ÇİFT YAKIT ENJEKSİYONLU BUJİ ATEŞLEMELİ BİR MOTORDA LPG KULLANIM ORANININ PERFORMANS VE EMİSYON KARAKTERİSTİKLERİNE ETKİSİ

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dr. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ. Cilt 24, No 2, 265-273, 2009 ol 24, No 2, 265-273, 2009 ÇİFT YAKIT ENJEKSİYONLU BUJİ ATEŞLEMELİ BİR MOTORDA LPG KULLANIM ORANININ PERFORMANS E EMİSYON KARAKTERİSTİKLERİNE ETKİSİ Mtin GÜMÜŞ Makin Eğitimi Bölümü, Tknik Eğitim Fakültsi, Marmara Ünivrsitsi, 34722, Göztp, İstanul mgumus@marmara.du.tr (Gliş/Rcivd: 26.09.2008 ; Kaul/Accptd: 25.12.2008) ÖZET Bu çalışmada, nzin v LPG njksiyon sistmin sahip uji atşlmli ir motorda LPG kullanım oranının motor prformansı, misyonlar v yakıt konomisin olan tkisi inclnmiştir. Bu amaçla dört silindirli uji atşlmli motora sahip ir taşıt çift yakıt il çalışailck şkild modifiy dilmiştir. Çift yakıtlı çalışmada püskürtüln yakıt miktarları aynı ısıl dğrlrin ld dililmsin gör hsaplanmıştır. Dnylr taşıt dinamomtrsind, farklı LPG kullanım oranlarında (ısıl dğr olarak %0, %25, %50, %75, %100), sait dvird (3800 d/d) v dğişik motor yüklrind (%5, %30, %60, %90) grçklştirilmiştir. Dnylr tüm LPG kullanım oranlarında gzoz misyonları v yakıt konomisi açısından nzin gör olumlu sonuçlar vrmiştir. Motor prformansı açısından is yalnız %25 LPG kullanım oranında olumlu sonuçlar ld dilmiştir. Anahtar Klimlr: Altrnatif yakıtlar, çift yakıt, LPG, nzin, motor prformansı, misyonlar. THE EFFECT OF LPG USING RATIO ON PERFORMANCE AND EMISSION CHARACTERISTICS IN A SPARK IGNITION ENGINE WITH DUAL FUEL INJECTION ABSTRACT In this study, th ffct of LPG using ratio on ngin prformanc, missions and ful conomy in a spark ignition ngin with gasolin and LPG injction systms was invstigatd. For this purpos, a vhicl has four cylindr spark ignition ngin was modifid to al to oprat with dul ful. Amount of injction fuls wr calculatd to otain sam hat valu in th dul fuls opration. Exprimnts wr applid in th vhicl dynamomtr at diffrnt LPG using ratios (as hat valu 0%, 25%, 50%, 75%, 100%), constant rvolution (3800 d/d) and diffrnt load ratios (5%, 30%, 60%, 90%). Exprimnts gav affirmativ rsults with rgard to xhaust missions and ful conomy at all LPG using ratios. Howvr, positiv rsults wr only otaind at 25% LPG using ratio with rspct to ngin prformanc. Kywords: Altrnativ fuls, dual ful, LPG, gasolin, ngin prformanc, missions. 1. GİRİŞ (INTRODUCTION) Otomotiv sktöründki altrnatif nrji kaynağı arayışları sıvılaştırılmış ptrol gazının (LPG), insan yaşamında vazgçilmz ir önm sahip olan taşıtlarda altrnatif yakıt olarak kullanımını gündm gtirmiştir. Altrnatif yakıtların, mvcut tknolojid önmli ir yapısal dğişiklik grktirmdn, doğrudan kullanılailmlri trcih dilmlrindki n önmli faktörlrdndir. LPG nin u özlliğ sahip olmasıyla irlikt kolay ulunması, konomik olması, diğr yakıtlara gör gzoz misyonlarının düşük v oktan sayısının yüksk olması içtn yanmalı motorlarda altrnatif yakıt olarak kullanımını cazip hal gtirmktdir. LPG nin içtn yanmalı motorlarda kullanımına yönlik çok farklı yöntmlr dnnmkt v unlarla ilgili araştırmalar sürdürülmktdir. LPG nin nzin nzr özlliklri saysind, uji atşlmli motorlara sahip taşıtlarda önmli dğişikliklr grktirmdn kullanılailmktdir. Bu ndnl LPG il ilgili araştırmalar uji atşlmli motorlar

M. Gümüş Çift Yakıt Enjksiyonlu Buji Atşlmli Bir Motorda LPG Kullanım Oranının Prformans... üzrind yoğunlaşmıştır. Smith v arkadaşları (1997) tarafından yapılan çalışmada 1,4 litrlik ir motorda LPG v nzin yakıtları kullanarak misyon v vrimlilik akımından karşılaştırma yapılmıştır. LPG il çalışmada HC misyonlarının nzin gör daha düşük çıktığı, CO misyonunun is motor dvrin gör farklılıklar göstrdiği lirlnmiştir [1]. İçingür v Haksvr (1998), uji atşlmli ir motorda LPG yakıtın motor karaktristiklrin tkisini inclmişlrdir. LPG kullanımında motorun maksimum momnt v gzoz misyonu dğrlrinin nzinli motor dğrlrindn daha düşük olduğu lirlnmiştir [2]. Dinlr v Yücl (2003) iki farklı motorda LPG v nzinli çalışmanın motor prformansına tkilrini dnysl olarak inclmişlrdir. LPG il çalışmada nzinli çalışmaya gör