By | 1 Eylül 2019

 Giriş

Motor parametrelerini değiştirerek emisyon, performans ve yakıt tüketimi belli sınırlar çerçevesinde optimize edilebilir. Bunun haricinde başka parametreler de optimizasyona dahil edilebilir.

Dizel motorlarda kontrol altına alınması gereken emisyonlar CO, HC, partikül madde (PM) ve NOx emisyonlarıdır. Bunlara müdahale edilerek en sonunda tam yanma ürünü olan H2O, N2 ve CO2 çıkması istenmektedir.

Bu yazımızda motor parametrelerinin (egr oranı, yakıt enjeksiyon parametreleri, boost basıncı vs) motor emisyonuna (feedgas emissions) etkisi incelenecektir.

1.Motor Çalışma Parametrelerinin Emisyonlara Etkisi

Burada farklı parametrelerin emisyona etkisi ve önemi kısaca anlatılacaktır. İncelenecek parametreleri şöyledir:

  • Yakıt Enjeksiyon:
    • Enjeksiyon Zamanlaması (Avansı)
    • Enjeksiyon Basıncı
    • Çoklu Enjeksiyon
  • EGR
  • Emme Basıncı
  • Emme Havasının Sıcaklığı
  • Yanma Odası Tasarımı

1.1.Yakıt Enjeksiyon Parametrelerinin Dizel Motor Emisyonlarına Etkisi

Yakıt enjeksiyon teknolojileri, dolayısıyla da enjektör teknolojisi, 1990’lardan itibaren bir hayli gelişti. Yeni nesil dizel motorlarda 1 strokta 8 farklı enjeksiyon yapılabilecek kapasitede enjektörler kullanılmaktadır. Farklı enjeksiyon stratejileri ile düşük gürültü ve titreşim, düşük emisyon elde edilebilmektedir. Veya motor sonrası sistemlerin (aftertreatment) daha verimli çalışması için istenen sıcaklık optimizasyonu gibi uygulamalar mümkündür.

1.1.1. Püskürtme Avansı (Enjeksiyon Zamanlaması (Injection Timing)):

Emisyona Etkisi: Genellikle NOx emisyonları için kullanılır.

Önemi: Püskürtme avansı yanmanın fazının farklı piston konumlarına (üst ölü noktaya bağlı olarak) kaymasını sağlamaktadır. Böylece NOx, silindiriçi basınç, egzoz sıcaklığı parametreleri değiştirilebilmektedir. Burada bahsedilen avans ana püskürtme (main injection) avansıdır.

Resim 1: Püskürtme Avansının hem NOx hem de partikül madde (soot) emisyonlarına etkisi [1]. Görüldüğü gibi püskürtme avansının arttırılması yüksek NOx emisyonunun yükselmesine sebep olmaktadır. Partikül emisyonu ise tam tersi yönde etkilenmektedir.

Resim 2: Püskürtme avansının farklı parametrelere etkisi. [2]

1.1.2. Püskürme Basıncı (Injection Pressure):

Enjektörün içinde bulunan yakıtın hangi basınçla yanma odasına püskürtüldüğünü ifade eder.

Emisyona Etkisi: Genellikle partikül madde (PM, soot) emisyonlarının kontrolünde kullanılır.

Önemi: Yüksek püskürtme basınçları partikül madde miktarını azaltır. Özellikle EGR gibi NOx emisyonlarını azaltan fakat partikül madde miktarını arttıran emisyon kontrol teknolojileriyle birlikte kullanılır. Dizel motorlarda gün geçtikçe yüksek püskürtme basınçlarına çıkılmaktadır.

Resim 3: Enjeksiyon basıncının partikül madde ve NO emisyonlarına etkisi[3].

1.1.3. Çoklu Püskürtme (Multiple Injection):

Burada bahsedilen pilot enjeksiyon, ana enjeksiyon, post enjeksiyon gibi püskürtme stratejileridir. Motorun farklı çalışma koşullarında farklı püskürtme stratejileri kullanılabilir. Örneğin soğuk motorda egzoz sistemini ısıtmak için yüksek sıcaklık verecek püskürtme stratejisi kullanılırken sıcak motorda daha düşük yakıt tüketimi sağlayacak veya egzoz sisteminin maksimum verimde çalışmasını sağlayacak stratejiler kullanılabilir.

Emisyona Etkisi: Farklı amaçlarla kullanılabilir.

Önemi: Kullanılan stratejiye göre düşük NOx, partikül, HC veya CO emisyonları elde edilebilir.

