buji ateşlemeli bir motorda benzin-metanol karışımlarının motor

5. Uluslararas leri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), 13-15 May s 2009, Karabük, Türkiye

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

BUJ ATE LEMEL B R MOTORDA BENZ N-METANOL KARI IMLARININMOTOR PERFORMANSI VE EGZOZ EM SYONLARI ÜZER NE ETK

THE EFFECT OF GASOLINE-METHANOL BLENDSON THE ENGINE PERFORMANCE AND EXHAUST EMISSION

IN A SPARK IGNITION ENGINEAbdullah ÇALI IRa,* ve Metin GÜMÜ b

aMarsan Makine Otomotiv San. ve Tic. Ltd. ti., stanbul, Türkiye, E-posta: [email protected] Üniversitesi, stanbul, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

çten yanmal motorlarda petrol esasl yak tlara alternatifolarak kullan labilecek yak tlardan biride metanoldür.Biokütle, kömür ve do algazdan elde edilebilen metanol,buji ate lemeli motorlarda önemli de iklikler yap lmadansaf olarak veya benzinle kar larak kullan labilmektedir.Bu çal mada metanol-benzin kar n buji ate lemelimotorlarda kullan incelenmi metanol oran n farklate leme avanslar nda motor performans na ve egzozemisyonlar na olan etkileri ara lm r.

Anahtar kelimeler: Metanol, Ate leme avans , Motorperformans , Egzoz emisyonu

Abstract

Methanol is one of the alternative fuels for petroleumbased fuel used in spark ignition engines. Methanol can bederived from biomass, coal and natural gas and be used inspark ignition engines with minimum modifications as puremethanol or methanol-gasoline blends. In this study, theusing of methanol-gasoline blends in a spark ignitionengine was investigated. The effects of methanol usingratio were also examined in different ignition advance.

Keywords: Methanol, Ignition advance, Engineperformance, Exhaust emissions

1. Giri

Günümüzde petrol kökenli yak tlar n h zla tükenmesi ve buyak tlar n çevreye olan zararl etkilerinin önemli boyutlaraula mas alternatif yak t aray lar na h z kazand rm r[1].Günümüz dünyas nda enerji politikalar , çevre bilinciylebirlikte insanlar n refah için kullan lacak ekilde ve ulusal

karlar göz önüne al narak belirlenmelidir. Petrole olanba ml n azalt lmas , gelecekte ya anabilecek petrolkrizlerinin en az s nt yla atlat labilmesi ve çevrenin zararletkilerden korunabilmesi için alternatif yak t aray lar vebunlar n içten yanmal motor yak olarakkullan labilirliklerinin ara lmas zorunlu hale gelmi tir.Bunun nedenle, içten yanmal motorlardan de ik yap salve i letme ko ullar nda talep edilen gücün en ekonomik veçevreye en az zararla alabilmek için yap lan çal malar h zkazanm r[2]. Petrole alternatif olarak alkoller (etanol,metanol), biyodizel, do algaz, hidrojen ve biyogazkullan lmaktad r. Alkol ve alkol-benzin kar mlar bunlar n

ba nda gelmektedir. Petrol kökenli yak tlara alternatifolarak kullan lan alkollerin petrole olan ba ml azaltmasyan nda, kirletici egzoz emisyonlar da azaltmaktad r[3].çten yanmal motorlarda alternatif yak t olarak kullan lan

en yayg n alkol metanoldür. Biokütle kaynaklar ndanüretilmesi nedeniyle metanol bir tar m ülkesi olan vezengin linyit rezervlerine sahip Türkiye için oldukçaönemlidir. Bu nedenle ülkemizde metanol üretiminin devlettaraf ndan desteklenmesi gerekti i dü ünülmektedir.Günümüzde alkol fiyatlar n benzine göre yüksekolmas na ra men, petrol kaynaklar n tükenebilir kaynakolmas ndan dolay gelecekte petrolden daha ucuz olacadü ünülmektedir. Metanolün benzin motorlar nda direktkullan lmas ile pratikte birçok problem ortaya

kabilmektedir. Bu problemlerin ana sebebi yanman n tamolarak sa lanamamas r. Saf metanolün kullansonucu, karbüratör ayarlar n bozulmas , a motorbirikintisi, ya lama ya seyrelmesi, piston segman

mas , silindir yüzeylerinde a nt ve motorda ya lamaya n bozulmas gibi ar zalar görülebilir [2]. Belirtilen bufaktörlerin yan nda metanol kullan nda, so uk havadazor çal ma, kötü ate leme, ate leme yap lamamas gibifaktörlerde, uzun süreli çal malarda ortaya ç kmaktad r.Metanolü çe itli oranlarda benzinle kar rarak, benzinyak na yak n özellikler ta yan bir yak t eldeedilebilmektedir [3]. Hava kirlili ine sebep olan hidrokarbon(HC) esasl yak tlar n yanmas sonucunda aç a ç kankarbonmonoksit (CO), yanmam hidrokarbon (HC), azotoksit (NOx) ve partikül emisyonlar atmosferi kirleterek ciddisa k problemleri olu turmaktad r. Yap lan istatistiklerdebüyük ehirlerde motorlu ta tlarda kullan lan yak tlar nhava kirlili ine etkisi %50’lere kadar ula tespitedilmi tir.

Literatürde, metanolün benzinle kar larak içten yanmalmotorlarda kullan lmas yla ilgili çal malarlakar la lmaktad r [4–6]. Bir çal mada de ik oranlardametanol benzin kar mlar kullan lm ve elde edilensonuçlarda NOx de erlerinin artt ve CO ve HCde erlerinin azald görülmü tür [7]. Bir di er çal madada yine de ik kar m oranlar için deneyler yap lm vemotor performans incelenmi tir. Ç kan sonuçlardan damotor performanslar n artt gözlenmi tir [8]. Yap lançal malar incelendi inde buji ate lemeli motorlarda farklbenzin-metanol kar mlar n motor performanslar veegzoz emisyonlar n farkl avans de erlerindeincelenmedi i görülmektedir. Yap lan bu çal ma ile hemliteratürdeki eksiklik giderilmi hem de metanol-benzinkar mlar n optimum ate leme avans de erleribelirlenmi tir.

1894

mailto:abdullah_calisir:@hotmail.com.tr

mailto:mgumus:@marmara.edu.tr

Çal r, A. Gümü , M.

2. Deneysel Çal ma

Deneysel çal mada buji ate lemeli motorda önce benzinkullan lm r. Deneyler sabit motor devrinde ve farklyüklerde gerçekle tirilmi tir. Her yük durumunda avansde tirilerek yak t tüketimi, motor ya s cakl , egzoz

cakl ve egzoz emisyon (CO, NOx) de erleriölçülmü tür. Ölçümler s ras nda motor çal ma artlar nayn olmas ve çal ma artlar n uygunlu u için ya

cakl n belirli aral klarda kalmas sa lanm r. Deneyöncesinde motor benzin ve benzin-metanol kar mlar ileuygun çal ma s cakl na gelene kadar çal lm r.Deneylerde yak t kar mlar metanol ve benzinin %95Benzin-%5 Metanol, %90 Benzin-%10 Metanol, %85Benzin %15 Metanol olacak ekilde kar lmas yla eldeedilmi tir. Yak t kar mlar ve saf benzin buji ate lemelimotorda farkl ate leme avans de erlerinde teste tabitutulmu tur. Deneylerde kullan lan yak tlar n özellikleriTablo 1. de verilmi tir [9].

Tablo 1. Metanol ve Benzinin özellikleri

Metanol BenzinKimyasal formül CH30H C6H14-C7H16

Mol a rl 32.04 86–100Yo unluk (kg/m3) 796 727Kaynama noktas (K) 338 305–490Tutu ma s cakl (K) 743 493–573Donma noktas (K) 175 243–263Buharla ma (kJ/kg) 1167,7 490Alt l de eri (kJ/kg) 20110 39800–44345Buhar bas nc (kPa) 34 41-103Hava/yak t oran 6,46 14,5Ara . oktan say (ROS) 112 91–100Motor oktan say (MOS) 90 82–92

Tablo 2. Deney motorunun teknik özellikleri

Marka ve modeli Brigs & Stratton, 243431Çal ma prensibi 4 zamanl , KarbüratörlüSilindir adedi 1Silindir çap 77,79 mmStrok 82,55 mm

rma oran 12:1Maks. moment 2400 d/d ’da 30 N.mMaksimum güç 3600 d/d ’da 7.35 kW

Teknik özellikleri Tablo 2. de verilen buji ate lemeli motorelektrikli bir dinamometreyle test edilmi tir. Elde edilenkuvvet dinamometrenin merkezinden 0,25m mesafe debulunan ve kalibre edilebilen yük hücresi yard ileölçülmü tür. Egzoz emisyonlar n ölçümü, QUINTOXKane-May emisyon analizörü ile gerçekle tirilmi tir [10].

3. Deneysel Bulgular ve Tart ma

3.1. Motor Performanslar

Metanol, benzin ve de ik metanol-benzin kar mlar ylayap lan deneyler sonucunda yap lan incelemelerde,metanol ve yüksek metanol oranl kar mlarkullan ld nda, motorun ilk hareke geçi inin zorla ,yüksek devirlerde motorun daha düzensiz çal tespitedilmi tir. Deneyler, benzinle kar lan metanol oran nartmas yla motor torkunun artt göstermi tir. Metanolilavesiyle emme dolgusunun s cakl dü mekte veyo unlu u artmakta bu da motor verimini ekil 1’degörüldü ü gibi artt rmaktad r. Motor verimi artt kça tork daartmaktad r. Torkun artmas yla birlikte, ayn devir için güçde onunla orant olarak artmaktad r. Kar mdaki metanolmiktar artt kça özgül yak t tüketimi de artm r. Metanolünalt l de erinin benzininkinin yakla k yar kadar olmassebebiyle, kar mdaki metanol miktar art ld kça yak ttüketimi artm ve bunun sonucunda özgül yak t tüketimi deartm r.

0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100

YÜK(%)

MO

TO

R V

ER

(%)

M0

M5

M10

M15

ekil 1. Farkl benzin-metanol kar mlar n 20° KMAavans de erinde ve sabit motor devrinde motor verimininyükle de imi.

ekil 2-4’ ten görüldü ü gibi farkl benzin-metanolkar mlar standart avans de erinde (20°KMA avansde erinde) en yüksek verim M15 de elde edilmi tir. M5’deise en yüksek verime 22.5° KMA avans nda ula lmsonra s ras yla 17.5° ve 20° KMA avans de erlerindeverimlerin dü tü ü gözlenmi tir. M10’la yapt zdeneylerde 17.5° KMA avans de erinde en yüksek verimeula lm 22.5° ve 20° KMA avans de erlerinde dahadü ük sonuçlar al nm r. M15’le yapt z deneylerdeise en yüksek verime 17.5° KMA avans nda ula lm ve22.5° ve 20° KMA avanslar nda daha az verim de erlerielde edilmi tir.

1895


0

5

10

1520

25

30

35

40

0 50 100

YÜK(%)

MO

TOR

VE

R(%

)17.5°20°22.5°

ekil 2. %5 Metanol %95 Benzin kar yak tkullan nda farkl avans de erlerindeki motor verimininyüke ba de imi

0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100

YÜK(%)

MO

TOR

VE

R(%

)

17.5°20°22.5°


0

5

10

15

20

25

30

35

0 50 100

YÜK(%)

MO

TOR

VE

R(%

)

17.5°20°22.5°


Tüm bu sonuçlara bak ld nda motor verimi 17.5° ve 22.5°KMA avans de erlerinde daha yüksek ç km r. Yüke göremotor verimi için en ideal kar m de eri %5 Metanol-%95

Benzin oran ve 22.5° KMA avans de erinde eldeedilmi tir.