motor momntind %1,5 v %8 azalma olmuştur [3]. Murillo v arkadaşlarının (2005) yapmış olduğu çalışmada uji atşlmli ir motorda LPG kullanımında nzinli çalışmaya gör önmli ir güç kayı olmaksızın özgül yakıt tüktimind, CO v HC misyonlarında önmli düşüşlr ld dilmiştir. NOx misyonunda is yükslm mydana glmiştir [4]. LPG nin nzin gör daha yüksk oktan sayısına sahip olması, uji atşlmli motorlarda daha yüksk sıkıştırma oranlarında kullanılailmsin olanak vrmktdir. Kim v Ba (2000) dört silindirli uji atşlmli motorda LPG v doğal gaz kullanımının dğişik çalışma koşullarında, 8,6:1 v 10,6:1 sıkıştırma oranında prformans v HC misyonlarına tkilrini inclmişlrdir. Yüksk sıkıştırma oranında fakir karışımla çalışma il hr iki yakıtta da motor vriminin arttığı, NOx v CO 2 misyonunun azaldığı v azı HC türlrind artma olduğunu tspit tmişlrdir [5]. Akaş v arkadaşları (2003) tarafından yapılan çalışmada LPG il çalışan uji il atşlmli ir motorun sıkıştırma oranı artırılarak özgül yakıt tüktimi v motor gücün tkilri araştırılmıştır. Sıkıştırma oranının 9,5:l dn 13:l artışıyla irlikt yakıt tüktimind ortalama %12 azalma, motor gücünd yaklaşık %7 artış ld dilmiştir [6]. Çlik v Balki (2007) tarafından yapılan çalışmada, tk silindirli ir motorun sıkıştırma oranı 5:1 dn 9:1 artırılmış v LPG il çalıştırılarak prformansını arttırma olanakları dnysl olarak araştırılmıştır. Sonuçlar; düşük güçlü motorlarda yüksk sıkıştırma oranında LPG kullanımının, motor prformansını önmli ölçüd arttırdığını v gzoz misyonlarını azalttığını göstrmktdir[7]. Sayın v arkadaşları (2005) tarafından yapılan çalışmada nzin v çift yakıt (%90 nzin+%10 LPG) kullanımının misyon v prformans paramtrlri üzrin tkisi inclnmiştir. Çift yakıtlı çalışma il özgül yakıt tüktimind %4, CO da %13, HC misyonlarında %5 azalma sağlanmıştır[8]. Ayrıca uji atşlmli motorlarda silindir içrisin dirkt yakıt püskürtm tknolojisinin glişmsiyl irlikt LPG nin sıvı fazda püskürtülmsiyl ilgili çalışmalar da yaygınlaşmıştır [9-12]. LPG dönüşümü yapılan ir taşıt, istndiğind LPG vya nzin il çalıştırılailmktdir. Ancak uzun ir sür park diln v ortam sıcaklığına ulaşan nzin njksiyonlu taşıt motorunun soğuk çalıştırılmasında, rgülatörd mydana gln uzlanma ndniyl LPG kullanımına hmn gçilmmkt, LPG rgülatörü çalışma sıcaklığına gln kadar ir müddt nzin il çalışma grkmktdir. Isınma sürsinin tamamlanmasından sonra nzin yakıtının kullanımından LPG yakıtının kullanımına dirkt gçiş yapılmaktadır. Bu dirkt gçiş snasında motorun yanma karaktristiğinin dğişmsi v motorun u dğişim uyum sağlamasında mydana gln gcikm motorda sarsıntılar oluşturailmktdir. Bu olumsuzlukların gidrilmsind kullanılan yöntmlrdn iri; nzin yakıtının kullanımından LPG yakıtının kullanımına gçişin kadmli yapılmasıdır. Yukarıda vriln litratür öztindn d görüldüğü gii, nzin yakıtının kullanımından LPG yakıtının kullanımına kadmli gçişi v farklı LPG kullanım oranlarının, motor prformansına v gzoz misyonlarına tkisini inclyn çalışmalara açık litratürd rastlanılmamıştır. Bundan dolayı u çalışmada, nzin yakıtının kullanımından LPG yakıtının kullanımına kadmli gçişi sağlayan sistml, farklı LPG kullanım oranlarının, motor prformansına v gzoz misyonlarına tkisi dnysl olarak inclnmiştir. Önclikl dnylrin uygulanması için dny aracına LPG dönüşüm sistmi montajı yapılmıştır. Taşıt motorunun LPG yakıtının kullanımına kadmli gçilmsi v çift yakıt kullanımını sağlayailmsi için dönüşüm sistminin donanımında v yazılımında grkli rvizyonlar yapılmıştır. Dnylr taşıt dinamomtrsi üzrind farklı motor yüklrind v ısıl dğr olarak farklı LPG kullanım oranlarında (%0LPG+- %100Bnzin, %25LPG+%75Bnzin, %50LPG+- %50Bnzin, %75LPG+%75Bnzin, %100LPG+- %0Bnzin) yakıt tüktiminin v gzoz misyonlarının ölçülmsiyl grçklştirilmiştir. 1.1. LPG Dönüşüm Sistmlri (LPG Convrsion Systms) Dünyada gnl olarak, LPG nin araçlarda kullanımının sağlanmasında sadc LPG yakıtı il çalışan araç ürtimindn ziyad araçların LPG sistmin dönüştürülmsi yoluna gidilmktdir. Araçlara LPG sistmlrinin montajı sadc azı özl parçaların sistm ilav dilmsiyl grçklştirilmktdir. Aracın mvcut yakıt v atşlm sistmi aynn muhafaza dilmktdir. Dönüşüm işlmind kullanılan malzmlr, dönüştürülck taşıtın sahip olduğu yakıt sistmin ağlı olarak dğişmktdir. Karüratörlü sistmlrd çok asit kipmanlar kullanılırkn, sıralı njksiyonlu sistmlrd lktronik kontrol ünitsi, njktör gii karmaşık kipmanlar kullanılmaktadır [13]. Çok noktalı LPG püskürtm sistmlrin sahip günümüz taşıt motorlarında püskürtm yöntmi olarak sıralı ksikli püskürtm yöntmi n yaygın yöntm olarak uygulanmaktadır [14]. 266 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dr. Cilt 24, No 2, 2009

