Efektif ve indike motor torku

Efektif motor torku, volandan ölçülen tork değerleridir. Testlerde kullanılan her bir karışım yakıtının efektif tork değeri EUD yakıtının efektif tork değeri ile karşılaştırılmıştır. Tüm yakıtlar için, motor devrinin artması ile efektif tork değerleri 1400 d/d motor hızına kadar artmış, daha sonra düşmeye başlamıştır. Motor devrindeki artış ile birim çevrimde silindire emilen hava miktarı ve hava hızı artmış, silindir içerisinde oluşan türbülansın da iyileşmesi ile yanma verimi artmıştır. Maksimum motor torkunun elde edildiği noktadan itibaren, motor hızındaki artış nedeni ile yanma için gereken süre kısalmış, yakıtın yanma verimi düşmüştür. Ayrıca sürtünme kayıplarının da artması motor torkunu düşürmüştür.

Tüm test yakıtları için elde edilen maksimum efektif motor torku 1400 d/d motor hızında elde edilmiş ve tüm yakıtların efektif tork değerlerinin B3 yakıtı haricinde EUD yakıtından daha düşük olduğu tespit edilmiştir. Efektif motor torkuna biyodizel karışımlarının ve biyoetanol ilavesinin etkisi ayrı ayrı incelenmiştir.

4.1.1.1 Biyodizel kullanımının efektif motor torkuna etkisi

Biyodizel karışımlı yakıtların efektif motor torkuna etkileri Şekil 4.1.’de gösterilmiştir. En yüksek tork değerlerinin B3 yakıtı ile elde edildiği, en düşük tork değerlerinin ise B20 yakıtı ile elde edildiği görülmektedir. Maksimum tork değerleri karşılaştırıldığında 1400 d/d motor hızında, EUD yakıtı ile elde edilen efektif tork değeri 35.36 Nm olarak ölçülürken, B3, B10, B15 ve B20 yakıtları ile elde edilen

efektif tork değeri sırası ile 36.85 Nm, 33.86 Nm, 32.92 ve 31.99 Nm olarak ölçülmüştür. Biyodizel kullanımı sonucunda, B3 yakıtı ile elde edilen efektif tork değerleri EUD yakıtına göre ortalama olarak %3.4 artmış, B10 yakıtı ile elde edilen efektif tork değerleri EUD yakıtına göre ortalama olarak %5.47, B15 yakıtı ile elde edilen tork değerleri EUD yakıtına göre ortalama olarak %7.98 ve B20 yakıtı ile elde edilen tork değerleri EUD yakıtına göre ortalama olarak %11 azalmıştır.

Şekil 4.1. Biyodizelin efektif motor torkuna etkisi

B3 yakıtı kullanım ile efektif motor torkunun artması, Çizelge 3.5.’de gösterildiği gibi biyodizelin %10 civarında oksijen içermesi ile viskozite ve yoğunluğunun EUD yakıtına göre yüksek olması ile açıklanabilir. Biyodizel oksijen içerdiği için tam yanmanın oluşmasına ve özellikle zengin karışım bölgelerinde daha iyi yanmanın oluşmasına yardım eder. EUD karışımına %3 oranında ilave edilen biyodizel viskozitenin ve yoğunluğun bir miktar artmasına da neden olur. Viskozitenin bir miktar artması pompa kaçaklarının azalmasına ve hacimsel olarak bir miktar daha fazla yakıtın silindire püskürtülmesine sebep olmaktadır. Yoğunluğun küçük bir miktar artması ise kütlesel olarak biraz daha fazla yakıtın püskürtülmesine neden olur. Elde edilen bu sonuçlar ve nedenleri ile Ulusoy ve Alibaş (2002)’ın, Usta ve ark.(2005)’nın, Aktaş ve Sekmen (2007)’in, Ejder (2007)’in, Uyumaz (2009)’ın ve Lesnik ve ark. (2014)’nın ortaya koymuş oldukları çalışmalar ile büyük ölçüde benzerlik göstermektedir.