3.2.Motor Emisyon De erleri

3.2.1. Karbon monoksit (CO) Emisyon De imi

Benzin motorlar nda karbonmonoksit olu umu oksijeninyetersiz oldu u veya silindirin içindeki baz bölgelerdekar n homojen olmay ndan kaynaklanmaktad r.Oksijenin yetersiz olmas durumunda tam yanmagerçekle emedi inden yak n içindeki karbon tam yanmaürünü olan karbondioksite (CO2) dönü emez vekarbonmonoksit olarak kal r[10]. Karbonmonoksitemisyonlar ndaki azalman n nedeni, metanolün benzinegöre daha az karbondan olu mas ve yap nda oksijenbulundurmas r.

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

0 20 40 60 80 100

YÜK(%)

CO

(%)

M0

M5

M10

M15

ekil 5. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki COemisyonlar n 17.5° KMA avans nda ve sabit motordevrinde yükle ba de imi

00,10,20,30,40,50,60,70,8

0 20 40 60 80 100

YÜK(%)

CO

(%)

M0

M5

M10

M15

ekil 6. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki COemisyonlar n 20° KMA avans nda ve sabit motordevrinde yükle ba de imi

1896


00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

0 20 40 60 80 100

YÜK(%)

CO

(%)

M0

M5

M10M15

ekil 7. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki COemisyonlar n 22.5° KMA avans nda ve sabit motordevrinde yükle ba de imi

ekil 5-7’den görüldü ü gibi sabit devir dü ük yükte M0’da17.5° KMA avans nda en yüksek CO de erine ula lmsonra s ras yla 20° ve 22.5° KMA avans de erlerinde dahaaz CO olu umu gözlemlenmi tir. M5’le yapt zdeneylerde en yüksek CO de erine 17.5° KMA avans ndaula lm 20° ve 22.5° KMA avans de erlerinde dahadü ük CO olu umu gözlemlenmi tir. M10’da CO miktar enfazla 17.5° KMA avans nda gözlenmi 20° ve 22.5° KMAavans de erlerinde daha az CO de erleri elde edilmi tir.M15’le yapt z deneylerde yine 17.5° KMA avans ndaen yüksek CO de erine ula lm 20° ve 22.5° KMA avansde erlerinde daha az CO gözlemlenmi tir. Tüm busonuçlara bak ld nda CO emisyonu 20° ve 22.5° avansde erlerinde daha dü ük ç km r. Buna göre COemisyonlar için en ideal kar m %15 Metanol-%85 Benzinoran ve 20° KMA avans de erinde elde edilmi tir.

3.2.2. Azotoksit (NOx) Emisyon De imi

Benzin motorlar ndaki azot oksit olu umundaki en önemlietkenlerden biri s cakl kt r. Motor içindeki yanmada olu anyüksek s cakl klarda, havan n içerisindeki azotun oksijenlereaksiyona girmesi sonucu azot oksitler meydanagelmektedir. Silindirde oksijen konsantrasyonun yüksekolmas da NOx emisyonlar art rmaktad r. Bu nedenlemetonol içerisinde bulunan oksijen, NOx emisyonlar nolu umunu art rmaktad r[1].

ekil 8-10’dan görüldü ü gibi sabit devir dü ük yükteM0’da, 17.5° KMA avans nda en dü ük NOx de erineula lm r. Daha sonra içinde %5 Metanol-%95 Benzin,%10 Metanol-%90 Benzin, %15 Metanol-%85 Benzinbulunan kar mlarla yapt z tüm deneylerde 17.5° KMAavans nda en dü ük NOx olu umu gözlenmi ve 20° ve22.5° KMA avans de erlerinde daha yüksek oranda NOxolu mu tur. Tüm bu sonuçlardan elde edilen verilere göreNOx emisyonlar için en ideal sonuçlar saf benzin olanyak tta ve standart avans de erinde (20°KMA avansde erinde) elde edilmi tir.

050

100150200250300350400450

0 20 40 60 80 100

YÜK(%)

NO

x(pp

m)

M0

M5

M10

M15

ekil 8. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki NOxemisyonlar n 17.5° KMA avans nda ve sabit motordevrinde yükle ba de imi

0

100

200

300

400

500

0 20 40 60 80 100

YÜK(%)

NO

x(pp

m)

M0

M5

M10

M15

ekil 9. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki NOxemisyonlar n 20° KMA avans nda ve sabit motordevrinde yükle ba de imi

0

100

200

300

400

500

600

0 20 40 60 80 100

YÜK(%)

NO

x(pp

m)

M0

M5

M10M15

ekil 10. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki NOxemisyonlar n 17.5° KMA avans nda ve sabit motordevrinde yükle ba de imi

1897


4. Sonuçlar

Yap lan çal malarda avans de erleri ve benzin-metanoloranlar de tirilerek motor verimleri ile egzoz emisyonlarincelenmi ve u sonuçlar al nm r;

Motorun standart avans de erinde en iyi verim %15metanol %85 benzin kar nda elde edilmi tir.

Farkl avans de eri ve farkl kar m oranlar yla yap landeneylerde ise en yüksek verime %5 metanol %95benzin kar nda 22.5° avans de erinde ula lm r.Kar ma metanol ilavesiyle emme dolgusunun

cakl dü mekte ve dolgu yo unlu u artmaktad r. CO emisyonlar na bak ld nda avans de eri ve

kar mdaki metanol oran artt kça CO emisyonlar nazald gözlemlenmi tir. En iyi CO emisyon de eri%15 metanol %85 benzin kar nda 20°KMA avansde erinde elde edilmi tir.

NOx de erlerine bak ld nda kar mdaki metanoloran n artmas yla birlikte yanma s cakl artm r.

cakl n artmas yla NOx olu umunun arttgözlenmi tir. En iyi NOx emisyon de eri saf benzindenolu an yak tta ve 20°KMA avans de erinde minimumseviyede gözlemlenmi tir.

Deney sonuçlar , metanol-benzin kar mlar n benzinlimotorlarda önemli bir de iklik gerektirmedenkullan labilece ini göstermi tir. Motor verimi ve emisyonde erlerine göre en iyi sonuç 20° KMA avans de erinde,%15 metanol - %85 benzin kar nda elde edilmi tir.

Kaynaklar

[1] Borat, O., Balc , M., Sürmen, A. çten YanmalMotorlar. Cilt 1, Teknik E itim Vakf Yay nlar –2,stanbul / Ankara / Bursa, 1994.

[2] Safgönül, B., Ergeneman, M., Arslan, H.E., Soru bay,C., çten Yanmal Motorlar. Birsen Yay nevi, stanbul,1995.

[3] Bayraktar, H., Benzin-Etanol Kar mlar n BenzinMotorlar nda Yanma ve Motor Çevrimi ÜzerindekiEtkilerinin Teorik Olarak ncelenmesi, Doktora Tezi,K.T.Ü. Fen Bil. Ens. Trabzon, 1997.

[4] Bay nd r,H., Effect of Spark Timing and Air Fuel RatioConsuption in Gasoline Engines Using Methanol-Gasoline Blends, International Energy andEnvironment Symposium, Trabzon, s. 1189-2000,1997.

[5] Çetinkaya,S., Çelik,B., ‘’Buji Ate lemeli MotorlardaYak t Olarak Benzin-Metanol Kar mlar nKullan lmas ’’, 5. Uluslar aras Yanma Sempozyumu, s.255-266, 1997.

[6] lker,Ö., Necmettin, T., Murat, C., ‘’Etanol-BenzinKar Yak tlar n Ta t Performans na ve EgzozEmisyonlar na Etkisi’’ 10. Uluslararas YanmaSempozyumu, Sakarya, 2008.

[7] Jay, A.B., A Survey of Alcohol as a engine fuel, SAE,Paper No:254, 1980.

[8] Korkmaz, ., Benzin ve Metanol Yak tl Buji Ate lemeliMotorlarda performans ve Emisyon Karekteristiklerininncelenmesi, Doktora Tezi, .Ü. Fen Bil. Ens. Trabzon,

1996.[9] Tüpra A. ., Yak t Özellikleri Test Sonuçlar Tablosu,

zmit, 1999.

[10] J.B., Heywood, Internal Combustion EngineFundamentals. New York: McGraw-Hill, 1988.

1898



FARKLI OKTANLI YAKITLARIN TAM YÜKTE PERFORMANS VEEM SYONLARININ DE MLER

THE INVESTIGATION OF THE EFFECT OF DIFFERENT OCTANENUMBER FUELS ON PERFORMANCE AND EXHAUST EMISSIONS

smet ÇEL KTEN*,a, Selçuk KORKMAZa

a Gazi Üniversitesi Ankara, Türkiye, E-posta: [email protected], [email protected]

Özet

çten yanmal motorlarda termik verimlerinin art lmasmotorun s rma oran artt rmakla gerçekle tirilebilir.

rma oranlar n art ld nda ise kullan lan benzininoktan say art lmas gerekir. Yap lan bu deneyselçal mada piyasada sat lan de ik oktan say benzinlerbuji ile ate lemeli bir motorda test edildi. Testlerde 95–97–100 oktanl benzinler kullan ld . Deneyler tam yükte ve1500–4500 1/min aras nda 500 er devir aral klarla 4silindirli, 4 zamanl ve 8,8 s rma oranl buji ate lemelibir motor üzerinde gerçekle tirildi. Motorun tekniközelliklerinde de tirme yap lmadan, günümüz ta tlardakullan ld gibi, motorun ihtiyaç duydu undan dahayüksek oktanl benzinler kullan larak motor performans veemisyon de imleri bulundu. Deneyler sonunda motorunstandart yak olan 95 oktanl benzinin en iyi performansde erlerine sahip oldu u tespit edildi. Ayr ca ayn motordayüksek oktanl benzinlerin kullan lmas durumunda, CO veHC emisyonlar artar iken, NOx emisyonlar n da azaldbelirlendi.

Anahtar Sözcükler: Motorlar, Yanma, Oktan say lar ,Performans, Emisyonlar

Abstract

The increasing of thermal efficiency can be possible withincreasing compression ratio in internal combustionengines. When the compression ratio is increased, thegasoline octane number has to be increased. In thisexperimental study, different octane number fuels, whichare selling nowadays, are tested in a spark ignition engine.In the tests, 95, 97 and 100 octane gasoline fuels wereused. The experiments were performed at full load anddifferent engine speeds between 1500-4500 1/min with500 1/min intervals. A four cylinder, four stroke sparkignition engine having 8,8 compression ratio was used inthe tests. Engine performance and exhaust emissionvariations were obtained using higher octane numberfuels, without modification of the engine. The results wereshowed that maximum performance characteristics wereobtained with 95 octane number standard fuels. In additionto this, CO and HC emissions were increased, NOxemissions were decreased when higher octane numberfuels are used.

Key words: Engine, Combustion, Octane number,Performance, Emissions.

1. Giri

Motorlar n s rma oran ve benzinli motorlardakullan lan yak tlar n kimyasal ve fiziksel özellikleri, benzinlimotorlar n verimini ve performans önemli derecedeetkiler. deal benzin motorunun verimi incelendi inde,motor l veriminin direkt olarak s rma oran na baoldu u bilinmektedir. Motorun s rma oran nartt lmas ile motor performans ve verimini artt rmakmümkün olmaktad r. Kullan lan yak n kimyasal ve fizikselözelli i nedeniyle motorun s rma oran , belli bir

rma oran na kadar yükseltilebilmektedir. Çünkü aynyak t numunesi için, motorun s rma oran giderekartt rsa belli bir s rma oran nda vuruntulu yanmameydana gelmektedir.