Çift Yakıt Enjksiyonlu Buji Atşlmli Bir Motorda LPG Kullanım Oranının Prformans... M. Gümüş 2. MATERYAL E METOT (MATERİAL AND METHOD) 2.1. Dny Taşıtı v Motorunun Özlliklri (Exprimntal hicl and Engin Proprtis) Dnylrd 2000 modl Rnault Clio 1,4i RTA markalı taşıt kullanılmıştır. Dny taşıtının v taşıt üzrind ulunan motorun tknik özlliklri Talo 1 v 2 d vrilmiştir. Talo 1. Dny taşıtının tknik özlliklri (Tchnical proprtis of xprimntal vhicl) Marka v modl Rnault Clio, 1,4i, 2000 Nt ağırlık 960 kg Boyutlar 3773/1639/1428 mm Aktarma Öndn çkişli Şanzıman 5 ilri manül Dpo hacmi 50 dm 3 Talo 2. Dny motorunun tknik özlliklri (Tchnical proprtis of xprimntal ngin) Motor tipi Üsttn ksantrikli, 8 valflı Atşlm sırası 1-3-4-2 Silindir çapı 75,8 mm Silindir stroku 77 mm Piston süpürm hacmi 1390 cm 3 Sıkıştırma oranı 9,5:1 Soğutma sistmi Su soğutmalı Max. motor dvri 5950 d/d Max. motor gücü 55 kw (5500 d/d) Max. motor momnti 114 N.m (4250 d/d) Yakıt sistmi Enjksiyonlu Ortalama yakıt tüktimi 7,1 dm 3 /100 km 2.2. Egzoz Emisyonu Cihazı (Exhaust Emission Dvic) Egzoz misyonlarının (CO 2, CO, HC) ölçümünd BİLSA marka misyon cihazı kullanılmıştır. Cihazın CO 2, CO v HC için ölçüm aralığı sırasıyla % 0 20, % 0 10 v 0 10.000 ppm dir. Hata payları is sırasıyla ±0,01, ±0,01 v ±1 ppm dir. 2.3. Taşıt Tst Dinamomtrsi (hicl Tst Dynamomtr) Taşıt tstlri CARTEC marka LPS 2020 kodlu şasi dinamomtrsind yapılmıştır. Şasi dinamomtrsinin tknik özlliklri Talo 3 t vrilmiştir. Şkil 1 d dny ortamından ir görünüm vrilmiştir. Talo 3. Taşıt dinamomtrsinin tknik özlliklri (Tchnical proprtis of vhicl dynamomtr) Tknik Özlliklri Birim Dğr Maximum tst hızı Km/h 260 Kullanım sıcaklığı 0 C 0-50 Maximum frnlm gücü kw 260 Güç kaynağı AC / 400 Frkans Hz 50 Hava kaynağı Bar 7 Boyutlar m 3,27x1x0,65 Tamur çapı mm 320 Tamur gnişliği mm 490 Max. kaldırma kapasitsi t 2 Max. aks yükü t 3,5 Talo 4. Dny yakıtlarının özlliklri (Spcification of xprimntal fuls) Özlliklr Bnzin Propan Bütan Özgül Kütl (kg/m³) 765 509 585 Alt Isıl Dğr (MJ/kg) 44,04 46,34 45,56 Kaynama Noktası ( C) 30-225 -42-0,5 Tutuşma Noktası ( C) 257 510 490 Yanma Hızı (m/s) 0,35 0,4 0,4 Hava Yakıt Oranı 14,7 15,8 15,6 Tutuşma sınırları (Hacimsl %) 1,3-7,6 2,1-9,5 1,5-8,5 Araş. Oktan Sayısı 95 111 103 Motor Oktan Sayısı 85 97 89 2.5. Çalışmada Kullanılan Sıralı Yakıt Enjksiyon Sistmi (Squntial Ful Injction Systm Usd in This Study) Bu çalışmada, Üçyıldız Otomotiv firmasının ürtmkt olduğu oltran marka çok noktalı, sıralı LPG njksiyon sistmi kullanılmıştır. Sistm, ir rgülatör vasıtasıyla LPG yi sıvı haldn gaz halin dönüştürrk asıncını ayarlamakta v njktörlr vasıtasıyla mm manifolduna püskürtmktdir. Sistmdki LPG püskürtm sırası v zamanlaması, lktronik kontrol ünitsi (EKÜ) tarafından kumanda dilmktdir. Püs kürtm zamanlaması aracın orijinal kontrol ünitsinin nzin njksiyon zamanlamasından faydalanılarak lirlnmktdir. Şkil 2 d u çalışmada kullanılan oltran SGI sistminin şmatik yapısı göstrilmiştir. 2.4. Dny Yakıtlarının Özlliklri (Exprimntal Ful Proprtis) Bu çalışmada kullanılan LPG %50 propan (C 3 H 8 ) il %50 oranında Bütan (C 4 H 10 ) karışımından oluşmaktadır. Dnylrd kullanılan LPG (propan v ütan) v nzinin önmli özlliklri Talo 4 t vrilmiştir. Şkil 1. Dny ortamından ir görünüm (A viw of xprimntal surroundings) Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dr. Cilt 24, No 2, 2009 267

