl iki yollu filtre bulunmakta ve filtreleri doldu u veya hortumunun t kand durumlarda az hava ikaz, uyar vermektedir. Periyodik kalibrasyonlarda, cihaz n içini açmadan kalibrasyon gaz ile otomatik kalibrasyon yap lmaktad r. Bu cihaz, motorun egzozundan kan de ik gazlar n ölçümünü dijital olarak göstermektedir. Ölçüme ba lanmadan önce cihaz 220 V ehir ebekesine ba lanarak 15 dakika beklendi. Cihaz haz r hale geldikten sonra motor egzoz borusu ç na bir aparat yard ile emisyon cihaz n egzoz giri i ba land. Dinamometre ölçümlerine paralel olarak tüm emisyon de im de erleri de cihaza ba bulunan yazc dan al nd. Tablo 3 de ve cihaz ile ilgili teknik bilgiler verilmekte olup, ekil 3 de ise bu cihaz n emisyon parametreleri görülmektedir. ekil 3. Sun MGA 1500 egzoz gaz analiz cihaz Deneylerde kullan lan benzinler oktanl olarak bir petrol firmas ndan temin edildi. Kullan lan bu benzinlerden al nan numuneler laboratuarda test edildi inde oktan say lar n k smen farkl k gösterdi i belirlendi. Bu sonuçlara göre 95 Oktan olarak sat lan benzinin 96 Oktan oldu u, 97 Oktan olarak sat lan benzinin 96,9 oktan oldu u, 100 Oktan olarak sat lan benzinin ise 100,6 Oktan oldu u tespit edildi. Deneylere ba lamadan önce benzin motoru dinamometreye tabana olan ba lant lar ile cihaz ile ilgili yak t borusu gaz kelebe i, hava metresi gibi di er ba lant lar da kontrol edildi. Motor ya ve radyatör suyu uygun seviyeye getirildi ve elektrik ba lant yap ld. Deneylere ba lamadan yükleme yap lmadan önce motorun çal ma s cakl na gelmesi için bir süre bo ta rölantide 1901

9 Çelikten,. ve Korkmaz S. çal ld. Yükleme esnas nda motorun titre imli çal mamas için devrinin /min alt na dü memesine dikkat edildi. Deneyler tam yükte ve /min aras nda 500 1/min aral klarla her bir yak t yedi kademede gerçekle tirildi. Deney sonuçlar n do rulu unu artt rmak amac ile testler üçer kez tekrarlanarak ortalamas al nd. Deneyler s ras nda ortam bas nç ve s cakl k de erleri al narak motorun normal artlar alt ndaki tork de imlerinin daha do ru olmas tespit edebilmek için tork düzeltme katsay kullan ld. Belirtilen tork düzeltme katsay Kd=(100/P) 0,5 *(T/298) 0,5 formülü ile hesapland. Burada, Kd;Tork düzeltme katsay, P;Ortam bas nc (kpa), T;Ortam s cakl (K) d r. Testler esnas nda ortam bas nc P=91,1 kpa, ve ortam s cakl ise T=36 o C ölçüldü ve bu sonuçlara göre tork düzeltme katsay Kd=1,066 olarak bulundu. Dinamometreden okunan de erler ve tork düzeltme katsay dikkate al narak düzeltilmi motor torku Me=Md*Kd formülü ile hesapland. Burada, Me;Düzeltilmi motor torku (Nm), Md;Dinamometre tork de eri (Nm), Kd;Tork düzeltme faktörüdür. Testler esnas nda ölçülen devir ve o devirde hesaplanan düzeltilmi tork de eri dikkate al narak motor gücü Ne=(Me*n)/9549 formülü ile hesapland. Burada: Ne:Motor gücü (kw), Me:Düzeltilmi motor torku (Nm), n:motor devri (1/min) dir. Testlerde oktanl üç farkl benzin s ras yla kullan ld. Test ko ullar nda test cihaz na ba bulunan 50 ml lik ölçme tüpü dikkate al nd. Kullan lan benzinin yo unlu u 0,735 kg/lt olarak ölçüldü ve hesaplamalarda kullan ld. Yak t tüketimi ve özgül yak t tüketimi a daki formüller ile hesapland. Buna göre: B=(50/t)*0,735*3,6 olup, B:Birim zamandaki yak t tüketimi (kg/h), t:yak t ak süresi (s) dir. Be=(B/Ne)*1000, be:özgül yak t tüketimi (g/kwh), B:Birim zamandaki yak t tüketimi (kg/h), Ne:Motor gücü (kw) d r. 3. Deney Sonuçlar Deney motorunda tam yük ve sabit motor devirlerine ba olarak oktanl üç farkl yak tlar n tork, güç ve özgül yak t tüketimi de imi grafikleri ekil 4 de görülmektedir. Maksimum tork devri olan /min de oktanl benzinlerde tork de imleri s ras yla 99,6 98,2 95,1 Nm olarak belirlendi. Belirtilenlere göre 95 oktanl benzine göre oktanl benzinlere göre %1,4-%3,8 oran nda daha dü ük maksimum torka sahip olmaktad r. Bununla birlikte, ayn oktanl benzinler için kullan lan yedi devrin ( ) aritmetiksel ortalamas dikkate al nd nda tork de imleri 92,9 91,3 89,1 Nm ve oktanl benzinlere göre de %1,8-%4,3 oran nda azalmaktad r. Maksimum gücün elde edildi i /min de erinde oktan için s ras yla 40,4 39,9 39,1 kw güçler elde edildi. Buna göre maksimum torka benzer ekilde 95 oktanl benzine göre oktanl benzinlerden %1,4- %3,3 oran nda daha az güç üretildi. Ayr ca, test edilen devirlerin ( ) aritmetiksel ortalamas dikkate al nd nda 28,9 28,5 27,7 kw olup, oktanl benzinlere göre %1,7-%4,4 oran nda azald belirlendi. Güç de imleri (kw) Tork de imleri (Nm) Özgül yak t tüketimi (g/kwh) OKTAN 97 OKTAN 100 OKTAN Motor devri (1min) OKTAN 97 OKTAN 100 OKTAN Motor devri (1/min) OKTAN 97 OKTAN 100 OKTAN Motor devri (1/min) ekil 4.Tam yükteki tork, güç ve özgül yak t tüketimi de imleri 1902

10 Çelikten,. ve Korkmaz S. Özgül yak t tüketim de imi en az /min de belirlendi. Bununla birlikte maksimum tork devride en az yak t tüketimi di er yak tlara göre en dü ük 95 oktanl benzinde bulundu. Özgül yak t tüketimleri oktan için s ras yla 217,8 221,9 247,3 g/kwh dir. Buna göre, 95 oktanl benzin oktanl benzinlere göre %1,8-%11,9 daha dü ük de erlerde özgül yak t tüketimine sahip oldu u belirlendi. Ayr ca, test edilen devirlerin aritmetiksel ortalamas dikkate al nd nda özgül yak t tüketimleri 255,9 269,9 301,1 g/kwh olup, oktanl benzinlere göre %5,2-%15,0 oran nda art belirlendi. Motorun ihtiyac ndan yüksek oktanl benzin kullan ld nda ise ate leme ile yanman n ba lamas aras nda geçen süre uzad ndan yanma sonu maksimum bas nç istenen zamandan daha geç ortaya ç kmaktad r. Bu gecikmede piston geni leme zaman na ba layaca ndan motor ç gücü azalmaktad r. Grafiklerden de görüldü ü gibi 95 oktanl benzin, motorun ihtiyaç duydu u oktan say na en yak n oktan say oldu undan maksimum tork de eri en yüksek elde edilmi tir ( ekil 4). Tam yükte deney motorunun egzozdan kaynaklanan