Resim 4: Farklı enjeksiyonlar farklı etkilere sahiptir. Ancak burada genel olarak gösterilmiştir. [4]

Çoklu Enjeksiyon (Multiple Injection) ile farklı emisyon, performans, yakıt tüketimi, sıcaklık vs elde edilebilir. Bu konu hakkında detaylı araştırmalar vardır, bu yüzden ilgili enjeksiyon parametresi (örneğin pilot enjeksiyon) için ilgili araştırmalara bakmak gerekir.

Konuyla ilgili olarak genel bilgi edinmek için şu yazımıza bakabilirsiniz: Multijet Motor Teknolojisi

1.2. EGR’nin Emisyonlara Etkisi

EGR (Exhaust Gas Recirculation), Türkçeye Egzoz Gazı Devirdaimi olarak çevrilebilir. Burada motordan çıkan egzoz gazlarının bir kısmı emme manifolduna verilerek daha düşük NOx elde edilebilmektedir.

Emisyona Etkisi: NOx emisyonlarının kontrolünde kullanılır.

Önemi: Hafif ticari ve ağır ticari tüm dizel motorlarda, hatta şu an binek araçlarda dahi sıklıkla kullanılan bir teknolojidir. Motor çıkışında (feedgas) NOx emisyonlarını düşürür fakat daha yüksek partikül emisyonuna, daha yüksek HC ve CO emisyonlarına sebep olur.

Resim 5: EGR oranının partikül madde NOx emisyonlarına etkisi [2]

1.3. Emme Basıncı (Intake Boosting):

Emme manifoldundaki hava basıncı değiştirilerek emisyonlar değiştirilebilmektedir.

Emisyona Etkisi: En önemli etkisi düşük partikül emisyonlarına imkan vermesidir.

Önemi: Yüksek emme basıncı belirli yakıt püskürtme miktarında hava/yakıt oranını arttırır ve daha düşük partikül madde (is, kurum) emisyonu sağlar. Özellikle EGR’li motorlarda EGR ile birlikte düşen performansı arttırmak, yükselen partikül madde miktarını azaltmak için kullanılır.

Emme basıncı doğrudan turboşarj ile ilgilidir. Bu yüzden yüksek emme basıncı talebi turbo gecikmesinin (turbo lag) artmasına sebep olabilir.

Bunlara ek olarak emme basıncını diğer emisyon kontrol yöntemlerine göre düşük oranlarda emisyonlara etki etmektedir.

Resim 6: Püskürtme basıncının artması ile partikül madde miktarı azalmaktadır[2]

1.4. Emme Havası Sıcaklığının Emisyonlara Etkisi

Silindirlere alınan havanın sıcaklığı değiştirilerek farklı emisyonlar, yakıt tüketimi ve performanlar elde edilebilir.

Emisyona Etkisi: Çoğunlukla NOx emisyonlarının kontrolünde kullanılır. Aynı zamanda partikül madde emisyonlarını da azaltma etkisi vardır.

Önemi: EGR oranının arttırılması veya emme basıncının arttırılması emme manifoldundaki havanın sıcaklığının artmasına sebep olur. Yüksek sıcaklığa sahip hava yüksek NOx emisyonlarına ve düşük performansa sebep olur. Bu yüzden intercooler gibi sistemlerle silindirlere alınan hava soğutularak yüksek yoğunluklu havanın motora girmesiyle yüksek performans, düşük hava/yakıt oranı, düşük NOx elde edilebilmektedir.

Resim 7: Emme hava sıcaklığının NOx emisyonlarına etkisi. [2]

1.5. Yanma Odası Tasarımının Emisyonlara Etkisi

Yanma Odası Tasarımı (Combustion Chamber Design), motor kontrüksiyonuyla ilgilidir ve tasarım aşamasında belirlenip ona göre üretilir. Dizel motorların icadından bu yana farklı yanma odaları tasarlanmıştır.

Emisyona Etkisi: Özellikle partikül madde emisyonu için önemlidir.

Önemi: Partikül madde&NOx emisyonları yanma odası tasarımında dikkate alınır. Motorda kullanılacak aftertreatment sistemine göre PM veya NOx optimizasyonu yapılır.

Bu konu çok detaylıdır, bu yüzden tek bir grafikle anlatmak mümkün değil. Merak edenler ileri okuma için ilgili kaynağa bakabilir ve farklı kaynaklara başvuru yapabilirler.

Resim 8: Farklı yanma odaları farklı emisyonlar ortaya çıkartabilir. Bu resim bir örnektir. Detaylı bilgi için ilgili yazıya bakılabilir. [5]

Yararlanılan kaynaklar:

 

Adem Oruz

1 Eylül 2019

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir