MOTOR YAKITLARI Benzin Benzin ham petrolün damıtılması sırasında, damıtma kulesinde, petrol gazlarının altından ve 35-200 o C sıcaklık arasında elde edilir. Benzin buji ile ateşlemeli motorların temel yakıtıdır. Ham petrolün damıtılması sırasında ve rafineride daha sonra uygulanan yöntemlerle, benzin miktarını ve kalitesini ayarlamak mümkün olmaktadır. Değişik kimyasal yapıya sahip olan çok sayıda ürünün karışımı olan benzinin önemli özellikleri aşağıda sıralanmıştır. Buharlaşma (Kaynama) Eğrisi; Benzin bir kaba konulup ısıtıldığında buharlaşmaya 40 o C civarında başladığı ve tümünün buharlaşması içi 200 o C nin üzerindeki bir sıcaklığa ulaşılması gerektiği görülür. Bunun sebebi benzini meydana getiren farklı ürünlerin farklı buharlaşma noktalarına sahip olmalarıdır. Buhar Basıncı; Benzinin kaynama başlangıcında 37,8 o C deki buhar basıncıdır. Benzinli motorlarda depodan en son yakıt elemanına kadar olan donanımda buharlaşmadan dolayı meydana gelen tıkanmalar buhar basıncının etkisiyle olmaktadır. Bu nedenle sıcak ülkelerde düşük buhar basınçlı benzinler, soğuk ülkelerde ise yüksek buhar basınçlı benzinler tercih edilmektedir. Isıl değeri; Birim ağırlığının tümünün yanması sonucu açığa çıkan enerji yakıtın ısıl değerini vermektedir. Alevlenme ve yanma sıcaklığı; Yanma sıcaklığının altındaki bir sıcaklıkta, yakıta alev yaklaştırıldığında, alevin parladığı fakat yanmanın devam etmediği sıcaklık alevlenme noktasıdır. Benzin üzerinde birikmiş olan benzin buharı, bir anda parlar ve yanma devam etmez. Alev alma sıcaklığına kadar ısıtılmış yakıt, ısıtılmaya devam edilirse, belirli bir sıcaklığa erişildiğinde, alev çekildikten sonra da yanma devam eder. Bu noktaya yanma sıcaklığı denilmektedir. Alevlenme sıcaklığı, yağ ve yakıtın alev alma tehlike sınırı açısından çok önemlidir. Yanma sıcaklığı, alevlenme sıcaklığından yaklaşık olarak30-40 o C daha yüksek olmalıdır. Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı; Motor yakıtlarının en önemli özelliklerinden olan bu sıcaklık, yakıtın kendi kendine tutuştuğu noktadır. Kendiliğinde tutuşma sıcaklığı, benzinli motorlarda yüksek; dizel motorlarında da düşük olması tercih edilmektedir. Oktan sayısı; Oktan sayısı, benzinin kendiliğinden tutuşma dayanıklılığının bir göstergesidir. İzo oktan C 8 H 18 in oktan sayısı 100, normal heptan C 7 H 16 in ise oktan sayısı 0 dır. Benzin içerisindeki izo oktan miktarı artıkça oktan sayısı yükselir. Örneğin bir benzin içerisinde %95 izo oktan, % 5 de normal heptan varsa bu benzinin oktan sayısı 95 olur yani izo oktan miktarı aynı zamanda oktan sayısını vermektedir. Yüksek oktanlı benzinler, düşük oktanlı benzinlere göre daha yüksek sıkıştırma oranlı motorlarda kullanılır. 1
Dizel Yakıtı (Motorin) Ham petrolün damıtılması sırasında 200-425 o C arasındaki sıcaklıklarda elde edilir. Ülkemizde kullanıcılar arasında mazot olarak bilinmektedir. Dizel motorlarında, sıkıştırılmış hava üzerine yakıtın püskürtülmesi yöntemi ile yanma başlatıldığı için dizel yakıtının bu koşullarda enerji verebilecek bir takım özelliklere sahip olması gerekmektedir. Yakıtın donma sıcaklığı: Dizel yakıtı içerisinde bulunan parafin, yakıt sıcaklığı 8 o C ye düştükten itibaren ayrışmaya başlar. Kristalize olan