Sıralı Gaz Enjeksiyon Sistemiyle Sıralı Gaz Enjeksiyon Sistemiyle Gaz Yakıt Kullanımına Dönüştürülmüş Gaz Yakıt Kullanımına Dönüştürülmüş

Bir Buji Ateşlemeli Motorda Bir Buji Ateşlemeli Motorda Benzin, LPG ve CNG Kullanımının Benzin, LPG ve CNG Kullanımının

Motor Performansına EtkisiMotor Performansına Etkisi

Yrd. Doç. Dr. Yrd. Doç. Dr. Metin GÜMÜŞ Metin GÜMÜŞ

  MMarmara armara ÜÜniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi niversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Otomotiv Eğitimi ABDOtomotiv Eğitimi ABD

GirişGiriş

M. Gümüş

Dünyadaki fosil yakıt rezervlerinin tükenmekte olduğu ve

içinde bulunduğumuz yüzyılın başlarında ham petrol

kıtlığının baş göstereceği herkes tarafından

bilinmektedir. Ayrıca soluduğumuz havanın kalitesinin

bozulması, toplumun bu konuya ilgisini artırmakta ve

emisyon regülasyonlarının sıkılaşmasını sağlamaktadır.

Giriş Giriş (Devam)(Devam)

M. Gümüş

Elektrikli ve yakıt hücreli taşıtların ivmelenme ve seyir mesafesi

açısından yetersiz olmaları ve içten yanmalı motorlarda birim ağırlık

için elde edilen gücün daha yüksek olması nedeniyle, içten yanmalı

motorların taşımacılık sektörüne daha uzun yıllar yön yermeye

devam edeceği tahmin edilmektedir. Bu faktörler, bilim adamlarını

ve araştırmacıları mevcut motor teknolojilerini muhafaza eden, çevre

dostu teknolojiler geliştirmeye ve daha temiz alternatif yakıtlar

bulmaya teşvik etmektedir.

Giriş Giriş (Devam)(Devam)

M. Gümüş

LPG’nin içten yanmalı motorlarda yaygın olarak kullanılması nedeniyle bu yakıtın en uygun çalışma koşullarının belirlenmesine yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Buji ateşlemeli motorlarda modifikasyon yapılmadan LPG’nin kullanıldığı çalışmalara bakıldığında, çalışmaların performans, yakıt tüketimi, emisyonlar, EGR değişim oranı, soğuk çalışma, devir ve yük değişiminin etkisi ve rölantide kararlılık gibi konuların üzerinde yoğunlaştığı görülmektedir. LPG’nin içten yanmalı motorlarda kullanımında, LPG’nin olumlu özelliklerinden (oktan sayısı ve yanma hızı) istifade edebilmek için motorlarda sıkıştırma oranı değişimi gibi yapısal değişikliklere gidilmektedir .

Giriş Giriş (Devam)(Devam)

M. Gümüş

CNG’nin çevreci ve ekonomik özelliklere sahip olması, birçok ülkede yaygın bir şekilde kullanılmasını sağlamaktadır. Diğer taraftan dünyadaki doğal gaz rezervlerinin günümüzdeki tüketim hızına bağlı olarak 63 sene yeteceği tahmin edilmektedir. Bu durum doğal gazın içten yanmalı motorlarda kullanımına olan ilgiyi artırmaktadır. Doğal gaz, uygun özelliklerinden dolayı buji ateşlemeli motorlar için mükemmel yakıt olarak görülmektedir. Buji ateşlemeli motorlar ikinci bir yakıt sistemiyle çok rahat CNG kullanımına dönüştürülebilmektedirler. CNG’nin içten yanmalı motorlarda alternatif yakıt olarak kullanımını içeren çalışmalar incelendiğinde; çalışmaların performans, yakıt tüketimi, partikül emisyonu, sıkıştırma oranı gibi konular üzerinde odaklanıldığı görülmüştür .

