Özet

Argonne National Laboratory‘nin yaptığı bir çalışmada start stop teknolojisinin binek araçlardaki yakıt tüketimi ve emisyon değerlerine etkisi incelenmiştir. Daha önceki çalışmalarda ağır vasıta araçlarda bu tür çalışmaların yapıldığı ancak binek araçlarda böyle bir çalışmanın yapılmadığı belirtilmiştir ve kendi yaptıkları birtakım deneylerden ortaya çıkan sonuçları paylaşmışlardır.

 Giriş

İnsanlar trafikte beklerken araçlarının rölantide çalışmasını tercih etse de genel olarak birini beklerken veya yol kenarından küçük bir alışveriş yapmak istediğinde motoru durdurmayı tercih etmektedir. Amerika Birleşik Devletlerinde yapılan bir araştırmada, ABD’de bulunan araçlarda günlük rölantide çalışma süresi 6 dakikadır, bu yılda ortalama 3 milyar galon (~11 milyar litre) yakıt tüketimine denk gelmektedir; bu ise yaklaşık olarak 10 milyar doların çöpe gitmesi anlamına geliyor.

Test ve Data Toplama

Argonne National Laboratory 2011 model Ford Fusion aracını denek olarak alıp bu araç üzerinde deneyler yapmıştır. Laboratuarın kendi şasi dinamometresinde yapılan testlerde SemtechD emisyon analizörleri kullanılmış ve yakıt tüketimi harici bir cihazla ölçülmüştür.

Test Aracı: Fusion, 2.5 Litre, 4 silindirli bir motora ve 6 ileri otomatik şanzımana sahip bir araç.  EPA (Environmental Protection Agency) verilerine göre aracın yakıt tüketimini 9.77 km/litre şehiriçi yakıt tüketimine, ~14 km/litre şehirdışı ve 11 km/litre kombine yakıt tüketimi değerlerine sahiptir.

Araç Enstrümantasyonu: Araç testinde birçok motor parametresi ve sıcaklık değerleri enstrümantasyonlar vasıtasıyla ölçülmüştür (örneğin katalist girişi ve katalist tuğla sıcaklığı, motor yağının ve suyunın sıcaklığı sensörler vasıtasıyla ölçülmüştür.).

Test Şartları: Araç ABD’nin emisyon çevrimi olan FTP (Federal Test Procedure) standartlarına göre test edilmiştir.

Testte İncelenen Parametreler: Toplam hidroKarbon (THC, Total HydroCarbon), Nitrojen Oksitler (NOx), karbon monoksit (CO) ve karbon dioksit (CO2)’tir. Karbon dioksit de doğrudan yakıt tüketimi ile ilişkilendirilebileceğinden yakıt tüketimi de incelenen parametreler arasında diyebiliriz.

 Test Sonuçları

 1.Rölanti Devrinde Emisyonlar ve Yakıt Tüketimi

Toplanan datalara göre rölantide emisyonlar ve yakıt tüketimi şöyledir:

Nox (mg/s)	THC (mg/s)	CO (mg/s)	CO2 (g/s)	Fuel (cc/s)
0.0097	0.266	0.108	0.588	0.279

Tablodaki data katalist sıcakken (light off sıcaklığının üstündeyken) alındığından emisyon değerleri düşüktür.

 2. Cold Start, Restart ve Rölanti Emisyonlarının Karşılaştırılması 

Emisyonların karşılaştırılması şöyledir:

Emisyon	Tier 2-Bin 5	Cold Start	Restart	Rölanti (30 saniye)	Cold Start/Restart
THC (mg)	878	191	44	8	4.3
NOx (mg)	552	228	6	0.3	38
CO(mg)	31.290	2.970	1.253	3.2	2.4

Görüldüğü gibi soğuk motordaki çalıştırmada (cold start) yüksek oranda emisyonlar ortaya çıkmaktadır. Buna rağmen sıcak motordaki marşta (restart) emisyonlar çok yüksek oranda daha düşük çıkmaktadır. Bunun sebebi olarak katalistin verimli çevirme sıcaklığında (light off temperature) olduğundan emisyonları çevirebilmektedir. Soğuk motorda ise katalist henüz ısınmadığı için motordan çıkan emisyonlar (engine out emissions) katalistte muamele görmeden atılmaktadır, bu sebeple de yüksek değerler görülmektedir.

