Çalışmanın içeriği; Benzinli motorlarda benzin etanol oranının yakıt ekonomisi ve emisyonlara etkisi Etanol karışımlarının motor performansına etkisi Cold- start etkisinin incelenmesi

Temiz , ucuz ve yenilenebilir alternatif yakıt kaynakları

otomotiv yakıt teknolojisinde yeni yollar açmıştır.

Fosil yakıtlara bağımlılıktan kurtulma ve çevreci yakıt arayışı alternatif yakıtların önünü açan en temel etkendir.

Diğer etkenler ise fosil yakıtların fiyatlarının artması ve kaynakların sınırlılığıdır. (1)

1. GİRİŞ

Bazı önemli alternatif yakıt kaynakları olarak Alkoller

Cng

Bitkisel yağ ve esterler

Biogas

Lpg

Hidrojen

2. Benzin ve etanolün temel özellikleri

Etil alkol ya da popüler ismiyle etanol ,yenilenebilir enerji

kaynaklarından üretilen ve içten yanmalı motor teknolojisinde çalışma sahası olan bir yakıttır.

Etanol 2 farklı yöntemle üretilir;

1. Sentetik Yöntem: Petrol ve bileşenlerinin kimyasal reaksiyonuyla üretilmesi şeklidir.

2. Fermantasyon Yöntemi: - Şeker ve nişasta içerikli ürünlerin fermastasyonu ile gerçekleştirilen üretim şeklidir.

Etanol

Yüksek gizli buharlaşma ısısı Yüksek oktan değeri (motorun sıkıştırma oranı arttırılabilir) Yüksek tutuşma sıcaklığının

Laminer yanma hızı fazladır, yanmada avantaj sağlar(2)

motor performansına olumlu etkileri vardır.

İçeriğindeki oksijen miktarı fosil yakıtların çevre üzerindeki negatif etkisini azaltmaktadır.

Yukarıda sayılan avantajları nedeniyle etanol katkılı benzin (düzeyleri değişen) gelecek vaat eden bir yakıt seçeneği haline gelmiştir.

Yakıt içerisindeki alkol miktarı mevcut motor teknolojisinde modifikasyonlar gerektirebilir. Geçmiş yıllarda görüldüğü kadarıyla % 5 ten fazla etanol ilavesinde sistemde değişiklik gerekir. (değişiklik şeklinden bahsetmemiş)

Farklı ülkelerin etanol üretimleri. (1)

Oksijenat, içerisinde karbon ,hidrojen ve oksijen bulunduran sıvı

halde bulunan bir kimyasal madde olarak tarif edilebilir.Bir oksijenat olan etanolün benzinle karışımı gayet kolaydır.

en content of ethanol blended fuels

ETHANOL AS AN OXYGENATE

Artan etanol konsantrasyonu ,karışımdaki oksijen

oranının artması demektir.

Karışımda hacimce %10 luk etanol bulunması oksijen oranı %3,3 arttırır.

Fakir karışım (LEAN OPERATION)

Hava yakıt oranının fakir karışım olması durumunda etanol karışımının

cold start, warm-up, hot operation ve gaz kelebeği tam açık çalışması

durumunda olumsuz etkisi vardır.

Özellikle motor karakteristiği fakir çalışmaya meyilli ise bu karışım etkisi

kendini dahada gösterecektir.Hatta uygun oranda olmayan karışım motora

zarar bile verebilir.

Etanol Karışımlarının Motor Performansına Etkisi

Sıcak çalışma bölgelerinde etanol karışımlı yakıtın uçuculuk

özelliği motorun davranışı üzerine oldukça etkilidir.

Etanol oranının artmasıyla artan uçuculuk özelliği buhar

kısılması (vapour lock) etkisiyle özellikle sıcak çalışma

bölgelerinde oldukça etkilidir.Yakıtın azalarak motora gitmesi

anlamına gelir. (2)

Bu durum motorun durmasına (engine stall) bile sebep olabilir.

Uçuculuk etkisi (VOLATILITY)

Teorik olarak oksijen oranının artması düşük enerji yoğunluğuna

sahip karışım oluşumuna neden olacağından yakıt tüketimi artar.

Kapalı döngü yakıt sisteminde (A/F) stokyometrik oranını

korumak için enjekte edilen yakıt miktarı artar.

Teorik olarak %10 ve %20 etanol içeren bir karışımda %3 ile %6

yakıt tüketimi artar.

Yakıt tüketimi

Su İçeriği – Korozyon Etkisi

Etanol karışımlı benzinli yakıtlarda mekanik parçalarda

korozyon tehlikesi vardır.(1)

Etanolün benzine göre suya ilgisi daha yüksektir sonuç olarak

karışımın su içeriği artar.

Etanol karışımları asidik olabilir ve yakıt hattı elemanlarına

zarar verebilir.