M. Gümüş Çift Yakıt Enjksiyonlu Buji Atşlmli Bir Motorda LPG Kullanım Oranının Prformans... Enjktörlr vriln lktriksl sinyallrl u sinyallr karşılık klnn mkanik davranışlar aynı olamamaktadır. Enjktörlrd açılma v kapanma gcikmlri oluşmaktadır. Bu durum gaz njktörlrind daha lirgin oluşmaktadır. Bu ndnl njktörlrin açma sinyallriyl disi arasındaki dğişim dnysl olarak lirlnmiştir. Bu dğişim njktörlrdn klndiği gii linr olmuştur. Motorda kullanılan nzin v LPG njktörlrinin sinyal sürlrin ağlı olarak ir ttiklmd püskürtüln yakıt miktarlarının dğişimi sırasıyla 1.LPG tankı, 2.Multivalf, 3.Rgülatör, 4.Elktrovalf, 5.LPG njksiyon hattı, 6.LPG njktörü, 7.Yakıt sçm anahtarı, 8.LPG EKÜ sü, 9. Bnzin njktörü, 10.Bnzin EKÜ sü, 11.Lamda snsörü, 12. Katalitik konvrtör, 13.Sıcaklık snsörü, 14.akum snsörü, 15.Basınç snsörü, 16. Hava filtrsi Şkil 2. Bu çalışmada kullanılan oltran SGI çok noktalı, sıralı LPG njksiyon sistmi (oltran SGI Multi point, squntial LPG injction systms usd in this study) 2.6. Dny Prosdürü (Procdur of Exprimnt) Taşıt motorunun nzin yakıtının kullanımından LPG yakıtının kullanımına kadmli gçişi yapılailmsi v çift yakıt kullanılmasının sağlanailmsi için dönüşüm sistminin donanımında v yazılımında grkli dğişikliklr yapılmıştır. Bu dğişikliklr üçyıldız otomotiv şirktinin dstğiyl yapılmıştır. Dönüşüm sistmi motorun işltm şartlarına ağlı olarak tüktiln nzin miktarını ölçmkt v tamamn LPG kullanımına gçn kadar nzin miktarında kadmli olarak azaltma yapmaktadır. Taşıt dinamomtrsind dnylr, sait dvird (4. vits, 3800 d/d) v farklı yük şartlarında grçklşti rilmiştir. Taşıt motoru maksimum momntin %90 ı oranında yüklnmiştir. Isıl dğr olarak LPG kullanım oranları %0 (%100 nzin), %25, %50, %75, %100 olmak üzr ş farklı dğrd ayarlanmıştır. Tüm LPG kullanım oranlarında %5, %30, %60 v %90 yük oranları için ölçümlr alınmıştır. Hr kadmdki yüklmd, yakıt tüktiminin lirlnmsi için njk törlrin açık kalma zamanları v gzoz misyonları (CO 2, CO v HC) ölçülmüştür. Özgül yakıt tüktimi, özgül nrji tüktimi v fktif vrim ölçüln paramtrlrdn yararlanarak hsaplanmıştır. Çalış manın diğr ölümlrind kullanılacak olan yakıt kullanım oranı ifadsind, yakıtların ısıl dğr oranları kastdilcktir. 2.7. Yakıt Tüktimi Ölçüm Mtodu (Mthod of Masurmnt of Ful Consumption) Bu çalışmada yakıt tüktimlrinin lirlnmsind nzin v LPG njktörlrinin püskürtm sürlrinin tspiti yöntmi kullanılmıştır. Bnzin v LPG njktörlrinin sait asınç altında püskürtm sürl rinin lirlnilmsi durumunda njktörlrin yakıt dilrinin tspiti mümkün olailmktdir. Dolayısı yla motorun yakıt tüktimi ütün njktörlrin yakıt dilrinin toplamıyla lirlnilmktdir. a t (1) a t (2) ampirik ağıntılarıyla lirlnmiştir. Enjktörlrin (1) v (2) nolu dnklml ifad diln linr davranışları dört njktörün ortalama dğrlriyl lirlnmiştir. Dny vrilrindn dnklmlrd lirtiln katsayıların ulunmasıyla dnklmlr 5,52t 3,287 (3) 1,77t 4,594 (4) şklini almıştır. Bu ampirik dnklmlrd; v ir ttiklmd püskürtüln nzin v LPG yakıt miktarlarını göstrmkt v irimilri cm çvrim 3 dir. t v t is ir ttiklmdki nzin v LPG yakıt püskürtm sürlridir irimlri is msdir. Enjktörlr uyarıldıklarından itiarn lirli ir gcikmyl açılırlar. LPG njktörlrinin açılma gcikmlri nzin njktörlrin gör daha yüksk olmaktadır v irirlrin gör farklılıklar göstrmktdirlr. Bu çalışmada kullanılan LPG njktörlrin açılma gcikmlri 3 ms olarak ayarlanmıştır. Bnzin njktörlrin açılma gcikmlri is 1 ms dir. 2.8. Yakıt Miktarlarının Blirlnmsi (Dtrmination of Ful Quantity) LPG kullanım miktarı, kullanılan nzin miktarına v nzind yapılan ksiltmy gör lirlnmktdir. Bnzin miktarının lirlnmsi için taşıt motoru %100 nzind çalışırkn njktörlrin açık kalma sürlrinin lirlnmsi grkmktdir. Bnzind yapılan ksiltmlr is %25, %50, %75 v %100 oranlarında olmak üzr dört kadmd yapılmıştır. Bnzin yakıtının kütlsl disi, yakıtın yoğunluğu v hacimsl disi cinsindn (5), s m şklind yazılailir. Motorun nzin yakıtının hacimsl disi, ir njktörün ir çvrimd 268 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dr. Cilt 24, No 2, 2009

