CNG için Motor Test Sonuçları

Motor test çalışmalarının devamında tıpkı benzin testlerinde olduğu gibi CNG testleri de gerçekleştirilmiş ve test sonuçları karşılaştırılmalı olarak aşağıda, bir önceki bölümde belirtilmiş olan 10 parametre için verilmiştir. Yine bu testlerde de belirli bir devir sayısı ve yükleme şartı için sistem kararlı halde iken alınan ölçümlerden yaklaşık olarak 240 kadar verinin ortalaması alınarak her bir ölçüm parametresinin değeri belirlenmiştir.

CNG kullanımındaki tork eğrileri Şekil 4.19’da gösterildiği gibi genel olarak benzin kullanımına benzer yapıda çıkmıştır. Küçük kelebek açıklıklarında yine pratik olmayan bir davranış söz konusudur. Büyük kelebek açıklıklarında motorun maksimum tork katalog değeri olan 2800 d/dak’daki CNG kullanımı için maksimum tork değerine ulaşılmıştır. Benzin ile karşılaştırıldığında ise; CNG’nin stokiyometrik karışım oranlarındaki H/C oranından kaynaklı enerji yoğunluğunun benzinden daha düşük olması ve volumetrik verim açısından benzinde volumetrik verimin yüksek olması nedeniyle, CNG’nin tork değerlerinde ortalama olarak yaklaşık %11 düşme olduğu görülmüştür. CNG’nin enerji yoğunluğu, benzinin %70’i ve motorinin %60’ı kadardır [70]. Tam kelebek açıklığındaki maksimum tork; motor kataloğunda 119 Nm (2800 d/dak), benzin testinde 115,7 Nm (2800 d/dak) ve CNG testinde ise 103,2 Nm (2800 d/dak) değerinde elde edilmiştir.

CNG kullanımındaki güç eğrileri de Şekil 4.20’de gösterildiği gibi genel olarak benzin kullanımına benzer yapıda çıkmıştır. Küçük kelebek açıklıklarındaki pratik olmayan durum dikkate alınmazsa, artan kelebek açıklığı ile güç artmaktadır. Tam kelebek açıklığına yaklaşıldıkça güç eğrileri birbirine yakın seyretmektedir. Bunun yanı sıra, tüm gaz kelebeği açıklıkları için gücün artan devir sayısı ile yaklaşık doğrusal arttığı görülmektedir. Benzin ile karşılaştırıldığında ise; torkta olduğu gibi CNG’deki güç, yaklaşık olarak %21 daha düşük gerçekleşmiştir. Tam yükteki güç eğrisinin doğrusal eğimi benzinde yaklaşık 0,0136 kW/d/dak iken CNG’de yaklaşık 0,0088 kW/d/dak olarak gerçekleşmiştir. CNG’deki gücün devirle artışı daha yatay yani daha yavaş olmaktadır. Tam yükteki mevcut CNG test eğrisi ile doğrusal extrapolasyon yapılırsa, 5700 d/dak’daki güç yaklaşık 51 kW olarak hesaplanmaktadır. Bu CNG güç değeri, benzin için motor katalog değeri olan 63 kW’dan %19 düşüktür.

Özgül yakıt sarfiyatı incelendiğinde (Şekil 4.21) kelebek açıklığı miktarının artışı ile azalamaktadır. Devir sayısı değişimi açısındanda incelendiğinde maksimum tork değeri civarlarında özgül yakıt sarfiyatı değeri minimum değerine ulaşır. Elde edilen özgül yakıt sarfiyatı değerleri benzin kullanımına göre daha düşük seviyededir.

Bu durumda CNG kullanımının fakir karışım oranlarında çalışma eğiliminin etkisi büyüktür.

Buji ateşlemeli motorlarda CNG kullanımı için efektif verim tam yük koşulları için %39’lar seviyesindedir. Testlerden elde edilen güç ve yakıt tüketimine bağlı olarak efektif verim hesaplanmıştır. Efektif verimin maksimum torkun elde edildiği 2800 d/dak’da maksimuma ulaştığı ve genel itibariyle de 36% seviyelerinde yer aldığı hesaplanmıştır.

