Egzoz Manifoldu S+cakl+.+

DY yak t , DKLY100, DKLY75 ve DKLY50 yak tlar n n kullan m nda ve farkl motor devirlerinde meydana gelen egzoz s cakl k de erleri 4ekil 12.6’da verilmi tir. Bütün deney yak tlar için egzoz s cakl klar motorun egzoz manifoldundan ve ayn bölgeden ölçülmü tür. Bütün deney yak tlar için tespit edilen manifold s cakl k de erleri motor h z n n artmas yla paralel bir art göstermi tir. En yüksek egzoz s cakl k de erleri bütün yak tlar için 2500 d/dak motor devrinde elde edilmi olup en dü ük de erleri ise 1000 d/dak motor h z nda elde edilmi tir. Motorun dü ük devirlerinde yanman n nispeten piston ÜÖN’ya daha yak n konumlarda iken tamamlanm olmas egzozdan d ar at lan gazlar n s cakl klar n n daha dü ük olmas na neden olmaktad r. Bu durumda egzoz s cakl lar da daha dü ük ölçülmü olur. Bunun yan s ra bu devirlerde yanman n yüksek devirlere k yasla daha kötü gerçekle mi olmas , yanma sonu s cakl klar n n dü ük olmas na ve

dolay s yla egzozdan at lan gazlar n daha dü ük s cakl lara sahip olmas na neden olur. Motor devri yükseldikçe artan hava hareketleri ile yanma iyile ir ve ba l olarak yanma sonu s cakl klar da artar. Yanma sonu s cakl klar n n artmas na paralel olarak egzoz gazlar n n s cakl klar da artar. Dolays yla motor devrinin artmas yla egzoz manifoldundan ölçülen s cakl k de erleri de daha yüksek olmaktad r. Bu durum 4ekil 12.6’da da görülebilmektedir. 150 200 250 300 350 400 450 1000 1500 2000 2500

Motor devri (d/dak)

E gz oz m an if ol du s+ ca kl +. +( o C ) DY DKLY50 DKLY75 DKLY100

ekil 12.6. DY, DKLY ve DKLY-DY kar m yak tlar n farkl devirlerde egzoz s cakl na de erleri

Deney yak tlar kar la t r ld nda en dü ük egzoz s cakl k de erleri DKLY100 yak t nda tespit edilmi olup en yüksek de erler ise DY yak t nda elde edilmi tir. DY yak t , DKLY100, DKLY75 ve DKLY50 yak tlar için ortalama egzoz s cakl k de erleri s ras yla 303ºC, 282ºC, 285ºC ve 292ºC olarak tespit edilmi tir. Motorun dü ük h zlar nda bütün deney yak tlar için elde edilen egzoz s cakl k de erleri birbirine yak nd r. 1500 d/dak. motor devri ve daha yüksek motor h zlar nda, DY yak t ve DKLY100 ile DKLY75 yak tlar n n kullan m nda, elde edilen egzoz s cakl k de erleri aras ndaki farklar belirginle mi tir. Genel olarak, DKLY100 yak t n n egzoz s cakl k de erlerinin dü ük olmas bu yak t n kullan m nda yanman n daha kötü olarak gerçekle mi olmas ve yanma sonu s cakl k de erlerinin dü ük olmas ndan kaynakland dü ünülmektedir. DKLY50

yak t n n kullan m nda elde edilen egzoz s cakl k de erleri DY yak t ndan elde edilen de erlere yak n olarak elde edilmi tir. Bu yanma i leminin DKLY50 yak t n n kullan m nda DKLY içeren di er yak tlara göre daha iyi gerçekle ti ini göstermi tir.

12.2. Emisyon Deneyleri

Bu bölümde DKLY100, DKLY75, DKLY50 ve DY yak tlar n n kullan m s ras nda deney motorunun egzozundan sal nan gazlar n ihtiva etti i NOx, CO, CO2, HC, O2 ve duman koyulu u de erleri ölçülmü tür. Sonuçlar grafikler halinde sunulmu olup gerekli kar la t rmalar ve tart malar DY yak t esas al narak yap lm t r.