parafin yakıt sistemi elemanlarını tıkayabilmektedir. Bu durum yakıt akışını kesmekte ve motorun durmasına yol açmaktadır. Bu nedenle yakıtın donma sıcaklığı, çevre sıcaklığından yüksek olmalıdır. Yoğunluk: Yoğunluğu düşük olan yakıtların, yapılarındaki hidrojen atomu oranının karbon atomuna göre yüksek olması sonucu ısıl değerleri de yüksek olmaktadır. Düşük yoğunluklu dizel yakıtları, kolay tutuşmanın yanı sıra verimleri de yüksektir. Dizel indeksi: Dizel yakıtının setan sayısı ölçümü pratik bir işlem değildir. Bunun yerine aynı özelliği ifade eden Dizel İndeksi adı verilen bir skaler büyüklükten yararlanılmaktadır. Normal dizel yakıtının dizel indeksi asgarî 45 olmalıdır. Setan sayısı: Dizel yakıtın kendi kendine tutuşabilme kabiliyetini gösteren ölçüye setan sayısı denir. Hekzadekan (C 16 H 34 ) ın stan sayısı 100, alfa metil naftalen (C 11 H 10 ) in setan sayısı ise 0 kabul edilir. Yakıt içerisindeki kekzadekan sayısı setan sayısını vermektedir. Sıvılaştırılmış / Likit Petrol Gazı (LPG) Günümüzde içten yanmalı motorlarda yakıt olarak kullanılmaktadır. Esas olarak ülkemizde kullanılan LPG %70 bütan, %30 propan karışımıdır. Sıvı haldeki LPG sudan daha hafiftir. LPG tank tüplerinin dibinde zaman zaman su toplanması bu yüzdendir. Aynı zamanda sudan hafif olması özelliği sızıntı halinde büyük bir madde akışına sebep olur. Bir hacim sıvı LPG gaz haline geçerken yaklaşık 273 misli genişler. Gaz halindeki LPG ise havadan iki misli daha ağırdır. Bu özelliği nedeni ile sızıntı durumunda tabana doğru çöker. Biyogaz Çiftlik gübresi yani hayvan gübresi başta olmak üzere, çeşitli organik artıkların (bitkisel atıklar, deniz ve kara yosunları, özel olarak yetiştirilen bazı bitkiler gibi) oksijensiz bir ortamda fermantasyona uğratılması sonucu elde edilen yanıcı gaz karışımına biyogaz denir. (Metan gazı=ch 4 ) Organik kökenli kaynaklara dayanan bu enerji üretim yönteminde temel enerji kaynağı, organik kökenli artık ve atıklardır. Örneğin ot ve saman artıkları, kent çöpleri, tarla ürün artıkları çiftlik hayvancılığının küçük ve büyük baş hayvan dışkıları ve benzerleri olabilecekleri gibi, bizzat bu amaçla yetiştirilen bazı bitkiler (yeşil gübre) ve deniz yosunları, yada kara yosunları olabilirler. Bunlardan belli bir miktarı, tekniğe uygun olarak inşa edilmiş havasız bir depoda toplanarak depolanırsa, belli aşamalarla kimyasal tepkimelerin oluşması ve yanıcı gaz karışımının açığa çıkması mümkün olmaktadır. Bu nedenle de, dönüştürülmüş enerji üretmek için yararlanılan bu gibi organik kökenli 2
maddelere genel bir terimle biyomas ve bunlardan elde edilen enerjiye ise, biyomas enerjisi adı verilmektedir. Terimi oluşturan biyo canlı, mas (mass) ile kütle veya yığın başka bir ifade ile enerji elde edilecek tesise enerji maddesinin yığılıp depo edilmesi gibi anlamlara gelmektedir. Dolayısıyla da bu gibi organik kökenli artıklardan elde edilen enerjiye, biyomas enerjisi denir. Parlak ve mavi bir alevle yanan, kalorifik değeri nispeten yüksek bir gaz karışımıdır. Birim hacimdeki biyogazda, yaklaşık %70 oranında metan gaz (CH 4 ) vardır. Zaten yanıcılık niteliğinide kazandıran da bu gazdır. Hidrojen Kokusuz, renksiz, tatsız ve saydam bir yapıya sahip olan hidrojen doğadaki en