Giriş Giriş (Devam)(Devam)

M. Gümüş

Ülkemizde LPG’nin motorlu taşıtlarda kullanımının yaygınlaşmasıyla, ekonomik ve teknolojik alt yapıya sahip LPG sektörü oluşmuştur. Sıralı benzin enjeksiyon sistemlerinin LPG dönüşümünde yeni nesil sıralı gaz enjeksiyon sistemleri kullanılmaktadır. Ülkemizde motorlu taşıtlarda kullanımı yaygın olmayan CNG’nin, daha ekonomik, daha çevreci özelliklere ve petrole göre daha fazla rezervlere sahip olması nedeniyle gelecekte kullanımının yaygınlaşacağı tahmin edilmektedir. Bu nedenle, CNG’nin LPG için tasarlanmış dönüşüm sistemleriyle kullanımının uygunluğu, araştırılması gereken bir konu olarak görülmektedir. Yapılan literatür taramasında bu konuyla ilgili yeterli çalışmaya rastlanılmamıştır.

AmaçAmaç

M. Gümüş

Bu nedenle bu çalışmamızda buji ateşlemeli bir motor yeni nesil

sıralı gaz enjeksiyon sistemi ile LPG kullanımına

dönüştürülmüştür. Aynı sistem üzerinde gerekli asgari donanımsal

ve yazılımsal (enjeksiyon parametreleri) değişikliklerin yapılması

ile motor CNG sistemine dönüştürülmüştür. Motorun, dönüşüm

sistemine bağlı olarak yakıt türüne karşı oluşturduğu tepkiler ve

motor performansı belirlenmiştir.

M. Gümüş

MATERYAL VE METOT

Deney Taşıtı ve Motorunun ÖzellikleriDeney Taşıtı ve Motorunun Özellikleri

M. Gümüş

Marka ve modelMarka ve modelFiat Doblo CB Fiat Doblo CB

DynamicDynamic

Net ağırlıkNet ağırlık 1305 kg1305 kg

Boyutlar Boyutlar 4253/1831/1514 mm4253/1831/1514 mm

AktarmaAktarma Önden çekişliÖnden çekişli

ŞanzımanŞanzıman 5 ileri manüel5 ileri manüel

Depo hacmiDepo hacmi 60 dm60 dm33

Deney Taşıtı ve Motorunun ÖzellikleriDeney Taşıtı ve Motorunun Özellikleri

M. Gümüş

Motor tipi Motor tipi 4 silindirli4 silindirli

AteşlemeAteşleme Elektronik (sıra.1.3.4.2)Elektronik (sıra.1.3.4.2)

Silindir çapıSilindir çapı 72 mm72 mm

Silindir strokuSilindir stroku 84 mm84 mm

Piston süpürme hacmiPiston süpürme hacmi 1368 cm1368 cm33

Sıkıştırma oranıSıkıştırma oranı 11.1:111.1:1

Soğutma sistemiSoğutma sistemi Su soğutmalıSu soğutmalı

Max. motor devriMax. motor devri 6200 d/d6200 d/d

Max. motor gücüMax. motor gücü 57 kW (6000 d/d)57 kW (6000 d/d)

Max. motor momentiMax. motor momenti 115 N.m (3000 d/d)115 N.m (3000 d/d)

Yakıt sistemiYakıt sistemi Çok nokta enjeksiyonluÇok nokta enjeksiyonlu

Ortalama yakıt tüketimi Ortalama yakıt tüketimi 7.4 dm7.4 dm33/100 km/100 km

Taşıt dinamometresinin teknik özellikleriTaşıt dinamometresinin teknik özellikleri