Diğer yandan, karışımdaki biyodizel oranının artması ile efektif motor torkunun azalmasının nedeni, öncelikle biyodizel yakıtının EUD yakıtına göre daha düşük alt ısıl değere sahip olmasıdır. Alt ısıl değerin düşmesi ile yanma sonu silindir içerisinde oluşan ısı enerjisi azaldığı için karışımdaki biyodizel oranının artması efektif motor torkunu düşürmüştür. Bununla birlikte, biyodizelin viskozitesinin yüksek olması nedeni ile karışım yakıtlarının viskoziteleri de artmıştır. Viskozitenin artması kötü püskürtme karakteristiklerine neden olmuştur. Püskürtülen karışım yakıtlarının viskoziteleri yüksek olduğu için yakıt zerrelerinin çapları EUD yakıtına göre daha iridir. Bu nedenle karışım yakıtları püskürtüldüğünde iyi atomizasyon olamamakta, silindir içerisinde sıkıştırılmış havaya iyi nüfuz edememektedir. Bu durumun yakıtın buharlaşma süresini uzattığı ve yakıtın daha uzun bir genleşme süresince yanmasına neden olduğu için karışımdaki biyodizel oranının artması efektif motor torkunu düşürmüştür. Elde edilen bu sonuçlar ve nedenleri Balcı (2005)’nın, Usta ve ark.(2005)’nın, Yücesu ve lkılıç (2006)’ın, Alpgiray ve Gülhan (2007)’ın, Ejder (2007)’in, Keskin ve ark. (2007)’nın, Kegl (2008)’in, Demir (2009)’in, Özsezen ve Çanakçı (2009)’nın, Çengelci ve ark. (2011)’nın, Özener ve ark. (2014)’nın ortaya koymuş oldukları çalışmalar ile büyük ölçüde benzerlik göstermektedir. Bunlara ek olarak kaynak araştırmasında bahsedilen daha birçok araştırmacının çalışmasında da biyodizelin efektif torku düşürdüğünü gösteren bulgular sunulmuştur.

4.1.1.2. Biyoetanol kullanımın efektif motor torkuna etkisi

Şekil 4.2. biyodizel karışımlarına biyoetanol ilavesinin efektif motor torkuna etkilerini göstermektedir. Biyodizel karışımlarına biyoetanol ilavesi ile efektif tork değerleri düşmüştür. Maksimum tork değerleri karşılaştırıldığında 1400 d/d motor hızında, B3 yakıtına biyoetanol ilavesi ile elde edilen B3E5 yakıtının en yüksek tork değeri 32.03 Nm, B3E10 yakıtı ile elde edilen en yüksek efektif tork değeri 29.97 Nm olarak elde edilmiştir. B10 yakıtına biyoetanol ilavesi ile elde edilen B10E5 yakıtının en yüksek efektif tork değeri 31.43 Nm, B10E10 yakıtı ile elde edilen en yüksek efektif tork değeri 29.97 Nm olarak elde edilmiştir. B15 yakıtına biyoetanol ilavesi ile elde edilen B15E5 yakıtının en yüksek efektif tork değeri 31.19 Nm, B15E10 yakıtı ile elde edilen en yüksek efektif tork değeri 29.09 Nm olarak elde edilmiştir. B20 yakıtına biyoetanol ilavesi ile elde edilen B20E5 yakıtının en yüksek efektif tork değeri 30.3

Nm, B20E10 yakıtı ile elde edilen en yüksek efektif tork değeri 28.95 Nm olarak tespit edilmiştir.

Yine grafiklerde de görüldüğü gibi eşit biyoetanol içeriğine sahip karışımlarda biyodizel yüzdesi arttıkça efektif motor torkunda ki düşüş azalmaktadır.