Benzin motorlar nda vuruntulu yanma istenmeyen biryanma türü olup, k sa bir sürede motor elemanlar ndabüyük tahribatlara neden olabilmektedir. Ayn zamandavuruntulu yanma sonucunda motor verimi ve gücündeönemli derecede dü lere sebep olmaktad r. Bu nedenle;yak tlar n oktan say artt lmas , motorun s rmaoran n ile motorun veriminin ve performans nartt lmas önündeki en büyük engeldir.

Vuruntulu yanman n olu mas nda en önemli etken,motorun s rma oran oldu u için, yak tlar n oktansay lar , s rma oran na göre ölçülmektedir. Vuruntuluyanma olay nda, henüz yanman n ba lamadbölgelerdeki kar n kendi kendine tutu ma s cakl nagelerek bir veya daha fazla noktada alev çekirde iolu turarak yanmaya ba lamas tam olarakbilinememektedir. Fakat yanman n ba lamas vuruntu vezincir reaksiyon teorileri ile aç klanmaya çal lmaktad r.nce ve uzun bir tüp eklindeki yanma odas nda, ok

dalgas eklindeki alev cephesi ile birlikte yüksek bas nçdalgas n ses h ile ilerlemesi olay na vuruntudenilmektedir. Burada ilerleyen bas nç dalgalar , ula klarnoktalardaki s cakl klar yükselterek kimyasal reaksiyonlar

zland r ve dolay yla alev cephesinin h , ses h nagetirmesine neden olmaktad r. Fakat içten yanmalmotorlarda, ince ve uzun tüp eklinde bir yan na odasbulunmad ndan, bu teoriyi geçersiz k lmaktad r.

Benzin motorlar n l verimlerini, s rma oranyükselterek vuruntuya yol açmadan art rmak (r 12 yekadar), tetraetil kur unla kar lm benzin gibi dahauygun yak tlar kullanarak yap lm r. 1920’li y llardanitibaren motorlarda tetraetil kur un, benzinin daha yüksek

cakl klarda tutu mas sa lamak için kullan lm r.1970’li y llara kadar kur unlu benzinin kullan giderekazalt lm r. 1975’ten sonra yap lan otomobiller kur unsuz

1899

mailto:celikten:@gazi.edu.tr

mailto:yukselisselcuk:@hotmail.com

Çelikten, . ve Korkmaz S.

benzin kullanacak biçimde tasarlanm r. S rmaoranlar vuruntuyu önlemek için dü ürülürken, motorlar n

l verimleri de biraz daha dü mü tür [1].

Japonya da son on dokuz y lda kullan lan yak tlar n(benzin ve mazot) oktan ve setan say , Reid buharbas nc , sülfür miktar , kinematik viskozite gibi özellikleriinceleyerek dünyadaki yak t standartlar yla kar la lmasyap lm r. Oktan say ve reid buhar bas nc özelliklerininhemen hemen hiç de medi i, sülfürün ise yak nkimyasal yap nda yap lan de im sonucu normalbenzinde %30 süper benzinde %7 oran nda azaldbelirtilmi tir [2].

ki farkl yak t (izo oktan ve n-heptan)’ n de kenoranlarda kar lmas yla elde edilen yak tkompozisyonunun motor ve ara rma oktan say nbelirlenmesi için matematiksel bir model olu turulmu tur.Oktan say n performans, yak t tüketimi, egzozemisyonlar üzerine etkileri deneysel ve teorik olarakincelenmemi tir [3,4]. 1990 model tek silindirli, iki zamanl ,245 cc’lik benzin motoru üzerinde yap lan deneyselçal malarda oktan say art rmak için polimerler dekullan lm r. Motor gücünün %2 artt , özgül yak ttüketiminin %4 azald , HC emisyonlar nda %61 ve COemisyonlar nda %84 dü me oldu u grafiksel olarakgösterilmi tir [5].

Karbüratörlü araçlarla ilgili yap lan istatistiksel ara rmadaaraç sahiplerinin hangi tip yak tlar tercih etti i sorgulanmve araç sahiplerinin %55’inin araçlar na uygun yak t seçimikonusunda yeterli bilgiye sahip olmad klar görülmü tür.Yap lan istatistikî çal mada tüketicilerin hangi tip yak tlartercih etti i grafiksel olarak sunulmu tur [6].

Oktan say ve yak t kalitesini art rmak için kullan lanmetanol, etanol, tetra bütil alkol, isopropil alkol, metil tetrave bütil eter’in araçta kullan m ko ullar ve emisyon etkileriüzerine ara rma yap lm r. Yap lan çal mada, yak tkalitesini art rmak için kullan lan kimyasallar n sadeceegzoz emisyonlar na ve motor performans na etkileriincelemi tir [7].

Benzin motorlar nda yak t kalitesi oktan say n motorperformans ve egzoz emisyonlar üzerindeki etkileri 8/1

rma oran na sahip bir motorda teorik ve deneyselolarak ayr nt bir ekilde ara lm r. Ara rmada 91–93–95–95,3 oktanl benzinler kullan lm ve en iyiperformans de imlerinin 91 oktanl benzinden ve endü ük egzoz emisyonlar n ise 95,3 oktanl benzinden eldeedildi i tespit edilmi tir [8].

Yak tlar olu turan hidrokarbonlar n kimyasal ba lar ,hidrojen ve karbon atom say lar yak tlar birbirinden ay r.

yak tlar n genel kimyasal formülü CnHm eklinde olup,vuruntuya kar dirençleri, yap ndaki hidrojen (H) vekarbon (C) atomlar n ba lant ekillerine ba r. Zincirgrubu yap na sahip olan yak tlar n parçalanmalar zor vetutu ma e ilimleri dü ük oldu undan vuruntuya kardirençleri yüksektir. Örne in izo-oktan (C8H18) gibi yak tlarçatall zincir grubu yap nda olduklar ndan parçalanmalarzor, tutu ma e ilimleri dü ük ve vuruntuya kar dirençliyak tlar olup, benzin motoru yak olarak kullan rlar. Düzzincir grubuna sahip olan yak tlar n parçalanmalar kolay

ve tutu ma e ilimleri yüksek oldu u için bu yap dakiyak tlar n vuruntuya kar dirençleri çok azd r [9,10].

Normal-heptan (C7H16) yak kolayca parçalanabilir biryak t olup, vuruntuya kar direnci dü üktür. Bu nedenletek ba na benzin motoru yak olarakkullan lamamaktad r. Zincir grubuna sahip izo-oktan(C8H18) ve düz zincir grubundaki normal heptan (C7H16)yak tlar n aç k kimyasal formülleri ekil 1.’degösterilmi tir [11]

zo-oktan (C8H18) Normal Heptan (C7H16)

ekil 1. zo-oktan (C8H18) ve normal heptan (C7H16)yak tlar n aç k kimyasal formülleri

Benzin motorlar nda kullan lan yak tlar, motorun veriminive performans önemli derecede etkilemektedir, dealOtto motorunun verimi, totto=1-(1/ k-1) olup, s rmaoran na ( ) ba r. Bu yüzden motorlar n yap nda

rma oranlar hesaplan rken kullan lacak yak tlar noktan say lar n da dü ünülmesi ve buna göre yap lmasgerekir. Oktan say birçok hallerde benzini tam ay rtedemez. Buna benzinin özelliklerini belirleyen e rilerlebenzinin de erlendirilmesi yoluna gidilir. Otomobillerdekullan lan motorlarda benzinin oktan say 85–95 aras ndade ir. S rma oranlar na göre oktan say ihtiyacTablo 1’de verilmi tir [12].

Tablo 1. S rma oranlar na göre oktan say ihtiyac[12].

rmaoran

5 6 7 8 9 10 11 12

Oktansay

68 78 85 91 96 100 103 106

nsan ve çevre sa na zararl emisyonlar, içten yanmalmotorlardan yanma sonucu olu an egzoz gazlar r. Egzozgazlar ndaki kirleticilerin olu umunu ve miktarlaretkileyen en önemli faktör hava fazlal k katsay (HFK)veya ile de gösterilmektedir. , yanmaya kat lan havamiktar n teorik hava miktar oran na denir.

Oktan say , yak tlar n vuruntuya kar direncinin birölçüsüdür. Oktan say , yak tlar n vuruntulu yanmayakar göstermi olduklar vuruntu meyline göredüzenlenmektedir. Genel olarak karbon atomlar , çatallzincir eklinde ba lanm yak tlar n oktan say laryüksektir. Çünkü karbon atomlar aras ndaki ba lar n yakar mukavemetlerinin yüksek olmas nedeniyle kolaycaparçalanamazlar ve bu tip yap daki yak tlar n vuruntumeyilleri azd r. Karbon atomlar düz zincir eklindeba lanm yak tlar n ise oktan say lar dü üktür. Buyak tlar n karbon atomlar aras ndaki ba lar n ya karmukavemetleri zay f olup kolay parçalanabilirler. Düz zincirgrubundaki yak tlar, vuruntuya kar e ilimli olup oktansay lar da dü üktür.

1900


Günümüzde benzin üretici firmalar farkl oktan say lar ndabenzinler üreterek kullan ma sunmaktad rlar. Ülkemizdeyayg n kullan lan benzinler 95–97 oktanl benzinlerdir.Zaman zaman bu oktan say lar n artt ld ve yüksekperformans yak olarak 100 oktanl benzinin dekullan ld görülmektedir. Bu çal mada da benzin motorluotomobillerde otomobil üreticilerinin tavsiyeleri sonucukullan lan benzinin haricinde petrol üreticisi firmalar nüretmi oldu u yüksek veya dü ük oktanl benzinlerinmotorlarda kullanmalar durumunda motor performans veegzoz emisyon de imleri ara lm r.

2. Materyal Metot

Deneyler Gazi Üniversitesi Teknik E itim FakültesiOtomotiv Anabilim Dal , çten Yanmal MotorlarLaboratuar nda Cussons marka P8602 çok silindirli motordinamometresinde yap ld . Dinamometre 160 kW’a kadargüç ve 3500–8000 devir aras nda 475 Nm’ye kadar torkölçülebilmektedir. Cihaz yüklemeyi “Eddy Ak ” ileyapmaktad r. Cihaz n çal ma gerilimi 240 V ± %10 olup,(50 Hz) ve çekti i ak m 16 A’dir. Dinamometreye ba1300 cc’lik, tek nokta enjeksiyonlu buji ile ate lemeli Fordmotoru bulunmaktad r. Tablo 2’de deney motorun tekniközellikleri ve ekil 2’de ise test cihaz n basitle tirilmiemas ve k mlar görülmektedir.

Tablo 2. Deney motorunun teknik özellikleriMotorun Markas Ford VSG 413Yak t Sistemi Tek nokta enjeksiyonluMotor gücü 43 kW 5000 1/minMotor torku 98 Nm 2500 1/minSilindir çap 73,96 mmKurs boyu 75,48mmSilindir hacmi 1297 cc

rma oran 8,8/1Ate leme s ras 1—2—4—3Kompresyon bas nc 13—16 barRölanti devri 750 rpm

Egzoz emisyonlar n ölçümünde Sun MGA 1500 egzozgaz analiz cihaz kullan lm r. Analiz cihaz , CO, HC, NO,O2, CO2, gazlar , AFR ve LAMBDA de erini infraredyöntemiyle ölçmekte ve yaz na aktarmaktad r. Cihaz ngiri inde cihaz koruma amaçl iki yollu filtre bulunmakta vefiltreleri doldu u veya hortumunun t kand durumlarda azhava ikaz , uyar vermektedir. Periyodik kalibrasyonlarda,cihaz n içini açmadan kalibrasyon gaz ile otomatikkalibrasyon yap lmaktad r. Bu cihaz, motorun egzozundan

kan de ik gazlar n ölçümünü dijital olarakgöstermektedir. Ölçüme ba lanmadan önce cihaz 220 Vehir ebekesine ba lanarak 15 dakika beklendi. Cihaz

haz r hale geldikten sonra motor egzoz borusu ç na biraparat yard ile emisyon cihaz n egzoz giri i ba land .Dinamometre ölçümlerine paralel olarak tüm emisyonde im de erleri de cihaza ba bulunan yazc dan al nd .Tablo 3’de ve cihaz ile ilgili teknik bilgiler verilmekte olup,

ekil 3’de ise bu cihaz n emisyon parametrelerigörülmektedir.