12.2.1. NOxEmisyonlar+

DY yak t , DKLY100, DKLY75 ve DKLY50 yak tlar n n kullan m nda motorun egzoz gazlar içerisinde tespit edilen NOx emisyonu de erleri 4ekil 12.7’de verilmi tir. Dizel motorlar yüksek hava fazlal k katsay lar nda çal rlar. Bu fazla havan n içeri indeki oksijen a r s cak ortamlarda yeterli zaman buldu unda azot ile reaksiyona girerek NOx’leri olu turur [103]. Silindir içerisindeki s cakl k de erleri genellikle 1800ºK’nin üzerinde oldu u durumlarda NOx olu ur. 4ekil 12.7’de görüldü ü gibi, bütün deney yak tlar için elde edilen NOx emisyonu de erleri motorun devir say s artt kça artm t r. Motorun 1500 d/dak’l k h z nda NOx emisyonlar maksimum de erlere ula t ktan sonra, motor devri artt kça azalmaya ba lam t r. 2000 d/dak motor devrinden sonra en dü ük NOx emisyonu de erleri tespit edilmi tir. Motorun 1500 d/dak’l k h z nda bütün deney yak tlar n n kullan m nda en iyi yanma artlar olu mu tur. Yanma odas içerisinde artan hava hareketleri daha homojen bir kar m ve alev bölgeleri olu turmu tur. Bu durumda en yüksek yanma sonu s cakl klar na ula lmaktad r. Bununla beraber motorun orta devrilerinde yanma iyile irken bu yanma i lemi için gerekli olan süre ise ºKMA cinsinden motorun h z na göre çok dü ük olmad için yeterli olmu tur. Bu durumda NOx emisyonunun olu umu için en ideal artlar olu mu tur.

0 50 100 150 200 250 300 350 1000 1500 2000 2500

Motor devri (d/dak)

N O x em is yo nu (p pm ) DY DKLY50 DKLY75 DKLY100

ekil 12.7. DY, DKLY ve DKLY-DY kar m yak tlar n NOxemisyonlar n n motor devrine göre de i imi

Motorun çok dü ük devirlerinde her ne kadar yanma için gerekli olan süre daha uzun olsa da azalan silindir içi hava hareketleri homojen bir hava-yak t kar m olu turamaz. Bu durumda yanma odas içerisinde yer yer zengin veya çok fakir kar m bölgeleri olu arak yanma kötüle mektedir. Her iki durumda da yanma sonu s cakl klar ve bas nc dü er, bu da NOx emisyonunun azalmas na sebep olmaktad r. Motor h z n n çok yüksek olmas durumunda silindir içi hava hareketleri artar ve bunun sonucunda da homojen bir hava-yak t kar m elde edilir. Fakat NOxemisyonunun olu umu için gerekli olan süre yetersiz kalmaktad r. Çünkü yüksek motor h zlar nda yanma i lemi pistonun ÜÖN’ya daha uzak konumlar na sarkar. Dolays yla yanma s s daha çok egzoz gazlar na aktar l r. Bu durum 4ekil 12.6’da egzoz manifoldundan ölçülen s cakl k de erlerinin artan motor h z na ba l olarak artmas yla da aç klanabilir. Sonuç alarak motorun h z çok yükseldi i zaman NOx emisyonu azalmaktad r. Deney yak tlar aras nda en dü ük NOx emisyonu DKLY100 yak t ndan elde edilmi olup onu DKLY75 yak t izlemi tir. En yüksek NOxemisyonu de erleri ise DY yak t nda elde edilmi tir. Genel olarak DKLY ve kar m yak tlar kullan ld nda DY yak t na göre daha dü ük NOxemisyonu olu mu tur. DKLY100, DKLY75 ve DKLY50 yak tlar n n kullan m nda elde edilen ortalama NOx

emisyonu de erleri DY yak t ile kar la t r ld nda s ras yla %45.8, %40.2 ve %29.3 daha dü ük olarak gerçekle mi tir.

12.2.2. CO Emisyonlar+ 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 1000 1500 2000 2500

Motor devri (d/dak)

C O em is yo nu (% ) DY DKLY50 DKLY75 DKLY100

ekil 12.8. DY, DKLY ve DKLY-DY kar m yak tlar n CO emisyonlar n n motor devrine göre de i imi

DY yak t , DKLY yak t ve DKLY-DY yak t kar mlar n n kullan m nda yap lan deneylerde elde edilen CO emisyonu de erleri 4ekil 12.8’de grafik halinde verilmi tir. CO emisyonlar , eksik yanma ürünleri aras nda olup, yanma odas nda alev olu umu ve ilerlemesi s ras nda yanmaya i tirak eden hidrokarbonlar n yeteri kadar oksijen ile temas edememesi sonucu olu maktad r. Dizel motorlar nda motor genellikle fakir kar m bölgesinde yani fazla hava ile çal maktad r. Bu nedenle dizel motorlar nda olu an CO emisyonu miktar oldukça azd r. CO emisyonlar n n olu umu birçok nedene ba l olmakla beraber, hava/yak t e de er oran na göre de i mektedir [99]. Bunun yan s ra motorun ivmelenme ve h z kesme artlar nda da CO emisyonlar zengin hava/yak t oran ndan dolay art göstermektedir.