kirletici emisyonlar n test edilen benzinleri için kar la rmal grafikleri ekil 5 de görülmektedir. Maksimum tork devrinde CO de imleri oktanl benzinlerde s ras yla 0,39 0,70 0,82 olarak belirlendi ve 95 oktanl benzine göre oktanl benzinlerde CO lar s ras yla %45-%53 oran nda artt tespit edildi. Bununla birlikte, test edilen motor devirlerin aritmetiksel ortalamas dikkate CO de imleri s ras yla %44-%56-%67 olup, oktanl benzinlere göre ortalama rat oran ise %21-%34 oran nda art belirlendi. Ayn tork devrinde HC de imleri oktanl benzinlerde s ras yla ppm olarak belirlendi ve 95 oktanl benzine göre oktanl benzinlerde HC ler ras yla %16-%22 oran nda artt tespit edildi. Ayr ca, ayn oktanl benzinlerin test edilen motor devirlerinin aritmetiksel ortalamas dikkate al nd nda s ras yla ppm olup, oktanl benzinlere göre s ras yla %19-%25 oran nda art hesapland. Yine ayn tork devrinde NOx de imleri oktanl benzinlerde s ras yla ppm olarak belirlendi ve 95 oktanl benzine göre oktanl benzinlerde ras yla %22-%138 oran nda azald tespit edildi. Bununla birlikte, ayn oktanl benzinlerin test edilen motor devirlerinin aritmetiksel ortalamas dikkate al nd nda NOx de imleri s ras yla ppm olup, oktanl benzinlere göre de ortalama olarak %44-%165 oran nda azald bulundu. 95 oktanl benzinin 97 ve 100 oktanl benzinlere göre daha iyi yanmas ndan dolay yanmam HC ve CO emisyonlar daha dü ük de erlerde bulunur iken, yanma sonu s cakl kullan lan di er yak tlardan daha yüksek olmas sebebiyle NO x emisyonlar di erlerinden daha yüksek elde edildi. Bunun yan nda 95 oktanl benzinin ölçülen bütün test devirlerinde HC ve CO miktar n 97 ve 100 oktanl benzinlere göre daha dü ük de erlerde ve NO x emisyonlar miktar da daha yüksek de erlerde bulundu. Performans ve emisyonlardaki art ve azal oktan say n art na ba olarak genelde [8] ile uyum içerisinde seyrederken kullan lan yak t karakteristiklerine ba olarak da k smen de mektedir. CO (%) HC (ppm) NOx (ppm) 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, OKTAN 97 OKTAN 100 OKTAN Motor devri (1/min) 95 OKTAN 97 OKTAN 100 OKTAN Motor devri (1/min) OKTAN 97 OKTAN 100 OKTAN Motor devirleri (1/min) ekil 5. Tam yükteki CO, HC ve NOx emisyonlar n de imleri 1903

11 Çelikten,. ve Korkmaz S. rma oran yüksek olamayan motorlarda yüksek oktanl benzin kullan ld nda oktan say na ba olarak yak n tutu mas için gerekli olan s cakl k artmakta ve tutu ma daha geç gerçekle mektedir. Tutu man n geç gerçekle mesi sonucu yanma sonu maksimum bas nç ise daha geç olu maktad r. Bu da pistonun geni leme zaman nda yanman n hala devam etmesine neden olmaktad r. Piston geni leme zaman na ba lad nda yanma tam tamamlanamadan sönümleme ba lamakta ve yanmam HC ve CO emisyonlar artar iken NO x emisyonlar da azalmaktad r. 4. Sonuçlar ve Öneriler Yanma h n ve bas nc n ani yükselmesi, piston ve yatak malzemelerinin yorulmas na sonucu meydana gelen bas nç dalgalar motorda titre imlere neden olur. Titre imler kay plar ve yak t sarfiyat artt rarak verimi ve gücü dü ürür. Verimi artt rmak için s rma oran yüksek olan motorlarda yüksek oktanl benzinler gerekir. Yüksek oktanl benzinler vuruntuya kar daha dirençli oldu undan dü ük oktanl benzinlere göre daha yava yanmaktad r. Yava yanma yüksek devirlerde vuruntu olu mas engeller. Motor vuruntusuz çal sürece daha yüksek oktanl benziler kullan labilir. Motor performans bak ndan tam yükte, 95 oktanl benzinin motor torku oktanl benzinlere göre maksimum tork devrinde s ras yla %1,4-%3,8 oran nda daha az ölçülmü tür. Ayn gaz kelebe i aç kl nda motor gücü ise /min de %1,4-%3,3 oran nda daha az ve özgül yak t tüketimi ise maksimum tork devrinde %1,8- %11,9 oran nda daha fazla oldu u belirlenmi tir. Motor emisyonlar bak ndan tam yükte maksimum tork devrinde, 95 oktanl benzine göre %CO de imleri oktanl benzinlerde s ras yla %45-%53 oran nda ve %HC de imleri de ayn ekilde %16-%22 oran nda artmakta iken, NOx de imleri de s ras yla %22-%138 oran nda azalmaktad r. Elde edilen bu bilgilere ve bulgulara göre motorda normal olarak kullan lmas gereken 95 oktanl benzinin üstünde daha yüksek oktanl benzinlerin kullan lmas, tork ve güç de erlerinin azalmas na, özgül yak t tüketim de erlerinin artmas na, CO ve HC emisyonlar ndaki art ve NOx lerdeki azal ise yak n iyi yanmamas sonucu yüksek s cakl a eri ememesi eklinde ifade edilebilir. Motor performans ndaki bu olumsuz de imler emisyonlarda da olumsuzluklara neden olmaktad r. Kaynaklar [1] Çengel. A. Y., Boles. A. M., Mühendislik Yakla yla Termodinamik,.T.Ü. Makine Fakültesi, stanbul, ,(1996). [2] Nagai, K., Seko, T., Trends of Motor Fuel Quality in Japan, JSAE Review, 21: , (2000). [3] Chong, T., Coon, J., A Generalized Interaction Method for The Prediction of Octane Numbers for Gasoline Blends Simulation Sciences Inc., USA, (CA 92621):1-18, (2000). [4] Wusz, T., How Much Octane. Reprinted with Permission from National Dragster, USA, 1-3, (1997). [5] Waters, P., Thrippe, C., New Concept in Octane Boosting Fuels for International Conference on Reactive Processing of Polymers, Pittsburgh,11-22, (1982). [6] Sakaguchi, T., Influence of Diffusion of Fuel-Efficient Motor Vehicles on Gasoline Demand for Individual User Owned Passenger Cars. Energy Policy, The Institute of Energy Economics, (2000). [7] Setting National Fuel Quality Standards, Proposed Management of Petrol Octane Enhancing Additives/Products, Australia, 7-26 (2000). [8] Say n, C., Oktan Say ve LPG Kar n Buji Ate lemeli Bir Motorun Performans ve Emisyonuna Etkisinin Deneysel ncelenmesi,doktora Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, 2-4 (2004). [9] Taylor, C.F., The Internal Combustion Engine in Theory and Practice, The M.I.T. Press, Cambridge, Massachusetts, 2: 34-85, (1984). [10] Maleev, V.L., Internal-Combustion Engines, McGraw-Hill Book Company, Oklahoma, , (1973). [11] The Internal Combustion Engine in Theory and Practice, The M.I.T. Press, Cambridge, Massachusetts, 2:34-85, (1984). [12] Safgönül, B., Pistonlu Motorlar Cilt 1,.T.