1) Kuvvet göstergesi2) Devir göstergesi3) Kontak anahtar4) Acil stop dü mesi5) Yük ayar dü mesi

6) Yak t ölçme tüpü7) Hava ak metresi8) Ya bas nç göstergesi9) Manifol vakum göstergesi10) S cakl k göstergesi

ekil 2. Test cihaz n basitle tirilmi emas ve k mlar .

Tablo 3. Sun MGA 1500 egzoz gaz analiz cihaz ölçümaral klar ve hassasiyet de erleri

PARAMETRE ÖLÇME ARALI I HASSAS YETCO 0 – 15 % 0,001 %HC 0 – 9999 ppm 1ppmNOx 0 – 5000 ppm 1 ppmCO2 0 – 20 % 0,1 %O2 0 – 25 % 0.01 %LAMBDA 0,6 – 1,2 0.001

ekil 3. Sun MGA 1500 egzoz gaz analiz cihaz

Deneylerde kullan lan benzinler 95–97–100 oktanl olarakbir petrol firmas ndan temin edildi. Kullan lan bubenzinlerden al nan numuneler laboratuarda testedildi inde oktan say lar n k smen farkl k gösterdi ibelirlendi. Bu sonuçlara göre 95 Oktan olarak sat lanbenzinin 96 Oktan oldu u, 97 Oktan olarak sat lanbenzinin 96,9 oktan oldu u, 100 Oktan olarak sat lanbenzinin ise 100,6 Oktan oldu u tespit edildi.

Deneylere ba lamadan önce benzin motorudinamometreye tabana olan ba lant lar ile cihaz ile ilgiliyak t borusu gaz kelebe i, hava metresi gibi di erba lant lar da kontrol edildi. Motor ya ve radyatör suyuuygun seviyeye getirildi ve elektrik ba lant yap ld .Deneylere ba lamadan yükleme yap lmadan önce motorunçal ma s cakl na gelmesi için bir süre bo ta “rölantide”

1901


çal ld . Yükleme esnas nda motorun titre imliçal mamas için devrinin 1500 1/min alt na dü memesinedikkat edildi. Deneyler tam yükte ve 1500–4500 1/minaras nda 500 1/min aral klarla her bir yak t yedi kademedegerçekle tirildi. Deney sonuçlar n do rulu unu artt rmakamac ile testler üçer kez tekrarlanarak ortalamas al nd .

Deneyler s ras nda ortam bas nç ve s cakl k de erlerial narak motorun normal artlar alt ndaki torkde imlerinin daha do ru olmas tespit edebilmek içintork düzeltme katsay kullan ld . Belirtilen tork düzeltmekatsay Kd=(100/P)0,5*(T/298)0,5 formülü ile hesapland .Burada, Kd;Tork düzeltme katsay , P;Ortam bas nc(kPa), T;Ortam s cakl (K)’d r. Testler esnas nda ortambas nc P=91,1 kPa, ve ortam s cakl ise T=36oC ölçüldüve bu sonuçlara göre tork düzeltme katsay Kd=1,066olarak bulundu.

Dinamometreden okunan de erler ve tork düzeltmekatsay dikkate al narak düzeltilmi motor torkuMe=Md*Kd formülü ile hesapland . Burada, Me;Düzeltilmimotor torku (Nm), Md;Dinamometre tork de eri (Nm),Kd;Tork düzeltme faktörüdür.

Testler esnas nda ölçülen devir ve o devirde hesaplanandüzeltilmi tork de eri dikkate al narak motor gücüNe=(Me*n)/9549 formülü ile hesapland . Burada: Ne:Motorgücü (kW), Me:Düzeltilmi motor torku (Nm), n:Motor devri(1/min) dir.

Testlerde 95–97–100 oktanl üç farkl benzin s ras ylakullan ld . Test ko ullar nda test cihaz na ba bulunan 50ml’lik ölçme tüpü dikkate al nd . Kullan lan benzininyo unlu u 0,735 kg/lt olarak ölçüldü ve hesaplamalardakullan ld . Yak t tüketimi ve özgül yak t tüketimi a dakiformüller ile hesapland . Buna göre: B=(50/t)*0,735*3,6olup, B:Birim zamandaki yak t tüketimi (kg/h), t:Yak t aksüresi (s)’dir. Be=(B/Ne)*1000, be:Özgül yak t tüketimi(g/kWh), B:Birim zamandaki yak t tüketimi (kg/h), Ne:Motorgücü (kW)’d r.

3. Deney Sonuçlar

Deney motorunda tam yük ve sabit motor devirlerine baolarak 95–97–100 oktanl üç farkl yak tlar n tork, güç veözgül yak t tüketimi de imi grafikleri ekil 4’degörülmektedir.

Maksimum tork devri olan 2500 1/min de 95–97–100oktanl benzinlerde tork de imleri s ras yla 99,6–98,2–95,1 Nm olarak belirlendi. Belirtilenlere göre 95 oktanlbenzine göre 97–100 oktanl benzinlere göre %1,4-%3,8oran nda daha dü ük maksimum torka sahip olmaktad r.Bununla birlikte, ayn oktanl benzinler için kullan lan yedidevrin (1500–4500) aritmetiksel ortalamas dikkateal nd nda tork de imleri 92,9–91,3–89,1 Nm ve 97–100oktanl benzinlere göre de %1,8-%4,3 oran ndaazalmaktad r.

Maksimum gücün elde edildi i 4500 1/min de erinde 95–97–100 oktan için s ras yla 40,4–39,9–39,1 kW güçler eldeedildi. Buna göre maksimum torka benzer ekilde 95oktanl benzine göre 97–100 oktanl benzinlerden %1,4-%3,3 oran nda daha az güç üretildi. Ayr ca, test edilen

devirlerin (1500–4500) aritmetiksel ortalamas dikkateal nd nda 28,9–28,5–27,7 kW olup, 97–100 oktanlbenzinlere göre %1,7-%4,4 oran nda azald belirlendi.

10

15

20

25

30

35

40

45

1000 2000 3000 4000 5000Motor devri (1min)

Güç

de

imle

ri (k

W)

95 OKTAN97 OKTAN100 OKTAN

80

85

90

95

100

1000 2000 3000 4000 5000Motor devri (1/m in)

Tork

de

imle

ri (N

m)

95 OKTAN

97 OKTAN100 OKTAN

200

250

300

350

400

450

1000 2000 3000 4000 5000Motor devri (1/m in)

Özg

ül y

akt t

üket

imi (

g/kW

h)

95 OKTAN

97 OKTAN100 OKTAN

ekil 4.Tam yükteki tork, güç ve özgül yak t tüketimide imleri

1902


Özgül yak t tüketim de imi en az 3000 1/min debelirlendi. Bununla birlikte maksimum tork devride en azyak t tüketimi di er yak tlara göre en dü ük 95 oktanlbenzinde bulundu. Özgül yak t tüketimleri 95–97–100oktan için s ras yla 217,8–221,9–247,3 g/kWh dir. Bunagöre, 95 oktanl benzin 97–100 oktanl benzinlere göre%1,8-%11,9 daha dü ük de erlerde özgül yak t tüketiminesahip oldu u belirlendi. Ayr ca, test edilen devirlerinaritmetiksel ortalamas dikkate al nd nda özgül yak ttüketimleri 255,9–269,9–301,1 g/kWh olup, 97–100 oktanlbenzinlere göre %5,2-%15,0 oran nda art belirlendi.

Motorun ihtiyac ndan yüksek oktanl benzin kullan ld ndaise ate leme ile yanman n ba lamas aras nda geçen süreuzad ndan yanma sonu maksimum bas nç istenenzamandan daha geç ortaya ç kmaktad r. Bu gecikmedepiston geni leme zaman na ba layaca ndan motor çgücü azalmaktad r. Grafiklerden de görüldü ü gibi 95oktanl benzin, motorun ihtiyaç duydu u oktan say na enyak n oktan say oldu undan maksimum tork de eri enyüksek elde edilmi tir ( ekil 4).

Tam yükte deney motorunun egzozdan kaynaklanankirletici emisyonlar n test edilen benzinleri içinkar la rmal grafikleri ekil 5’de görülmektedir.

Maksimum tork devrinde CO de imleri 95–97–100oktanl benzinlerde s ras yla 0,39–0,70–0,82 olarakbelirlendi ve 95 oktanl benzine göre 97–100 oktanlbenzinlerde CO lar s ras yla %45-%53 oran nda artttespit edildi. Bununla birlikte, test edilen motor devirlerinaritmetiksel ortalamas dikkate CO de imleri s ras yla%44-%56-%67 olup, 97–100 oktanl benzinlere göreortalama rat oran ise %21-%34 oran nda artbelirlendi.

Ayn tork devrinde HC de imleri 95–97–100 oktanlbenzinlerde s ras yla 67–80–86 ppm olarak belirlendi ve 95oktanl benzine göre 97–100 oktanl benzinlerde HC ler

ras yla %16-%22 oran nda artt tespit edildi. Ayr ca,ayn oktanl benzinlerin test edilen motor devirlerininaritmetiksel ortalamas dikkate al nd nda s ras yla 78–96–104 ppm olup, 97–100 oktanl benzinlere göre s ras yla%19-%25 oran nda art hesapland .

Yine ayn tork devrinde NOx de imleri 95–97–100 oktanlbenzinlerde s ras yla 350–286–147 ppm olarak belirlendive 95 oktanl benzine göre 97–100 oktanl benzinlerde

ras yla %22-%138 oran nda azald tespit edildi.Bununla birlikte, ayn oktanl benzinlerin test edilen motordevirlerinin aritmetiksel ortalamas dikkate al nd nda NOxde imleri s ras yla 351–243–132 ppm olup, 97–100oktanl benzinlere göre de ortalama olarak %44-%165oran nda azald bulundu.

95 oktanl benzinin 97 ve 100 oktanl benzinlere göre dahaiyi yanmas ndan dolay yanmam HC ve CO emisyonlardaha dü ük de erlerde bulunur iken, yanma sonu s caklkullan lan di er yak tlardan daha yüksek olmas sebebiyleNOx emisyonlar di erlerinden daha yüksek elde edildi.Bunun yan nda 95 oktanl benzinin ölçülen bütün testdevirlerinde HC ve CO miktar n 97 ve 100 oktanlbenzinlere göre daha dü ük de erlerde ve NOxemisyonlar miktar da daha yüksek de erlerde bulundu.

Performans ve emisyonlardaki art ve azal oktansay n art na ba olarak genelde [8] ile uyumiçerisinde seyrederken kullan lan yak t karakteristiklerineba olarak da k smen de mektedir.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1000 2000 3000 4000 5000Motor devri (1/min)

CO

(%)

95 OKTAN

97 OKTAN

100 OKTAN

40

60

80

100

120

140

160

1000 2000 3000 4000 5000Motor devri (1/m in)

HC

(ppm

)

95 OKTAN

97 OKTAN100 OKTAN

0

100

200

300

400

500

1000 2000 3000 4000 5000

Motor devirleri (1/m in)

NO

x (p

pm)

95 OKTAN97 OKTAN100 OKTAN

ekil 5. Tam yükteki CO, HC ve NOx emisyonlar nde imleri

1903


rma oran yüksek olamayan motorlarda yüksekoktanl benzin kullan ld nda oktan say na ba olarakyak n tutu mas için gerekli olan s cakl k artmakta vetutu ma daha geç gerçekle mektedir. Tutu man n geçgerçekle mesi sonucu yanma sonu maksimum bas nç isedaha geç olu maktad r. Bu da pistonun geni lemezaman nda yanman n hala devam etmesine nedenolmaktad r. Piston geni leme zaman na ba lad ndayanma tam tamamlanamadan sönümleme ba lamakta veyanmam HC ve CO emisyonlar artar iken NOxemisyonlar da azalmaktad r.

4. Sonuçlar ve Öneriler

Yanma h n ve bas nc n ani yükselmesi, piston ve yatakmalzemelerinin yorulmas na sonucu meydana gelenbas nç dalgalar motorda titre imlere neden olur.Titre imler kay plar ve yak t sarfiyat artt rarak verimive gücü dü ürür. Verimi artt rmak için s rma oranyüksek olan motorlarda yüksek oktanl benzinler gerekir.Yüksek oktanl benzinler vuruntuya kar daha dirençlioldu undan dü ük oktanl benzinlere göre daha yavayanmaktad r. Yava yanma yüksek devirlerde vuruntuolu mas engeller. Motor vuruntusuz çal sürecedaha yüksek oktanl benziler kullan labilir.

Motor performans bak ndan tam yükte, 95 oktanlbenzinin motor torku 97–100 oktanl benzinlere göremaksimum tork devrinde s ras yla %1,4-%3,8 oran ndadaha az ölçülmü tür. Ayn gaz kelebe i aç kl nda motorgücü ise 4500 1/min de %1,4-%3,3 oran nda daha az veözgül yak t tüketimi ise maksimum tork devrinde %1,8-%11,9 oran nda daha fazla oldu u belirlenmi tir.

Motor emisyonlar bak ndan tam yükte maksimum torkdevrinde, 95 oktanl benzine göre %CO de imleri 97–100oktanl benzinlerde s ras yla %45-%53 oran nda ve %HCde imleri de ayn ekilde %16-%22 oran nda artmaktaiken, NOx de imleri de s ras yla %22-%138 oran ndaazalmaktad r. Elde edilen bu bilgilere ve bulgulara göremotorda normal olarak kullan lmas gereken 95 oktanlbenzinin üstünde daha yüksek oktanl benzinlerinkullan lmas , tork ve güç de erlerinin azalmas na, özgülyak t tüketim de erlerinin artmas na, CO ve HCemisyonlar ndaki art ve NOx lerdeki azal ise yak n iyiyanmamas sonucu yüksek s cakl a eri ememesieklinde ifade edilebilir. Motor performans ndaki bu

olumsuz de imler emisyonlarda da olumsuzluklaraneden olmaktad r.

Yap lan teorik çal malarda motorun ihtiyaç duydu u oktansay n motorun s rma oran na ba oldu ugörülmektedir. S rma oran artt kça yak n oktansay n da art lmas gerekti i bilinmektedir. Yap lantestler için kullan lan 8,8/1 s rma oran na sahipTablo.2.1 teknik de erleri verilen motorun s rmaoran na göre ihtiyaç duyulan benzinin oktan say 95oktan d r. Otomobil kullan lar otomobillerinin motorlariçin üretici tavsiyesi olan oktan say benzinikullanmal rlar. Daha fazla bedel ödenerek temin edilenyüksek oktanl benzinlerin motor performans veemisyonlar yönünden herhangi bir avantaj nbulunmad görülmektedir.

Kaynaklar

[1] Çengel. A. Y., Boles. A. M., “MühendislikYakla yla Termodinamik”, .T.Ü. Makine Fakültesi,stanbul, 413-416,(1996).

[2] Nagai, K., Seko, T., “Trends of Motor Fuel Quality inJapan”, JSAE Review, 21: 457-462, (2000).

[3] Chong, T., Coon, J., “A Generalized InteractionMethod for The Prediction of Octane Numbers forGasoline Blends” Simulation Sciences Inc., USA, (CA92621):1-18, (2000).

[4] Wusz, T., “How Much Octane.” Reprinted withPermission from National Dragster, USA, 1-3, (1997).

[5] Waters, P., Thrippe, C., ”New Concept in OctaneBoosting” Fuels for International Conference onReactive Processing of Polymers, Pittsburgh,11-22,(1982).

[6] Sakaguchi, T., “Influence of Diffusion of Fuel-EfficientMotor Vehicles on Gasoline Demand for IndividualUser Owned Passenger Cars.” Energy Policy, TheInstitute of Energy Economics, 895-903. (2000).

[7] Setting National Fuel Quality Standards, ”ProposedManagement of Petrol Octane EnhancingAdditives/Products”, Australia, 7-26 (2000).

[8] Say n, C., “Oktan Say ve LPG Kar n BujiAte lemeli Bir Motorun Performans ve EmisyonunaEtkisinin Deneysel ncelenmesi”,Doktora Tezi,Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli,2-4 (2004).

[9] Taylor, C.F., “The Internal Combustion Engine inTheory and Practice”, The M.I.T. Press, Cambridge,Massachusetts, 2: 34-85, (1984).

[10] Maleev, V.L., “Internal-Combustion Engines”,McGraw-Hill Book Company, Oklahoma, 69-101,(1973).

[11] “The Internal Combustion Engine in Theory andPractice”, The M.I.T. Press, Cambridge,Massachusetts, 2:34-85, (1984).

[12] Safgönül, B., “Pistonlu Motorlar Cilt 1”, .T.Ü. MakineFakültesi, stanbul, 82-83 (1989).

1904



MOTORLU TA ITLARDA YAKIT EKONOM VE LETME ARTLARININPERFORMANSA ETK LER

THE EFFECT OF OPERATING CONDITIONS AND FUEL ECONOMY ONVEHICLE PERFORMANCERecep YEN TEPE a* Bar AKDEN Zb

a Marmara Üniversitesi, stanbul,Türkiye, E-posta: [email protected] Yüce Auto A. ., stanbul, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Bu çal mada motorlarda yak t ekonomisini geli tirmeyeyönelik yap lan çal malar ile yak t ekonomisine etki edenfaktörler incelenmi tir. Ta tlarda yak t ekonomisigeli tirmek amac yla tasar m teknolojisi, malzeme veelektronik sistemler, a rl ktaki azalmalar, hava direncininazalt lmas gibi çal malar yap lmaktad r. Yak t tüketiminiazaltman n bir yolu ta tlardaki güç ihtiyac azaltmak, di eriise gerekli gücü daha verimli bir ekilde sa lamak ve etkin birekilde kullanmakt r. Otomotiv sektöründeki aray lar

la lm petrol gaz (LPG)’nin araçlarda alternatifyak t olarak kullan gündeme getirmi tir. Deneyselçal mada yeni nesil LPG Dönü üm Sistemlerinden SGI(Sequential Gas Injection) sisteminin benzinli motorlarauygulanmas yla elde edilen yak t ekonomisi ve alternatifyak t olarak LPG kullanan iki otomobilin motor performansüzerine olan etkisi deneysel olarak incelenmi tir. 4 silindirli, 4zamanl benzin ve LPG dönü ümlü motorlar n yak ttüketimi ölçülmü tür. Yap lan deneylerde otomatikanz manda over drive’ n ve kliman n, düz vitesli araçta ise

kliman n yak t tüketimine etkisi tespit edilmi tir. Yap lan butestler LPG’nin maliyet olarak yakla k %40 yak tekonomisi sa lad göstermi tir.

Anahtar kelimeler: yak t ekonomisi, LPG dönü ümsistemleri, SGI, yol testi, alternatif enerji.

Abstract

In this study, improvement of fuel economy and the factorsaffecting fuel economy were investigated on motorvehicles. Investigations on the engine vehicles’ fueleconomy improvement studies specially focused on weightreduction, design technologies, material and electronicsystems, reduction in air resistance. In cars there are twoways of decreasing the fuel consumption, the first one islimiting the need for power and the other one ismaintaining and using the needed power more efficiently.Inquiries on automotive sector have lead to the use ofLiquefied Petroleum Gas (LPG) as an alternative fuel. Inthe experimental study, alternative fuels and LPGtransformation systems were investigated. LPG, whichenables the drivers to use their vehicles with the help of anadditional device, but without any significant change in thepresent system, is a more environmentally friendly fuelwhen compared with other alternatives. In this study, fueleconomy which is maintained through the application ofSGI, one of the newest LPG transform systems to thegasoline engines. At the same time the effect of LPGusage on the engine performance of the two cars. The fuelconsumption of a four-cylinder four-stroke petrol and LPG

system fitted engine were measured. In the performedtests, the effect of over-drive and air conditioner onautomatic transmission is compared to the effect of airconditioner on manual transmission in terms of fuelconsumption. As a result of all these studies it isestablished that the use of LPG leads to a 40% reductionin fuel consumption.

Keywords: fuel economy, LPG transformation systems,SGI, road test, alternative energy.

1. Giri

Ülkemizde ve dünyada ula n ve toplu ta man n büyükbir k sm kar layan motorlu araçlarda kullan lan yak t vebu yak t çe itlerinin gün geçtikçe azalmas , otomobilüreticilerini ve devlet yöneticilerini yak t ekonomisiçal malar h zland rmaya yöneltmektedir [1–5]. Motorluta tlar n fonksiyonlar yerine getirebilmeleri için gerekliolan enerji bugün için büyük ölçüde petrole ba ml r.Petrolün tükenebilir bir yak t kayna olmas nedeniylefiyat n sürekli artmas , petrol türü yak t kullanan otomotivsektöründe yak t ekonomisinin iyile tirilmesini ve yak ttüketiminin azalt lmas zorunlu hale getirmi tir. Bundandolay yak t tüketimindeki h zl art a ba olarak yak ttemininde kar la lan güçlükler de giderek artmaktad r.Ayr ca motorlu ta tlardan kaynaklanan hava kirlili i vegürültü düzeyi özellikle büyük ehirlerimizde ciddi birproblem olarak insan sa tehdit edecek boyutlaraula r. Hava kirlili inin ortadan kald lmas veyaminimum düzeye indirilmesi, yak t tüketimini azaltmakla vemotorlu ta tlar n verimlili ini art rmakla mümkündür[6–8].

Bilimsel ve teknolojik geli melere paralel olarak motordabulunan sistemlerin daha etkin hale getirilerek veriminartt lmas na çal lmaktad r. Motor parametrelerininçal ma ko ullar na uygun ekilde otomatik olarakde tirilmesiyle motor performans artmaktad r. Ayr cayak t tüketimi üzerinde ta ta ait parametrelerin de önemlietkileri bulunmaktad r. Ta t güç aktarma organlar nveriminin artt lmas yan nda sürücü davran lar n daolumlu yönde geli tirilmesiyle yak t ekonomisiiyile mektedir. Otomotiv sektöründeki firmalar n yaptara rma ve geli tirme çal malar n büyük bölümünügüvenlikten sonra yak t ekonomisine harcad yap lanara rmalar göstermektedir [9–10].

Yak t ekonomisini iyile tirmek için; motor, ta t ve ta nkullan ile ilgili olarak birçok ara rmalar yap lmaktad r.Yak t tüketimine etki eden parametrelerin motor ve ta tkullan m artlar na göre de tirilmesi ile yak t sarfiyat nazalt lmas na çal lmaktad r. Bu çal malar; tasar m

1905

mailto:ryenitepe:@marmara.edu.tr

mailto:b.akdeniz:@yuceauto.com.tr

Yenitepe, R. ve Akdeniz, B.

teknolojisi, malzeme ve elektronik sistemler, a rl ktakiazalmalar, hava ve yol direncinin azalt lmas gibiçal malard r. Motorlarda bugüne kadar yak t tüketiminiazaltman n bir yolu ta tlardaki güç ihtiyac azaltmak di eriise gerekli gücü daha verimli bir ekilde sa lamak ve etkin birekilde kullanmakt r [11–17].