M. Gümüş

Teknik ÖzellikleriTeknik Özellikleri BirimBirim DeğerDeğer

Maximum test hızıMaximum test hızı Km/hKm/h 260260

Kullanım sıcaklığıKullanım sıcaklığı 00CC 0-500-50

Maximum frenleme gücüMaximum frenleme gücü kWkW 260260

Güç kaynağıGüç kaynağı AC /VAC /V 400 400

FrekansFrekans HzHz 5050

Hava kaynağıHava kaynağı BarBar 77

BoyutlarBoyutlar mm 3,27x1x0,653,27x1x0,65

Tambur çapıTambur çapı mmmm 320320

Tambur genişliğiTambur genişliği mmmm 490490

Max. kaldırma kapasitesiMax. kaldırma kapasitesi tt 22

Max. aks yüküMax. aks yükü tt 3,53,5

Deney yakıtlarının özellikleriDeney yakıtlarının özellikleri

M. Gümüş

Özellikler Benzin CNGLPG

Propan BütanÖzgül Kütle (kg/m³) 765 128 509 585Alt Isıl Değer (MJ/kg) 44,04 49,5 46,34 45,56Kaynama Noktası (°C) 30-225 -126 -42 -0,5Tutuşma Noktası (°C) 257 627 510 490Yanma Hızı (m/s) 0,35 0,43 0,4 0,4Hava Yakıt Oranı 14,7 17,2 15,8 15,6Tutuşma sınırları (Hacimsel %)

1,3-7,6 5-15 2,1-9,5 1,5-8,5

Oktan Sayısı 95 130 111 103

Çok noktalı sıralı LPG enjeksiyon sistemi

M. Gümüş

1. LPG tankı, 2. Multivalf, 3. Regülatör, 4. Yakıt seçici

anahtar, 5. LPG MAP sensörü 6. LPG enjeksiyon

ortak hattı, 7. LPG seviye

göstergesi, 8. LPG enjektörü, 9. Motor, 10. Benzin enjektörü, 11. Sıcaklık sensörü, 12. Yakıt hattı basınç

sensörü, 13. Benzin Tankı, 14. Benzin EKÜ’sü, 15. LPG EKÜ’sü, 16. Lambda sensörü

Çok noktalı sıralı CNG enjeksiyon sistemi

M. Gümüş

1. Benzin ECU’sü, 2. Benzin enjektörü, 3. MAP sensörü, 4. CAM sensörü, 5. Soğutma suyu sıcaklık

sensörü, 6. CNG ECU’sü, 7. Benzin enjeksiyon

sinyali, 8. CNG enjektörleri (yakıt

basıncı ve sıcaklık sensörü),

9. CNG MAP sensörü, 10. Basınç regülatörü, 11. Elektromagnetik yakıt

kontrol vanası, 12. CNG basınç göstergesi,

13. CNG silindiri ve manüel

valf, 14. Yakıt seçici anahtar ve

yakıt seviye göstergesi, 15. Yakıt dolum vanası

Gaz Enjeksiyon Sisteminin Donanım FonksiyonuGaz Enjeksiyon Sisteminin Donanım Fonksiyonu

M. Gümüş

Gaz Enjeksiyon Sisteminin Yazılım FonksiyonuGaz Enjeksiyon Sisteminin Yazılım Fonksiyonu

M. Gümüş

M. Gümüş

Deney ProsedürüDeney Prosedürü

Taşıt motorunun benzin yakıtının kullanımından CNG veya LPG yakıtının kullanımına kademeli geçişi yapılabilmesi ve CNG kullanılmasının sağlanabilmesi için dönüşüm sisteminin donanımında ve yazılımında gerekli değişiklikler yapılmıştır. Bu değişiklikler üçyıldız otomotiv şirketinin desteğiyle yapılmıştır. Dönüşüm sistemi motorun işletme şartlarına bağlı olarak tüketilen benzin miktarını ölçmekte ve LPG kullanımında bu yakıtın ısıl eşdeğerine karşılık gelen LPG miktarını, CNG kullanımında ise bu yakıta karşılık maksimum gücün elde edildiği CNG miktarını silindirlere göndermektedir. Motora gönderilen benzin miktarı benzin enjektörlerinin enjeksiyon süreleri ölçülerek belirlenmektedir. Benzin enjeksiyon süreleriyle birlikte motor manifold basıncı ve motor devride belirlenmektedir.