Ü. Makine Fakültesi, stanbul, (1989). Yap lan teorik çal malarda motorun ihtiyaç duydu u oktan say n motorun s rma oran na ba oldu u görülmektedir. S rma oran artt kça yak n oktan say n da art lmas gerekti i bilinmektedir. Yap lan testler için kullan lan 8,8/1 s rma oran na sahip Tablo.2.1 teknik de erleri verilen motorun s rma oran na göre ihtiyaç duyulan benzinin oktan say 95 oktan d r. Otomobil kullan lar otomobillerinin motorlar için üretici tavsiyesi olan oktan say benzini kullanmal rlar. Daha fazla bedel ödenerek temin edilen yüksek oktanl benzinlerin motor performans ve emisyonlar yönünden herhangi bir avantaj n bulunmad görülmektedir. 1904

12 5. Uluslararas leri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), May s 2009, Karabük, Türkiye MOTORLU TA ITLARDA YAKIT EKONOM VE LETME ARTLARININ PERFORMANSA ETK LER THE EFFECT OF OPERATING CONDITIONS AND FUEL ECONOMY ON VEHICLE PERFORMANCE Recep YEN TEPE a* Bar AKDEN Z b a Marmara Üniversitesi, stanbul,türkiye, E-posta: ryenitepe@marmara.edu.tr b Yüce Auto A.., stanbul, Türkiye, E-posta: b.akdeniz@yuceauto.com.tr Özet Bu çal mada motorlarda yak t ekonomisini geli tirmeye yönelik yap lan çal malar ile yak t ekonomisine etki eden faktörler incelenmi tir. Ta tlarda yak t ekonomisi geli tirmek amac yla tasar m teknolojisi, malzeme ve elektronik sistemler, a rl ktaki azalmalar, hava direncinin azalt lmas gibi çal malar yap lmaktad r. Yak t tüketimini azaltman n bir yolu ta tlardaki güç ihtiyac azaltmak, di eri ise gerekli gücü daha verimli bir ekilde sa lamak ve etkin bir ekilde kullanmakt r. Otomotiv sektöründeki aray lar la lm petrol gaz (LPG) nin araçlarda alternatif yak t olarak kullan gündeme getirmi tir. Deneysel çal mada yeni nesil LPG Dönü üm Sistemlerinden SGI (Sequential Gas Injection) sisteminin benzinli motorlara uygulanmas yla elde edilen yak t ekonomisi ve alternatif yak t olarak LPG kullanan iki otomobilin motor performans üzerine olan etkisi deneysel olarak incelenmi tir. 4 silindirli, 4 zamanl benzin ve LPG dönü ümlü motorlar n yak t tüketimi ölçülmü tür. Yap lan deneylerde otomatik anz manda over drive n ve kliman n, düz vitesli araçta ise kliman n yak t tüketimine etkisi tespit edilmi tir. Yap lan bu testler LPG nin maliyet olarak yakla k %40 yak t ekonomisi sa lad göstermi tir. Anahtar kelimeler: yak t ekonomisi, LPG dönü üm sistemleri, SGI, yol testi, alternatif enerji. Abstract In this study, improvement of fuel economy and the factors affecting fuel economy were investigated on motor vehicles. Investigations on the engine vehicles fuel economy improvement studies specially focused on weight reduction, design technologies, material and electronic systems, reduction in air resistance. In cars there are two ways of decreasing the fuel consumption, the first one is limiting the need for power and the other one is maintaining and using the needed power more efficiently. Inquiries on automotive sector have lead to the use of Liquefied Petroleum Gas (LPG) as an alternative fuel. In the experimental study, alternative fuels and LPG transformation systems were investigated. LPG, which enables the drivers to use their vehicles with the help of an additional device, but without any significant change in the present system, is a more environmentally friendly fuel when compared with other alternatives. In this study, fuel economy which is maintained through the application of SGI, one of the newest LPG transform systems to the gasoline engines. At the same time the effect of LPG usage on the engine performance of the two cars. The fuel consumption of a four-cylinder four-stroke petrol and LPG system fitted engine were measured. In the performed tests, the effect of over-drive and air conditioner on automatic transmission is compared to the effect of air conditioner on manual transmission in terms of fuel consumption. As a result of all these studies it is established that the use of LPG leads to a 40% reduction in fuel consumption. Keywords: fuel economy, LPG transformation systems, SGI, road test, alternative energy. 1. Giri Ülkemizde ve dünyada ula n ve toplu ta man n büyük bir k sm kar layan motorlu araçlarda kullan lan yak t ve bu yak t çe itlerinin gün geçtikçe azalmas, otomobil üreticilerini ve devlet yöneticilerini yak t ekonomisi çal malar h zland rmaya yöneltmektedir [1 5]. Motorlu ta tlar n fonksiyonlar yerine getirebilmeleri için gerekli olan enerji bugün için büyük ölçüde petrole ba ml r. Petrolün tükenebilir bir yak t kayna olmas nedeniyle fiyat n sürekli artmas, petrol türü yak t kullanan otomotiv sektöründe yak t ekonomisinin iyile tirilmesini ve yak t tüketiminin azalt lmas zorunlu hale getirmi tir. Bundan dolay yak t tüketimindeki h zl art a ba olarak yak t temininde kar la lan güçlükler de giderek artmaktad r. Ayr ca motorlu ta tlardan kaynaklanan hava kirlili i ve gürültü düzeyi özellikle büyük ehirlerimizde ciddi bir problem olarak insan sa tehdit edecek boyutlara ula r. Hava kirlili inin ortadan kald lmas veya minimum düzeye indirilmesi, yak t tüketimini azaltmakla ve motorlu ta tlar n verimlili ini art rmakla mümkündür[6 8]. Bilimsel ve teknolojik geli melere paralel olarak motorda bulunan sistemlerin daha etkin hale getirilerek verimin artt lmas na çal lmaktad r. Motor parametrelerinin çal ma ko ullar na uygun ekilde otomatik olarak de tirilmesiyle motor performans artmaktad r. Ayr ca yak t tüketimi üzerinde ta ta ait parametrelerin de önemli etkileri bulunmaktad r. Ta t güç aktarma organlar n veriminin artt lmas yan nda sürücü davran lar n da olumlu yönde geli tirilmesiyle yak t ekonomisi iyile mektedir. Otomotiv sektöründeki firmalar n yapt ara rma ve geli tirme çal malar n büyük bölümünü güvenlikten sonra yak t ekonomisine harcad yap lan ara rmalar göstermektedir [9 10]. Yak t ekonomisini iyile tirmek için; motor, ta t ve ta n kullan ile ilgili olarak birçok ara rmalar yap lmaktad r. Yak t tüketimine etki eden parametrelerin motor ve ta t kullan m artlar na göre de tirilmesi ile yak t sarfiyat n azalt lmas na çal lmaktad r. Bu çal malar; tasar m IATS 09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 1905