Otomotiv sektöründeki aray lar LPG (S la lm PetrolGaz )’n n araçlarda alternatif yak t olarak kullangündeme getirmi tir. Alternatif yak t kullan ve LPGdönü üm sistemleri incelendi inde, benzinli araçlardamevcut sistemde herhangi bir de iklik yapmadan ek birsistemle kullan sa lanan LPG, di er yak tlara nazarandaha güvenli bir çevre dostudur [18–21]. Bu çal madayeni nesil LPG Dönü üm Sistemlerinden SGI (SequentialGas Injection) sisteminin benzinli motorlarauygulanmas yla elde edilen yak t ekonomisi ve alternatifyak t olarak LPG kullanan iki otomobilin motor performansüzerine olan etkisi deneysel olarak incelenmi tir. 4 silindirli, 4zamanl benzin ve LPG dönü ümlü motorlar n yak ttüketimi ölçülmü tür. Yap lan deneylerde otomatikanz manda over drive’ n ve kliman n, düz vitesli araçta ise

kliman n yak t tüketimine etkisi tespit edilmi tir.

2. Deneysel Çal ma

Deneysel çal ma olarak yap lan uygulamada yol deneyi,ayn silindir hacmi, ayn supap say , ayn benzinenjeksiyon ve LPG SGI (Sequential Gas Injection) S ralGaz Enjeksiyon yak t sistemine sahip Hyundai Getz markaiki otomobil üzerinde yap ld . Bu çal mada, alternatif yak tolarak kullan lan LPG’nin enjeksiyonlu araçlardauygulanmas yla düz ve otomatik viteslerdeki yak t tüketimitesti ve LPG dönü ümünün yak t ekonomisi üzerindekietkileri incelenmi tir. Deneyde kullan lan motorlar ve araçbilgileri Çizelge 1 ve Çizelge 2 ‘de verilmi tir. Motorlar nher ikisine de Voltran marka Vogas LPG SGI kiti monteedilmi tir. Deneylerde devir say , tüketilen yak t miktar ,benzin ve LPG enjeksiyon zaman , manifold bas nc ,regülatör bas nc , regülatör s cakl ölçülmü tür. Ölçülende erlere ba olarak yak t tüketimi de erleri hesaplanmve sonuçlar grafikler eklinde sunulmu tur. Motorlardakullan lan yak tlar n fiziksel ve kimyasal özellikleri deÇizelge 3’te verilmi tir.

Deneyde kullan lan LPG yak Avrupa standard k a özelpropan oran %50 seviyelerine ç kart lm EN 589’a uygunAygaz Euro LPG dir. Benzin ise 100 oktan Shell V-PowerRacing’dir. LPG yak t tank olarak Türk Standartlar nauygun 35 lt’lik tank bulunmaktad r. Benzin deposu hacmiise 45 lt.dir. Motorun tüketti i LPG miktar ölçmek için %1hassasiyetinde Voltran V-SGI sürüm M06 yak t sistemikontrol yaz kullan lm r. LPG dolumunda kullan lanpompalar n ak debileri ortalama 12 lt/dk d r. ECU ileba lant yap p bilgisayar ile motor ayarlar n yap ldbilgisayar yaz m ekranlar ekil 1 ve 2’de gösterilmi tir.Otomobillerin motor ve LPG sistem montajlar da ekil 3,4, 5, 6, 7 ve 8’de gösterilmi tir.

Çizelge 1. Test Motorlar Teknik Bilgileri

MOTOR BENZ NL 1.3 L

Motor Tipi 4 – silindirli, s ral ,SOHC

Silindir çap × Strok 71,5 × 83,5Silindir hacmi 1341 cm3

Maksimum güç (hp/ dev/dak) 82 / 5800Maksimum tork (kgm /dev/dak) 11 / 3200

Supap say 12Ate leme s ras / Enjeksiyon

ras 1–3–4–2

Buji NGK BKR5ES–11Buji aral 1,0 – 1,1 mmRölanti devri (d/dak) 700 ± 100Ate leme avans (temel) /Enjeksiyon zamanlamas ÜÖN öncesi

Çizelge 2. Test Araçlar Teknik Bilgileri

Toplam boy 3,810 mm

Toplam geni lik 1,665 mmToplam yükseklik 1,495 mmDingil mesafesi 2,455 mmz geni li i 1,440 mmYak t deposukapasitesi(benzin) 45 litre

Lastikler 175/65R 14

rl kDüz 1050 kgOtomatik 1102 kg

Fren tipi Ön frentipi

Havaland rmaldisk

kili hidrolik, frentakviyeli

Arka frentipi Kampana

Çizelge 3. Benzin, Propan ve Bütan n Baz Fiziksel veKimyasal Özellikleri

Yak t özellikleri Benzin* Propan** Bütan**Stokiyometrik H/YOran 14,6:1 15,1:1 15.0:1

A Fiziksel Hali Gaz Gaz15°C’de Yo unluk(kg/lt) 0,82–0,86 0,508 0,584

Alt Is l De eri (Mj/kg) 44 46,4 45,6Buharla ma Gizli Is(kj/kg) 300 426 385

A StokiyometrikOrandaki Karyakmak için gerekentutu ma enerjisi (Mj)

1 0,3 0,3

Kaynama Noktas (°C) 30–225 —43 —0,5Ara rma OktanSay (RON) 96–98 111 103

Motor Oktan Say(MON) 100 97 89

*) Yak t Shell V-POWER Racing /Bilgi -Y lmaz NUR LU ShellTürkiye Technical Sales Support Shell & Turcas Petrol A.A ’denal nm r.

**) Yak t Aygaz /Bilgi Genel Müdürlük Zincirlikuyu/ STANBUL0.212.354 15 15 Teknik Departman’dan al nm r.

1906


ekil 1. Voltran V-SGI ver.M06 Yaz m Program AnaMenü

ekil 2. SGI Yaz Enjeksiyon Zamanlar

ekil 3. Otomatik Vitesli motor. ekil 4. Düz Vitesli motor.

ekil 5. LPG Yak t Tank . ekil 6. LPG Enjektörleri.

ekil 7. Otomatik Vitesli Otomobil ekil 8. Düz Vitesli Otomobil.

3. Deney Yöntemi

Motorlar n performanslar belirlemek amac yla, en az 6saat beklemi durumda çal lm lard r. Ta tlartemizlenmi durumda, düz vites olan araç 25.000 km’deotomatik olan araç ise 6100 km’ dedir. Ön düzen ayarlarfabrikasyon olarak yap lm durumda ve her iki araç öndençeki li hareket kabiliyetine sahiptir. Lastikler Kumho marka175/65 R14 ebad ndad r. Test öncesi lastik hava bas nçlarstandartlar çerçevesinde önler 30 psi, arkalar 30 psi olarakayarlanm r. Test sürecinde araçta sürücüyle beraber birki i bulunmu tur. Yakla k a rl k 180 kg’ geçmemi tir.Otomobillerin ya , imalatç iste i do rultusunda ShellHelix Plus 10W–40 yar sentetik motor ya ’d r. Testsüresince otomobillerin pencereleri kapal olarak testyap lm r. Otomobillerin benzin enjeksiyon ve gazenjeksiyon ayarlar test öncesi Voltran Yetkili servisitaraf ndan ideal de erlerinde ayarlanm ve bak tamolarak yap lm r. Teste ba lamadan önce MeteorolojiGenel Müdürlü ünden al nan bilgiler do rultusunda yoltesti yap lacak güzergâhlardaki hava s cakl klar n çokde ken olmad gün belirlenmi tir. A, B, C bölgelerininhava s cakl klar n standart test s cakl (278K~293K)(4,85ºC ~ 19,85ºC ) aras oldu u tespit edilmi tir. Ayolu hava s cakl 288,15 K (15ºC). B yolu hava s cakl288,15 K (15ºC). C yolu hava s cakl 286,25 K (13,1ºC)olarak ölçülmü tür. Rüzgâr h ise özellikle ehirlerarasölçümü yap lacak A–B-C yollar nda standart de erler (3–8m/s) aras olan 4,4 m/s olarak belirlenmi tir. Bas nç isestandart ortam (91 kPa ~ 104 kPa) aras 101,3 kPa olaraktespit edilmi tir. Testte otomobillerin bulundu u yüksekli inmotor performans na olan etkisi, bir bölümünde dekliman n yak t tüketimine olan etkisi hesaplanm r.Otomatik vitesli arac zda ise Over Drive’ n yak tekonomisine olan etkisi hesaplanm r. Yol testi s ras ndaehirleraras güzergâh nda yol e imi %5’i geçmedi. Bu

de erler yard yla performans de erleri olarak belirlenenyak t tüketimi hesaplanm r. Testteki artlar Çizelge 4, 5,6 ve 7’de verilmi tir. Yap lan testlerde sürücü ayn ki i olup10 y ll k B s sürücü belgesine sahip, direksiyon usta

reticisidir.

Çizelge 4. Otomatik Vites Yol Testi (Klima Aç k)

A yolu =100km B yolu=100 km C yolu =100kmV= 90 km/h V=90 km/h Vort=71 km/hT= 15 °C T= 14°C T= 14°CP= 101,3 kPa P= 101,3 kPa P=101.3kPaOver Drive On Over Drive On Over Drive OnKlima Aç k Klima Aç k Klima Aç k

im %0 im %3 im %5

1907


Çizelge 5 Otomatik Vites Yol Testi (Klima Kapal )

A yolu =100km B yolu=100 km C yolu =100kmV= 90 km/h V=90 km/h Vort=71 km/hT= 15 °C T= 14°C T= 14°CP= 101,3 kPa P= 101,3 kPa P=101.3kPaOver Drive On Over Drive On Over Drive OnKlima Kapal Klima Kapal Klima Kapal

im %0 im %3 im %5

Çizelge 6- Düz Vites Yol Testi (Klima Kapal )

A yolu =100km B yolu=100 km C yolu =100kmV= 90 km/h V=90 km/h Vort=71 km/hT= 15 °C T= 14°C T= 14°CP= 101,3 kPa P= 101,3 kPa P=101.3kPaOver Drive On Over Drive On Over Drive OnKlima Kapal Klima Kapal Klima Kapal

im %0 im %3 im %5

Çizelge 7 Düz Vites Yol Testi (Klima Aç k)

A yolu =100km B yolu=100 km C yolu =100km

V= 90 km/h V=90 km/h Vort=71 km/hT= 15 °C T= 14°C T= 14°CP= 101,3 kPa P= 101,3 kPa P=101.3kPaOver Drive On Over Drive On Over Drive OnKlima Kapal Klima Kapal Klima Kapal

im %0 im %3 im %5

5. Deney Uygulama

Yol testine A yolundan ba lanm r. A yolu ve B yoluehirleraras yol testi yap lan güzergâht r( ekil 7). lk

testte otomatik vites araç seçilmi tir. Bu test a yavagiderek yap lm bir test olmam r. Her eyden önce,gerçek trafik ko ullar nda yap ld için, trafik kurallar na vedaha genel olarak trafik güvenli ine uygun bir ekildekullan lm r. Bu nedenle testin ilk bölümünde A yoluna

kmadan depo doldurduktan sonra otoyolda sabit h z 90km/s ile A ve B yollar nda testler gerçekle tirilmi tir. lktestimizin ba lang nda otomatik vites Over Drivedü mesi On konumunda ve klima aç k konumda

rak lm r. Testin her a amas için ilk testler LPG ikincitestler Benzin ile yap lm r. Yak t litre fiyatlar Ekim ayitibar ile LPG* 1.41 YTL, **Benzin 2.72 YTL ‘dir.

