LPG (SIVILAŞTIRILMIŞ PETROL GAZI) MOTORA ZARAR VERİR Mİ?
Haluk İŞLER*
Son yıllarda birçok ülkede benzinli motorlarda LPG (Sıvılaştırılmış Petrol Gazı/ Liquid Petroleum Gas) alternatif yakıt olarak yaygın şekilde kullanılmaya başlamıştır. LPG’nin yaygınlaşmaya başlamasının nedenlerinin başında LPG’nin litre bazında benzin ve motorine göre yaklaşık yarı fiyatına satılıyor olması gelmektedir. İkinci önemli neden, LPG’nin egzoz emisyonları açısından benzin ve motorine göre çok daha temiz olması ve son yıllarda artan çevre duyarlılığının bir sonucu olarak ülkeler bazında uygulamaya sokulan teşvik ve düzenlemelerdir. LPG kullanımının yaygınlaşmasıyla birlikte “LPG motora zarar verir mi?”
sorusu da gerek araç sahipleri gerekse de otomotiv profesyonelleri arasında önemli bir gündem maddesi haline gelmiştir.
Yukarıda belirtilen nedenlerle giderek yaygınlaşmasıyla birlikte LPG’nin motora zarar verip vermediği konusu, gerek araç sahipleri gerekse de otomotiv profesyonelleri arasında önemli bir gündem maddesi haline gelmiştir.
Diğer teknik alanlarda olduğu gibi otomotiv teknolojisi alanında da herhangi bir teknik
soruya bütünüyle evet ya da hayır yanıtını Resim 1
vermek olası değildir. Her teknik konu kendi özgül koşulları ve tüm değişkenleri (parametreleri) bağlamında ele alınmalı, merak edilen soruların yanıtı ondan sonra belirlenmelidir. Bu nedenle her teknik soruya verilen toptancı yanıtlar her şeyden önce konuya uzak olan kişilerin yanlış kararlar vermesine neden olacaktır. Bu yazı, benzinli araçlarda kullanılan LPG’nin motor çalışma karakteristiklerine ve motor parçalarına etkisini aynı zamanda LPG’in motor üzerindeki olumsuz etkilerinin önlenmesi yollarını ele almaktadır.
LPG ve benzin, kimyasal olarak farklı bileşimlere sahip olduğu için motorlarda kullanıldıklarında, ısıl değerleri (kalorifik değer), yanma hızı, volümetrik (hacimsel) verim gibi farklı parametrik sonuçlar üretir. Aşağıdaki tabloda LPG ve benzine ilişkin bazı değişkenler (parametreler) gösterilmiştir:
Tablo 1. LPG ve Benzin Teknik Değerleri
Değişkenler LPG Benzin
Isıl Değer (Kcal/kg) 10600-11800 10500-11200
Isıl Değer (Kcal/litre) 5400-6000 7900-8400
Isıl Değer (Kj/kg) 45980 43932
Maximum Laminer Yanma Hızı (m/s) 0,40 0,35
Oktan Sayısı 105-110 90-98
Yoğunluk (15 oC’de Kg/litre) 0,508 0,738
Kendi Kendine Tutuşma Sıcaklığı (°C) 450 300
Maksimum Alev Sıcaklığı (°C) 1885 1977
Tablo 1’deki değerlere baktığımızda, LPG’nin ısıl değeri benzine göre, ağırlık (kg) bazında daha yüksek, hacim (litre) bazında ise daha düşüktür. Otomotiv sektöründe yakıtlar hacim (litre) ölçeğiyle kullanılıp fiyatlandırıldığı için ısıl değerler açısından daha çok litre ölçeği esas alınır. Hacim ölçüsü dikkate alındığında 1 litre LPG’den 5400-6000 Kcal ısı enerjisi elde edilebiliyorken, 1 litre benzinden 7900-8400 Kcal ısı enerjisi elde edilebilmektedir. Yapılan işin miktarı enerji miktarına bağlı olduğu için, 1 litre benzinle yapılan işi ya da gidilen mesafeyi elde edebilmek için yaklaşık 1,3-1,4 litre LPG kullanılması gerekir.
LPG’nin laminer yani doğrusal yönde yanma hızı benzine göre bir miktar yüksektir. Ancak yakıtların yanma hızı motorun çalışma koşullarında sabit bir değere sahip olamaz. Yanma hızı, yakıt-hava karışımının, türü, oranı, türbülansı ve giriş sıcaklığı; yakıtın motora giriş şekli (sıvı ya da gaz); motorun, sıkıştırma oranı, anlık sıcaklığı, anlık avans değeri, volümetrik (hacimsel) verimi gibi birçok değişkene bağlı olarak farklılık gösterir.
