Đçten yanmalı motorlarda fosil kökenli yakıtların kullanımı ve tam yanmanın gerçekleşmemesi nedeni ile egzoz emisyonlarında kirleticiler bulunur. Bu kirleticiler vasıtasıyla zehirli gazlar ve partiküller atmosfere karışarak insanlara ve çevreye zarar verirler. Başta büyük yerleşim birimleri olmak üzere hava kirliliğinin ana kaynağını taşıtlar oluşturmaktadır. Taşıtlardaki kirletici emisyonun en büyük kaynağı motor içinde, yanma sonucu oluşan egzoz gazlarıdır. Hidrokarbon emisyonunun (HC) yaklaşık % 60’ı ve karbon monoksit (CO), azot oksitler (NOx), kükürt dioksit (SO2), partiküller (is) ve kurşun bileşiklerinin (Pb) tümü yanma sonucu oluşmakta, egzoz gazları ile atmosfere atılmaktadır [9,88,97].
Motor cinsine bağlı olarak dizel motorlarında CO ve HC üretiminin benzin motorlarına göre daha düşük düzeyde olduğu, buna karşın dizel motorları tarafından üretilen kirletici bileşenlerin esas kaynağının partiküller ve NOx’ler olduğu bilinmektedir. Argon ve karbon dioksit gazlarının yanı sıra insan tarafından meydana getirilen CO, NOx, HC, SO2 vb. gibi birçok arzu edilmeyen gaz vardır. Havada bulunması istenmeyen bu gazlara “havayı kirleten kimyasal maddeler” adı verilir [70,82]. Otomobiller tarafından üretilen ve havayı kirleten maddeler otomobil yakıtının (benzin veya motorin) yanması veya buharlaşması neticesinde ortaya çıkarlar. En çok görülen kirleticilerin bazı özellikleri aşağıda verilmiştir.
3.3.1. Hidrokarbonlar (HC)
Hidrokarbonlar havada çoğunlukla volkanlar, orman yangınları, kömür yanması ve otomobil egzozundan oluşur. Dizel motorlarda yakıtın eksik yanması sonucu meydana gelirler. HC’lerin oluşmasının ana nedeni sıcaklığın veya oksijenin yetersiz kalmasıdır. Yani hava fazlalık katsayısı (HFK)<1 ise yanma tamamlanmamakta ve HC meydana gelmektedir [97].
Genel olarak motorlarda HC oluşumunun büyük kısmı motorun ilk hareketi sırasında soğuk çalışma şartlarında ortaya çıkmaktadır. Dizel motorlarında egzoz emisyonlarındaki HC miktarı motorun çalışma şartlarından özelliklede motor yükünden fazlasıyla etkilenmektedir. Tam yükte çalışan motor boşta veya kısmi yükte çalışan motora göre daha az HC üretir. Çünkü yükün artışı ile birlikte silindire giren yakıt miktarı artmakta, sıcaklıkların artması ile reaksiyon hızlanmakta ve sonuçta yanmamış HC azalmaktadır. Ayrıca motorun yakıt harcaması arttığı zaman HC emisyonlarında artma görülmektedir. Yağlama yağının silindir cidarlarında oluşturduğu ince film tabakasının yanması sonucunda da HC emisyonu artmaktadır.
3.3.2. Karbon monoksit (CO)
Egzoz emisyonunda CO bulunmasının ana nedeni O2’nin yetersiz olmasıdır. 1kg dizel yakıtın tam yanması için yaklaşık 14.5 kg hava gereklidir. Eğer HFK < 1 ise yani yakıt-hava karışımı içinde gerekenden daha az hava var ise yanma yetersiz O2
ortamı içinde olacak ve yakıtın karbonunun tümü CO2’ye dönüşemiyerek CO olarak kalacaktır. Motorda silindir içinin bütünü ele alındığında oksijen genel olarak yetersiz olabileceği gibi karışımın tam homojen olmaması durumunda da silindir içinde belirli bir konumda bölgesel olarak da yetersiz olabilir [4,98].
Motor silindirlerinde CO oluşmasının sebeplerinden biri de ‘ayrışma’ ya da ‘disosiasyon’ olayıdır. Yüksek yanma sıcaklıklarında yanma ürünleri olan CO2 ve H2O parçalanarak element durumuna dönüşürler ve bu dönüşme sırasında ısı emerler. 1800 0C’nin üzerindeki sıcaklıklarda disosiasyon ve ardından CO oluşumu başlar.
Düşük yüklerde sıcaklık seviyelerinin çok düşük olması nedeni ile CO oksidasyonunu sağlayan reaksiyonlar gerçekleşmemektedir. Yükün artması ve buna bağlı olarak HFK azalması durumunda ise oksijen miktarının ve reaksiyonlar için gerekli sürenin azalması sonucu CO konsantrasyonu artış gösterir.