M. Gümüş

Deney Prosedürü (Devam)Deney Prosedürü (Devam)

Motor çalışma koşullarına bağlı olarak LPG miktarının tayini, benzin ve Motor çalışma koşullarına bağlı olarak LPG miktarının tayini, benzin ve LPG enjektörlerinin enjeksiyon sürelerine bağlı olarak debi LPG enjektörlerinin enjeksiyon sürelerine bağlı olarak debi değişimlerinin tayini ve bu yakıtların ısıl değer oranlarının değişimlerinin tayini ve bu yakıtların ısıl değer oranlarının belirlenmesiyle gerçekleştirilmiştir. LPG kullanımında bu parametrelere belirlenmesiyle gerçekleştirilmiştir. LPG kullanımında bu parametrelere bağlı olarak LPG miktarı dengeleme çarpanıyla belirlenmiştir. Motor bağlı olarak LPG miktarı dengeleme çarpanıyla belirlenmiştir. Motor çalışma koşullarına bağlı olarak maksimum gücün elde edildiği CNG çalışma koşullarına bağlı olarak maksimum gücün elde edildiği CNG miktarı da yakıt dengeleme çarpanının kullanılmasıyla belirlenmektedir. miktarı da yakıt dengeleme çarpanının kullanılmasıyla belirlenmektedir. CNG kullanımında dengeleme çarpanı ön deneylerin yapılmasıyla CNG kullanımında dengeleme çarpanı ön deneylerin yapılmasıyla belirlenmiştir. Dengeleme çarpanı motor devri ve motor yüküne bağlı belirlenmiştir. Dengeleme çarpanı motor devri ve motor yüküne bağlı olarak belirlenen üç boyutlu harita şeklindedir. Aynı zamanda bu çarpan olarak belirlenen üç boyutlu harita şeklindedir. Aynı zamanda bu çarpan motor sıcaklığı, yakıt sıcaklığı, gaz yakıt rail basıncı gibi faktörlere bağlı motor sıcaklığı, yakıt sıcaklığı, gaz yakıt rail basıncı gibi faktörlere bağlı olarakta revize edilmektedir. Yakıt dengeleme çarpanları sistemde olarakta revize edilmektedir. Yakıt dengeleme çarpanları sistemde kullanılan enjektörlerin çalışma karakteristiklerine bağlı olarak kullanılan enjektörlerin çalışma karakteristiklerine bağlı olarak değişmektedir. Bu nedenle kullanılan gaz enjektörlerinin benzer çalışma değişmektedir. Bu nedenle kullanılan gaz enjektörlerinin benzer çalışma karakteristiklerine sahip olmasına ve çalışma süresince bu özelliğini karakteristiklerine sahip olmasına ve çalışma süresince bu özelliğini korumasına özen gösterilmiştir. korumasına özen gösterilmiştir.

M. Gümüş

Deney Prosedürü (Devam)Deney Prosedürü (Devam)

Taşıt dinamometresinde ön deneyler gerçekleştirildikten Taşıt dinamometresinde ön deneyler gerçekleştirildikten sonra performans deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ön sonra performans deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ön deneylerde CNG yakıtının kullanımında maximum deneylerde CNG yakıtının kullanımında maximum performansın elde edildiği hava yakıt karışımları performansın elde edildiği hava yakıt karışımları belirlenmiştir. Performans deneylerinde, güç ve torkun belirlenmiştir. Performans deneylerinde, güç ve torkun motor devrine bağlı olarak değişimi belirlenmiştir. Motor motor devrine bağlı olarak değişimi belirlenmiştir. Motor momentinin ve gücünün motor devrine göre değişimi şasi momentinin ve gücünün motor devrine göre değişimi şasi dinanometresinde belirlenmiştir. Güç ve tork ölçümleri, güç dinanometresinde belirlenmiştir. Güç ve tork ölçümleri, güç iletim elemanlarına motor devrinin direkt iletildiği dördüncü iletim elemanlarına motor devrinin direkt iletildiği dördüncü viteste yapılmıştır. Ölçümler üçer kez yapılarak, ölçümlerin viteste yapılmıştır. Ölçümler üçer kez yapılarak, ölçümlerin ortalamaları alınmıştır. ortalamaları alınmıştır.

M. Gümüş

DENEYSEL BULGULAR

M. Gümüş

Motor Momentinin DeğişimiMotor Momentinin Değişimi

M. Gümüş

Motor Gücünün DeğişimiMotor Gücünün Değişimi

M. Gümüş

SONUÇLAR VE ÖNERİLER

M. Gümüş

SONUÇLAR

•Taşıt motorunun seyir halinde benzin yakıtının kullanımından LPG veya CNG yakıtının kullanımına kademeli geçişi, motorda meydana gelen sarsıntıları hissedilmeyecek kadar azaltmıştır.