Yakıtlarda oktan sayısı, yakıtın kendi kendine tutuşma direncinin ölçüsünü gösteren sayıdır. Oktan sayısı arttıkça yakıtın kendiliğinden tutuşması zorlaşır. Motorlarda sıkıştırma oranının belirlenmesi kullanılacak yakıtın oktan sayısıyla doğrudan ilişkilidir. Motorda sıkıştırma zamanında yakıtın buji çakmadan önce kendiliğinden tutuşması (erken ateşleme) vuruntuya neden olarak motor parçalarının zarar görmesine ve performansın düşmesine yol açar. Oktan sayısı yükseldikçe yakıtın erken ateşlemeye karşı direnci artar. Bu nedenle yakıtın oktan sayısı arttırılarak motor performansında en etkili faktör olan sıkıştırma oranı da arttırılabilir. LPG’nin, benzine göre oktan sayısının yüksek olması nedeniyle erken ateşlemeye karşı direnci ve dolayısıyla kendi kendine tutuşma sıcaklığı daha yüksektir. Bu durum motorun, benzin yerine sadece LPG’ye göre tasarlanması halinde daha yüksek sıkıştırma oranına sahip olabilmesini sağlar. Ancak dönüşüm benzinli motorlar üzerinde yapıldığı için, LPG daha yüksek sıkıştırma oranında çalıştırılabilecekken daha düşük olan benzinli motor sıkıştırma oranına göre çalıştırılmakta bu da ciddi performans kaybına yol açmaktadır. Motorlarda farklı yakıtları uygun sıkıştırma oranlarında çalıştırabilmek için öncülüğünü Saab’ın yaptığı bazı firmalar değişken sıkıştırma (kompresyon) oranlı motorlar tasarlamışlardır. Sıkıştırma oranı motor çalışırken, krank-biyel düzeneğine eklenen bir eksantrik mekanizması ya da motor bloğunu üst karter kısmından hidrolik mekanizmayla 4-5 derece eğen sistemle değiştirilir. LPG’ye geçildiğinde sıkıştırma oranı arttırılarak daha verimli bir çalışma sağlanır. Ancak bu tip motorlar sistem karmaşık ve maliyetli olduğu için yaygınlaşamamıştır. LPG’nin erken ateşlemeye direnci yüksek olmasına karşın maksimum alev sıcaklığı benzine göre düşüktür.
Piyasada, bazı firmalarca benzinli ve LPG’li olarak üretilip satışa sunulan sıfır araçlar olmakla birlikte, satın alındıktan sonra LPG dönüşümü yapılan araçlar büyük çoğunluğu oluşturmaktadır. Japonya gibi bazı ülkelerde ticari araçlarda benzin ve dizel yakıtı yerine LPG kullanımı zorunlu olduğu için fabrikasyon olarak sadece LPG’li araçlar da üretilmektedir.
Benzinli motorlarda LPG dönüşümünde yakıt-hava karışımı oluşturmak için, karbüratörlü araçlarda karıştırıcı (mikser) kullanılırken, çok nokta enjeksiyonlu (MPI vb.) motorlarda bağımsız LPG enjektörleri kullanılır. Direk enjeksiyonlu (GDI vb.) motorlarda benzin enjektörü LPG için de kullanılır. Direk enjeksiyonlu motorlarda çok nokta enjeksiyonlu motorlarda olduğu gibi LPG dönüşümü yapan firmalar olmakla birlikte bu tür dönüşüm motorda, ciddi sorunlara yol açabilmekte, sağlıklı çalışma, yeterli verim ve yakıt ekonomisi sağlamakta güçlüklere neden olabilmektedir.
Motorda avans, sıkıştırma zamanı sonuna doğru piston üst ölü noktaya (ÜÖN) henüz gelmeden bujinin çaktırılmasına denir. Yakıt hava karışımı buji kıvılcımıyla ateşlendikten sonra, alev çekirdeğinin büyümesi, yayılması ve yanmanın doruk noktasına ulaşması belli bir zaman alır. Alev doruk noktasına ulaştığında yanma odasındaki sıcaklık ve basınç maksimum değere erişir. Motorlardan maksimum tork ve verimin alınabilmesi için, maksimum basıncın elde edildiği alevin doruk noktasının iş zamanında krank milinin ÜÖN’yi yaklaşık 10-15 derece geçtiği pozisyonla buluşturulması gerekir. Bu buluşmanın motorun her devrinde sağlanabilmesi için karışımın yanma hızı ve piston hızı dikkate alınarak bujinin çakması piston ÜÖN’ye gelmeden önce sağlanır. Piston hızı motor devrine bağlıdır. Pistonun silindir içindeki ilerleme hızının devirle birlikte artışına kıyasla karışımın yanma hızında aynı oranda değişme olmaz. Bu nedenle, motor devri arttıkça krank mili ve piston hızı artarken karışımın yanma hızı nispeten sabit kalacağından, alevin doruk noktasının krank milinin ÜÖN’den 10-15 derece sonraki pozisyonunu kaçırmaması için avans arttırılarak bujinin çakma noktası daha öne alınır.