Çift Yakıt Enjksiyonlu Buji Atşlmli Bir Motorda LPG Kullanım Oranının Prformans... M. Gümüş püskürttüğü hacimsl yakıt miktarının, durumunda ilinmsi n is (6) 60 ağıntısıyla ifad dililir. Bu ağıntıda s silindir sayısını (njktör sayısı), n motor dvrini göstrmktdir. i dört zamanlı motorlar için 0,5, iki zamanlı motorlar için 1 alınmaktadır. (6) nolu dnklmin (5) nolu dnklmd yrin konulmasında nzin yakıtının kütlsl disi n m, sis (7) 60 olarak ulunur. Enjktörün açık kalma sürsin ağlı olarak njktörün ir çvrimdki hacimsl disini vrn (1) nolu ampirik dnklmin kullanılmasıyla n m, sis at (8) 60 ağıntısı ulunur. Bu ağıntıdan njktör açık kalma sürsi çkilirs t 1 a 60m isn, s (9) ifadsi ld dilir. Bu ifadd, nzin ksiltm oranı olmak üzr m ) m (10), (1 şklind tanımlanan ksiltilmiş nzin yakıtının kullanılmasıyla, ksiltilmiş nzin miktarının tmini için nzin njktörünün açık kalma sürsi t, 1 a 60m, isn, s ağıntısıyla ulunur. (11) LPG kullanım miktarının tayini, prformans kayının önlnmsi amacıyla ksiltilmiş nzinin ısıl dğrin şdğr LPG miktarının lirlnmsiyl yapılmıştır. Buna gör m v m LH m LH (12) LH m (13) LH ifadlri yazılailir. Bu ağıntılarda (LH ) yakıtların alt ısıl dğrlrini göstrmktdir. LPG njktörünün açık kalma sürsinin lirlnilmsi için yakıtların kütlsl dilri, yakıtın yoğunluğu v hacimsl dilri cinsindn yazılacak olursa LH s LH (14), g, ifadsi ld dilir. Gazların yoğunluklarının sıcaklığa ağlı olarak yüksk oranda dğişmsindn dolayı u ağıntıdaki LPG yoğunluğu LPG yakıt hattının sıcaklığına ağlı olarak dğrlndirilmiştir. Bu dnklmdn LPG yakıtının hacimsl disi çkilrk LH, s (15), g LH ağıntısı ld dilir. Bu ağıntı njktörlrin ir çvrimd püskürttüklri hacimsl yakıt miktarları cinsindn ynidn LH, s (16), g LH şklind yazılailir. Bu ifad d ir çvrimd püskürtüln hacimsl yakıt miktarlarını vrn (1) v (2) nolu ampirik dnklmlrin kullanılmasıyla LPG njktörünün açık kalma sürsi t 1 a LH LH, s at (17), g şklind ulunur. LPG njktörünün açık kalma sürsi ilinmsi durumunda LPG yakıtının kütlsl disi (8) dnklmin nzr olarak n m, gis at (18) 60 ağıntısıyla ulunur. 2.9. Prformans Paramtrlrinin v Özgül Yakıt Maliytin Blirlnmsi (Dtrmination of Prformanc Paramtrs and Spcific Ful Cost) Efktif vrim, P (19) m LH m, LH Özgül yakıt tüktimi, m m 6, 3,6.10 (20) P Özgül nrji tüktimi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dr. Cilt 24, No 2, 2009 269

M. Gümüş Çift Yakıt Enjksiyonlu Buji Atşlmli Bir Motorda LPG Kullanım Oranının Prformans... m ( LH ) m ( LH ), 3600 (21) P ağıntılarıyla lirlnmiştir. Özgül yakıt maliyt is, M v M sırasıyla LPG v nzinin ir kilogramının YTL cinsindn maliyti olmak üzr m M m, M 3600 (22) P Efkt i f vr i m (%) 35 30 25 20 15 %100 Bnzin %75Bnzin+%25LPG %50Bnzin+%50LPG %25Bnzin+%75LPG ağıntısıyla lirlnmiştir. Bu ağıntılardaki dğişknlr (8), (10) v (18) dnklmlrinin kullanımıyla hr farklı dny koşulu için ayrı ayrı lirlnmiştir. 3. DENEYSEL SONUÇLAR E TARTIŞMA (EXPERIMENTAL RESULTS AND DISCUSSION) 3.1. Motor Prformansı (Engin Prformanc) Bnzin v LPG yakıtlarını irlikt v ayrı ayrı kullanailck şkild dönüşümü yapılmış dny aracında soğuk çalışma koşullarında, ısınma sürsinin tamamlanmasından sonra nzin yakıtının kulanımından LPG yakıtının kullanımına gçişin kadmli yapılması, motorun u dğişim uyum sağlamasını sağlamış v motorda mydana gln sarsıntılar hissdilmyck kadar azalmıştır. Prformans v misyon dnylri, taşıt dinamomtrsi üzrind farklı motor yüklrind v farklı LPG kullanım oranlarında (%0LPG+%100Bnzin, %25LPG+%75Bnzin, %50LPG+%50Bnzin, %75LPG+%75Bnzin, %100LPG+%0Bnzin) grçklştirilmiştir. Motor fktif vrimin motor yükün gör dğişimi Şkil 3 t göstrilmiştir. Motor fktif vrimi, motor yükünün artmasıyla artış göstrirkn LPG kullanım oranının artmasıyla azalma göstrmiştir. LPG kullanımında fktif vrimd mydana gln u azalmasının n önmli ndni olarak LPG kullanımında volumtrik vrimin azalması göstrililir[15]. Maksimum motor fktif vrimi yalnız nzin kullanımında 34,59 olarak ld dilmiştir. Yalnız LPG kullanımında %90 yüklm oranında, minimum motor fktif vrimi is 27,09 olarak ld dilmiştir. %25 LPG, %50 LPG, %75 LPG içrn karışımların v nin kulanımında motor fktif vrimind ortalama olarak sırasıyla %2, %14,1 %12,2 v %18,2 azalma mydana glmiştir. %25 LPG oranına sahip karışımın kullanımında motor fktif vrimind çok düşük ir azalma mydana glmiştir. Düşük LPG kullanım oranlarında, LPG kullanımıyla karışımın daha homojn olması yanma vrimini artırmakta v LPG 10 Şkil 3. Efktif vrimin motor yükün