Bunun yanında, rölantide ortaya çıkan emisyonlar hem cold start hem de restart’tan çok daha düşüktür. Bunun sebebi sıcak katalistin sürekli rejimde (steady state) yüksek emisyonları yüksek verimlilikle çevirebiliyor olmasıdır. Her ne kadar sıcak katalistle restart yapılsa da, egzoz hattındaki debi değişken (transient) olduğundan emisyonlar çok verimli dönüştürülememektedir.

NOT : Başlıktaki Cold Start, Restart kavramlarının tam Türkçe karşılığını bilmediğim için anlam karmaşasına yol açmamak için doğrudan İngilizce karşılığını yazdım. İsterseniz bunları şöyle açıklayabilirim:

 Cold Start: Soğuk motorda çalışmayı ifade eder. Örneğin akşam bıraktığınız aracı sabah çalıştırırsanız buna Cold Start denir. Diğer bir ifadeyle soğuk bir ortamda koşullanmış araçtaki ilk çalıştırmayı ifade eder.

Restart: Sıcak motorun yeniden çalıştırılmasıdır. Örneğin aracınızı kullanarak markete gittiniz, aracınızı park edip kısa süre sonra tekrar gelip aracı çalıştırmanız restart olarak ifade edilir. Start stop’un sıcak motorda devreye girip motoru çalıştırması da buna benzetilebilir.

3.Rölanti ve Restart’daki Yakıt Tüketimlerinin Karşılaştırılması

Rölanti ve restart’daki yakıt tüketimi anlık olarak ölçülmüş ve aşağıdaki grafik elde edilmiştir:

Grafikte de görüldüğü gibi, restart esnasında tüketilen yakıt 10 saniye boyunca rölantide beklemekle aynı yakıt tüketimine sahip(taralı alanları kıyaslayabilirsiniz.). Bunun diğer bir anlamı şudur: Eğer 10 saniyeden daha fazla start stop devreye girerse yakıt tüketiminiz azalmaktadır. Yakıt tüketiminin azalması aracınızın ortaya çıkardığı karbondioksit miktarının da azalması anlamına gelmektedir.

 Sonuç ve Tartışma

•  Restart’ta yüksek derecede emisyonlar ortaya çıksa da soğuk çalıştırma (cold start) kadar yüksek genliğe sahip değildir.
• Restart’ta ortaya çıkan emisyonlar motorun durma süresine bağlıdır. Şöyle ki, motor uzun süre durursa katalist çok fazla soğuyarak dönüştürme veriminin düşük olduğu bölgelere iner, bu sebeple de marş esnasında daha yüksek emisyon değerleri ortaya çıkar.
• Start stop’un 10 saniyeden fazla süre motorunuzu durdurması yakıt tüketimini azaltmaktadır.
• Start stop teknolojisi yakıt ve karbondioksit değerlerini düşürse de diğer THC, CO ve NOx emisyonlarının artmasına sebep olmaktadır.
• Eski motorlarda ve dizel motorlarda sonuçlar farklı olabilir.

Emisyonlar üzerine çalışmalar yapan bir motor kalibrasyon mühendisi olarak araştırma hakkındaki kişisel yorumum şöyledir:

•  Araştırma 21 degC sıcaklığında yapılmıştır. Farklı sıcaklıklarda yapılan testlerde aynı eğilimler ortaya çıkmasına rağmen oranlar daha farklı olacaktır. Çalışma böyle testler ile daha ileriye taşınabilir.
• Bu araştırmanın daha fazla araç üzerinde yapılması ve sadece benzinli değil dizel araçlarla da yapılması gerekir.
• Araştırmada partikül emisyonları (partikül sayısı/partikül miktarı) dikkate alınmamıştır, alınması gerekirdi. Alınacak datalar da CO, THC, NOx emisyonlarındaki eğilime benzer bir eğilime sahip olacaktır.

 

Not: Start Stop ile ilgili detaylı bilgi edinmek için şu yazımıza bakabilirsiniz:

Start Stop Teknolojisinin Temelleri

 

 Yararlanılan Kaynaklar:

• https://www.afdc.energy.gov/uploads/publication/which_is_greener.pdf