Motor devri azalırsa krank mili ve piston hızı da azalacağı için bu defa alevin doruk noktasının krank milinin belirtilen pozisyonundan önce oluşmaması için avans azaltılır. Motorda kullanılan yakıt hava karışımının yanma hızı ne kadar yüksekse yanmanın doruk noktasına ulaşma zamanı da o kadar kısalacağı için, verilen avans değeri yanma hızının artışı oranınca azaltılır.
Eğer alevin doruk noktası, piston ÜÖN’ye gelmeden oluşursa piston üzerinde negatif yani ters bir kuvvet oluşacağı için motorda önemli ölçüde performans kaybı, vuruntu ve sarsıntıyla birlikte piston, biyel kolu, krank mili, supap ve segmanlar üzerinde büyük darbeler oluşur. Krank milinin ÜÖN’yi 10-15 derece geçtiği pozisyondan daha sonra oluşturulursa bu defa genleşme miktarı artmış olduğu için yanma verimi ve pistonu iten basınç düşer, motorda performans kaybı görülür, yanma egzoz zamanına sarkarak egzoz gazlarının, egzoz supabı ve yuvasının (bagasının) sıcaklığını arttırır.
Aşağıdaki grafik, atmosferik (doğal emişli) bir motorda benzin ve LPG için motor devrine (dv/dk) göre verilen avans derecelerinin oluşturduğu eğrileri göstermektedir. Bu grafikteki değerler ve eğriler ortalama bir motorun durumunu yansıtmaktadır. Motorların yapısına ve kullanılan donanımlara göre bu grafik kuşkusuz farklılıklar gösterir.
Grafik 1. LPG ve Benzinin Motor Devrine Göre Avans Eğrileri
Grafik 1’de görüldüğü gibi benzin ve LPG’nin her ikisinin de avans dereceleri motor devriyle birlikte artmaktadır. Ancak LPG’nin avans eğrisi benzin avans eğrisine göre yaklaşık 2750 dv/dk’ya kadar yukarıda, bu devirden sonra ise aşağıda devam etmektedir. Bunun nedeni benzinin, genel laminer yanma hızı LPG’den daha düşük olmasına karşın, motorun çalışma koşullarına bağlı olarak LPG’ye göre yanma hızının daha büyük değişiklikler (salınımlar) göstermesidir. Yani, benzin orta devirlere kadar LPG’ye göre daha hızlı yanarken orta devirlerden sonra LPG’den daha yavaş yanmaya başlar. Bu durumda LPG’ye göre benzine, orta devirlere kadar daha az, orta devirlerden sonra ise daha fazla avans verilir. Benzin motora sıvı halde püskürtülür. Benzinin verimli şekilde yanabilecek duruma gelebilmesi için bujinin çaktığı ana kadar olabildiğince küçük zerrelere (damlacıklara) dönüştürülüp buharlaştırılması ve havanın içine homojen olarak karıştırılması gerekir. Bunun için, düşük devirlerde nispeten yeterli zaman varken yüksek devirlere çıkıldığında çevrimin oluşma zamanı kısalacağı için yeterli zaman olmaz. Benzin havanın içinde buharlaşırken tüm buharlaşan sıvılar gibi bulunduğu ortamdan yani havadan ısı çekerek soğumasını ve dolayısıyla hacimsel (volümetrik) verimin artmasını sağlar. Hacimsel verimin artması hava yakıt karışım oranı bozulmadan daha fazla yakıtın püskürtülmesine de olanak tanır. İçeriye alınan havanın soğumasıyla birim hacimdeki oksijen molekülü miktarı artar ve yakıtın içinde bulunan karbon atomlarıyla oksijen molekülleri arasındaki mesafe kısalır. Moleküller arasındaki mesafenin kısalması alev cephesinin molekülden moleküle atlamasını kolaylaştırdığı için yanma hızını arttırır. Yüksek devirlerde çevrim zamanının kısalmasıyla birlikte başta buharlaşma, türbülans ve karışımı homojenleştirme eksikliğine bağlı olarak benzin hava karışımının ideal yanmaya uygun hale getirilmesindeki zorluk yanma hızını yavaşlatır. Bağımsız enjektörlü ya da mikserli
kitlerde LPG, benzinden farklı olarak önceden buharlaştırılarak motora gaz halde enjekte edilir.
