Benzin için Motor Test Sonuçları

Saf benzin kullanımında torkun devir sayısı ve gaz kelebeği açıklığına göre değişimi Şekil 4.9’da çizilmiştir. Artan kelebek açıklığı genel anlamda torku artırmaktadır. Kelebek açıklığının torkun artışına katkısı, küçük açıklıklarda (%30’a kadar) daha fazla, büyük açıklıklarda (%40’dan sonra) daha azdır. Tork eğrileri, %30’a kadar olan küçük gaz kelebeği açıklıklarında ve %40’dan itibarenki açıklıklarda farklı davranış sergilemektedir. Büyük kelebek açıklıklarında artan devir sayısı ile kısmen artan tork 2800 d/dak civarında maksimum değere yükselmekte ve tekrar azalmaktadır. Bu tork eğrisi bilinen motor davranışı ile uyumludur. Özellikle, 2800 d/dak’da ve %100 kelebek açıklığında ölçülen 115,7 Nm değerindeki maksimum tork, Çizelge 4.1’de verilen motor katalog değeri olan 119 Nm ile uyumludur. Küçük kelebek açıklıklarında ise aslında motorun yüksek devirlere çıkması pratik değildir.

Dinamometre kontrolü ile motorun belirlenen yüksek devir sayılarında çalışması sağlanmıştır. Bu sebeple küçük kelebek açıklıklarına karşılık gelen yüksek devirlerdeki test sonuçları motorun pratik davranışını yansıtıcı değildir. Şekil 4.9’da görüldüğü gibi, küçük kelebek açıklıklarında artan devir sayısı ile torkun azaldığı ölçülmüştür. Bu davranış %30 kelebek açıklığından büyük değerlerde büyük kelebek açıklığı davranışına yaklaşmaktadır.

Gücün devir sayısı ve gaz kelebeği açıklığına göre değişimi Şekil 4.10’da çizilmiştir. Küçük kelebek açıklıklarındaki pratik olmayan durum dikkate alınmazsa, artan kelebek açıklığı genel anlamda gücü kısmen artırmaktadır. Büyük kelebek açıklıklarında gücün artan devir sayısı ile yaklaşık doğrusal arttığı görülmektedir. Tam kelebek açıklığına yaklaşıldıkça güç eğrileri birbirine yakın seyretmektedir. Güç eğrisi, tam yükte yaklaşık 0,0136 kW/d/dak’lık doğrusal bir eğimle değişmektedir.

Çizelge 4.1’de verilen motor katalog değeri olan 63 kW güç 5700 d/dak içindir. Test düzeneğindeki kısıtlardan dolayı motor testi en fazla 4000 d/dak’da yapılmıştır. Tam yükteki mevcut test eğrisi ile doğrusal ekstrapolasyon yapılırsa, 5700 d/dak’daki güç yaklaşık 70 kW olarak hesaplanmaktadır. Bu güç değeri motor katalog değeri olan 63 kW’dan yüksektir. Ancak, çok yüksek devirlerde güç-devir ilişkisi doğrusal olmayacağından, test ile katalog değerlerinin bu açıdan da uyumlu olduğu ve birbirinden çok uzak olmadığı söylenebilir.

Özgül yakıt sarfiyatının devir sayısı ve gaz kelebeği açıklığına göre değişimi Şekil 4.11’de çizilmiştir. Özgül yakıt sarfiyatı değerleri kelebek açıklığı miktarının artışı ile azalamaktadır. Tam kelebek açıklığında özgül sarfiyatı değeri minimum değerini almaktadır. Devir sayısı değişimi açısındanda incelendiğinde maksimum tork değerine ulaşılan 2800 d/dak devir sayısı civarlarında özgül yakıt sarfiyatı değeri minimum değerine ulaşmaktadır. Benzin kullanımında yakıt tüketimi ölçümleri hem hassas terazi ile hem de oval dişli tip yakıt debimetresi ile yapılmıştır. Ölçülen yakıt tüketimi değerleri ile ölçülen güç değerleri kullanılarak özgül yakıt sarfiyatı değerleri elde edilmiştir.

Buji ateşlemeli motorlarda benzin kullanımı için efektif verim değeri tam yük koşulları için %30’lar seviyesindedir ve yakıt tüketimi ile güç üretimi ortak olarak değerlendirildiğinde tüm devir sayıları için verimin yaklaşık %30 civarında seyrettiği gözlenmiştir. Efektif verimin maksimum torkun elde edildiği 2800 d/dak’da maksimuma ulaştığı belirlenmiştir ki bu noktada özgül yakıt sarfiyatının minimum seviyelerde ve motor torkunun maksimum seviyelerde olması bu durumu destekler niteliktedir.