13 Yenitepe, R. ve Akdeniz, B. teknolojisi, malzeme ve elektronik sistemler, a rl ktaki azalmalar, hava ve yol direncinin azalt lmas gibi çal malard r. Motorlarda bugüne kadar yak t tüketimini azaltman n bir yolu ta tlardaki güç ihtiyac azaltmak di eri ise gerekli gücü daha verimli bir ekilde sa lamak ve etkin bir ekilde kullanmakt r [11 17]. Otomotiv sektöründeki aray lar LPG (S la lm Petrol Gaz ) n n araçlarda alternatif yak t olarak kullan gündeme getirmi tir. Alternatif yak t kullan ve LPG dönü üm sistemleri incelendi inde, benzinli araçlarda mevcut sistemde herhangi bir de iklik yapmadan ek bir sistemle kullan sa lanan LPG, di er yak tlara nazaran daha güvenli bir çevre dostudur [18 21]. Bu çal mada yeni nesil LPG Dönü üm Sistemlerinden SGI (Sequential Gas Injection) sisteminin benzinli motorlara uygulanmas yla elde edilen yak t ekonomisi ve alternatif yak t olarak LPG kullanan iki otomobilin motor performans üzerine olan etkisi deneysel olarak incelenmi tir. 4 silindirli, 4 zamanl benzin ve LPG dönü ümlü motorlar n yak t tüketimi ölçülmü tür. Yap lan deneylerde otomatik anz manda over drive n ve kliman n, düz vitesli araçta ise kliman n yak t tüketimine etkisi tespit edilmi tir. 2. Deneysel Çal ma Deneysel çal ma olarak yap lan uygulamada yol deneyi, ayn silindir hacmi, ayn supap say, ayn benzin enjeksiyon ve LPG SGI (Sequential Gas Injection) S ral Gaz Enjeksiyon yak t sistemine sahip Hyundai Getz marka iki otomobil üzerinde yap ld. Bu çal mada, alternatif yak t olarak kullan lan LPG nin enjeksiyonlu araçlarda uygulanmas yla düz ve otomatik viteslerdeki yak t tüketimi testi ve LPG dönü ümünün yak t ekonomisi üzerindeki etkileri incelenmi tir. Deneyde kullan lan motorlar ve araç bilgileri Çizelge 1 ve Çizelge 2 de verilmi tir. Motorlar n her ikisine de Voltran marka Vogas LPG SGI kiti monte edilmi tir. Deneylerde devir say, tüketilen yak t miktar, benzin ve LPG enjeksiyon zaman, manifold bas nc, regülatör bas nc, regülatör s cakl ölçülmü tür. Ölçülen de erlere ba olarak yak t tüketimi de erleri hesaplanm ve sonuçlar grafikler eklinde sunulmu tur. Motorlarda kullan lan yak tlar n fiziksel ve kimyasal özellikleri de Çizelge 3 te verilmi tir. Deneyde kullan lan LPG yak Avrupa standard k a özel propan oran %50 seviyelerine ç kart lm EN 589 a uygun Aygaz Euro LPG dir. Benzin ise 100 oktan Shell V-Power Racing dir. LPG yak t tank olarak Türk Standartlar na uygun 35 lt lik tank bulunmaktad r. Benzin deposu hacmi ise 45 lt.dir. Motorun tüketti i LPG miktar ölçmek için %1 hassasiyetinde Voltran V-SGI sürüm M06 yak t sistemi kontrol yaz kullan lm r. LPG dolumunda kullan lan pompalar n ak debileri ortalama 12 lt/dk d r. ECU ile ba lant yap p bilgisayar ile motor ayarlar n yap ld bilgisayar yaz m ekranlar ekil 1 ve 2 de gösterilmi tir. Otomobillerin motor ve LPG sistem montajlar da ekil 3, 4, 5, 6, 7 ve 8 de gösterilmi tir. Çizelge 1. Test Motorlar Teknik Bilgileri MOTOR BENZ NL 1.3 L Motor Tipi 4 silindirli, s ral, SOHC Silindir çap Strok 71,5 83,5 Silindir hacmi 1341 cm 3 Maksimum güç (hp/ dev/dak) 82 / 5800 Maksimum tork (kgm / dev/dak) 11 / 3200 Supap say 12 Ate leme s ras / Enjeksiyon ras Buji NGK BKR5ES 11 Buji aral 1,0 1,1 mm Rölanti devri (d/dak) 700 ± 100 Ate leme avans (temel) / Enjeksiyon zamanlamas ÜÖN öncesi Çizelge 2. Test Araçlar Teknik Bilgileri Toplam boy Toplam geni lik Toplam yükseklik 3,810 mm 1,665 mm 1,495 mm Dingil mesafesi 2,455 mm z geni li i 1,440 mm Yak t deposu kapasitesi(benzin) 45 litre Lastikler 175/65R 14 rl k Düz 1050 kg Otomatik 1102 kg Fren tipi Ön fren Havaland rmal tipi disk kili hidrolik, fren Arka fren takviyeli tipi Kampana Çizelge 3. Benzin, Propan ve Bütan n Baz Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Yak t özellikleri Benzin* Propan** Bütan** Stokiyometrik H/Y Oran 14,6:1 15,1:1 15.0:1 A Fiziksel Hali Gaz Gaz 15 C de Yo unluk (kg/lt) 0,82 0,86 0,508 0,584 Alt Is l De eri (Mj/kg) 44 46,4 45,6 Buharla ma Gizli Is (kj/kg) A Stokiyometrik Orandaki Kar yakmak için gereken tutu ma enerjisi (Mj) ,3 0,3 Kaynama Noktas ( C) ,5 Ara rma Oktan Say (RON) Motor Oktan Say (MON) *) Yak t Shell V-POWER Racing /Bilgi -Y lmaz NUR LU Shell Türkiye Technical Sales Support Shell & Turcas Petrol A.A den al nm r. **) Yak t Aygaz /Bilgi Genel Müdürlük Zincirlikuyu/ STANBUL Teknik Departman dan al nm r. 1906