hafif kimyasal elementtir. Sıvı hidrojen birim kütlesinin ısıl değeri 141,9 MJ/kg olup petrolden 3.2 kat daha fazladır. Hidrojenin kendi kendine tutuşma sıcaklığının oldukça yüksek olması ve oktan sayısının yüksek olması, hidrojenin dizel motorlardan çok Otto ilkesi ile çalışan motorlar için daha uygun bir yakıt olacağını göstermektedir. Hidrojen hacimsel olarak ele alındığında hidrojenin ısıl değerinin öteki yakıtlardan çok daha düşük olduğu görülecektir. Motorda hidrojen kullanılması halinde, benzine oranla motora hacimsel olarak daha fazla hidrojen gönderilirken(aynı basınç ve sıcaklıkta, 1dm 3 H 2 için ~ 2,38 dm 3 hava ) yakıt ve karışım kütlesi daha az olmaktadır (1 kg H 2 için ~ 35,5 kg hava ). Bu durum yanmada daha az basınç olacağı ve aynı enerjiyi üretmek için daha fazla daha fazla hidrojen gerekeceği anlamına gelmektedir. 3
YAKIT DONANIMI Buji ile Ateşlemeli Motorların Yakıt Donanımı Karbüratörlü Yakıt Sistemi Yakıt sisteminin görevi, yakıtı taşıt üzerinde güvenli bir şekilde depolamak motor çalışırken bu yakıtı çeşitli yöntemlerle hava ile karıştırarak yanabilecek bir karışım hazırlamak ve bu karışımı motor silindirlerine ulaştırmaktır. Bunlardan başka,motora giden havanın temizlenmesi de yakıt donanımının görevleri arasındadır. Buji ile ateşlemeli motorlarda (BAM) kullanılan en yaygın yakıt, benzindir. LPG, hidrojen gibi alternatif yakıtlarda kullanılmasına rağmen BAM lar için benzinli motor ifadesi daha çok tercih edilmektedir. Bu nedenle kimi yerlerde BAM., kimi yerlerde de benzinli motor kavramı kullanılmakla birlikte her ikisi de aynı olguyu işaret etmektedir. Yakıt donanımının temel elemanları ; 1. Yakıt deposu 2. Yakıt besleme pompası 3. Karışım hazırlama elemanları (Karbüratör, yakıt filtresi, hava filtresi, emme manifoldu, yakıt püskürtme elemanları, karışım ayar düzenekleri) 4. Yakıt boruları Yakıt Deposu ve Yakıt Boruları Yakıt deposu genellikle otomobilin arka kısmına, şasi çerçevesine bağlanır. Genellikle pres edilmiş çelik saclardan imal edilmiş olup, korozyonu önlemek amacıyla içi kurşun ve çinko gibi malzemelerle kaplanır. Yakıt depolarının içinde uygun aralıklarla delikli bölmeler, deflektörler bulunur. Bu bölmelerin amacı, taşıtın duruş, kalkışlarında, sarsıntılı çalışmalarında ve viraj esnasında yakıtın çalkalanmasını önlemektir. Böylece yakıtın köpürmesinin ve statik elektrik yükü ile yüklenmesinin önüne geçilmiş olur. Yakıt deposu taşıtı belli bir mesafe götürebilecek kapasitede yapılır. Yakıt deposunda, plastik veya tel gereçlerden yapılmış süzgeçler bulunur. Yakıt içerisinde bulunma ihtimali olan pisliklerin yakıt donanımının diğer kısımlarına geçmesi süzgeç tarafından önelenir. Bu filtre, yakıt borusunun depoya bağlanan uçunda bulunur. Yakıt besleme pompasının emdiği bütün yakıt bu süzgeçten geçer. Deponun dış hava basıncı ile irtibatını sağlamak için depo kapağında veya deponun uygun yerinde havalandırma borusu bulunur. Yakıt depodan çekildiğinden içerde düşük basınç oluşmaz. Ayrıca sıcak 4