Şekil 4.9. Gaz kelebeği açıklığına göre tork - devir grafiği

0

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Tork (Nm)

Şekil 4.10. Gaz kelebeği açıklığına göre güç - devir grafiği

Şekil 4.11. Gaz kelebeği açıklığına göre özgül yakıt sarfiyatı - devir grafiği

0

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Güç (kW)

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Özgül yakıt sarfiyatı (g/kWh)

Volumetrik verim (Şekil 4.12) ise, emme havası emilimindeki devir sayısına ve kelebek açıklığı artışına göre hafif dalgalı bir eğilim göstermektedir. Bunun nedeni devir sayısı artışı ile silindir içi egzoz gaz kalıntı miktarının artması, emme zamanı süresinin giderek kısalması ve hava emiş hızının yükselmesi nedeniyle kayıplar ve emme performansındaki değişim gösterilebilir. Tam gaz kelebeği açıklığına yaklaşıldıkça eğriler benzer davranış sergilemektedir.

Şekil 4.12. Gaz kelebeği açıklığına göre volumetrik verim - devir grafiği

Şekil 4.13’de verilen lambda-devir değişimine göre, tam yük şartlarına yaklaşıldıkça ve devir sayısı maksimum güç değerini verecek olan devir sayısı değerine yaklaştıkça zengin karışıma doğru bir yönelimin gerçekleştiği görülmektedir.

Genel itibariyle motorun lambda değeri stokiyometrik oran olan 1,00 değerine yakın seyretmektedir.

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Volumetrik verim

Şekil 4.13. Gaz kelebeği açıklığına göre lambda - devir grafiği

CO2 ve CO değişimlerinin bulunduğu Şekil 4.14 ve Şekil 4.15’deki eğriler genel olarak göstermektedir ki devir sayısı arttıkça; yanmanın kısmi eksik yanma olarak gerçekleşme eğilimi nedeniyle tam yük koşullarına yaklaştıkça CO2 miktarı azalmakta ve eksik yanma ürünü olan CO miktarı artmaktadır. Kısmi kelebek açıklıklarında ise kelebek açıklığının durumuna ve devir sayısına bağlı olarak değişik oluşum davranışları hem CO2 hem de CO için gözlenmektedir.

Yanmamış yakıt olan ve birçok farklı nedenden dolayı (lambda değeri, eksik yanma, motor geometrisine ait boşluklar, egzoz supabı kaçakları, supap bindirmesi, yanma odasındaki kalıntılar, motor yağı, vb. gibi) meydana gelen HC oluşumu Şekil 4.16’da çizilmiştir. Artan kelebek açıklığı genel olarak HC oluşumunu artırmaktadır.

Artan devir sayısı ise HC oluşumunu azaltmaktadır. Test sonuçlarındaki HC oluşumu, özellikle devir sayısı arttıkça standart bir buji ateşlemeli motor için oldukça düşük seviyelerde seyir etmektedir. Literatürde genel olarak HC değerinin tipik motorlar için ortalama 1000 ppm hacim olarak gerçekleştiği raporlanmıştır [67]. Test edilen motorda ise HC genel olarak 150-450 ppm aralığında değişmektedir. Test edilen motorun düşük HC emisyonunda, motorun silindir başına çift buji ateşleme sistemine

0,80

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Lambda

sahip olması da önem arz etmektedir. Çift buji ve sıralı ateşlemeden kaynalı alevin silindir içi yayılımı iyi olduğundan HC emisyonu düşük gerçekleşmiştir.

Şekil 4.14. Gaz kelebeği açıklığına göre CO2 - devir grafiği

Şekil 4.15. Gaz kelebeği açıklığına göre CO - devir grafiği

9,0

1500 2000 2500 3000 3500 4000

CO2 (%hacim)

1500 2000 2500 3000 3500 4000

CO (%hacim)

Şekil 4.16. Gaz kelebeği açıklığına göre HC - devir grafiği

Esas oluşum sebebi silindir içi sıcaklık seviyesi olan NOx (Şekil 4.17) oluşumu incelendiğinde, tam yüke yaklaşıldıkça NOx oluşumunun arttığı görülmektedir. Tam yük şartlarına yaklaşıldıkça ve devir sayısı artışına bağlı olarak silindir içi sıcaklıkların yükselmesi sebebiyle NOx oluşumu artmaktadır. Emme havasındaki artışla birlikte yanma odasındaki hava konsantrasyonu artmakta ve ortamda reaksiyona girebilecek O2 ve N2 artmakta, dolayısıyla NOx miktarında yükseliş meydana gelmektedir. Egzoz gazı sıcaklığı değişimi de (Şekil 4.18) bu durumu desteklemektedir.

100

1500 2000 2500 3000 3500 4000

HC (ppm hacim)

Şekil 4.17. Gaz kelebeği açıklığına göre NOx - devir grafiği

Şekil 4.18. Gaz kelebeği açıklığına göre egzoz gazı sıcaklığı- devir grafiği

100

1500 2000 2500 3000 3500 4000

NOx(ppm hacim)

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Egzoz sıcaklığı (K)