Bu yüzden LPG’nin benzin gibi buharlaştırılma sorunu yoktur ve homojen karışım daha kolay oluşturulur. Ancak LPG buhar halde havaya karıştırıldığı ve benzin gibi havayı soğutma etkisi yapmadığı için hacimsel verimin arttırılmasına ve moleküller arasındaki mesafenin azaltılmasına katkı sağlamaz. Düşük devirlerde benzinin yanma hızı belirtilen özellikler nedeniyle LPG’ye göre daha yüksektir. Bu nedenle orta devirlerin altında benzine LPG’ye göre daha az avans verilir. Orta devirlerden yüksek devirlere çıkıldığında, LPG’nin yanma hızı nispeten daha az değişken kalırken, benzinin yanma hızındaki değişim hızı düşme yönünde daha fazla olduğu için bu defa benzine verilmesi gereken avans miktarı LPG’ye göre daha yüksek olur. Direk enjeksiyonlu (GDI vb.) motorlara uyarlanan kitlerde LPG benzin enjektöründen sıvı halde püskürtülür. Ancak LPG’nin buharlaşma hızı benzinden çok yüksek olduğu için bu farklılık yukarıda belirtilen durumu fazla değiştirmez. Benzinin avans eğrisinin, orta devirlere kadar LPG eğrisinin altında, orta devirlerden sonra ise yukarda olmasının nedenleri bunlardır. Avans değerleri bu şekilde oluştuğunda avans eğrileri orta devirlerde kesişir ve bu noktada avans değeri eşitlenir.
Motorlarda ECU (Elektronik Kontrol Ünitesi) üzerine yüklenen avans haritaları kapsamlı testler sonucunda motorun her koşulda en yüksek verimle çalışmasını sağlayacak şekilde oluşturulur. Piyasada araçlara takılan LPG dönüşüm kitlerinin büyük bir bölümü, aracın orijinal ECU’sünün üzerinde yüklü avans haritasını ve diğer verileri olduğu gibi alarak kendi ECU’sü üzerinden LPG enjeksiyonunu oluşturur. Bu durumda, yukarıda sözü edildiği gibi benzine göre farklı özelliklere sahip olan LPG, benzinli motor için oluşturulmuş avans haritası ve verilerine göre motorda kullanılır. Benzinli motorlarda bu şekilde LPG kullanımının yarattığı en büyük sorunlar avans değerlerindeki uyumsuzluktan kaynaklanır.
LPG kitinin benzinin avans haritasını aynen kullanması durumunda, avans grafiğinde görüldüğü gibi, LPG orta devirlerin altında benzine göre daha fazla avansa gereksinim duymasına karşın gerekli avanstan daha düşük bir avansla çalıştırılmış olur. Örneğin, grafikte 1500 dv/dk’ da, benzin için yaklaşık 10 derece avans verilmişken LPG’nin gereksinim duyduğu avans 23-24 derece civarındadır. Bu durum, motor LPG’de çalışırken yanmanın doruk noktasının krank milinin ÜÖN’yi 10-15 derece geçtiği pozisyondan daha sonra oluşmasına neden olur. Ayrıca piston alt ölü noktaya (AÖN) doğru gereğinden fazla hareket etmiş ve hacmi çok fazla genişletmiş olduğu için yanma sonundaki sıcaklık ve basınç istenilen düzeylere ulaşamaz ve bunun sonucu olarak motor performansında azalma olur. Avansın az verilmesi halinde, motor performansı düşerken daha önce belirtildiği gibi yanma iş zamanı sonunda bitmez ve egzoz zamanına sarkarak egzoz sıcaklığıyla birlikte egzoz supabının ve yuvasının sıcaklığını istenmeyen ölçüde arttırır. Motorun çalışması sırasında, emme supaplarının sıcaklıkları 300-400 ºC, egzoz supaplarının ise 800-900 ºC’lere kadar çıkabilmektedir.
Turboşarjlı motorlarda egzoz supaplarının sıcaklıkları 1000 ºC’nin de üzerinde olabilmektedir.
Egzoz supapları emme supaplarına göre çok daha zor koşullarda çalıştığı için daha dayanıklı malzemelerden yapılır. Emme supapları genellikle, krom, nikel, mangan ve çelik
alaşımlarından, egzoz supapları ise yüksek sıcaklıklara dayanıklı olabilmesi için, sinterlenmiş kobalt-molibden alaşımlı çelikten, krom, nikel, silikon alaşımından veya stellit (krom, kobalt ve tungsten alaşımı) alaşımlarından üretilir. Supapların yapımında bu alaşımların dışında farklı malzemeler de kullanılabilmektedir. Yetersiz avansın yol açtığı aşırı egzoz sıcaklığı, egzoz supabını ve supap yuvasını dayanım sınırlarını aşacak şekilde ısıtır. Bu durumda, egzoz supabının ve yuvasının oturma yüzeyleri yumuşayarak dayanımlarını yitirir ve supap yayının çekme kuvvetiyle iki parçanın birbirinin içine gömülmesi yani “supap çökmesi” denilen sorun ortaya çıkar. Klasik supap sistemlerinde supap sapı, supap başının supap yuvasına gömüldüğü miktar kadar külbütör parmağına yaklaşır ve daha önceden ayarlanmış olan supap boşluğunu azaltarak sıkılaştırır. Bu durum zamanla, supabın yuvasına tam oturamaması nedeniyle aralık kalmasına, motorun teklemesine, basınç ve güç kaybına neden olur. Ayrıca supabın yuvasına tam oturamadığı durumlarda supabın üzerindeki ısı supap yuvası üzerinden motora transfer edilemediği için supabın zarar görmesi hızlanır. Klasik külbütörlü LPG’li araçların yaklaşık 30.000-40.000 km’de bir supap ayarına ihtiyaç duymalarının nedeni budur.