günlerde yakıtın ısınmasıyla oluşacak yakıt buharları da dışarı atılarak, yüksek basınç oluşması engellenir. Yakıt Besleme Pompaları Yakıt sistemlerinde yakıtı depodan alıp karbüratöre ulaştırmak için bir yakıt pompasına ihtiyaç vardır. Bu pompalar, mekanik ve elektrikli olmak üzere ikiye ayrılırlar. Mekanik pompalar daha ucuz ve basit olduklarından en çok kullanılan pompa tipidir. a) Mekanik Pompalar: Emme hareketini kol aracılığı ile kam milinden alır. Eksantrik pompa kolunu itince kolun diğer ucu diyafram yayını yenip diyaframı aşağı çeker. Diyafram aşağı inerken üstte meydana gelen boşluğa emme subapı yolu ile depodan yakıt emilir. Giriş rakorundan gelen yakıt emme supabından geçip diyagramın üstündeki boşluğa dolar. Eksantrik kol serbest bırakılınca yay, diyagramı yukarıya iter ve sıkışan yakıt basma supabından çıkarak karbüratöre gider. Sabit seviye kabı dolup şamandıra iğnesi kapanınca diyafram aşağıya basılı durumda kalır. Bu durumda iki parçalı olan kolun diyaframa bağlı olan tarafı sabit dururken öbür ucu, ortasındaki küçük yay tarafından devamlı kama basılı tutulur ve hareket etmeye devam eder. Sabit seviye kabından yakıt seviyesi azalınca diyafram yeniden çalışmaya başlar. Böylece sabit seviye kabı boşalıncaya kadar pompa yakıt göndermez. Bir başka yöntem de geri dönüş kanalı olarak üçüncü bir yol vardır. Şamandıra iğnesi kapanınca fazla yakıt buradan depoya geri döner. Mekanik tahrikli pompaların çıkış basıncı 1,5-3,5 bar; emme vakumuise0,25 bar kadardır. Şekil : Mekanik yakıt pompası kesiti 1-Kam mili, 2-Pompa kolu (levyesi), 3-Kol kontrol yayı, 4-Yakıt girişi, 5-Emme subabı, 6-Basma subabı, 7-Yakıt çıkışı, 8-Diyafram, 9-Açık hava girişi, 10-Diyafram kontrol yayı, 11-Diyafram itme kolu, 5
b) Elektrikli Yakıt Pompası: Elektrikli pompalar motordan uzak bir yere konularak buhar tamponu sorunu önlenmek istenmiştir. Kontağı açar açmaz çalışmaya başlayarak boş olan karbiratörü doldulmak gibi üstünlükleri olmakla birlikte, mekanik pomplaradan daha pahalı olduklarından az kullanılır. Elektrikli pompalar günümüz taşıtlarında depo içerisine yerleştirilmiş olup enjeksiyonlu motorlarda kullanılmaktadır. Hava Filtreleri Motorun emdiği havanın içindeki tozların temizlenmesi motorun ömrü bakımından çok önemlidir. Motor yağı ile karışan bu tozlar, zımpara taneciği gibi aşındırıcı bir madde oluşturarak motor parçalarını hızla aşındırır. Silindirler içerisinde derin çizikler meydana getirir. Hava filtrelerinin bundan başka çok önemli iki görevi vardır. Bunlardan birisi alevi, diğeri de emme sesini boğmaktır. Benzin motorlarında öksürme sonucu karbüratörün tutuşması çok sık görülen bir olaydır. Eğer karbüratörün üzerinde hava filtresi varda alev, filtre içinde kalıp söner ve motor tutuşmaz. Motor çalışırken karbüratöre girişinde çok kuvvetli bir hava sesi meydana gelir. Hava filtresi bu seside boğarak duyulmaz hale getirir. Hava filtreleri, kuru ve yaş olmak üzere ikiye ayrılır. 1) Yağ banyolu yaş tip hava filtreleri: Bu filtreler yağ kabı ve metal talaşları olmak üzere iki kısımdan meydana gelir. Kabın içerisine motor yağı konur. Hava dikey olarak yağa girdikten sonra 180 o yön değiştirir. Hava kolayca yön değiştirirken, havadan ağır olan tozlar yağa çarpıp orada kalırlar. Bundan sonra hava, yağla ıslanmış olan metal talaşların arasında geçerken, içinde kalmış olan tozları da orada bırakır. 2) Kuru tip hava filtresi: Kuru tip hava filtrelerinde eleman olarak kağıt kullanılmaktadır. Hava, filtre elemanının dışından içine doğru akar. Bu sırada üzerinde bulunan istenmeyen maddeler temizleme elemanı tarafından tutulur. Yakıt sistemine temiz hava gönderilmiş olur. Yapımcılar otomobillerinde kullanılan kağıt elemanlara genel olarak 20.0000 km lik bir 6
