Dizel Yakıtındaki Sıcaklık Değişiminin Püskürtülen Yakıt Miktarına Etkisi ve Dinamik Yakıt Sıcaklığı Kontrolü Ahmet İRGİN Kastamonu Üniversitesi Küre MYO Motorlu Araçlar ve Ulaştırma Teknolojileri Kastamonu, Türkiye airgin@kastamonu.edu.tr Abstract In this study, the influence of the diesel fuel, which changes in temperature continuously in the vehicle fuel deposit according to the climatic conditions, on the amount of injector injection was experimentally investigated. It is a known fact that there is an inverse relationship between the temperatures of liquid fuels and viscosities. The use of a fuel heater to prevent the fuel from freezing in some vehicles and the presence of fuel coolers in some vehicles are a complex situation. Dynamic fuel temperature control must be provided for the fuel viscosity to remain constant. Keywords Diesel Engines, Diesel Fuel, Fuel Heaters and Coolers, Diesel Fuel Viscosity. Bu çalışmada, iklim şartlarına göre araç yakıt deposunda sürekli sıcaklığı değişen dizel yakıtının enjektör püskürtme miktarına etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Sıvı yakıtların sıcaklıkları ile viskoziteleri arasında ters orantı olduğu bilinen bir gerçekliktir. Bazı araçlarda yakıtın donmasını önlemek için yakıt ısıtıcısı kullanılması, bazı araçlarda ise yakıt soğutucularının bulunması karmaşık bir durum teşkil etmektedir. Yakıt viskozitesinin sabit kalması için dinamik yakıt sıcaklığı kontrolünün sağlanması gerekmektedir. Anahtar Kelimeler Dizel Motorları, Dizel Yakıtları, Yakıt Isıtıcıları ve Soğutucuları, Dizel Yakıtı Viskozitesi. I. GİRİŞ Dizel motorlarında etkin yakıt miktarı kontrolü günden güne iyileşme gösteren konulardan biridir. Çeşitli sensörlerle egzoz gazının ölçülmesi, gaz pedalı konumunun takip edilmesi, motor devri ve vites durumuna göre aracın tork ihtiyacının saptanması, emme monifoldunda emilen havanın fiziksel özelliklerinin anlık olarak tespit edilmesi ve diğer sistemler dizel motorlarında etkin yakıt miktarı kontrolünde önem arz eden unsurlardır. Cui vd. (2016) tarafından yapılan bir çalışmada dizel motorlarında yakıt ekonomisini iyileştirmek ve yağ dayanıklılığını arttırmak için viskozite değiştirici kullanılmıştır. Viskozite değiştirici tarafından formüle edilen yağlayıcılarla %2 ye varan yakıt tasarrufu sağlanmıştır. Viskozitenin yakıtlar kadar yağlarda da önemli bir özellik olduğu tasarruf edilen yakıt oranından anlaşılmaktadır [1]. Safarov vd. (2018) tarafından yapılan bir çalışmada, geniş sıcaklık ve basınç aralığında dizel yakıtının termofiziksel özellikleri incelenmiştir. Bu özelliklerin dizel yakıt enjeksiyonuyla olan ilgisi üzerinde durulmuştur. Dizel yakıtlarındaki sıcaklık değişimlerinin basınç dalgalanmalarına sebebiyet verdiği tespit edilmiştir [2]. Bair (2014) tarafından yapılan bir çalışmada, dört dizel yakıtının hacim ve viskozitesinin basınç ve sıcaklıkla olan ilişkisi incelenmiştir. Bu çalışmanın sonucunda birim basınçta dizel yakıtının sıcaklığı arttıkça yakıtın hacmi azalmıştır [3]. Dünya genelinde yapılan çalışmalar göstermektedir ki, dizel yakıtının termofiziksel özelliği; basınç, viskozite, hacimsel ve kütlesel debi gibi değişkenleri çok fazla etkilemektedir. Günümüz dizel araçlarında dizel yakıtı için yakıt soğutucusu kullanıldığı gibi yakıtın jelleşmesini engellemek için yakıt ısıtıcısı da kullanılmaktadır. Şekil 1 de dizel yakıt soğutucusu verilmiştir. 699
Şekil 1. Dizel Yakıtı Soğutucusu [4] Şekil 3. Nomacon marka elektrikli tip dizel yakıtı ısıtıcısı [6] Soğuk iklim şartlarında yakıtın jelleşmesini engellemek amacıyla farklı metotlarla çalışan yakıt ısıtıcıları kullanılmaktadır. Şekil 2 de bir dizel yakıt ısıtıcısı verilmiştir. Tablo 1. Nomacon marka yakıt ısıtıcısı teknik özellikleri [6] Yakıt Isıtıcısı Teknik Özellikleri Doldurma Çapı Güç Kaynağı Ön Çalışma Gücü Seyir Gücü Isıtma Yüzeyinin Maksimum Sıcaklığı 72x6,2 mm 12 Volt 110 W 150 W 130 C Çalışma Sıcaklığı Aralığı -40 C ile 45 C II. MATERYAL VE METOT Şekil 2. Dizel Yakıtı Isıtıcısı [5] Yakıt ısıtıcılarının çalışma metodu bakımından birçok çeşidi bulunmaktadır. Bu kapsamda elektrikli tip yakıt ısıtıcısının genel görünümü Şekil 3 te verilmiştir. Elektrikli tip yakıt ısıtıcısının teknik özellikleri Tablo 1 de belirtilmiştir. Deneyler Dizotester marka dizel pompası test cihazında gerçekleştirilmiştir. Test cihazının üzerine Bosch marka distribütör tip dizel yakıt pompası bağlanmıştır. Cihazın ve yakıt pompasının genel görünümü Şekil 4 ve 5 te verilmiştir. 700
