GİRİŞ

 Otomobillerin egzozlarından birçok kirletici gaz çıkmaktadır. Bu gazları azaltmak, ilerleyen zamanlarda da sıfıra indirmek için farklı çalışmalar yapılmaktadır ve standartlarla bu kirletici gazlar (emisyonlar) kontrol altına alınmaya çalışılmaktadır. Bir otomobil üzerinden gaz ölçümünün yapıldığı bir örnek aşağıda gösterilmiştir.

 İçten yanmalı bir motorun egzozundan Amoniya (NH4^–), Sülfürik Asit (SO4^-2), Klor (Cl^–), Nitrik Asit (CO3^-2) vb. korozif özelliğe sahip gazlar çıkmaktadır. Başlangıçta motorun egzozundan çok yüksek sıcaklıkta çıkan kirletici gazlar egzoz sisteminde ilerledikçe yoğuşabilmekte ve korozif etkilerini sıvı olarak da gösterebilmektedirler. Bu yüzden araçlarda egzoz sisteminin iç kısmı, kirletici gazların korozif özelliğinden dolayı, korozyona dayanıklı olmalıdır.

 İster soğuk ister sıcak iklime sahip olsun, neredeyse her koşulda aracın egzoz sistemine dışarıdan tuz başta olmak üzere birçok farklı korozif madde etki etmektedir. Dolayısıyla egzoz sisteminin dış etkenlere karşı da korozyona dayanıklı olması gerekmektedir.

 İç ve dış etkenlere karşı korozyon başta olmak üzere termal dayanım, termal yorulma dayanımı özelliklerine sahip malzemeler egzoz sisteminde kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında egzoz sisteminin yapıldığı malzemeler incelenecektir.

 Egzoz Sistemine Genel Bakış

Klasik bir otomobilin egzoz sistemi aşağıdaki resimde gösterildiği gibidir.

 Şekil incelendiğinde motorun hemen çıkışında bulunan “Giriş Borusu” (diğer adıyla egzoz manifoldu), devamında kirletici emisyonları azaltmak amacıyla yerleştirilmiş “Katalitik Konvertör” (Katalizör) vardır. Katalizörün devamında ise gürültüyü azaltmak amacıyla “Orta Egzoz” ve “Çıkış Borusu” olarak isimlendirilmiş susturucu sistemleri vardır.

 Bu çalışmada katalitik konvertörün malzemesine girilmeyecektir. Bunun haricinde egzoz sistemini oluşturan tüm yapının malzemesi incelenecek ve üretim şekline kısaca değinilecektir.

 Egzoz Sistemi Malzemeleri

Egzoz sistemi farklı malzemelerden yapılmaktadır. Bunları şöyle sıralayabiliriz.

Paslanmaz Çelik

 Egzoz sisteminin ilk yıllarından itibaren uzun yıllar kullanılmıştır. Minimum %11 Krom içeren düşük karbonlu çelikler kullanılmaktadır. Bu çelikler egzoz sisteminin içinde yoğuşan su moleküllerinin oluşturacağı korozif etkiye karşı da direnç gösterebilmekte ve çok yüksek sıcaklıklara dayanabilmektedir.

 Egzoz sisteminde motora yakın olan bölgelerde sıcaklığa dayanım büyük önem arz etmektedir. Zira bu kısımlarda yanmış egzoz gazları çok yüksek sıcaklıklara (773 Kelvin civarı) çıkabilmektedir. Paslanmaz çelik tüm bu özellikleri sağladığı için egzoz sisteminde en çok kullanılan malzemedir. Aşağıdaki grafik incelendiğinde egzoz sistemi üzerindeki sıcaklık dağılımı daha iyi anlaşılacaktır.

 Paslanmaz çeliğin birçok farklı iç yapıya sahip türleri vardır. Fakat bunlardan iki tanesi egzoz sistemi için oldukça önemlidir. Bunlar Östenitik Paslanmaz Çelikler ve Ferritik Paslanmaz Çeliklerdir.

 Paslanmaz çelikler egzoz sisteminde en çok kullanılan malzemelerdir. Çelikler saf olarak kullanılmamakta, farklı alaşım elementleri ihtiva etmektedirler. Bu alaşım elementlerinin egzoz sistemi düşünüldüğünde sistem üzerine nasıl etkide bulunacağı aşağıda tablo halinde incelenmiştir.

 Düşük Karbonlu ve Düşük Alaşımlı Çelikler

 Otomobillere emisyon standardı ilk olarak 1996 yılında uygulanmıştır. Araçların egzoz sistemlerine baktığımızda ise tam bu yıllarda egzoz sisteminin (1990’ların ortalarında) malzemesinin seçiminde farklılığa gidildiği görülmüş ve paslanmaz çelik kullanımı terk edilmeye başlanmıştır. 1990’ların ortasından itibaren düşük karbonlu ve düşük alaşımlı çelikler araçların egzoz sisteminde kullanılan malzeme olarak karşımıza çıkmaktadır.

 Malzeme seçiminde meydana gelen bu değişikliğin farklı sebepleri vardır. Bunlar şöyle sıralanabilir:

• Uzun garanti süresini gerektiren pazar ihtiyacı
• Yanma teknolojisinin gelişmesiyle birlikte artan egzoz gazı sıcaklıkları
• Emisyon standartlarının getirdiği sızdırmazlık, araç ömrü boyunca kullanım gibi kısıtlamalar

 Orta Karbonlu Çelikler

 Egzoz sisteminin tasarımında uzun yıllar orta karbonlu çelikler tercih edilmiştir. Orta karbonlu çelikler farklı sıcaklıklardaki atmosferik korozyona karşı dirençlidir. Bununla birlikte binek araçlarda ve uzun yollar kateden araçlarda atmosferik korozyona ve egzoz sisteminde yoğuşan sıvıların korozyonuna karşı direnci oldukça düşük olmaktadır.