Hidrolik iticili (lifterli) supap sistemlerinde supap ayarı yapılmadığı için supap boşluğunun sıkılaşması olmaz. Bazen egzoz supaplarında çökmenin dışında supabın yanması hatta baş kısmının saptan kopması da görülür. Supap başının kopması ve silindir içine düşmesi halinde ortaya çıkacak mekanik hasarlar çok daha büyük olur. Supap yuvaları silindir kapağına sıkı geçme yöntemiyle takılır. Silindir kapağı normal çalışma sıcaklıklarında supap yuvasının genleşmesini karşılayacak esnekliktedir. Ancak supap yuvası normalden fazla ısınırsa genleşme miktarı da aynı ölçüde artar ve silindir kapağının esneklik sınırlarını aşar. Bu durumda silindir kapağı özellikle egzoz supabı yuvasının takıldığı bölgeden çatlar ve bu çatlak zamanla yürüyerek başta buji yuvası olmak üzere diğer bölgelere doğru uzanır. Alüminyum alaşımı kapaklara göre esneme katsayısı düşük ve kırılganlığı yüksek olan dökme demir kapaklarda çatlak oluşumu daha sık görülür. Bazen kapaklardaki çatlağın, çatlak yürümesin diye uç noktalarına delik delinip kaynatılması şeklinde onarımı yoluna gidilse de bu işlem sağlıklı bir onarım yolu olmadığı için tercih edilmemelidir.
Yukarıda belirtilen arızaların hiç çıkmaması ya da ortaya çıkma zamanı, LPG kitinin avans sistemine, motorun kullanıldığı devirlere ve supap malzemelerine bağlı olarak değişiklik gösterir. Eğer LPG kiti benzinin avans haritasını kullanıyorsa, çoğunlukla ya da uzun süre orta devirlerin altında kullanılan ve orijinal supapları aşırı sıcaklığa dayanıklı malzemelerden yapılmamış olan motorlarda bu sorun daha sık ve erken görülür. Eğer egzoz supabı ve egzoz yuvaları yüksek sıcaklığa dayanıklıysa ya da silindir kapağı açıldıktan sonra ısıya dayanıklı supap takımı kullanılmışsa bu durum en azından kısa sürede ortaya çıkmaz. Emme supapları, emme zamanında etrafından geçen hava-yakıt karışımı ya da GDI vb. motorlarda olduğu gibi havanın soğutmasıyla egzoz supapları gibi aşırı düzeyde ısınmaz. Emme supapları, motor benzinle çalışırken benzinin buharlaşırken yarattığı soğutma etkisiyle LPG moduna göre daha soğuk çalışırlar. Ancak iki mod arasındaki sıcaklık farkı dikkate değer ölçüde değildir. Bu
nedenle, emme supaplarında supap çökmesi ya da yanması, emme supabı yuvasının çevresinde kapak çatlakları pek görülmez.
Diyagrama bakıldığında, motor orta devirlerin üzerine çıktığında avans eğrilerinin seyri tersine döner. Yani benzin için verilen avans değerleri LPG’ye göre artar. LPG kiti benzin avans haritasını kullanıyorsa düşük devirlerde LPG için yetersiz olan avans değerleri bu defa yüksek devirlerde fazla gelmeye başlar. Avansın fazla verilmesi demek bujinin olması gerekenden daha önce çakması demektir. Buji erken çakarsa yanma erken başlayacağı için, yanma doruk noktasına krank milinin ÜÖN’yi 10-15 derece geçtiği pozisyondan daha önce erişir. Yanmanın doruk noktasının özellikle piston ÜÖN’ye gelmeden önce oluşması halinde sıkıştırma devam ettiği için pistonun üzerinde çok yüksek negatif bir kuvvet oluşur. Avansın fazlalığı oranınca piston üzerinde oluşan bu negatif kuvvet, motor performansında azalmaya neden olurken, supap başları, piston, piston pimi, biyel kolu, segmanlar, krank mili ve yataklar üzerinde oldukça zararlı darbe ve vuruntulara neden olur. Vuruntu dinamik bir kuvvet olduğu için, parçaların hızla yorulmasına, ileri durumlarda ise, supap başlarının yuvalarına daha büyük kuvvetlerle bastırılmasına ki bu etki supap çökmesini hızlandırır, piston delinmelerine, segman ve segman yuvalarının kırılmasına, biyel kolunun eğrilmesine, krank milinin burulmasına ve kesilmesine, yataklarda aşınma ve hasarlara, motor çalışırken büyük sarsıntılara neden olur.