B yolundan C yoluna ç ld nda ilk yak t ikmalini LPGtank doldurarak yap lm r ( ekil 8) Buraya kadar yap lanyol 210 km. ve LPG tank n ald yak t 14.82 litredir. Butüketim 100 km' de ortalama 7,4 litreye kar kgelmektedir. C yolunun ba lang nda depoyu doldurupyola ç kt ktan sonra 310,4 km. nin ard ndan yolun sonunahedeflenen sürede ve hedeflenen yak t tüketimiyleula lm r. B noktas ndan C yolunun sonuna kadar isehedef h z 90 km/s olmu tur. Sonuçta, C yolunun sonunavar p kilometre hesapland nda ortalama h n 71,2 km/soldu u görülmü tür. C yolu % 5 e imli ve trafi in

yo unla bir bölgedir. Bu nedenle otoyoldaki h nortalama h za etkisi fazla olmam r. Ortalama h n dü ük

kmas n nedeni tabii ki gerçek ko ullarda gidilmesidir.Bunun d nda, yumu ak bir ekilde h zlan lm , öndekitrafi i iyi bir ekilde izleyerek ve mümkün oldu unca azgaz vererek fren yapma ihtiyac en aza indirmeyeçal lm r. lk testte hedef A-B-C yolu boyunca aracOver Drive (On) aç k konumda 2500 – 3000 d/d civar ndatutmak olmu tur. Otomatik anz man 4 ileri vitese sahiptir.Optimum yak t tüketimini elde etmek için, arac n h yavayava artt lm r. Over Drive dü mesi A-B-C yoluboyunca On (aç k) konumunda tutulmu tur, anz manotomatik olarak ikinci, üçüncü, dördüncü ve Over Driveviteslerine yükselmi tir. A yolundaki e im % 0 oldu undanOver Drive bir alt vitese geçmemi tir. Bunun d nda, enyüksek h zla en dü ük tüketim hedefine uygun olarakanz man hep Over Drive aç k (O/D On) ve klima kapal

konumunda tutulmu tur.

ekil 7. A Yolundan Bir Görüntü.

ekil 8. B Yolundan Bir Görüntü

Fabrika rakamlar na göre ehir d benzin yak t tüketimibenzin ile 6.2 litre/100 km dir. Deneyde A yolunda eldeedilen rakam LPG ile 6.8 litre/100 km, benzin ile 6.1litre/100 km olmu tur( ekil 16). A yolunda Over Drive aç k(O/D on) konumda, klima aç k 90 km/h h zla yap lan testteyak t tüketimi LPG ile 7.0 litre/100 km, benzin ile 6.3litre/100 km olarak ölçülmü tür ( ekil 17). Buradaki yak ttüketimini etkileyen en önemli faktör kliman n kapal olmasolmu tur. Ayn artlar alt nda A yolunda Over Drive kapal(O/D Off) ve klima kapal konumda elde edilen de erler iseLPG 7.0 litre/100km, Benzin 6.3 litre/100km olmu tur.Burada Over Drive’ n yak t tüketimini artt rmas n sebebivites geçi lerinin yüksek devirlerde gerçekle mesi ve OverDrive aç kken motor devri 2300 d/dak iken Over Drivekapal konumda motor devri 2700 d/dak’da kalmas r. Cyolunda yap lan testlerde ise yak t tüketiminin artmas nen önemli etkeni ortalama e imin %5 ve sürekli yoku

*) Fiyat bilgisi Aygaz Genel Müdürlükten al nm r.**) Fiyat bilgisi Shell Türkiye A. ’den al nm r.

1908


direncinin olu mas r. Otomatik vites arac n ehir içi yak ttüketimi fabrikasyon verilere göre benzin ile 9.9 litre/100km’dir. Yap lan testlerde, test arac bu de erlere yak nde erlere ula r ( ekil 17). Bu ölçümler esnas ndaVoltran V-SGI Version M06 yak t kontrol sistemi, yak ttank seçici anahtar ve tam dolum yap ld ndakipompan n gösterdi i (no flo) ikaz ve istasyon pompas nlitre göstergesinin de erleri baz al nm r. Benzin de eriölçümlerinde arac n yol bilgisayar , yak t göstergesi vedepo doldurdu unda al nan de erler baz al nm r. Butestlerde de görüldü ü gibi, arac n ne kadar tüketti i kadar,nas l kullan ld da önemli bir faktör olarak kar za

km r. Ekonomik Araç + Ekonomik Sürücü = EkonomikTüketim.

ekil 9. C Yolu yak t ikmalinden bir görüntü.

Ayn artlar alt nda düz vitesli otomobil ile de A, B, Cyollar nda testler gerçekle tirilmi tir. Düz vites otomobil içinehir d yak t tüketimi fabrikasyon verilere göre benzin ile

5,4 litre/100 km.dir. A yolunda 90 km/h sabit h zda yap lantestte klima aç k ölçülen de er LPG ile 6,3 litre/100 km,benzin ile 6.0 litre/100 km olmu tur (Çizelge 8). A yolundayine 90 km/h sabit h zda klima kapal yap lan testte bude er LPG ile 6.0 litre/100 km, benzin ile 5,6 litre/100 kmolmu tur(Çizelge 8). Bu ölçümlere göre kliman n yak ttüketimi art na etkisi her yol için, artma de erlerininortalamas al nd nda %10,3 olmu tur. Modern ta tlardaklimalar gittikçe yayg nla makta ve güvenli bir sürü içinihtiyaç haline gelmektedir. Kliman n çal mas için gereklimoment, sistemin kapasitesine, hava s cakl na ve ta t

na ba olarak de mektedir. Yüksek h zlarda havaak n artmas ndan dolay kondanser verimliçal maktad r (kondanser: kompresör taraf ndan

lm yüksek s cakl k ve yüksek bas nçl so utmagaz ndan al p so utarak bu gaz s hale dönü türmekiçin kullan lan klima eleman ). Dolay yla buna baolarak moment ihtiyac azalmaktad r. Ayr ca yüksek

zlarda motor momenti daha ekonomik bir özgül yak tsarfiyat yla elde edilmektedir

Düz vitesli otomobilin yak t tüketiminin daha dü ük oldu ubütün otomobil firmalar n teknik kataloglar nda belirtilir.Otomatik transmisyon ta tlarda kullan m kolayl art ransistemler olarak kabul edilebilir. Otomatik vitesli araçtaOver Drive’ n yak t ekonomisine etkisi özellikle A ve Byollar nda, h n sabit oldu u ve Over Drive Aç k konumdakald nda gerçekle mi tir. Ayr ca testin e imli yolu olan Cyolunda yak t ekonomisini sa layan etken Over Drive’ nkapal oldu u testtir. Burada otomatik anz man, motordevrini sabit tutarak ve gerekti inde vites geçi lerini seriyaparak yak t tüketimini azaltm r. Otomatiktransmisyonda güç kayb mekanik ve hidrolik olmak üzere

iki grupta toplanabilir. Mekanik kay plar genelliklesürtünmeden, hidrolik kay plar ise pompalama ve torkkonvektöründeki kaymadan kaynaklan r. Kayma ilemeydana gelen kay plar oldukça fazlad r. Kaymakonvektör yap na, ta t h na ve iletilen momenteba r. Motor, aktarma organlar n özellikleri, ta tbüyüklü ü ve ta t performans karakteristikleri konvektöryap etkiler.

Çizelge 8. Standart Yol Testleri Yak t Tüketim Tablosu

Ta nÖzelli i veÇal maKo ulu

A yolu B yolu C yolu

OtomatikVites O/D OnKlima Aç k

7.0 litre/100 kmLPG 6.3litre/100 kmBenzin

7.8litre/100kmLPG 7.2litre/100kmBenzin


OtomatikVites O/D OnKlima Kapal

6.8 litre/100kmLPG 6.1litre/100kmBenzin



OtomatikVites O/D OffKlima Kapal


7.4 litre/100km LPG 6.7litre/100kmBenzin


Düz VitesKlima Aç k




Düz VitesKlima Kapal

6.0 litre/100kmLPG5.6litre/100kmBenzin



Dü ük h zlarda kayma yüksektir bu da yak t ekonomisinikötüle tirir. Yüksek h zlarda kayma oldukça azal r bunedenle otomatik transmisyon düz vites kutular na göreyüksek h zlarda üstünlük sa layabilir. Otomatiktransmisyonlu bir ta t motorunda tork konvektörü burulmatitre imlerini yok etti inden silindirlere daha fakir kar mgönderilebilir. Ayr ca tork konvektörü belli bir moment artsa lad ndan diferansiyel di li oran küçültülebilir. Kolaydevir yapmaya istekli olan motor, bu amac gelenekselyap daki otomatik anz man izin verdi incegerçekle tirmi tir. Otomobilin genel sürü performans ,küçük bir ehir otomobilinden tüm beklentileri kar layabilirdüzeyde olmu tur. Sars nt z de imleriyle sürükonforunu yükselten otomatik anz man n sahip oldu u tekgeli mi özellik ‘Over Drive’ fonksiyonu idi. anz man n

zl ‘kickdown’ tepkileri, sürü ak kesmemesiaç ndan çok olumlu olmu tur. Test süresince 100km'deortalama 8,32 litre/100km (LPG) (otomatik vites), 6.8litre/100km (LPG) (düz vites) yak t tüketen otomobil, 35lt’lik LPG yak t tank hacmi ile 411 km (otomatik vites) 492km (düz vites) menzil yapm r. Yüksekli inin artmas vebunun sonucu olarak atmosfer bas nc n azalmas ylamotor performans azalm r. Motor yüksekli indeki 200m'lik bir de im atmosfer bas nc nda yakla k 3000 Pa'l kbir de ime kar gelmekte olup buna ba olarak yak ttüketimi ve hacimsel verimde % 40'a varan bir de imeneden olabilmektedir.

1909


Deneylerden elde edilen sonuçlar, maksimum motor verimive minimum yak t tüketimi elde etmek için hava-yak toran n motorun yüksekli ine ba olarak de tirilmesigerekti ini göstermi tir. Yükseklik etkisi ile ilgili sonuçlarmotor performans iyile tirmede ve tasar mdakullan labilir. Ta n özelli i ve çal ma ko uluna göreyak t tüketimi ile ilgili grafikler Çizelge 8 ve ekil 10, 11, 12,13, 14, 15’de verilmi tir.

6. Deney Sonuçlar

Yap lan deneylerde ölçülen de erlere göre LPG’ nin yak tekonomisi yönünden kullan lara sa lad avantaj sadecelitre baz nda maliyetinin % 48,2 ucuz olmas r. Litrebaz ndaki ölçümlerde ise LPG’nin benzine göre kar mda% 8,6 (düz vites) %12,9 (otomatik vites) fazla yak tharcad görülmektedir. Buna göre s ral sistem LPG düzvites otomobilde % 44,5, otomatik vites otomobilde % 41,6ekonomi sa lad deneysel olarak ortaya konulmu tur.LPG’nin dezavantajlar bir kenara konulursa avantajlar n

r bast ve çevreye gösterdi i sayg da göz ardedilemez. Y lda ortalama 25.000 km yol yapan düz vites veotomatik vites bir irket arac nda ortalama yak ttüketimlerini al nd nda benzine y lda 5.750 YTL ödemekyerine ayn araca LPG dönü ümü yap ld nda bu rakam3.000 YTL gibi ciddi bir rakama dü ebilmektedir ( ekil 18).Ayr ca bu de erlendirme düz ve otomatik vitesli araçlar içinayr ayr ele al nd ndaki maliyet analizleri ekil 17 ve

ekil 18’de verilmi tir. Yol testleri s ras nda elde edilen enönemli sonuç, s ral sistem LPG sisteminin sürüesnas nda hiçbir ekilde performans dü ürmedi i vemotorun benzinli sistemle çal ndan hiçbir farkolmadan çal r. Yak t ekonomisi sa lamak içinçal ma artlar ve sürücü deneyiminin önemi de ortaya

km r. LPG’nin alt l de erinin yüksek olmas , gazfaz nda silindir içerisine girmesi, benzine göre dahahomojen bir kar m olu turmas ndan dolay olumlu etkilerigörülmektedir. LPG’nin gaz faz nda olmas motorunvolümetrik verimi üzerinde olumsuz etkide bulunmaktad r.LPG dönü ümünde dikkat edilmesi gereken noktalardanbiri LPG kar seçerken dikkat edilmesi ve belirliperiyotlarla yak t hava kar n LPG servisi taraf ndankontrol edilmesidir.