4ekil 12.8 incelendi inde motorun dü ük ve yüksek h zlar nda bütün deney yak tlar için CO emisyonu miktar motorun orta h zlar na göre daha yüksek ç km t r. Bu durum yanma i leminin motorun orta devirlerinde tam yanmaya daha yak n bir ekilde olu tu unu gösterir. Çünkü motorun orta devirlerinde artan hava hareketleri yanmay daha düzgün hale getirir. Çok yüksek motor devirlerinde ise, yanma için gerekli olan süre yeterli olmad ndan, alev cephesinin ön k sm nda olu an CO konsantrasyonlar , gazlar n s s n n dü mesi nedeni ile oksidasyona u rayamay p CO2 olu turamadan egzoz gazlar ile birlikte d ar at lmaktad rlar. Dolay s yla CO emisyonlar çok yüksek motor devirlerinde de artmaktad r. Genel olarak bütün test yak tlar için olu an CO emisyonu miktar %2’nin alt nda olmu tur. Motorun bütün devirlerinde DKLY100, DKLY75, DKLY50 ve DY yak tlar için CO emisyonu miktarlar ortalamas s ras yla %1.73, %1.63, %1.88 ve %1.57 olarak olu mu tur. Deney yak tlar kar la t r ld nda en dü ük CO emisyonu de erleri DY yak t nda elde edilmi tir. Bu da DY yak t için yanman n daha iyi oldu unu göstermektedir. 12.2.3. CO2Emisyonlar+ 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 1000 1500 2000 2500

Motor devri (d/dak)

C O 2em is yo nu (% ) DY DKLY50 DKLY75 DKLY100

DKLY100, DKLY75, DKLY50 ve DY yak tlar n n kullan m nda deney motorunun egzozundan atmosfere sal nan CO2 emisyonu miktarlar n n, motorun devir say s na göre de i imi 4ekil 12.9’da görülmektedir. Deney yak tlar n n tamam için motorun dü ük devir say lar nda dü ük olan CO2 emisyonunun devir say s n n artmas yla yükseldi i 4ekil 12.9’da görülmektedir. 2000 d/dak motor devrinde özellikle DY yak t ve DKLY50 yak tlar için elde edilen CO2 emisyonu miktar oldukça yüksek olmu tur. Bu devirden sonra bütün deney yak tlar nda CO2 emiyonu de erleri bir miktar dü ü göstermi tir. DKLY50, DKLY75 ve DKLY100 yak tlar n n kullan m yla ölçülen CO2 emisyonu miktar nda DY yak t na göre s ras yla yakla k olarak %13, %15.4 ve %21.1 azalma meydana gelmi tir. CO2 emisyonlar tam yanma ürünleri aras nda yer almaktad r. CO2 miktar n n yüksek olmas yanman n, tam yanmaya daha yak n gerçekle ti ini göstermektedir. Genel olarak motorun bütün devirlerinde en yüksek CO2 emisyonu de erlerinin DY yak t nda elde edilmesi, bu yak t n di er deney yak tlar na göre daha iyi yand n göstermektedir. CO emisyonlar n n DY yak t nda en dü ük ç kmas da (4ekil 12.8) bu durumu kan tlayan en önemli göstergelerden biridir.