Bu nedenle avans vuruntularının özellikle yüksek devirlerde motor üzerinde çok tehlikeli sonuçları olur. LPG’li motorlarda ortaya çıkan mekanik hasarların en büyük nedeni orta devirlerin üzerinde verilen fazla avanstır. Piyasada takılan LPG kitlerinin bazılarında bu sakıncaları önlemek için belirlenen yüksek devire çıkıldığında otomatik olarak benzine geçilecek şekilde ayarlama yapılır. Eğer LPG kiti LPG için yüklenmiş ayrı bir avans haritası ya da avans uyarlama yazılımı kullanıyorsa, düşük ve yüksek devirlerde ortaya çıkan sorunlar büyük ölçüde engellenmiş olur. Ancak piyasada bulunan bütün benzinli motorlara özgü ayrı ayrı LPG avans haritaları oluşturmak AR-GE maliyetleri açısından çok zor olduğu için sadece LPG kiti üreten firmaların bunu yapabilmeleri olası değildir. Bu işlem ancak fabrikasyon LPG’li araç üreten firmalar için mümkün olabilmekte, bağımsız LPG kiti üreten firmalar ise nadir de olsa ortalama avans düzeltme değerleri üzerinden oluşturulmuş LPG avans haritaları veya yazılımlar kullanabilmektedirler. Kimi zaman sektörde avans sorununu gidermeye yönelik yazılım ve donanıma bireysel müdahaleler de yapılabilmektedir. Ancak bu işlemlerin ne denli sonuç verdiğinin test edilmesi gerekir.
Otomotiv sektöründe son zamanlarda, “benzinin motoru ıslatarak yağladığı”, “LPG’nin ise motoru yağlamadığı ve kuruttuğu” şeklindeki klişe söylemin profesyonel kişilerce bile yaygın olarak dile getirildiği hatta bu söylemin konuyla ilgili yazılarda da kullanılabildiği görülmektedir.
Bu söylemin, enjeksiyonlu ve kurşunsuz benzin kullanan günümüz motorları için hiçbir teknik dayanağı ve geçerliliği yoktur. Bu söylem sektörde neden yaygınlaşmıştır? 1980’li yıllara kadar üretilen ve kurşunlu benzin kullanılan motorlarda, emme supaplarının sapları ile klavuzlar arasındaki yağlama görevini benzinin içinde bulunan kurşun sağlamaktaydı. Kurşun, sahip olduğu kaydırıcılık özelliğiyle metal parçalar arasında adeta bir madeni yağ görevi görerek
aşıntıyı engeller. Bu yüzden böyle motorlarda emme supabı klavuzlarına motor yağı taşınmamıştır. LPG’nin içinde kurşun bulunmaz. LPG kitlerinin kurşunlu benzine göre tasarlanmış motorlara montajıyla birlikte benzinin içinde bulunan kurşunla aşıntısı engellenen emme supaplarının sap ve klavuzlarında kazınmalar ve aşıntılar görülmüştür. Bu durum benzinin parçaları yağladığı ama LPG’nin bunu yapmadığı algısını oluşturmaya başlamıştır.
Oysa kurşunlu benzine göre tasarlanmış bir motorda kurşunsuz benzin kullanıldığında da aynı sorun ortaya çıkar. Ayrıca karbüratörlü LPG’li motorlarda, aracın uzun süre benzin moduna alınmadığı durumlarda, karbüratörün içindeki kapış pompası diyaframı ve contalarının, benzin hortumlarının kuruyup çatladığı veya delindiği, benzin moduna geçildiğinde ise oluşan çatlak ve deliklerden benzin kaçmasıyla yangın tehlikelerinin ortaya çıktığı görülmüştür. Bu olaylar, LPG’nin “motoru yağlamadığı ve kuruttuğu” şeklindeki söylemlerin giderek yerleşmesine neden olmuştur.
Kurşun çevreye ve canlıların sağlığına son derece zararlı bir ağır metaldir. Bu yüzden 1980’li yıllardan sonra hemen hemen bütün ülkelerde kurşunlu benzin kullanımı yasaklanmaya başladı. Bunun sonucu olarak araçlarda, tüm parçaların motor yağlama sistemiyle yağlandığı motorlar üretilmeye başlandı. Ayrıca yakıt sistemlerinde çevreyi çok kirleten karbüratörün yerini hızla enjeksiyon sistemleri aldı.