Şekil 4.2. Biyodizel karışımlarına biyoetanol ilavesinin efektif motor torkuna etkisi

Biyoetanol kullanımı sonucunda, B3 yakıtına biyoetanol ilavesi ile elde edilen B3E5 yakıtının tork değerleri B3 yakıtına göre ortalama olarak %12.79, EUD yakıtına göre ortalama olarak %9.84 azalmıştır. B3E10 yakıtı ile elde edilen tork değerlerinde B3 yakıtına göre ortalama olarak %18.45, EUD yakıtına göre ortalama olarak %15.7 düşüş görülmektedir. B10 yakıtına biyoetanol ilavesi ile elde edilen B10E5 yakıtının tork değerleri B10 yakıtına göre ortalama olarak %7.43, EUD yakıtına göre ortalama olarak %12.5 azalmıştır. B10E10 yakıtı ile elde edilen tork değerlerinde B10 yakıtına göre ortalama olarak %13.07, EUD yakıtına göre ortalama olarak %17.83 düşüş görülmektedir. B15 yakıtına biyoetanol ilavesi ile elde edilen B15E5 yakıtının tork değerleri B15 yakıtına göre ortalama olarak %6.82, EUD yakıtına göre ortalama olarak %14.27 azalmıştır. B15E10 yakıtı ile elde edilen tork değerlerinde B15 yakıtına göre ortalama olarak %12.53, EUD yakıtına göre ortalama olarak %19.52 düşüş görülmektedir. B20 yakıtına biyoetanol ilavesi ile elde edilen B20E5 yakıtının tork değerleri B20 yakıtına göre ortalama olarak %6.51, EUD yakıtına göre %16.79 azalmıştır. B20E10 yakıtı ile elde edilen tork değerlerinde B20 yakıtına göre %11.91, EUD yakıtına göre %21.61 düşüş görülmektedir.

Test sonuçlarına göre karışımlara biyoetanol ilavesi ile efektif motor torkunun azalmasının en önemli nedeni biyoetanolun hem EUD yakıtına hem de biyodizele göre çok daha düşük alt ısıl değere sahip olmasıdır. Etanol ilaveli yakıtların alt ısıl değerlerinin biyodizel karışımlı yakıtlardan daha düşük olması yanma sonu oluşan ısı enerjisini azaltmış ve karışımdaki biyoetanol oranının artması efektif motor torkunu düşürmüştür. Bunula birlikte çok düşük setan sayısına sahip biyoetanolun (Çizelge 1.5.) karışım yakıtlarına ilave edilmesi karışım yakıtlarının da setan sayılarını düşürmüştür. Setan sayısının düşmesi TG artırarak kontrollü yanma için gerekli olan zamanı azaltır ve yanmayı kötüleştirir. Elde edilen bu sonuçlar ve nedenleri Can ve ark. (2004)’nın, Çelikten (2004)’in, Ejder (2007)’in ve Baydan (2008)’ın ortaya koymuş oldukları çalışmalar ile büyük ölçüde benzerlik göstermektedir.

4.1.1.3. İndike motor torku

İndike motor torku, ölçülen ortalama indike basınç değerleri ile hesaplanan tork değeridir. Şekil 4.3.’de tüm test yakıtları için maksimum efektif tork değerlerinin elde edildiği 1400 d/d motor hızında hesaplanan indike tork değerleri ile efektif tork değerleri karşılaştırılmıştır.

İndike ve efektif torklar arasındaki fark o anki sürtünme, pompalama ve yanma karakteristiklerine bağlı olarak değişim göstermiştir. Test yakıtlarının indike torkları arasındaki fark ise silindir içi yanma karakteristiklerine göre değişim göstermiştir. En yüksek indike motor torku B15 yakıtı ile 41.07 Nm olarak, en düşük indike tork değeri ise B15E10 yakıtı ile 39.72 Nm olarak elde edilmiştir.