ömür tanımaktadırlar. Bu süre içerisinde filtre elemanları zaman zaman normal hava akımının ters yönünde basınçlı hava tutularak temizlenmelidir. Karbüratörler Karbüratörler, motorun değişik çalışma koşullarına göre yakıt ile havayı kolayca yanabilecek şekilde karıştırır. Bir kilogram benzinin yanması için tam olarak 14,7 kg hava (yaklaşık olarak 15 kg) gerekir.buna kimyasal olarak doğru karışım veya stökiyometrik değer denir. Oran olarak havayakıt oranı veya yakıt-hava oranı olarak söylenebilir. Stökiyometrik değer yakıt hava oranı cinsinden 1/15; hava yakıt oranı cinsinden 15/1 veya sadece 15 yazılabilir. Fakir karışımda hava fazlalığı; zengin karışımda ise hava eksikliği vardır. Bu durum hava fazlalık katsayısı ile belirtilir ve ile gösterilir. Karışımın yanabilmesi için benzinin hava içine incecik zerrecikler halinde yayılması ve buharlaşması gerekir. Benzinin küçük zerrecikler haline getirilmesine yakıtın atomizasyonu veya tozlaştırılması denir. Karışımın her noktasında yakıt-hava oranının aynı olmasına ise homojenliği denir. 7
SIKIŞTIRMA İLE ATEŞLEMELİ MOTORLARIN (S.A.M.) YAKIT DONANIMI Dizel motorları sıkıştırma zamanı sonunda basıncı ve sıcaklığı yükseltilmiş hava üzerine yakıtın püskürtülmesi suretiyle çalışmaktadır. Tutuşma kızgın hava ile gerçekleştiğinden dizel motorlarına Sıkıştırma ile Ateşlemeli Motorlar da denilmektedir. Bu nedenle dizel motoru ve S.A.M. kavramları aynı hususu belirtmektedir S.A.M.yakıt donanımlarının görevi motorun yol ve yük durumuna bağlı olarak gerekli yakıt miktarını belirtmek, püskürtme sırasına göre zamanında yakıtı silindire yüksek basınçla püskürtmek; yakıt ekonomisini sağlamaktır. Sistem temel olarak; depo, besleme pompası, filtre, yakıt enjeksiyon pompası, yüksek basınç boruları, enjektörler, geri dönüşü ve sızıntı borularından meydana gelmektedir. Yakıt depoları: motorun günlük ihtiyacından biraz fazla yakıtı temiz ve emniyetli bir şekilde alacak kapasitede olmalıdır. Çelik sacdan yapılmış olup, paslanmayı önlemek için kurşun-kalay alaşımı ile iç kısmı kaplanır. Deponun dibinde su ve tortuların atılması için bir boşaltma musluğu vardır. Ortalama 500 saatlik çalışmadan sonra bu musluk açılarak su ve tortu boşaltılır. Besleme pompaları: yakıt basıncını yükselterek yakıt enjeksiyon pompasına gönderirler. Dizel yakıt sistemlerinde kullanılan besleme pompaları; olmak üzere 4 çeşittir. a) Pistonlu (plancarlı) tip b) Diyaframlı tip c) Dişli tip d) Paletli tip 8
Yakıt filtreleri: yakıt filtrelerinin görevi, yakıt içinde bulunan büyüklükleri -2 mikron olan yabancı parçacıkların yakıt enjeksiyon pompasına ve enjektörlere gitmesini önlemektir. Petrolün damıtılmasına rağmen önemli ölçüde temizlik yapılmasına rağmen, dizel yakıtı içerisinde mineral parçacıkları bulunabilmektedir. Filtreler yapısal olarak bir filtre kabı ile bunun içine yerleştirilmiş filtre elemanlarından oluşmaktadır. Genel olarak kirli yakıt, filtre kabı ile eleman arasına gelir. Filtreler içinde kullanılan