14 Yenitepe, R. ve Akdeniz, B. ekil 7. Otomatik Vitesli Otomobil ekil 8. Düz Vitesli Otomobil. 3. Deney Yöntemi ekil 1. Voltran V-SGI ver.m06 Yaz m Program Ana Menü ekil 2. SGI Yaz Enjeksiyon Zamanlar ekil 3. Otomatik Vitesli motor. ekil 4. Düz Vitesli motor. Motorlar n performanslar belirlemek amac yla, en az 6 saat beklemi durumda çal lm lard r. Ta tlar temizlenmi durumda, düz vites olan araç km de otomatik olan araç ise 6100 km dedir. Ön düzen ayarlar fabrikasyon olarak yap lm durumda ve her iki araç önden çeki li hareket kabiliyetine sahiptir. Lastikler Kumho marka 175/65 R14 ebad ndad r. Test öncesi lastik hava bas nçlar standartlar çerçevesinde önler 30 psi, arkalar 30 psi olarak ayarlanm r. Test sürecinde araçta sürücüyle beraber bir ki i bulunmu tur. Yakla k a rl k 180 kg geçmemi tir. Otomobillerin ya, imalatç iste i do rultusunda Shell Helix Plus 10W 40 yar sentetik motor ya d r. Test süresince otomobillerin pencereleri kapal olarak test yap lm r. Otomobillerin benzin enjeksiyon ve gaz enjeksiyon ayarlar test öncesi Voltran Yetkili servisi taraf ndan ideal de erlerinde ayarlanm ve bak tam olarak yap lm r. Teste ba lamadan önce Meteoroloji Genel Müdürlü ünden al nan bilgiler do rultusunda yol testi yap lacak güzergâhlardaki hava s cakl klar n çok de ken olmad gün belirlenmi tir. A, B, C bölgelerinin hava s cakl klar n standart test s cakl (278K~ 293K)(4,85ºC ~ 19,85ºC ) aras oldu u tespit edilmi tir. A yolu hava s cakl 288,15 K (15ºC). B yolu hava s cakl 288,15 K (15ºC). C yolu hava s cakl 286,25 K (13,1ºC) olarak ölçülmü tür. Rüzgâr h ise özellikle ehirleraras ölçümü yap lacak A B-C yollar nda standart de erler (3 8 m/s) aras olan 4,4 m/s olarak belirlenmi tir. Bas nç ise standart ortam (91 kpa ~ 104 kpa) aras 101,3 kpa olarak tespit edilmi tir. Testte otomobillerin bulundu u yüksekli in motor performans na olan etkisi, bir bölümünde de kliman n yak t tüketimine olan etkisi hesaplanm r. Otomatik vitesli arac zda ise Over Drive n yak t ekonomisine olan etkisi hesaplanm r. Yol testi s ras nda ehirleraras güzergâh nda yol e imi %5 i geçmedi. Bu de erler yard yla performans de erleri olarak belirlenen yak t tüketimi hesaplanm r. Testteki artlar Çizelge 4, 5, 6 ve 7 de verilmi tir. Yap lan testlerde sürücü ayn ki i olup 10 y ll k B s sürücü belgesine sahip, direksiyon usta reticisidir. Çizelge 4. Otomatik Vites Yol Testi (Klima Aç k) ekil 5. LPG Yak t Tank. ekil 6. LPG Enjektörleri. A yolu =100km B yolu=100 km C yolu =100km V= 90 km/h V=90 km/h Vort=71 km/h T= 15 C T= 14 C T= 14 C P= 101,3 kpa P= 101,3 kpa P=101.3kPa Over Drive On Over Drive On Over Drive On Klima Aç k Klima Aç k Klima Aç k im %0 im %3 im %5 1907

15 Yenitepe, R. ve Akdeniz, B. Çizelge 5 Otomatik Vites Yol Testi (Klima Kapal ) A yolu =100km B yolu=100 km C yolu =100km V= 90 km/h V=90 km/h Vort=71 km/h T= 15 C T= 14 C T= 14 C P= 101,3 kpa P= 101,3 kpa P=101.3kPa Over Drive On Over Drive On Over Drive On Klima Kapal Klima Kapal Klima Kapal im %0 im %3 im %5 Çizelge 6- Düz Vites Yol Testi (Klima Kapal ) A yolu =100km B yolu=100 km C yolu =100km V= 90 km/h V=90 km/h Vort=71 km/h T= 15 C T= 14 C T= 14 C P= 101,3 kpa P= 101,3 kpa P=101.3kPa Over Drive On Over Drive On Over Drive On Klima Kapal Klima Kapal Klima Kapal im %0 im %3 im %5 yo unla bir bölgedir. Bu nedenle otoyoldaki h n ortalama h za etkisi fazla olmam r. Ortalama h n dü ük kmas n nedeni tabii ki gerçek ko ullarda gidilmesidir. Bunun d nda, yumu ak bir ekilde h zlan lm, öndeki trafi i iyi bir ekilde izleyerek ve mümkün oldu unca az gaz vererek fren yapma ihtiyac en aza indirmeye çal lm r. lk testte hedef A-B-C yolu boyunca arac Over Drive (On) aç k konumda d/d civar nda tutmak olmu tur. Otomatik anz man 4 ileri vitese sahiptir. Optimum yak t tüketimini elde etmek için, arac n h yava yava artt lm r. Over Drive dü mesi A-B-C yolu boyunca On (aç k) konumunda tutulmu tur, anz man otomatik olarak ikinci, üçüncü, dördüncü ve Over Drive viteslerine yükselmi tir. A yolundaki e im % 0 oldu undan Over Drive bir alt vitese geçmemi tir. Bunun d nda, en yüksek h zla en dü ük tüketim hedefine uygun olarak anz man hep Over Drive aç k (O/D On) ve klima kapal konumunda tutulmu tur. Çizelge 7 Düz Vites Yol Testi (Klima Aç k) A yolu =100km B yolu=100 km C yolu =100km V= 90 km/h V=90 km/h Vort=71 km/h T= 15 C T= 14 C T= 14 C P= 101,3 kpa P= 101,3 kpa P=101.3kPa Over Drive On Over Drive On Over Drive On Klima Kapal Klima Kapal Klima Kapal im %0 im %3 im %5 ekil 7. A Yolundan Bir Görüntü. 5. Deney Uygulama Yol testine A yolundan ba lanm r. A yolu ve B yolu ehirleraras yol testi yap lan güzergâht r( ekil 7). lk testte otomatik vites araç seçilmi tir. Bu test a yava giderek yap lm bir test olmam r. Her eyden önce, gerçek trafik ko ullar nda yap ld için, trafik kurallar na ve daha genel olarak trafik güvenli ine uygun bir ekilde kullan lm r. Bu nedenle testin ilk bölümünde A yoluna kmadan depo doldurduktan sonra otoyolda sabit h z 90 km/s ile A ve B yollar nda testler gerçekle tirilmi tir. lk testimizin ba lang nda otomatik vites Over Drive dü mesi On konumunda ve klima aç k konumda rak lm r. Testin her a amas için ilk testler LPG ikinci testler Benzin ile yap lm r. Yak t litre fiyatlar Ekim ay itibar ile LPG* 1.41 YTL, **Benzin 2.72 YTL dir. B yolundan C yoluna ç ld nda ilk yak t ikmalini LPG tank doldurarak yap lm r ( ekil 8) Buraya kadar yap lan yol 210 km. ve LPG tank n ald yak t litredir. Bu tüketim 100 km' de ortalama 7,4 litreye kar k gelmektedir. C yolunun ba lang nda depoyu doldurup yola ç kt ktan sonra 310,4 km. nin ard ndan yolun sonuna hedeflenen sürede ve hedeflenen yak t tüketimiyle ula lm r. B noktas ndan C yolunun sonuna kadar ise hedef h z 90 km/s olmu tur. Sonuçta, C yolunun sonuna var p kilometre hesapland nda ortalama h n 71,2 km/s oldu u görülmü tür. C yolu % 5 e imli ve trafi in ekil 8. B Yolundan Bir Görüntü Fabrika rakamlar na göre ehir d benzin yak t tüketimi benzin ile 6.2 litre/100 km dir. Deneyde A yolunda elde edilen rakam LPG ile 6.8 litre/100 km, benzin ile 6.1 litre/100 km olmu tur( ekil 16). A yolunda Over Drive aç k (O/D on) konumda, klima aç k 90 km/h h zla yap lan testte yak t tüketimi LPG ile 7.0 litre/100 km, benzin ile 6.3 litre/100 km olarak ölçülmü tür ( ekil 17). Buradaki yak t tüketimini etkileyen en önemli faktör kliman n kapal olmas olmu tur. Ayn artlar alt nda A yolunda Over Drive kapal (O/D Off) ve klima kapal konumda elde edilen de erler ise LPG 7.0 litre/100km, Benzin 6.3 litre/100km olmu tur. Burada Over Drive n yak t tüketimini artt rmas n sebebi vites geçi lerinin yüksek devirlerde gerçekle mesi ve Over Drive aç kken motor devri 2300 d/dak iken Over Drive kapal konumda motor devri 2700 d/dak da kalmas r. C yolunda yap lan testlerde ise yak t tüketiminin artmas n en önemli etkeni ortalama e imin %5 ve sürekli yoku *) Fiyat bilgisi Aygaz Genel Müdürlükten al nm r. **) Fiyat bilgisi Shell Türkiye A. den al nm r. 1908