Şekil 4.19. Gaz kelebeği açıklığına göre tork - devir grafiği

0

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Tork (Nm)

Şekil 4.20. Gaz kelebeği açıklığına göre güç - devir grafiği

Şekil 4.21. 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 değişimi Şekil 4.22’de gösterilmiştir. Emilen hava miktarı benzine göre daha düşük seviyelerdedir. Bu durumda CNG yakıtının gaz fazda olmasının etkisi büyüktür. Emme işlemi esnasında bu gaz fazdaki yakıt bir miktar emilen havanın yerini almaktadır. Devir sayısı artışı ile silindir içi egzoz gaz kalıntı miktarlarının artması, CNG yakıtının gaz fazda olması nedeniyle silindir içine emilen hava miktarına negatif yönde etki etmesi, devir sayısı artışı ile birlikte emme zamanı süresinin giderek kısalması nedenlerinden dolayı volumetrik verim dalgalı bir değişim göstermektedir. Tam yükteki volumetrik verim benzinde %80’in üstünde iken CNG’de %70-80 seviyelerindedir. CNG’deki volumetrik verimin benzine göre düşük olması, torkun da düşük olmasının sebepleri arasındadır.

Şekil 4.22. Gaz kelebeği açıklığına göre volumetrik verim - devir grafiği

Lambda devir değişimi incelendiğinde (Şekil 4.23) CNG, benzine göre daha fakir çalışmaktadır. Benzinde lambda 1,00 civarlarında iken CNG’de yaklaşık 1,10 ile 1,45 bandında değişmektedir. CNG’de tam yük şartlarına yaklaşıldıkça stokiometrik orana doğru bir yönelim olmaktadır.

0,0

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Volumetrik verim

CO2 ve CO değişimleri sırasıyla Şekil 4.24 ve Şekil 4.25’de gösterilmiştir.

Motorun maksimum tork devri olan 2800 d/dak civarında diğer devir sayılarına göre CO2 değerleri tüm yük şartları için minimum seviyelerdedir. CNG ve benzin için CO2

seviyeleri genel olarak birbirine yakın gerçekleşmiştir. Genel olarak artan devir sayısı ile kısmı eksik yanma ürünlerinden olan CO artmaktadır. Özellikle CNG’deki CO değerleri (en fazla %0,076) benzine (en fazla %6) göre çok düşük seviyelerdedir.

Şekil 4.23. Gaz kelebeği açıklığına göre lambda - devir grafiği

0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Lambda

Devir (d/dak)

CNG, Test

%100

%90

%80

%75

%70

%60

%50

%40

%30

%25

%20

%10

Şekil 4.24. Gaz kelebeği açıklığına göre CO2 - devir grafiği

Şekil 4.25. Gaz kelebeği açıklığına göre CO - devir grafiği

8,0

1500 2000 2500 3000 3500 4000

CO2 (%hacim)

1500 2000 2500 3000 3500 4000

CO (%hacim)

Birçok sebebe bağlı olarak oluşan HC’nin devir sayısı ile değişimi Şekil 4.26’da gösterilmiştir. CNG’de benzinden farklı olarak tam yüke doğru HC oluşumu kısmen de olsa azalmıştır. Ayrıca, CNG’de HC değerleri benzinden genel olarak yaklaşık %75 düşük gerçekleşmiştir ve bu durum önemli bir iyileşmedir. Bunun sebeplerinden birisi, CNG’nin gaz fazda silindir içerisine ulaşması sebebiyle daha iyi bir hava-yakıt karışımı ve yanmanın sağlanmasıdır. Benzindeki buharlaşma gecikmesi CNG için geçerli olmadığından, CNG’deki HC oluşumu daha düşük olmaktadır.

Ayrıca, CNG’nin yapısını daha çok CH4 gazı ve benzinin ana yapısını ise C8H18

oluşturmaktadır (H/C oranı açısından). CNG bünyesinde daha az miktarda HC oluşumuna neden olabilecek; parafin, olefin, aromatik, alkol, asetilen gibi bileşenler içermektedir.

Şekil 4.27’de NOx oluşumu gösterilmiştir. Benzine benzer şekilde tam yük şartlarına yaklaşıldıkça NOx oluşumu artmaktadır. Özellikle CNG’nin alev sıcaklığının benzine göre yüksek olması NOx miktarında bir miktar artışa neden olmuştur. Şekil 4.28’de verilen egzoz gazı sıcaklığı da CNG’de bir miktar yüksek ölçülmüştür.

Şekil 4.26. Gaz kelebeği açıklığına göre HC - devir grafiği

0

1500 2000 2500 3000 3500 4000

HC (ppm hacim)

Şekil 4.27. Gaz kelebeği açıklığına göre NOx - devir grafiği

Şekil 4.28. Gaz kelebeği açıklığına göre egzoz sıcaklığı- devir grafiği

0

1500 2000 2500 3000 3500 4000

NOx(ppm hacim)

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Egzoz sıcaklığı (K)