 Traktör, iş makineleri ( non-road vehicles) gibi araçlarda ise orta karbonlu çeliklerin egzoz sisteminde kullanımı hala kısıtlıdır. Ancak korozyon direncini arttırmak için çeliğin yüzeyine Alüminyum kaplama yapılarak uygulamaya uygun hale getirilebilmektedir.

 21. YY’ın ilk yıllarında çeliklere katılan alaşım elementlerinin fiyatlarında ciddi artışlar meydana gelmiştir. Birçok ekonomi devi ülkenin krize girmesi ve piyasada meydana gelen istikrarsızlık alaşım elementlerinin fiyatlarında dalgalanmaların meydana gelmesine sebep olmuş bu da malzeme üretiminin maliyetini etkilemiştir. 21. YY’ın ilk yıllarından itibaren üreticiler malzemenin son şeklini alana kadar ki süreci kontrol etmeye çalışmakta ve nihai ürünün maliyetini sabitlemeye çalışmaktadır.

 Titanyum

 Titanyum motorsikletlerde oldukça fazla kullanılmaktadır. Bunun yanında Formula 1 araçlarında da egzoz sistemi tasarımında titanyum kullanılmaktadır.

 Motorsiklet ve Formula 1 araçlarında boyutlar küçük, motor güçleri yüksek olduğundan kompakt egzoz sistemleri tasarlanmaktadır. Kompaktlık egzoz sisteminin içten yanmalı motora daha yakın olması, bundan dolayı da daha çok ısınması anlamına gelmektedir. Bunun yanında Titanyum çelikten %40 daha hafiftir. Bu iki sebepten, yüksek ısıya dayanım ve hafiflik, Formula 1 araçlarında ve motorsikletlerde titanyum tercih edilmektedir.

 Inconel

Inconel, nikel-krom tabanlı bir süper alaşımdır. En önemli özelliği yüksek sıcaklığa dayanımdır.

 Özellikle Formula 1 araçlarında tercih edilmektedir. Çünkü Formula 1 araçlarında motorlar çift turbolu, yüksek devirli ve yüksek güçlüdür. Düşük motor hacimlerinden de yüksek güçler elde edildiğinden egzoz sistemi oldukça yüksek sıcaklıklara maruz kalmaktadır. Inconel alaşımlarının tercih edilmesinin en önemli sebebi ise sıcaklığa dayanıklı olmasıdır. En çok tercih edilen türü ise Inconel 625’tir.

 Egzoz Sistemi Malzemelerinin Özelliklerini Karşılaştırılması

Malzemelerin fiziksel özelliklerinin karşılaştırılması:

 Egzoz Sistemi Parçalarının Üretimi

 Egzoz sisteminin malzemesi seçildikten sonra üretimine geçilmektedir. Egzozun imal edilme süreci temel olarak dikişli boru üretimi prensibine dayanmaktadır. Egzoz borusu ve susturucunun ham maddesi rulo halinde üretim hattına gelmektedir. Üretim hattında preslerle istenen uzunlukta kesilen saclar daha sonra boru haline getirilmekte ve dikiş atılmaktadır. Dikiş atma işlemi ise genellikle kaynak ile olmaktadır. Egzoz sisteminin üretimi genel olarak bu şekildedir.

 Egzoz sistemi elemanlarından olan Partikül Filtre ve Katalizör ise farklı malzemelerden, özel yöntemlerle üretildikten sonra egzoz sistemine monte edilmektedir.

 Sonuç ve Değerlendirme

 Egzoz sistemi farklı özelliklerde malzemeler istediğinden farklı malzemeler kullanılarak tasarlanabilmektedir. Malzeme seçiminde ilk olarak korozyon dayanımı, devamında ise ısıl dayanım özellikleri göz önüne alınmaktadır.

 Bunlara ek olarak, araçlarda yakıt tüketimini azaltmak, emisyon değerlerini düşürmek gibi amaçlardan dolayı araç kütlesinin düşük olması istenir. Dolayısıyla egzoz sistemininde mümkün olduğunca hafif olması ve ucuz olması istenmektedir. Egzoz sisteminde kullanılan malzemelerin gelişimi ise ağırlığı azaltmaya yönelik olmaktadır.

 KAYNAKLAR:

• Materials for Automotive Exhaust System, S. Rajadurai, M. Afnas, S. Ananth, S. Surendhar, Mart 2014
• Korrosions- und hitzebeständige Stähle in Abgassystemen, CTI Exhaust Materials Forum 21- 22.11.2007, N., Arlt
• Metals Handbook, ASM International, ASM, 2001
• jfe-21st.or.jp
• diesel.net
• matay.com.tr
• ijrdet.com
• hihgpowermedia.com
• mühendisbeyinler.com

 

 YAZARLAR

 İdris YILDIRIM

 idrisyildirim2301@gmail.com

 Uludağ Üniversitesi Otomotiv Mühendisliği Öğrencisi

 Adem ORUZ

 oruzadem@gmail.com

20 Ocak 2016