16 Yenitepe, R. ve Akdeniz, B. direncinin olu mas r. Otomatik vites arac n ehir içi yak t tüketimi fabrikasyon verilere göre benzin ile 9.9 litre/100 km dir. Yap lan testlerde, test arac bu de erlere yak n de erlere ula r ( ekil 17). Bu ölçümler esnas nda Voltran V-SGI Version M06 yak t kontrol sistemi, yak t tank seçici anahtar ve tam dolum yap ld ndaki pompan n gösterdi i (no flo) ikaz ve istasyon pompas n litre göstergesinin de erleri baz al nm r. Benzin de eri ölçümlerinde arac n yol bilgisayar, yak t göstergesi ve depo doldurdu unda al nan de erler baz al nm r. Bu testlerde de görüldü ü gibi, arac n ne kadar tüketti i kadar, nas l kullan ld da önemli bir faktör olarak kar za km r. Ekonomik Araç + Ekonomik Sürücü = Ekonomik Tüketim. ekil 9. C Yolu yak t ikmalinden bir görüntü. Ayn artlar alt nda düz vitesli otomobil ile de A, B, C yollar nda testler gerçekle tirilmi tir. Düz vites otomobil için ehir d yak t tüketimi fabrikasyon verilere göre benzin ile 5,4 litre/100 km.dir. A yolunda 90 km/h sabit h zda yap lan testte klima aç k ölçülen de er LPG ile 6,3 litre/100 km, benzin ile 6.0 litre/100 km olmu tur (Çizelge 8). A yolunda yine 90 km/h sabit h zda klima kapal yap lan testte bu de er LPG ile 6.0 litre/100 km, benzin ile 5,6 litre/100 km olmu tur(çizelge 8). Bu ölçümlere göre kliman n yak t tüketimi art na etkisi her yol için, artma de erlerinin ortalamas al nd nda %10,3 olmu tur. Modern ta tlarda klimalar gittikçe yayg nla makta ve güvenli bir sürü için ihtiyaç haline gelmektedir. Kliman n çal mas için gerekli moment, sistemin kapasitesine, hava s cakl na ve ta t na ba olarak de mektedir. Yüksek h zlarda hava ak n artmas ndan dolay kondanser verimli çal maktad r (kondanser: kompresör taraf ndan lm yüksek s cakl k ve yüksek bas nçl so utma gaz ndan al p so utarak bu gaz s hale dönü türmek için kullan lan klima eleman ). Dolay yla buna ba olarak moment ihtiyac azalmaktad r. Ayr ca yüksek zlarda motor momenti daha ekonomik bir özgül yak t sarfiyat yla elde edilmektedir Düz vitesli otomobilin yak t tüketiminin daha dü ük oldu u bütün otomobil firmalar n teknik kataloglar nda belirtilir. Otomatik transmisyon ta tlarda kullan m kolayl art ran sistemler olarak kabul edilebilir. Otomatik vitesli araçta Over Drive n yak t ekonomisine etkisi özellikle A ve B yollar nda, h n sabit oldu u ve Over Drive Aç k konumda kald nda gerçekle mi tir. Ayr ca testin e imli yolu olan C yolunda yak t ekonomisini sa layan etken Over Drive n kapal oldu u testtir. Burada otomatik anz man, motor devrini sabit tutarak ve gerekti inde vites geçi lerini seri yaparak yak t tüketimini azaltm r. Otomatik transmisyonda güç kayb mekanik ve hidrolik olmak üzere iki grupta toplanabilir. Mekanik kay plar genellikle sürtünmeden, hidrolik kay plar ise pompalama ve tork konvektöründeki kaymadan kaynaklan r. Kayma ile meydana gelen kay plar oldukça fazlad r. Kayma konvektör yap na, ta t h na ve iletilen momente ba r. Motor, aktarma organlar n özellikleri, ta t büyüklü ü ve ta t performans karakteristikleri konvektör yap etkiler. Çizelge 8. Standart Yol Testleri Yak t Tüketim Tablosu Ta n Özelli i ve Çal ma Ko ulu Otomatik Vites O/D On Klima Aç k Otomatik Vites O/D On Klima Kapal Otomatik Vites O/D Off Klima Kapal Düz Vites Klima Aç k Düz Vites Klima Kapal A yolu B yolu C yolu 7.0 litre/100 km LPG 6.3 litre/100 km Benzin 6.8 litre/100km LPG 6.1 litre/100km Benzin 7.0 litre/100km LPG 6.3 litre/100km Benzin 6.3 litre/100km LPG 6.0 litre/100km Benzin 6.0 litre/100km LPG 5.6litre/100km Benzin 7.8 litre/100km LPG 7.2 litre/100km Benzin 7.5 litre/100km LPG 6.9 litre/100km Benzin 7.4 litre/100 km LPG 6.7 litre/100km Benzin 6.9 litre/100km LPG 6.5 litre/100km Benzin 6.2 litre/100km LPG 5.7 litre/100km Benzin 10.8 litre/100km LPG litre/100km Benzin 10.4 litre/100km LPG 9.7 litre/100km Benzin 10.2 litre/100km LPG 9.6 litre/100km Benzin 8.3 litre/100km LPG 8.0 litre/100km Benzin 7.1 litre/100km LPG 6.2 litre/100km Benzin Dü ük h zlarda kayma yüksektir bu da yak t ekonomisini kötüle tirir. Yüksek h zlarda kayma oldukça azal r bu nedenle otomatik transmisyon düz vites kutular na göre yüksek h zlarda üstünlük sa layabilir. Otomatik transmisyonlu bir ta t motorunda tork konvektörü burulma titre imlerini yok etti inden silindirlere daha fakir kar m gönderilebilir. Ayr ca tork konvektörü belli bir moment art sa lad ndan diferansiyel di li oran küçültülebilir. Kolay devir yapmaya istekli olan motor, bu amac geleneksel yap daki otomatik anz man izin verdi ince gerçekle tirmi tir. Otomobilin genel sürü performans, küçük bir ehir otomobilinden tüm beklentileri kar layabilir düzeyde olmu tur. Sars nt z de imleriyle sürü konforunu yükselten otomatik anz man n sahip oldu u tek geli mi özellik Over Drive fonksiyonu idi. anz man n zl kickdown tepkileri, sürü ak kesmemesi aç ndan çok olumlu olmu tur. Test süresince 100km'de ortalama 8,32 litre/100km (LPG) (otomatik vites), 6.8 litre/100km (LPG) (düz vites) yak t tüketen otomobil, 35 lt lik LPG yak t tank hacmi ile 411 km (otomatik vites) 492 km (düz vites) menzil yapm r. Yüksekli inin artmas ve bunun sonucu olarak atmosfer bas nc n azalmas yla motor performans azalm r. Motor yüksekli indeki 200 m'lik bir de im atmosfer bas nc nda yakla k 3000 Pa'l k bir de ime kar gelmekte olup buna ba olarak yak t tüketimi ve hacimsel verimde % 40'a varan bir de ime neden olabilmektedir. 1909