elemanlara ve elemanların yerleşimlerine göre sınıflandırılırlar. Kullanılan elemanlara göre filtreler; a) Metal elemanlı filtreler b) Metal elemanlıolmayan filtreler 1. Keçe elemanlı filtreler 2. Katlanmış kağıt elemanlı filtreler 3. Kağıt diskler filtreler 4. Sık örgülü bez filtreler 5. Pamuk elyaflı filtreler 6. Kil elemanlı filtreler Elemanların yerleşim durumuna göre; a) Paralel bağlı yakıt filtreleri (gücü 118 kw dan büyük motorlarda) b) Seri bağlı yakıt filtreleri Yakıt Enjeksiyon Pompaları Görevleri a) Yakıtın basıncını yükseltmek: Yakıtın basıncını yanma odasındaki hava basıncına rağmen, enjektörden rahatça püskürtülecek bir değere yükseltilmelidir. b) Yakıtın miktarını ölçmek: Yol ve yük durumuna göre motorun ihtiyacı olan yakıtın miktarını ölçmeli, bu miktar her çevrimde ve silindirler arasında değişmemelidir. Her çevrimde aynı miktarda yakıt püskürtülmesi, motorun kararlı çalışması içim şarttır. 9
Enjektörler c) Yakıtı istenilen zamanda silindire göndermek: Her motorda belirli motor hızı ve yük için en iyi tutuşma noktası vardır. Pompa bu noktaya göre istenilen avansta yakıtı püskürtmelidir. d) Püskürtmeyi çabuk başlatmak ve çabuk bitirmek: Püskürtmenin çabuk başlaması ve çabuk bitmesi, yakıtın atomizasyonu için gereklidir. Özellikle direkt püskürtmeli ve yüksek hızlı motorlar için çok önemlidir. e) Yakıtı silindire püskürtme sırasına göre ve eşit dağıtmak: Her silindire gönderilen yakıt miktarının eşit olması, silindirlerin eşit yüklenmesini sağlar. Aksi akdirde bazı silindirler aşırı yüklenir, motor dengesiz çalışır. Yakıt pompasının gönderdiği basınçlı yakıtın yanma odasına püskürtmeye yarayan elemanlara enjektör denir. Enjektörler yakıtı püskürtürken aşağıdaki görevleri yaparlar; a) Püskürtme için gerekli olan basınca ulaşıncaya kadar yakıtı, yanma odasından uzak tutmak. Gerekli basınç oluşunca açılarak ani olarak püskürtmek. Püskürtme sonunda meme ucunda damla yapmadan yakıtı kesmek, b) Yakıtı atomize etmek; yakıtı istenilen damla büyüklüğünde püskürtmek, c) Yakıtı silindir içerisinde istenilen derinliğe püskürtmek, d) Yakıtı yanma odasının şekline uygun açıda püskürtmek, e) Yüksek basınçlara dayanmak, Yakıt pompasının bastığı yakıt, yüksek basınç boruları ile enjektöre iletilir. Enjektör içerisindeki kanaldan geçen yakıt, enjektör memesine gelir. Yay basıncının etkisi ile enjektör iğnesi meme deliğini kapadığından, püskürmenin başlayabilmesi için yakıt basıncının etkisi ile iğnenin yukarıya kalkarak deliği açması gerekmektedir. İğnenin konik yüzeyine etkiyen yakıt basıncının düşey bileşeni, yayın itme kuvvetini yendiğinde, meme deliği açılarak püskürtme başlamaktadır. Yakıt pompasının belirlediği miktarda yakıt püskürünce, enjeksiyon pompasından gelen yakıt akışı kesilir. Enjektör iğnesini yukarı kaldıran basınç ortadan kalkınca yayın etkisiyle iğne yerine oturarak püskürme işlemi son bulmaktadır. İkinci püskürtme işlemi yakıt pompasının enjektöre basınçlı yakıt göndermesi ile tekrar başlamış olur. Bu işlemler motor çalıştığı sürece devam etmektedir. Enjektörde çalışan parçaların yağlanması yakıt ile sağlanmakta olup özel bir yağlama devresi ve yağı yoktur. Yağlama görevini tamamlayan yakıt geri dönüş borusu ile depoya geri dönmektedir. 10