Benzinin yapısı gereği temas ettiği parçalar üzerinde bir yağlayıcılık özelliği yoktur. Bu nedenle benzinin kimi zaman söylendiği gibi silindir duvarları, piston yüzeyleri, supap sapı ve klavuzları gibi parçaları yağlaması olası değildir. Tam tersine benzinin, enjektörden emme supabı arkasına ya da doğrudan silindir içine püskürtüldükten sonra olabildiğince herhangi bir parçaya temas etmeden (ıslatmadan) buharlaşıp havanın içine karışması istenir. Özellikle kış aylarında motorun henüz soğuk olduğu durumlarda manifold ya da silindir içine püskürtülen benzin zerreleri soğuk motor parçalarına temas ettiğinde yoğunlaşarak yüzeylere yapışır.
Püskürtülen benzinin bir bölümünün özellikle manifold, supap, piston ve silindir yüzeylerinde yoğunlaşarak yapışması, hem benzinin yapıştığı yüzeylerde motor yağına karışmasına hem de karışımın fakirleşmesine ve bu yüzden motorun çalışmamasına ya da çok zor çalışmasına neden olur. Benzin, yoğunlaşarak yapıştığı yüzeylere motor yağının temas etmesini engellediği için aşınmalara neden olurken aynı zamanda içine karıştığı motor yağının kimyasal yapısını ve yağlama özelliğini bozar. Motor yağının içine karışan benzin karterdeki yağ seviyesini de arttırır. Bakım zamanı geldiğinde motor yağı seviyesinin, normalde azalması gerekirken daha akıcı hale gelerek artmasının nedeni budur. İçine benzin karışan motor yağının başta yağlayıcılık olmak üzere kendinden beklenen görevleri tam olarak yerine getirememesi motorun ömrünün azalmasına neden olur. Bu durum çalışma sıcaklığına erişme süresi nispeten uzun olan hava soğutmalı motorlarda daha fazla görülür. Direk enjeksiyonlu motorlarda benzinin silindir duvarlarına temas etmemesi için piston her ne kadar deflektörlü (tepesi yönlendirmeli) yapılmışsa da bu temas bütünüyle engellenemez. Direk enjeksiyonlu motorlarda, benzinin silindir duvarına temas etme miktarı diğer motor türlerine göre çok daha fazla olduğu için bölgesel aşıntılar da aynı ölçüde fazla görülür. Firmaların direk enjeksiyonlu
motorlarda çözülmesi için en çok üzerinde çalıştıkları sorunlardan biri budur. LPG’li motorlarda bu sorun olmadığı için motor yağının ömrü üç katına kadar artar. Yağlama sistemi ve motor yağı motorda hayati önem taşıdığı için motor yağının istenilen niteliklere sahip olması motorun ömrünün uzamasına doğrudan katkı sağlar.
Benzinin soğuk yüzeylere yapışarak karışımı fakirleştirmesi yüzünden motorun zor çalışmasını engellemek için jinkle kullanılarak ya da püskürtme miktarı arttırılarak karışım yanabilecek hale getirilir. Görüldüğü gibi benzinin sürtünen yüzeylere tutunması ya da teması halinde motor açısından ciddi sakıncalar ortaya çıkmaktadır. Bu durumun tek istisnası yakıt sistemi parçalarıdır. Yakıt sisteminde benzin, depo içindeki pompadan enjektörlerin ucuna kadar olan hatta yol alır. Başta enjektör parçaları olmak üzere yakıt sisteminde çalışan parçaların aşınmasını ve oksidasyonunu azaltmak amacıyla benzinin içine çok az miktarda yağ karıştırılır. Ancak bu oran, benzine karıştırılan yağ yanma kalitesini düşürüp egzoz emisyonlarını (zararlı gazları) yükselttiği için çok sınırlı tutulur. Egzoz emisyonları için getirilmiş oldukça katı yasal düzenlemeler de bu sınırlamayı zorunlu hale getirir.
Elektronik karbüratörlü ve enjeksiyonlu motorlarda “cut off” sistemi kullanılır. Cut off sistemi, araç viteste hareket ederken (otomatik ya da manuel şanzuman farketmez) yavaşlama ve yokuş aşağı inişlerde ayak gazdan çekildiğinde motor torkuna ve gücüne gereksinim duyulmadığı için motora yakıt göndermeyi keser. Bu işlem, hem fazladan yakıt tüketimini hem de yanmadan dışarı atılan yakıtın çevreyi kirletmesini önler. Bu arada yavaşlama ve iniş durumlarında vitesin boşa alınmaması gerektiği unutulmamalıdır. Özellikle bazı coğrafyalara özgü çok uzun süreli iniş durumlarında motor yakıt enjeksiyonu olmaksızın dönmeye devam eder. Yavaşlama ve inişlerde motorun dönmesi sırasında bütün parçaların yağlanması gaza basılan durumlarda olduğu gibi tamamen motorun yağlama sistemi tarafından yapılır. Yağlama sisteminde birkaç dakikalık bile bir aksama olması halinde motor parçaları üzerinde büyük hasarlar meydana gelir.