17 Yenitepe, R. ve Akdeniz, B. Deneylerden elde edilen sonuçlar, maksimum motor verimi ve minimum yak t tüketimi elde etmek için hava-yak t oran n motorun yüksekli ine ba olarak de tirilmesi gerekti ini göstermi tir. Yükseklik etkisi ile ilgili sonuçlar motor performans iyile tirmede ve tasar mda kullan labilir. Ta n özelli i ve çal ma ko uluna göre yak t tüketimi ile ilgili grafikler Çizelge 8 ve ekil 10, 11, 12, 13, 14, 15 de verilmi tir. 6. Deney Sonuçlar Yap lan deneylerde ölçülen de erlere göre LPG nin yak t ekonomisi yönünden kullan lara sa lad avantaj sadece litre baz nda maliyetinin % 48,2 ucuz olmas r. Litre baz ndaki ölçümlerde ise LPG nin benzine göre kar mda % 8,6 (düz vites) %12,9 (otomatik vites) fazla yak t harcad görülmektedir. Buna göre s ral sistem LPG düz vites otomobilde % 44,5, otomatik vites otomobilde % 41,6 ekonomi sa lad deneysel olarak ortaya konulmu tur. LPG nin dezavantajlar bir kenara konulursa avantajlar n r bast ve çevreye gösterdi i sayg da göz ard edilemez. Y lda ortalama km yol yapan düz vites ve otomatik vites bir irket arac nda ortalama yak t tüketimlerini al nd nda benzine y lda YTL ödemek yerine ayn araca LPG dönü ümü yap ld nda bu rakam YTL gibi ciddi bir rakama dü ebilmektedir ( ekil 18). Ayr ca bu de erlendirme düz ve otomatik vitesli araçlar için ayr ayr ele al nd ndaki maliyet analizleri ekil 17 ve ekil 18 de verilmi tir. Yol testleri s ras nda elde edilen en önemli sonuç, s ral sistem LPG sisteminin sürü esnas nda hiçbir ekilde performans dü ürmedi i ve motorun benzinli sistemle çal ndan hiçbir fark olmadan çal r. Yak t ekonomisi sa lamak için çal ma artlar ve sürücü deneyiminin önemi de ortaya km r. LPG nin alt l de erinin yüksek olmas, gaz faz nda silindir içerisine girmesi, benzine göre daha homojen bir kar m olu turmas ndan dolay olumlu etkileri görülmektedir. LPG nin gaz faz nda olmas motorun volümetrik verimi üzerinde olumsuz etkide bulunmaktad r. LPG dönü ümünde dikkat edilmesi gereken noktalardan biri LPG kar seçerken dikkat edilmesi ve belirli periyotlarla yak t hava kar n LPG servisi taraf ndan kontrol edilmesidir. Yak t T üketimi (YTL) 18,0 15,0 12,0 9,0 6,0 3,0 0,0 Otomatik Vites LPG O/D On Otomatik Vites Benzin O/D On Düz Vites LPG Düz Vites Benzin ekil 11. A Yolu Düz ve Otomatik Vites(O/D on), LPG ve Benzin Maliyet (YTL). Yak t Tüketimi (Litre/100km) 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Otomatik Vites LPG O/D Off Otomatik Vites Benzin O/D Off Düz Vites LPG Klima Aç k Düz Vites Benzin Klima ekil 12. B Yolu Otomatik O/ D Off ve Düz Vites Klima Aç k, LPG ve Benzin Tüketim (Lt/100km) Yak t Tüketimi (YTL) 20,0 17,5 15,0 12,5 10,0 7,5 5,0 Aç k 2,5 Yak t Tüketimi (Litre/100km) 8,0 0,0 Otomatik Vites LPG O/D Off Otomatik Vites Benzin O/D Off Düz Vites LPG Klima Aç k Düz Vites Benzin Klima Aç k 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 ekil 13. B Yolu Otomatik O/ D Off ve Düz Vites Klima Aç k, LPG ve Benzin Maliyet (YTL) Yak t Tüketimi (Litre/100 km) 11,0 10,0 9,0 8,0 Otomatik Vites LPG O/D Otomatik Vites Benzin Düz Vites LPG Düz Vites Benzin 7,0 On O/D On 6,0 ekil 10. A Yolu Düz ve Otomatik Vites(O/D on), LPG ve Benzin Tüketim (Lt/100km). 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Otomatik Vites LPG O/D Off Otomatik Vites Benzin O/D Off Düz Vites LPG Klima Kapal Düz Vites Benzin Klima Kapal ekil 14. C Yolu Otomatik O/D Off ve Düz Vites Klima Kapal, LPG ve Benzin Tüketim (Lt /100km) 1910

18 Yenitepe, R. ve Akdeniz, B. Yak t Tüketimi (YTL) 28,0 24,0 20,0 16,0 12,0 8,0 4,0 0,0 Otomatik Vites LPG O/D Off Otomatik Vites Benzin O/D Off Düz Vites LPG Klima Kapal Düz Vites Benzin Klima Kapal ekil 15. C Yolu Otomatik O/D Off ve Düz Vites Klima Kapal, LPG ve Benzin Maliyet (YTL) Yak t Tüketimi LPG (Litre/100 km) 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 Yak t Tüketimi LPG (Litre/100 km) ekil 18. Otomatik Vites Over Drive Etkili Yak t Tüketim A,B,C yollar nda yap lan testler sonucu elde edilen de erlerin ortalamas al nd nda y lda ortalama km yapan bir sürücü için y ll k tüketim maliyetleri ekil 19, 20 ve 21 de gösterilmi tir. YTL 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 A YOLU B YOLU C YOLU 0,0 A YOLU B YOLU C YOLU 6000 ekil 16. Düz Vites Klima Etkili Yak t Tüketim Yak t Tüketimi LPG (Litre/100 km) 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1, LPG BENZ N ekil 19. Düz Vites LPG ve Benzin Y ll k Maliyet Analizi Y T L ,0 A YOLU B YO LU C YO LU 5000 ekil 17. Otomatik Vites Klima Etkili Yak t Tüketim LPG BENZ N ekil 20. Otomatik Vites LPG ve Benzin Y ll k Maliyet Analizi 1911

19 Yenitepe, R. ve Akdeniz, B. YTL LPG BENZ N ekil 21. LPG ve Benzin Ortalama Y ll k Maliyet 7. Sonuçlar Endüstride otomotiv teknolojisinden gelecek y llarda h zl bir geli me göstermesi beklenmektedir: Yak t ekonomisi bugüne oranla daha da iyile ecektir. Daha çok plastik, alüminyum ve seramik malzeme kullan sonucu, çelik malzeme miktar % 70' den % 50' ye azalacakt r. Güç kayna olarak daha çok gaz türbini, elektrik ve petrol motoru kombinasyonu (hybrid) kullan lacakt r. Gaz türbini performans, hybrid ise emisyon bak ndan avantajl görülmektedir. Sürekli de ken transmisyon ve ayr ca otomatik stop-start sistemleri kullan lacakt r. Ta n biçimi, bugünküne benzer, ancak daha aerodinamik olacakt r. En az direnç; hafifçe öne do ru e imli, hatlar yuvarlat lm, arkas hatcback ya da fastback olan ta tlarla sa lanmaktad r. Daha çok dizel ve LPG yak t kullan lacakt r. Dizel ekonomi, LPG ise düzgün çal ma ve emisyonlar bak ndan avantajl r. Bu çal madaki deneyde üzerinde yo unla lan, LPG nin yayg nla mas yla, uygulamas sona eren sübvansiyonun ortadan kald lmas yla araçlarda, LPG yi yaln zca ekonomik yönü nedeniyle tercih eden kitleler daha dikkatli