12.2.4. HC Emisyonlar+

DY yak t , DKLY ve DKLY-DY yak t kar mlar n n kullan m nda olu an HC emisyonlar n n motor devrine göre de i imi 4ekil 12.10’da görülmektedir. Motor silindiri içerisinde HC emisyonlar n n olu um nedenleri Bölüm 6.3’te verilmi tir. Dizel motorlar ndan kaynaklanan HC emisyonu miktarlar çok farkl nedenlere ve çal ma

artlar na göre de i mektedir. Bunlardan en önemlileri, yanma ortam nda havan n normalden çok daha az olmas , yani oksijen eksikli i, yanma ortam nda s cakl n dü ük kalmas nedeniyle yak t n yanma s cakl na ula amamas veya dü ük s cakl lardan dolay sönme olay n n gerçekle mesi, yak t n tutu ma gecikmesi periyodunun uzun olmas ve motorun a r yük artlar nda çal mas nedeniyle a r zengin kar mla çal mas d r. Bunlar n yan s ra, kullan lan yak t n özellikleri ve dolay s yla yanmaya elveri lili i de HC emisyonlar n n etkileyen en önemli parametrelerdir [99].

150 200 250 300 350 400 450 1000 1500 2000 2500

Motor devri (d/dak)

H C em is yo nu (p pm ) DY DKLY50 DKLY75 DKLY100

ekil 12.10. DY, DKLY ve DKLY-DY kar m yak tlar n HC emisyonlar n n motor devrine göre de i imi

4ekil 12.10’da görüldü ü gibi, motor yük alt nda çal t ndan, HC emisyonlar bütün yak tlar için yüksek ç km t r. Motorun bütün devirlerinde en dü ük HC emisyonu de erleri DY yak t n n kullan m nda elde edilmi tir. Bütün deney artlar nda en yüksek HC emisyonu de erleri DKLY100 yak t nda elde edilmi tir. Kar m yak tlar nda ise DY yak t na kat lan DKLY miktar art kça HC emisyonlar da artm t r. Ortalama olarak, DKLY100, DKLY75 ve DKLY50 kullan m ile HC emisyonlar nda DY yak t na göre s ras yla %27,4, %17,86 ve %9,96 art olmu tur. DKLY ve kar m yak tlar nda HC emisyonlar n n DY yak t na göre yüksek olu mas n n nedenleri olarak, DKLY yak t n n setan say s n n DY yak t na göre dü ük olmas ile tutu ma gecikmesi periyodunun daha uzun olmas , DKLY yak t n n yo unlu unun DY yak t na göre yüksek olmas ile kütlesel olarak daha fazla DKLY’nin silindire gönderilmesi ve dolay s yla daha zengin kar mla yak lmas ve en önemlisi de DKLY yak t n n son dam tma s cakl klar n n DY yak t na göre çok yüksek olmas ile yanman n son a amas nda sönme olay n n meydana gelmesi ihtimali, verilebilir. Genel olarak bütün deney yak tlar n n kullan m nda dü ük motor devirlerinde daha yüksek HC emisyonu olu mu tur. Motor devir say s artt kça HC emisyonlar nda azalma meydana gelmi tir. Dü ük motor h zlar nda yüksek HC olu umunun nedenleri bu devirlerde hava hareketlerinin az olmas nedeni ile yanma reaksiyonunun yava geli mesi

ve bu h zlarda özgül yak t tüketiminin en yüksek de erinde olmas d r. Motor devri yükseldikçe artan hava hareketleri daha homojen hava/yak t kar m n n olu mas na ve yanman n iyile mesine neden oldu u için HC emisyonlar nda azalma meydana gelmektedir. 12.2.5. O2Emisyonlar+ 12 13 14 15 16 17 18 1000 1500 2000 2500

Motor devri (d/dak)

O 2 em is yo nu (% ) DY DKLY50 DKLY75 DKLY100

ekil 12.11. DY, DKLY ve DKLY-DY kar m yak tlar n O2emisyonlar n n motor devrine göre de i imi

DY yak t , DKLY100, DKLY75 ve DKLY50 yak tlar n n kullan m nda olu an oksijen emisyonu miktar 4ekil 12.11’de verilmi tir. Dizel motorlar fazla hava ile çal t klar ndan bütün yak tlar için O2emisyonlar yüksek de erlerde ç km t r. DKLY100, DKLY75 ve DKLY50 yak tlar n n kullan m nda ortalama O2 emisyonu DY yak t ile k yasland nda s ras yla %2.48, %0.72, ve %1.05 azalma göstermi tir. Deney yak tlar aras nda O2 emisyonu bak m ndan çok fark olmamas na ra men DY yak t n n kullan m nda elde edilen O2 emisyonu de erleri DKLY100 ve kar m yak tlar na göre yüksek ç km t r. Bunun nedeni, DY ile çal mada ortamda di er deney yak tlar na göre daha fazla oksijen olmas d r. Bütün deney yak tlar için en yüksek oksijen emisyonu de erleri 1000 d/dak motor devrinde elde edilmi tir. Bütün deney yak tlar için 1500-2000

d/dak motor devri aral nda yanman n iyile ti ini gösteren en önemli parametrelerden olan CO2emisyonlar n n artmas bu devirde O2emisyonlar n n en dü ük seviyede olu mas anlam na gelmektedir.