•CNG kullanımında meydana gelen performans kayıpları, dönüşüm sisteminin donanım ve yazılımında, maksimum performans elde edilebilecek şekilde yapılacak ayarlamalarla azaltılabilmektedir.

•Benzin yakıtında maksimum moment 114,1 N.m olarak elde edilirken LPG yakıtında 112,9 N.m elde edilmiştir. Ortalama olarak ise % 5,34 azalma meydana gelmiştir.

•CNG kullanımında düşük ve yüksek devirlerde motor momentinde benzin yakıtına göre önemli azalma meydana gelirken 3000-4400 motor devirleri arasında daha yüksek değerler elde edilmiştir.

M. Gümüş

SONUÇLAR (Devam)

•CNG kullanımında motorun maksimum moment değeri artış göstererek 115,7 N.m olarak elde edilmiştir. Ortalama olarak ise % 2,39 azalma meydana gelmiştir.

•Benzin yakıtında maksimum güç 53,8 kW olarak elde edilirken LPG yakıtında 50,1kW elde edilmiştir. Ortalama olarak ise % 3,23 azalma meydana gelmiştir.

•CNG kullanımında motor gücünün değişimi moment değişimiyle benzer trend göstermiştir. CNG kullanımında 3000-4400 motor devirleri arasında daha yüksek güç değerleri elde edilmiştir.

•CNG kullanımında maksimum güç 54,5 kW olarak elde edilmiştir. Ortalama olarak ise % 2,94 azalma meydana gelmiştir.

M. Gümüş

ÖNERİLER

•Ülkemizde, ekonomik ve teknolojik alt yapıya sahip LPG sektörünün öncülüğüyle, daha ekonomik, daha çevreci özelliklere ve petrole göre daha fazla rezervlere sahip CNG’nin içten yanmalı motorlarda kullanımının yaygınlaşması sağlanabilir.

•CNG kullanımın yaygınlaşması önündeki en önemli engel CNG istasyonlarının çok yetersiz olmasıdır. CNG kullanımının yaygınlaşması için CNG istasyonları yaygınlaştırılmalıdır.

•Taşıt motorunun seyir halinde benzin yakıtının kullanımından LPG veya CNG yakıtının kullanımına geçişte karşılaşılan sarsıntı probleminin giderilmesinde, LPG ve CNG yakıtının kullanımına kademeli geçiş yöntemi bir çözüm olarak kullanılabilir.

•Bu çalışmanın devamı olarak, yakıt tüketimimin belirlenmesine yönelik çalışmalar yapılarak CNG kullanımının sağladığı yakıt ekonomisi belirlenmelidir.

M. Gümüş

ÖNERİLER (Devam)

•CNG kullanımında zararlı egzoz emisyonlarının değişimine yönelik çalışmalar da yapılarak, CNG kullanımının egzoz emisyonları üzerinde sağladığı olumlu etkileri niceliksel olarak belirlenmelidir.

•LPG ve CNG oktan sayısının yüksek olması nedeniyle, LPG ve CNG yakıtının kullanımına dönüştürülen veya LPG ve CNG motoru olarak tasarlanan motorlarda sıkıştırma oranı artırılabilir. Bu artış LPG ve CNG kullanımında motor verimini artırabilir.

•LPG ve CNG oktan sayılarının yüksek olmasına bağlı olarak motorların ateşleme avanslarının artırılması, motor veriminin artırılmasına katkı sağlayabilir.

M. Gümüş

Bu çalışmanın gerçekleştirilmesinde katkıda bulunan Bu çalışmanın gerçekleştirilmesinde katkıda bulunan

Üçyıldız Otomotiv (Vogas Plus LPG - CNG Sistemleri) Üçyıldız Otomotiv (Vogas Plus LPG - CNG Sistemleri)

şirketine ve çalışanlarına şirketine ve çalışanlarına

teşekkür ederim. teşekkür ederim.