Tasarım sırasında motorlar için öngörülen tork ve güç değerleri aracın karşılaşabileceği en zor koşullarda hareket edebilmesini sağlamak üzere belirlenir. Ancak araçların maksimum gücüne çok nadir olarak gereksinim duyulur. Özellikle çok uzun ve düz yollarda büyük güçlere gereksinim duyulmaz. Bu nedenle 1950’li yıllardan bu yana bazı firmalar çok silindirli motorlarda gereksiz yakıt tüketimini azaltmak için, supap sistemine müdahale edip, yakıt enjeksiyonunu keserek silindirlerin bir bölümünü devre dışı bırakan teknolojiler kullanmaktadırlar. Bu sistemlerde, devre dışı bırakılan silindirdeki piston çevrimi oluşturmamasına rağmen olağan hareketine devam eder ve aynı şekilde yağlanmaya gereksinim duyar. Eğer motor parçalarının yağlanması için benzine bir işlev yüklenmiş olsaydı, gerek cut off gerekse silindirlerin devre dışı bırakıldığı durumlarda motor parçaları uzun süre yağsız kalacağı için parçalar üzerinde büyük hasarlar meydana gelirdi. Bütün bu gerekçelerle günümüz motorlarında, benzinin “motor parçalarını yağladığı ve ıslattığı”, LPG’nin ise “motoru kuruttuğu ve yağsız bıraktığı” şeklindeki söylemler doğru değildir.
Fosil kökenli sıvı yakıtlar motorlarda yakıldığında geride karbon ve kurum kalıntıları bırakır. Benzinli motorlarda da, yanma odası, piston tepesi, supap başı, segman yanal yüzeyleri, segman yuvaları ve buji tırnakları yüzeylerinde karbon filmi (ince tabaka) oluşur. Bu karbon filmi bir yalıtkan görevi görerek silindir içinde oluşan alev cephesini adyabatik (ısı transferinin olmadığı) yanmaya yaklaştırır. Karbon filminin yanmanın oluşturduğu ısının motor parçalarına ve oradan soğutma sistemine transferini sınırlayan etkisi, enerji ve iş kaybını azaltıp motor performansını arttırırken motor parçalarının aşırı ısınmasını engeller ve aynı zamanda soğutma sisteminin yükünü azaltır. Ancak karbon filmi aşırı kalınlaşması halinde, detenasyonu doğuran istenmeyen ateşlemelere yol açar, sıkıştırma oranını arttırarak motorun vuruntulu ve düzensiz çalışmasına neden olur. LPG motor parçaları üzerinde karbon filmi oluşturmaz. Karbon filminin oluşmaması, detenasyon ve vuruntu riskini ortadan kaldırmakla birlikte yanma sonucu elde edilen ısı enerjisinin bir bölümünün motor parçalarına ve soğutma sistemine kolayca transfer edilmesine yol açar. Isı transferinin artmasına bağlı olarak enerji kaybı artarken motor parçalarının ve soğutma sisteminin üzerindeki ısı yükü de artar. LPG’nin alev sıcaklığının benzine göre düşük olmasına karşın motorun LPG’de çalışırken bir miktar sıcaklığının (hararetinin) artmasının nedeni budur. Diğer yandan LPG’nin karbon filmi oluşturmaması silindir içindeki parçaların temiz kalmasını sağlar. Özellikle, buji tırnakları ve direk enjeksiyonlu motorlarda enjektör memeleri temiz kaldığı için bu parçaların verimi ve ömrü artar. Supap oturma yüzeylerinde karbon birikintileri oluşmadığı için supap kaçakları en aza iner.
Sonuç
LPG ve benzinin avans haritaları farklıdır. LPG dönüşümü yapılan motorlarda LPG’nin verimli ve sorunsuz kullanılabilmesi için LPG kitinin LPG’ye uygun avans değerlerini kullanması çok önemlidir. Bu yüzden LPG kiti seçiminde dikkate alınması gereken ve sorgulanması gereken en öncelikli konu budur. Eğer LPG kiti benzin avans haritasını kullanıyorsa, motorun ağırlıklı olarak orta devirlere yakın bölgede kullanılması, bir başka ifadeyle çok düşük ya da çok yüksek devirlerde uzun süre kullanımdan kaçınılması avansa bağlı sorunları büyük ölçüde azaltacaktır. Ayrıca başta supap ve supap yuvaları olmak üzere motor parçalarının yüksek sıcaklığa dayanıklı ve soğutma sisteminin iyi durumda olması çok önemlidir.
Kaynaklar
Resim 1. https://www.magnapolonia.org/w-szczecinie-odbedzie-sie-marsz-rownosci-lpg/
Grafik 1. http://www.mbs.id.au/tuning/Tuning/LPG_tuning.htm
---
*Dr. Öğr. Üyesi halukisler@gmail.com