Ufak bir miktar suyun etanol(suda belli oranda çözünür) petrol

arasına karışması demek yakıtta faz ayrışmasına neden olur ki;

bu durum motor performansını olumsuz etkiler.(2)

Motor parametreleri

Bu çalışmada 4 silindirli çok noktadan enjeksiyonlu

Bharath Stage 3 ya da eşdeğeri ( Euro 3) normuna göre % 10 etanol ilaveli benzin üzerinde çalışmalar yapılmıştır.

Yapılan çalışmalarda CO %13

THC %19

NOX %16

CO2 %2

Yukarıdaki yüzdeler saf benzine göre değişimleri göstermektedir.

Test düzeneğinde yapılan testlerde WOT (wide open

throotle) E10 karışımları net bir azalma göstermektedir. Azalma üniform olmamakla beraber birlikte düşük hızlarda %1 , yüksek hızlarda %2 civarındadır. Torktaki azalma sistemin açık döngü çalışma modunda çalışmasından kaynaklanabilir.Yakıttaki fakirleşmeyi kompanze edememekten . Ayrıca ısıl değer olarak yaklaşık %3 daha azdır .

Dikkat çeken durum ise 3000 d/dk de E10 ‘da torktta artış görülmesidir. 1.4 motorda (peak torque band) mid range vuruntu görülmüştür.Bunu önlemek için ateşleme zamanı düşürülmüştür.Bu durum torkta azalmaya neden olmuştur.(E0 için )

Oysaki etanolde vuruntu gözlenmemiştir.

Etanol benzin karışımlarının cold start emisyonları üzerine olan etkisi incelenmiştir.

Soğuk çalışma (cold start ) esnasında ECU yakıt enjeksiyon miktarını soğutma suyu sıcaklığı ve içeri alınan hava sıcaklığına göre belirler. Deneyler sırasında bu iki parametreye özellikle dikkat edilmiştir.

Etanol içeriğinin artması yakıtı fakirleştirir ,%20 den fazla etanol ilavesi ile HC ve CO emisyonları kayda değer azalmıştır. Bununla birlikte %40 etanol ilavesi durmunda motor boşta çalışırken bile stabilizasyon görülmemiştir.

Cold start

Yapılan çalışmalar göstermiştir ki benzinli motorlarda

etanol için cold start emisyonları açısından en uygun %20

etanol ilavesidir bu oran %30 u geçmemelidir.

Benzinin RVP ( reid power pressure ) değeri

etanolünkinden yüksektir.RVP buharlaşmanın ölçüsüdür.

Kışın cold start durumunda yüksek rvp değeri yazın ise

düşük rvp değeri istenir.

Opel Astra MPFI ,Egr valfi olmayan bir araçta deneyler

yapılmıştır.Katalitik konventör kaldırılmış ve egzoz gazı

numuneleri MEGA-300 adı verilen sistemde analiz edilmiştir.

Cold start deneyleri sırasında deney düzeneğindeki 1,2,3,4 nolu

valfler kapatılmış sadece su ceketlerinde gezen soğutma suyu

sıcaklığı ölçülmüştür.

Emisyon konsantrasyonları iki farklı yolla

ölçülmüştür.(sonuçlardan emin olmak için).Emisyon prob

deliğine sokulan bir prob ile anlık ölçüm.Arkadaki torba ile ise

toplam emisyon değerleri ölçülmüştür. Anlık ölçümün integrali

alınarak sonuçlar doğrulanmıştır.

Açık döngü ECU kontrollü yakıt enjeksiyonun

yapıldığı soğuk çalışma modunda yakıt enjeksiyon

miktarı (E0 dan E40a ) hemen hemen aynıdır.Bu

durum içeri giren hava oranında E5,E10,E20,E30,E40

için sırasıyla %2,%4,%9,%14,%19 kadar fazla hava

girişi demektir. Dolayısıyla E40 ta yakıt hava

karışımı çok fakir motorda stabilizasyon

görülmemiştir. E20 karışımı ilk çalıştırmada zorluk

göstermemesinden ve daha düşük soğuk çalıştırma

emisyonlarına sahip olmasından dolayı daha

avantajlıdır.

Kaynaklar

(1) R. Muthu Shanmugam, N. Saravanan, L. Srinivasan, Viswanatha Hosur and S.

Sridhar, ‘’An Experimental Investigation on 1.4L MPFI Gasoline Engine to Study

its Performance, Emission and Compatibility with E10 Fuel’’, SAE ,2009

(2) Merkourios Gogos, Dimitrios Savvidis and John Triandafyllis, ‘’Ignition

Timing Impact on the Performance of an Old Technology Vehicle Fuelled by

Ethanol/Petrol Blends’’, SAE,2009

(3) Rong-Horng Chen , Li-Bin Chiang , Chung-Nan Chen , Ta-Hui Lin , ‘’Cold-

start emissions of an SI engine using ethanolegasoline blended

fuel’’,ELSEVIER,2011

(4) Timothy T. Maxwell and Jesse C. Jones, ‘’Alternative Fuels’’, SAE BOOK,

1995

(5) Richard L. Bechtold, ‘’Properties ,Storage,Dispencing and Vehicle Facility

Modifications, SAE BOOK, 1997

TEŞEKKÜRLER