12.2.6. Duman Koyulu.u

DY yak t , DKLY100, DKLY75 ve DKLY50 yak tlar n n kullan m nda, tam gaz konumunda ve farkl devirlerde motorun egzozunda olu an duman koyulu unun (is) de i imi 4ekil 12.12’de gösterilmi tir.

Dizel motorlu ta tlarda partikül maddeler, is ve karbon, karbon-hidrojen ba lar ve yak ttaki kükürtten kaynaklanan kükürt dioksit ve hidrojen sülfürden olu maktad r. )s te ekkülü, oksijence fakir ortamda bulunan yak t moleküllerinin s l parçalanmas ; özellikle hidrojen moleküllerinin kolayca oksitlenmesi, karbon moleküllerinin ise oksitlenmeden ortamda ço almas eklinde aç klanabilir. Hidrojeni ayr lan karbonca zengin büyük moleküller birle mekte (polimerizasyon) ve iri molekül guruplar n n bir araya toplanmas ile is zerrecikleri olu maktad r [100].

)s emisyonlar , genellikle zengin kar m bölgelerinde oksijen yetersizli inden olu maktad r. Olu um mekanizmalar çok de i ik olmakla beraber, is yüksek s cakl klarda uzun zincir yap s na sahip hidrokarbonlar n oksijensiz ortamda kalarak bozundurulmas ile olu maktad r. Yanma s ras nda oksijenin yeterli düzeyde olmas is emisyonlar n n oksidasyona u ramas n ve azalmas n sa lar. Yak t n veya yanma odas n n oksijen bak m ndan zengin olmas , is emisyonlar n dü ürürken, yak t n kükürt içeri inin yüksek olmas ise is emisyonunu art rmaktad r [58].

Bunlar n yan s ra yak t n setan say s ve yo unlu u da is emisyonlar n etkilemektedir. Setan say s n n 45’ten dü ük olmas veya 70’ten yüksek olmas halinde is olu umu artmaktad r. Yak t n yo unlu unun belirlenen s n rlar d nda yüksek oldu u durumlarda is emisyonu olu umu yine artmaktad r.

Motor deneyleri tam gaz konumunda yap ld ndan 4ekil 12.12’de görüldü ü gibi bütün deney yak tlar için duman koyulu u yüksek ç km t r. Ayr ca bütün deney yak tlar için dü ük motor h zlar nda özgül yak t tüketiminin fazla olmas ve silindir içi hava hareketlerinin yava olmas , dolay s yla homojen yak t/hava kar mlar n n olu umunun yeterli düzeyde olmamas , yak tça zengin kar m bölgelerinin olu umuna neden olmu tur. Bu nedenle dü ük motor h zlar nda duman koyulu u yüksek olmu tur.

20 30 40 50 60 70 80 90 100 1000 1500 2000 2500

Motor devri (d/dak)

D um an ko yu lu .u (% ) DY DKLY50 DKLY75 DKLY100

ekil 12.12. DY, DKLY ve DKLY-DY kar m yak tlar n duman koyulu u oranlar n n motor devrine göre

de i imi

Deney yak tlar kar la t r ld nda en dü ük duman koyulu unun DY yak t nda, en yüksek duman koyulu unun ise DKLY100 yak t n n kullan m nda olu tu u görülmü tür. Kar m yak tlar nda ise DKLY oran artt kça duman koyulu u da art göstermi tir. DKLY100, DKLY75 ve DKLY50 yak tlar n n kullan m nda olu an ortalama duman koyulu u de erleri DY yak t na göre s ras yla %15.6, %9.41 ve %5.53 daha yüksek ç km t r. Genel olarak DKLY yak t nda olu an yüksek duman koyulu unun en önemli nedeninin DKLY yak t n n DY yak t na göre daha yüksek olan kükürt içeri i oldu u dü ünülmektedir. Bunun yan s ra, bir di er önemli etkenin DKLY yak t n n DY yak t na göre yüksek olan yo unlu udur.