gör dğişimi (ariation of rak thrmal fficincy with rspct to ngin load) kullanımından kaynaklanan volumtrik vrimdki ufak azalmanın tkisi tlafi dililmktdir. Özgül yakıt tüktiminin motor yükün gör dğişimi Şkil 4 t göstrilmiştir. Özgül yakıt tüktimi, motor yükünün artmasıyla gnl olarak azalmıştır. %25 LPG oranına sahip karışımın kullanımında özgül yakıt tüktimi minimum olmuştur. LPG nin ısıl dğrinin yüksk olması v yanma vrimi üzrindki olumlu tkisi u sonucun oluşumunda n lirgin faktörlrdir. Bundan sonraki LPG kullanım oranının artmasında is özgül yakıt tüktimi gnl olarak artma göstrmiştir. Düşük yüklrd maksimum yakıt tüktimini %50 nzin %50 LPG karışımı göstrirkn, yüksk yüklrd is yakıtı göstrmiştir. %25 LPG içrn karışımın kullanımında özgül yakıt tüktimind ortalama olarak %7,1 azalma mydana glmiştir. %50 LPG, %75 LPG içrn karışımların v nin kullanımında özgül yakıt tüktimind ortalama olarak sırasıyla %7,3, %0,4 v %1,8 artma mydana glmiştir. Özgül yakıt tüktimi (g/(kw h)) 700 600 500 400 300 200 %100 Bnzin %75Bnzin+%25LPG %50Bnzin+%50LPG %25Bnzin+%75LPG Şkil 4.Özgül yakıt tüktiminin motor yükün gör dğişimi (ariation of rak spcific ful consumption with rspct to ngin load) 270 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dr. Cilt 24, No 2, 2009

Çift Yakıt Enjksiyonlu Buji Atşlmli Bir Motorda LPG Kullanım Oranının Prformans... M. Gümüş Şkil 5 t özgül nrji tüktiminin motor yükün gör dğişimi göstrilmiştir. Özgül nrji tüktimi, ir saat oyunca ir kilowatt güç ürtmk için motora girmsi grkn nrji miktarını göstrmktdir. Yakıtın disini v ısıl dğrini ir arada dğrlndirmsindn dolayı fktif vriml karşılaştırılailck önmli ir paramtrdir[16]. Bu çalışmada, karışımların hm dilri hm d ısıl dğrlri farklı olmasından dolayı karşılaştırmanın özgül yakıt tüktimi yrin özgül nrji tüktimin gör yapılması, daha anlamlıdır. CO2 (%) 15 12 9 6 %100 Bnzin %75Bnzin+%25LPG %50Bnzin+%50LPG %25Bnzin+%75LPG Özgül nrji tüktimi (MJ/(kW h) 30 26 22 18 14 10 %100 Bnzin %75Bnzin+%25LPG %50Bnzin+%50LPG %25Bnzin+%75LPG Şkil 5.Özgül nrji tüktiminin motor yükün gör dğişimi (ariation of rak spcific nrgy consumption with rspct to ngin load) Şkil 5 t görüldüğü üzr özgül nrji tüktimi özgül yakıt tüktimiyl nzr ğilim göstrmiş ancak ğrilr arasındaki açıklıklar lirginlşmiştir. %25 LPG içrn karışımın kullanımında özgül nrji tüktimind ortalama olarak %6,2 azalma mydana glmiştir. %50 LPG, %75 LPG içrn karışımların v %100 LPG nin kullanımında özgül nrji tüktimind ortalama olarak sırasıyla %9,7, %3,7 v %6,3 artma mydana glmiştir. %25 LPG oranına sahip karışımın kullanımında özgül nrji tüktimi minimum olmuştur. Ancak LPG nin ısıl dğrinin yüksk olmasından dolayı özgül nrji tüktimin gör nzinl olan fark azalmıştır. Özgül yakıt tüktimin nzr olarak, düşük yüklrd maksimum nrji tüktimini %50 nzin %50 LPG karışımı göstrirkn, yüksk yüklrd is yakıtı göstrmiştir. 3 0 Şkil 6. CO 2 misyonlarının motor yükün gör dğişimi (ariation of CO 2 missions with rspct to ngin load) Karondioksit misyonlarının sra tkisiyl kürsl ısınmaya ndn olması ndniyl, karondioksit misyonlarının oluşumunu sağlayan karon atomlarının kullanılan yakıt içrisind olmaması vya düşük oranda olması istnmktdir. LPG yakıtının karon hidrojn oranı nzindki orana gör daha az olması karondioksit misyonlarının azalmasını sağlamaktadır[3]. Karondioksit misyonlarının motor yükün gör dğişimi Şkil 6 da göstrilmiştir. Motor yükünün artmasıyla irlikt karondioksit misyonları, hava yakıt karışım disinin artmasından dolayı artmaktadır. LPG kullanım oranın artmasıyla is karondioksit misyonları azalmaktadır. %25 LPG, %50 LPG, %75 LPG içrn karışımların v %100 LPG nin kullanımında karondioksit misyonlarında ortalama olarak sırasıyla %11,9, %22,6 %23,9 v %33,9 azalma mydana glmiştir. Karonmonoksit misyonlarının motor yükün gör dğişimi Şkil 7 d göstrilmiştir. Şkild görüldüğü gii LPG kullanım oranının artmasıyla karonmonoksit misyonları azalmaktadır. Bunun ndni, LPG yakıtının karon hidrojn oranın düşük olması v gaz fazındaki LPG nin havayla homojn ir şkild karışarak vrimli yanmasıdır. %25 LPG, %50 LPG, %75 LPG içrn karışımların v nin kullanımında karonmonoksit misyonlarında ortalama olarak sırasıyla %26,8 %26,2 %40,7 v %53,3 azalma mydana glmiştir. Egzoz gazları içrisindki hidrokaronun ulunması, 1,4 1,2 1 %100 Bnzin %75Bnzin+%25LPG %50Bnzin+%50LPG %25Bnzin+%75LPG 3.2. Egzoz Emisyonları (Exhaust Emissions) CO (%) 0,8 0,6 0,4 0,2 Şkil 7. CO misyonunun motor yükün gör dğişimi (ariation of CO missions with rspct to ngin load) Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dr. Cilt 24, No 2, 2009 271