olmak zorundad r. LPG nin benzine göre daha ucuz bir yak t oldu unu varsayarak yayg nla lmas ileride ülke ekonomisine olumsuz etkiler yapabilir. Ayr ca LPG kullan yla ilgili teknolojik olarak gerekli altyap n olu turulmas ve denetimle ilgili önlemlerin titizlikle al nmas gerekmektedir. Alkol ya da kar k yak tlar n kullan, petrolün bulunabilirli i ve fiyat na ba ml r. Motorlarda yanma odas ve yak t sistemlerinin yüksek teknolojiyle donat lmas, egzoz gaz temizleme sistemlerinin bütün ta tlarda uygulanmas için önlem al nmas gerekmektedir. Yak tlar n kalitesinin art lmas, kullan lm ta tlar n kontrolü, bireysel ta mac ktan kaç p, toplu ta mac n yayg nla lmas ve tercih edilmesi te vik edilmelidir. Araçlar n, yolcu ve yük olarak maksimum kapasiteleri kullan lmal ancak a yolcu ve yük ta nmas ndan kaç lmal ve çok s olarak bunlar n kontrolleri yap lmal r. Ta n kapasitesine göre yükleme derecesi, seyir h, manevra yetene i ve özellikle teknik ar za üzerindeki önemli rolü unutulmamal r. Motorlu ta tlarda üretim a amas nda al nacak tedbirlerin yan s ra halen trafikte seyreden eski teknoloji ile üretilmi araçlar n düzenli bak ma ve denetime tabi tutulmas gibi önlemler al nmal r. 8. Tart ma ve De erlendirmeler En modern içten yanmal motorlar bile yak ttaki enerjinin sadece üçte birini yararl bir i e dönü türmektedir. Kalan enerji ise, hareketli parçalar n sürtünmesi motordan içeri giren ve d ar ç kan havan n yaratt sürtünme eklinde kaybedilmektedir. Enerjinin kay p olarak atmosfere at ld bu alanlar n her biri yak t ekonomisini geli tirmek için büyük bir f rsatt r. Depoya konulan yak n büyük bir k sm arac yolda ilerletmek veya klima ve yönlendirme sistemleri gibi yararl aksesuarlara harcanmaktad r. Enerjinin geri kalan kaybolmaktad r. Bu sebeple yak t ekonomisinin teknolojik yöntemlerle artt lma potansiyeli oldukça yüksektir. Depoda bulunan yak n sahip oldu u enerjinin % 62'si motor sürtünmesine, pompalama kay plar na ve kaybedilen ya harcanmaktad r. ehir içi kullan mda (s k trafik) %17'lik bir k m da bo ta çal maya klarda veya trafikte durma) harcan r. Arac n çal mas için gerekli olan aksesuarlar (örne in su pompas ) ve yolcu konforu için gereken sistemler (örne in klima) bu enerjiden % 2 daha al r. Böylece hareket için enerjinin %18'den biraz daha fazla k sm kalm olur. Güç aktar m organlar ndaki sürtünmeye de % 5'lik bir k m harcand dü ünülürse arac n yolda ilerlemesi için kalan enerji sadece % 13 olur. Fizik kanunlar tüm bu kay p enerjilerin ortadan kald lmas na izin vermese de bunlar n oldukça önemli oranlarda azalt lmas mümkün k lmaktad r. Yak n % 12,6 l k bölümünden % 5,8 i h zlanmaya, % 2,6 s hava direncine ve kalan k sm da yuvarlanma direncine gider. Dur-kalk hareketinin s kl kla yap ld ehir içi kullan mda h zlanma en önemli ihtiyaçt r ve bunu yuvarlanma direnci ve hava sürtünmesi takip eder. ehir yüksek h zda kullan mda ise (otoyollarda) bu s ra tersine döner ve en önemli etken hava sürtünmesi olur. Yüksek dayan ma sahip hafif metallerin kullan lmas yla araç a rl n azalt lmas, arac n eklinin hava sürtünmesini dü ürecek ekilde tasarlanmas ve geli mi lastik tasar mlar ile yuvarlanma direncinin azalt lmas ile % 20-30'lara varan oranlarda enerji tasarrufu sa lanmas mümkündür. Kaynaklar [1] Batmaz,. : Benzin Motorlu Ta tlarda Yol-Yak t Ekonomisi li kisinin Deneysel Olarak ncelenmesi, Doktora Tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Ankara (1999) [2] Çelik. M. B.: Metanol-Benzin Kar mlar n Motor Performans na Ve Egzoz Emisyonlar na Etkisi Yüksek Lisans Tezi, G. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (1994) [3] Çelik. M. B.: Buji le Ate lemeli Bir Motorun rma Oran n De ken Hale Dönü türülmesi ve Performansa Etkisi, Doktora Tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (1999) [4] Yolaçan, F. : Otomobil Motorlar nda Yak t Sistemleri, T.E.V. Yay nlar Ankara, (1990) [5] Yelkencio lu, A., "Ta tlarda Yak t Sarfiyat na Etki eden Faktörler ve Yak t Sarfiyat n Belirlenmesi, TÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, stanbul, (1991) [6] Stone, R, Motor Vehicle Fuel Economy, Macmillan 1912

20 Yenitepe, R. ve Akdeniz, B. Educational Ltd., Houndmills, 4. HEYWOOD, J. B.: The Internal Combustion Engine Fundamentals. Mc Graw - HIU Book Company, (1988)5-45. [7] Çetinkaya, S., Motorlu Ta tlar n Yak t Ekonomilerini yile tirme Çal malar ". G.Ü. Teknik E itim Fakültesi Dergisi, Ankara, (1990) [8] Çetinkaya, S., Ta t Mekani i, Nobel Yay nevi, Ankara,(1999) [9] Batmaz,. Araç Bak m-onar m lemlerinde Servis Etkinlik Derecesinin Deneysel Olarak Saptanmas. Yüksek Lisans Tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (1993) [10] BORAT. O, BALCI. M, SÜRMEN. A."Benzin Motorlar nda Yak t Ekonomisi". G.Ü. Teknik E itim Fakültesi Dergisi. Haziran (1987) [11] Kutlar, O.A. Dört Zamanl Otto Çevrimli Motorlarda smi Yükte Yak t Tüketimini Azaltmak çin Yeni Bir Yöntem ; Doktora Tezi, stanbul,(1998) [12] Yüce, A., Günümüzde Otomotiv Teknolojisi Ankara.(1997). [13] Borat,O., Balc, M., Sürmen, A., çten Yanmal Motorlar Cilt 1,G.Ü.T.E.F., Ankara, (1994) [14] Otomotiv Sanayi Derne i Panel, Taslak (2002). [15] AYT, Alternatif Yak t Teknolojileri Tan m Paneli Prezentasyon (2006). [16] Araçlarda LPG Dönü ümü Mühendis El Kitab, Yay n No: 217, (1999) [17] Akkan, E., Dünya ve Türkiye de LPG Makale, (2000). [18] Ekim (2006). [19] Bayraktar, O.,Durgun,O., Investigating The Effects Of LPG on an Spark Ignition Engine Combustion and Performance Energy Conversion and Management 46 (2005) [20] Johnson, E. LPG: A Secure, Cleaner Transport Fuel? A Policy Recommendation for Europe Energy Policy (2003) [21] Bayraktar, H., Durgun, O., Theoretical Investigation of Using LPG in Spark Ignition Engines The First Energy Symposium and Exhbition (2003)