3.3.3. Azot oksitler (NOX)
Normal şartlarda havanın içindeki azot (N2) yanma sonucu reaksiyona girmez. Ancak motor içindeki yanma esnasında ulaşılan yüksek sıcaklıklarda havanın içindeki azot oksijen ile reaksiyona girerek azot oksitleri meydana getirir. Egzoz gazları içinde bulunan NOx gazlarının % 95’i Nitrik oksittir (NO).
Yanma esnasında meydana gelen NOx konsantrasyonu üzerinde iki faktörün ağırlıklı etkisi bilinmektedir. Bunlar yanma odasında ulaşılan maksimum sıcaklık ve hava-yakıt oranıdır. Bu sebeple NOx gazlarını azaltmanın en etkili yolu yanma odası içindeki sıcaklığın 1800 0C’ye ulaşmasını önlemek veya yüksek sıcaklıklarda kalınan süreyi mümkün olduğunca kısa tutmaktır [99].
Azot oksit oluşumunu etkileyen diğer bir faktör de HFK’dır. HFK=1.1 civarında bulunduğunda en yüksek düzeyde azot oksit meydana gelir. Bu değer arttıkça silindir içi sıcaklık reaksiyona giren gaz miktarının azalması ile düşer ve NOx emisyonlarında hızlı bir azalma gözlenir.
NOx emisyonu büyük ölçüde motor tipine ve motor yükünede bağlıdır. Kaynaklarda biyodizel ile çalışma durumunda NOx emisyonu oluşumuyla ilgili iki farklı görüş ileri sürülmektedir. Birincisi, biyodizelin yanması esnasında yakıtın oksijen içeriğinden dolayı yanma sıcaklığının artmasına bağlı olarak NOx emisyonunda artma meydana geldiğidir [50,93,96,98,100]. Đkinci görüşe göre de yapısında bulunan oksijenin tutuşma gecikmesi süresini kısaltması ve biriken yakıtın az olması sebebiyle maksimum sıcaklığın düştüğü ayrıca ön karışım bölgesinde tutuşan yakıt miktarının azalmasına ve pik basıncın düşmesine neden olduğu, bununda ortalama NOx emisyonunu azalttığı ifade edilmektedir [96,101,102].
Azot oksitler atmosferde bulunan su ile birleşerek nitrik asidi oluştururlar bu da atmosferde asit yağmurlarına sebep olur. Benzer şekilde akciğerde bulunan su buharı ilede birleşerek insan vücudunda nitrik asit oluşumuna sebep olurlar.
3.3.4. Đs (Duman) Emisyonu
Đçten yanmalı motorlar tarafından üretilen katı taneciklerin büyük bir bölümünü is oluşturmaktadır. Đs yanmamış karbon partikülleridir. Dizel motorda silindir içinde bulunan yakıt damlasının içindeki H2 molekülleri, hızlı bir şekilde reaksiyona girmekte ve geriye kalan C yeterli O2 bulamadığından yanamayarak is partikülleri halinde dışarı atılmaktadır [97]. Đs oluşumunun temel nedeni dizel yakıtın silindir içinde yeterli hava bulamaması veya zamanında hızla hava ile karışamaması ve buharlaşamamasıdır. Bu yüzden dizel motorları her zaman tam yanma için gerekenden daha fazla hava ile çalıştırılırlar. Hava miktarı genellikle 1 kg yakıt için 20 kg’ın altına düşürülmez.
Bitkisel yağ biyodizel haline getirildiğinde bir çok özelliği dizel yakıt özelliklerine yaklaşmaktadır. Ancak yoğunluğu dizel yakıtınkinden genellikle biraz daha yüksek kalmaktadır [78,96,101]. Bazı kaynaklarda biyodizelin motor moment ve gücünde hafif artışa sebebiyet verdiği ve bunun biyodizelin yapısında bulunan oksijenin zengin alev bölgesinde tam yanma sağlamasından kaynaklandığı belirtilmiştir [100,102]. Bazı kaynaklarda ise, biyodizelin yapısında kütlesel olarak % 10-12 oksijen bulunması ve daha düşük ısıl değere sahip olması, nedeniyle motor moment ve gücünde bir miktar düşüşe sebep olduğu belirtilmiştir [84,95].
Kaynaklarda biyodizel ile yapılan çalışmalarda biyodizelin oksijen içeriğinden dolayı yanma veriminin artmasıyla birlikte HC, CO ve duman emisyonlarında ciddi oranda azalmanın, NOx emisyonlarında ise artışın meydana geldiği belirtilmektedir [78,96,99]. Ayrıca, yapısında düşük oranda kükürt bulunması nedeniyle SO2