M. Gümüş Çift Yakıt Enjksiyonlu Buji Atşlmli Bir Motorda LPG Kullanım Oranının Prformans... yakıtın tam olarak yakılamadığını göstrir. Hidrokaron oluşumunun ana ndni sıcaklıkların yada oksijnin ytrsiz olması vya karışımın homojn karışmaması sonucu yanmanın tamamlanamamasıdır [17]. Şkil 8 d hidrokaron misyonlarının motor yükün gör dğişimi göstrilmiştir. Şkild görüldüğü gii LPG kullanım oranının artmasıyla hidrokaron misyonları azalmaktadır. HC (ppm) 500 400 300 200 100 0 %100 Bnzin %75Bnzin+%25LPG %50Bnzin+%50LPG %25Bnzin+%75LPG Şkil 8. HC misyonunun motor yükün gör dğişimi (ariation of HC missions with rspct to ngin load) LPG kullanımının artışıyla karışımın daha homojn hal glmsindn dolayı yanma iyilşmkt v HC misyonunda azalma mydana glmktdir. Motor yükünün artmasıyla irlikt hidrokaron misyonları, karışımın znginlşmsindn dolayı artmaktadır. %25 LPG, %50 LPG, %75 LPG içrn karışımların v nin kullanımında hidrokaron misyonlarında ortalama olarak sırasıyla %27,7 %41,4 %53,1 v %72,6 azalma mydana glmiştir. 3.3. Yakıt Ekonomisi (Ful Economy) LPG yakıtının içtn yanmalı motorlarda altrnatif yakıt olarak kullanım ndnlrindn irisi d yakıt konomisi sağlamasıdır. LPG yakıtı dünya gnlind nzin yakıtından daha ucuz olarak arz dilmktdir. Şkil 9 da özgül yakıt maliytinin motor yükün gör dğişimi göstrilmiştir. Özgül yakıt maliyti, ir saat oyunca ir kilowatt güç ürtmk için kullanılan yakıtın YTL cinsindn maliytini göstrmktdir. (22) nolu ağıntıyla tanımlanan özgül yakıt maliyti, yakıtın motorda kullanım vrimliğini v maliytini ir arada dğrlndirmsindn dolayı önmli ir paramtrdir. Şkil 9 da görüldüğü üzr özgül yakıt maliyti, özgül yakıt v özgül nrji tüktimlriyl nzr trnd göstrmktdir. Bu dğişimlrin lirlnmsind nzin v LPG yakıtlarının ir kilogram fiyatları sırasıyla 4,43 v 3,35 YTL olarak alınmıştır. LPG nin daha ucuz olmasından dolayı LPG nin kullanım oranının artmasıyla irlikt özgül yakıt maliyti gnl olarak azalmaktadır. %25 LPG, %50 LPG, %75 LPG, içrn karışımların v nin kullanımında Özgül yakıt maliyti (YTL/(kW h)) özgül yakıt maliytind sırasıyla %12,8, %5,8, %18, %23 azalma sağlanmaktadır. %50 LPG içrn karışımın sağladığı yakıt konomisinin düşük olmasının si u karışımın kullanımında motor fktif vriminin düşük olmasıdır. 4. SONUÇLAR (CONCLUSIONS) Bu çalışmada, nzin yakıtının kullanımından LPG yakıtının kullanımına kadmli gçişi sağlayan sistml farklı LPG kullanım oranlarının, motor prformansına, gzoz misyonlarına v yakıt konomisin tkisi dnysl olarak inclnmiştir. Taşıt motorunun syir halind nzin yakıtının kullanımından LPG yakıtının kullanımına kadmli gçişi, motorda mydana gln sarsıntıları hissdilmyck kadar azaltmıştır. Motor dinamomtrsind farklı yüklrd yapılan dnylrd, tüm LPG kullanım oranlarında gzoz misyonları v yakıt konomisi açısından nzin gör olumlu sonuçlar ld dilmiştir. Egzoz misyonları v yakıt konomisi açısından n uygun sonuçlar kullanımında ld dilmiştir. nin kullanımında karondioksit, karonmonoksit v hidrokaron misyonlarında ortalama olarak sırasıyla %33,9, %53,3 v %72,6 azalma mydana glmiştir. Özgül yakıt maliytind is %23 azalma sağlanmıştır. Motor prformansı açısından is yalnız %25 LPG kullanım oranında olumlu sonuçlar ld dilmiştir. %25 LPG içrn karışımın kullanımında motor fktif vrimi muhafaza dilirkn özgül yakıt v nrji tüktimind ortalama olarak sırasıyla %7,1 v %6,2 azalma mydana glmiştir. SEMBOLLER (NOMENCLATURE) a 3 2,5 2 1,5 1 0,5 = sait %100 Bnzin %75Bnzin+%25LPG %50Bnzin+%50LPG %25Bnzin+%75LPG Şkil 9. Özgül yakıt maliytinin motor yükün gör dğişimi (ariation of spcific ful cost with rspct to ngin load) 272 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dr. Cilt 24, No 2, 2009