Şekil 4. Dizel Pompası Test Cihazı Şekil 6. Dizel Pompası Test Cihazı Ölçüm Tüpü Skalası Deneylerde ilk önce 5 C sıcaklığa getirilen dizel yakıtı ile ölçümler yapılmıştır. Pompanın tam gaz durumunda ve 100 çevriminde elde edilen yakıt miktarı kayıt altına alınmıştır. Deneyin ikinci aşamasında 40 C sıcaklığa getirilen dizel yakıtı ile ölçümler yapılmıştır. Pompanın tam gaz durumunda ve 100 çevriminde elde edilen yakıt miktarı kayıt altına alınmıştır. Şekil 5. Test Cihazı ve Yakıt Pompası Farklı sıcaklıktaki her iki dizel yakıtıyla yakıt pompası 1000 çevrim çalıştırılmıştır. Böylece sistemin içerisindeki sıcaklığı belirsiz yakıtın sistemi terk etmesi sağlanmıştır. Şekil 5 te görüldüğü gibi 4 enjektör çıkışlı Bosch marka distribütör tip dizel pompası test cihazı enjektörlerine bağlanmıştır. 5 C ve 40 C sıcaklığa getirilen iki dizel yakıtı ile ölçümler yapılmıştır. Deneyler 1000 d/d da, tam gaz durumunda, 100 çevrimde yapılmıştır. Iki farklı sıcaklıktaki dizel yakıtı için aynı metotlarla deney tekrarlanmıştır. Deneylerdeki hacimsel püskürtme miktarı Şekil 6 ve 7 de gösterilen cam tüpler vasıtası ile ölçülmüştür. 701
Şekil 7. Dizel Pompası Test Cihazı Ölçüm Tüpleri III. BULGULAR VE TARTIŞMA Dizel pompası test cihazı ile yapılan deneylerde dizel yakıtında 35 C sıcaklık farkının püskürtülen yakıt miktarını hacimsel olarak %2,94 değiştirdiği tespit edilmiştir. Yakıt sıcaklığının artmasıyla birlikte viskozite azalmakta dizel pompasında pompalama kayıpları, enjektörlerde ise iç kaçak miktarları artmaktadır. Yakıt viskozitesine ve sıcaklığına bağlı olarak oluşan basınç, yoğunluk ve debi kaybı ister istemez motor performansında azalmalara sebep olacaktır. Bir araçta sadece yakıt soğutucusu veya sadece yakıt ısıtıcısı kullanmak bütün iklim şartlarında ihtiyacı karşılamamaktadır. Bu olumsuzluğun önüne geçmek için Şekil 8 de tasarımı verilen bir dinamik yakıt sıcaklığı kontrol ünitesi kullanılabilir. Şekil 8. Dinamik Yakıt Sıcaklığı Kontrol Ünitesi IV. SONUÇLAR Bu çalışmada, dizel yakıtındaki sıcaklık değişiminin püskürtülen yakıt miktarına etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Araştırma sonuçları göz önüne alınarak bir dinamik yakıt sıcaklığı kontrol ünitesi tasarlanmıştır. Dinamik yakıt sıcaklığı kontrol ünitesi ile yakıt viskozitesinin uygun bir değer aralığında kalması sağlanabilir. Bu durum ise yakıtın basınç, debi ve yoğunluğunun kontrol altında tutulmasını sağlar. Tam gaz konumunda 5 C dizel yakıtı sıcaklığında 100 çevrimde 6,8 cm³ yakıt püskürtülmüştür. Tam gaz konumunda 40 C dizel yakıtı sıcaklığında 100 çevrimde 7 cm³ yakıt püskürtülmüştür. Tam gaz konumunda 5 C sıcaklığındaki dizel yakıtının 40 C sıcaklığındaki dizel yakıtına göre hacimsel olarak %2,94 oranında daha fazla püskürtüldüğü tespit edilmiştir. 702
REFERANSLAR [1] Cui, J., Oberoi, S.,Briggs, S. and Goldmints, I., "A viscosity modifier solution to reconcile fuel economy and durability in dieselengines", Tribology International, 101:43-48 (2016). [2] Safarov, J., Ashurova, U., Ahmadov, B.,Abdullayev, E., Shahverdiyev, A. and Hassel, E., "Thermophysical properties of Diesel fuel over a wide range of temperatures and pressures", Fuel, 216:870-889 (2018). [3] Bair, S., "The pressure and temperature dependence of volume and viscosity of four diesel fuels", Fuel, 135:112-119 (2014). [4] https://www.motorhog.co.uk/parts-breaking/details/land-rover- Freelander-2001-To-2004-Oil-Cooler-Engine/1/291679 (2018). [5] http://www.wasteoilheater.us/index.php?app=ecom&ns=prodshow&ref =WVO4micron (2018). [6] http://diesel-fuel-heater.com/disk-heaters-for-diesel-fuel-filters.php (2018). 703