Çift Yakıt Enjksiyonlu Buji Atşlmli Bir Motorda LPG Kullanım Oranının Prformans... M. Gümüş = sait, özgül yakıt tüktimi (g/kw h) = özgül nrji tüktimi (kj/kw h) LH = alt ısıl dğr (kj/kmol) m = yakıtın kütlsl disi (kg/s) n = motor dvri (d/d) P = motor fktif gücü (kw) s = silindir sayısı t = njktör açılma sürsi (duty cycl) (s) = ir çvrimd njktördn püskürtüln hacimsl yakıt miktarı (m 3 /çvrim) = hacimsl di (m 3 /s) = özgül yakıt maliyti (YTL/kg) M Yunan Harflri (Grk Lttrs) = fktif vrim = özgül yakıt maliyti (YTL/kW h) = nzin ksiltm oranı = yoğunluk (kg/m 3 ) Alt indislr (Suscripts) s Kısaltmalar (Arviations) LPG CO 2 CO HC LH = nzin = fktif, ksiltilmiş nzin = LPG yakıtı = sıvı = sıvılaştırılmış ptrol gazı = karondioksit = karonmonoksit = hidrokaron = alt ısıl dğr (lowr hating valu) TEŞEKKÜR (ACKNOWLEDGEMENTS) Yazar, u çalışmanın grçklştirilmsind hr türlü dstği vrn OLTRAN-ÜÇYILDIZ otomotiv şirktin tşkkür dr. KAYNAKLAR (REFERENCES) 1. Smith, W. J., Timony, D. J. v Lynch, D.P., Emissions and Efficincy Comparison of Gasolin and LPG Fuls in a 1.4 litr Passngr Car Engin, SAE Papr, 972970, 1997. 2. İçingür, Y., v Haksvr, R., Using of LPG for Intrnal Comustion Engins-Exprimntal Analysis of Its Effcts on Prformanc and Emission, Journal of Polytchnic, Cilt 1, No 3-4, 69-76, 1998. 3. Dinlr, N., v Yücl, N., Altrnatif Yakıt Olarak LPG Kullanan İki Motorun Prformansının Dnysl İnclnmsi, LPG v CNG Uygulamaları Smpozyumu, TMMOB Makin Mühndislri Odası, Ankara, 93 100, 2003. 4. Murillo, S., Míguz, J.L., Portiro, J., Lopz, G.L.M., Granada, E. v Morán, J.C., LPG: Pollutant Emission and Prformanc Enhancmnt for Spark-Ignition Four Stroks Outoard Engins, Applid Thrmal Enginring, Cilt 25, No13, 1882-1893, 2005. 5. Kim, C.U. v Ba, C.S., Spcatd Hydrocaron Emissions from A Gas-Fulld Spark-Ignition Engin with arious Oprating Paramtrs, Journal of Automoil Enginring, Cilt 214, No 7, 795-808, 2000. 6. Akaş, A., Skmn, Y. v Erduranlı, P., Sıkıştırma Oranı Artışının LPG il Çalışan Buji il Atşlmli Taşıt Motorunun Gücü v Yakıt Ekonomisin Etkisi, Makina Tasarım v İmalat Drgisi, Cilt 5, No 1, 29-34, 2003. 7. Çlik, M.B. v Balki, M.K., Düşük Güçlü Bir Motorda Farklı Sıkıştırma Oranlarında LPG Kullanımının Prformans v Emisyonlara Etkisi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dr., Cilt 22, No 1, 81-86, 2007. 8. Sayın, C., Çanakçı, M., Kılıçaslan, İ. v Özszn N., Çift Yakıt (Bnzin+Lpg) Kullanımının Motor Prformansı v Emisyonlar Üzrin Etkisinin Dnysl Analizi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dr., Cilt 20, No 4, 483-490, 2005. 9. Sirns, R., Exprimntal and Thortical Study of Liquid LPG Injction, SAE Papr, 922363, 1992. 10. Sim, H., L, K., Chung, N. v Sunwoo, M., A study on th injction charactristics of a liquid-phas liqufid ptrolum gas injctor for air ful ratio control, Proc. IMchE Part D: J. Automoil Enginring, Cilt 219, 1037-1046, 2005. 11. Kwak, H., Myung, C.L., v Park, S., Exprimntal invstigation on th tim rsolvd THC mission charactristics of liquid phas LPG injction (LPLi) ngin during cold start, Ful, Cilt 86, 1475 1482, 2007. 12. Yoong, A.P.F. v Watkins, A.P., Modlling of liqufid ptrolum gas spray dvlopmnt, vaporation and comustion, IMchE: Int. J. Engin Rs., Cilt 5, No 6, 469-497, 2004. 13. Karamangil, M.I., Dvlopmnt of th Autogas and LPG-powrd hicl Sctor in Turky: A Statistical Cas Study of th Sctor for Bursa, Enrgy Policy, Cilt 35, 640 649, 2007. 14. oltran Altrnativ Ful Systms, oltran Installation Manual, Istanul, 1-49, 2007. 15. L, D., Cho, S., L, B., Ko, Sil., Park, J. v Choi, J., Enhancmnt of volumtric fficincy in a gasous LPG injction ngin, Th 13 th Intrnational Pacific Confrnc on Automotiv Enginring, 2006. 16. Puhan, S., daraman, N., Rama, B..B., Sankarnarayanan, G. v Jychandran, K., Mahua oil (Madhuca Indica sd oil) mthyl str as iodisl-prparation and mission charactrstics, Biomass and Bionrgy. 17. Kodah, Z. v Soliman, S., Comustion in a Spark Ignition Engin, Applid Enrgy, Cilt 66, 237-250, 2000. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dr. Cilt 24, No 2, 2009 273