0 ,0

1 ,0

2 ,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

7 ,0

8 ,0

Yak t Tüketimi

(Litre /100km)

Otomatik Vites LPG O/D

On

Otomatik Vites Benzin

O/D On

Düz Vites LPG Düz Vites Benz in

ekil 10. A Yolu Düz ve Otomatik Vites(O/D on), LPG ve BenzinTüketim (Lt/100km).

0,0

3,0

6,0

9,0

12,0

15,0

18,0

Yak t Tüketimi

(YTL)

Otomatik Vites LPG O/D

On

Otomatik Vites Benzin

O/D On

Düz Vites LPG Düz Vites Benzin

ekil 11. A Yolu Düz ve Otomatik Vites(O/D on), LPG veBenzin Maliyet (YTL).

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

Yak t Tüketimi(Litre/100km)

Otomatik Vites LPGO/D Off

Otomatik Vites BenzinO/D Off

Düz Vites LPG KlimaAç k

Düz Vites Benzin KlimaAç k

ekil 12. B Yolu Otomatik O/ D Off ve Düz Vites KlimaAç k, LPG ve Benzin Tüketim (Lt/100km)

0,0

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

Yak t Tüketimi(YTL)

Otomatik Vites LPGO/D Off

Otomatik Vites BenzinO/D Off

Düz Vites LPG KlimaAç k

Düz Vites BenzinKlima Aç k

ekil 13. B Yolu Otomatik O/ D Off ve Düz Vites KlimaAç k, LPG ve Benzin Maliyet (YTL)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

Yak t Tüketimi

(Litre/100 km)

Otomatik Vites LPG O/D Off Otomatik Vites Benzin O/D Off Düz Vites LPG Klima Kapal Düz Vites Benzin Klima Kapal

ekil 14. C Yolu Otomatik O/D Off ve Düz Vites KlimaKapal , LPG ve Benzin Tüketim (Lt /100km)

1910


0,0

4,0

8,0

12,0

16,0

20,0

24,0

28,0

Yak t Tüketimi(YTL)

Otomatik Vites LPG O/D Off Otomatik Vites Benzin O/D Off Düz Vites LPG Klima Kapal Düz Vites Benzin Klima Kapal

ekil 15. C Yolu Otomatik O/D Off ve Düz Vites KlimaKapal , LPG ve Benzin Maliyet (YTL)

ekil 16. Düz Vites Klima Etkili Yak t Tüketim

ekil 17. Otomatik Vites Klima Etkili Yak t Tüketim

ekil 18. Otomatik Vites Over Drive Etkili Yak t Tüketim

A,B,C yollar nda yap lan testler sonucu elde edilende erlerin ortalamas al nd nda y lda ortalama 25.000kmyapan bir sürücü için y ll k tüketim maliyetleri ekil 19, 20ve 21 ‘de gösterilmi tir.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

YTL

LPG BENZ N

ekil 19. Düz Vites LPG ve Benzin Y ll k Maliyet Analizi

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Y T L

LPG BENZ N

ekil 20. Otomatik Vites LPG ve Benzin Y ll k MaliyetAnalizi

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

Yak t Tüketimi

LPG

(Litre/100 km)

A YOLU B YOLU C YOLU

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

Yak tTüketimi

LPG(Litre /100

km)

A YOLU B YO LU C YO LU

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

Yak t Tüketimi

LPG(Litre/100 km)

A YOLU B YOLU C YOLU

1911


0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

LPG BENZ N

YTL

ekil 21. LPG ve Benzin Ortalama Y ll k Maliyet

7. Sonuçlar

Endüstride otomotiv teknolojisinden gelecek y llarda h zlbir geli me göstermesi beklenmektedir: Yak t ekonomisibugüne oranla daha da iyile ecektir. Daha çok plastik,alüminyum ve seramik malzeme kullan sonucu, çelikmalzeme miktar % 70' den % 50' ye azalacakt r. Güçkayna olarak daha çok gaz türbini, elektrik ve petrolmotoru kombinasyonu (hybrid) kullan lacakt r. Gaztürbini performans, hybrid ise emisyon bak ndan avantajlgörülmektedir. Sürekli de ken transmisyon ve ayr caotomatik stop-start sistemleri kullan lacakt r. Ta n biçimi,bugünküne benzer, ancak daha aerodinamik olacakt r. En azdirenç; hafifçe öne do ru e imli, hatlar yuvarlat lm ,arkas hatcback ya da fastback olan ta tlarlasa lanmaktad r. Daha çok dizel ve LPG yak t kullan lacakt r.Dizel ekonomi, LPG ise düzgün çal ma ve emisyonlarbak ndan avantajl r. Bu çal madaki deneyde üzerindeyo unla lan, LPG’nin yayg nla mas yla, uygulamas sonaeren sübvansiyonun ortadan kald lmas yla araçlarda,LPG’ yi yaln zca ekonomik yönü nedeniyle tercih edenkitleler daha dikkatli olmak zorundad r. LPG’nin benzinegöre daha ucuz bir yak t oldu unu varsayarakyayg nla lmas ileride ülke ekonomisine olumsuz etkileryapabilir. Ayr ca LPG kullan yla ilgili teknolojik olarakgerekli altyap n olu turulmas ve denetimle ilgiliönlemlerin titizlikle al nmas gerekmektedir.

Alkol ya da kar k yak tlar n kullan , petrolün bulunabilirli ive fiyat na ba ml r. Motorlarda yanma odas ve yak tsistemlerinin yüksek teknolojiyle donat lmas , egzoz gaztemizleme sistemlerinin bütün ta tlarda uygulanmas içinönlem al nmas gerekmektedir. Yak tlar n kalitesininart lmas , kullan lm ta tlar n kontrolü, bireyselta mac ktan kaç p, toplu ta mac n yayg nla lmasve tercih edilmesi te vik edilmelidir.

Araçlar n, yolcu ve yük olarak maksimum kapasitelerikullan lmal ancak a yolcu ve yük ta nmas ndankaç lmal ve çok s olarak bunlar n kontrolleriyap lmal r. Ta n kapasitesine göre yükleme derecesi,seyir h , manevra yetene i ve özellikle teknik ar zaüzerindeki önemli rolü unutulmamal r. Motorlu ta tlardaüretim a amas nda al nacak tedbirlerin yan s ra halentrafikte seyreden eski teknoloji ile üretilmi araçlar n düzenlibak ma ve denetime tabi tutulmas gibi önlemler al nmal r.

8. Tart ma ve De erlendirmeler

En modern içten yanmal motorlar bile yak ttaki enerjininsadece üçte birini yararl bir i e dönü türmektedir. Kalanenerji ise , hareketli parçalar n sürtünmesi motordaniçeri giren ve d ar ç kan havan n yaratt sürtünmeeklinde kaybedilmektedir. Enerjinin kay p olarak

atmosfere at ld bu alanlar n her biri yak t ekonomisinigeli tirmek için büyük bir f rsatt r.

Depoya konulan yak n büyük bir k sm arac yoldailerletmek veya klima ve yönlendirme sistemleri gibi yararlaksesuarlara harcanmaktad r. Enerjinin geri kalankaybolmaktad r. Bu sebeple yak t ekonomisinin teknolojikyöntemlerle artt lma potansiyeli oldukça yüksektir.

Depoda bulunan yak n sahip oldu u enerjinin % 62'simotor sürtünmesine, pompalama kay plar na vekaybedilen ya harcanmaktad r. ehir içi kullan mda(s k trafik) %17'lik bir k m da bo ta çal maya

klarda veya trafikte durma) harcan r. Arac n çal masiçin gerekli olan aksesuarlar (örne in su pompas ) ve yolcukonforu için gereken sistemler (örne in klima) bu enerjiden% 2 daha al r. Böylece hareket için enerjinin %18'den birazdaha fazla k sm kalm olur. Güç aktar m organlar ndakisürtünmeye de % 5'lik bir k m harcand dü ünülürsearac n yolda ilerlemesi için kalan enerji sadece % 13 olur.Fizik kanunlar tüm bu kay p enerjilerin ortadankald lmas na izin vermese de bunlar n oldukça önemlioranlarda azalt lmas mümkün k lmaktad r.

Yak n % 12,6’l k bölümünden % 5,8’i h zlanmaya, %2,6’s hava direncine ve kalan k sm da yuvarlanmadirencine gider. Dur-kalk hareketinin s kl kla yap ld ehiriçi kullan mda h zlanma en önemli ihtiyaçt r ve bunuyuvarlanma direnci ve hava sürtünmesi takip eder. ehir

yüksek h zda kullan mda ise (otoyollarda) bu s ratersine döner ve en önemli etken hava sürtünmesi olur.Yüksek dayan ma sahip hafif metallerin kullan lmas ylaaraç a rl n azalt lmas , arac n eklinin havasürtünmesini dü ürecek ekilde tasarlanmas ve geli milastik tasar mlar ile yuvarlanma direncinin azalt lmas ile %20-30'lara varan oranlarda enerji tasarrufu sa lanmasmümkündür.

Kaynaklar

[1] Batmaz, . :“Benzin Motorlu Ta tlarda Yol-Yak tEkonomisi li kisinin Deneysel Olarak ncelenmesi”,Doktora Tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Ankara(1999) 1–50.

[2] Çelik. M. B.: “Metanol-Benzin Kar mlar n MotorPerformans na Ve Egzoz Emisyonlar na Etkisi”Yüksek Lisans Tezi, G. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü,Ankara, (1994) 10–45.

[3] Çelik. M. B.: “Buji le Ate lemeli Bir Motorunrma Oran n De ken Hale Dönü türülmesi

ve Performansa Etkisi”, Doktora Tezi, G.Ü. FenBilimleri Enstitüsü, Ankara, (1999) 22–43.

[4] Yolaçan, F. :“Otomobil Motorlar nda Yak t Sistemleri”,T.E.V. Yay nlar Ankara, (1990) 34- 56.

[5] Yelkencio lu, A., "Ta tlarda Yak t Sarfiyat na Etkieden Faktörler ve Yak t Sarfiyat n Belirlenmesi”,TÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, stanbul, (1991)12- 43.

[6] Stone, R, “Motor Vehicle Fuel Economy”, Macmillan

1912


Educational Ltd., Houndmills, 4. HEYWOOD, J. B.:“The Internal Combustion Engine Fundamentals”. McGraw - HIU Book Company, (1988)5- 45.

[7] Çetinkaya, S., “Motorlu Ta tlar n Yak t Ekonomileriniyile tirme Çal malar ". G.Ü. Teknik E itim Fakültesi

Dergisi, Ankara, (1990) 8- 27.[8] Çetinkaya, S., “Ta t Mekani i”, Nobel Yay nevi,

Ankara,(1999) 3- 58.[9] Batmaz, . “Araç Bak m-Onar m lemlerinde Servis

Etkinlik Derecesinin Deneysel Olarak Saptanmas ”.Yüksek Lisans Tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü,Ankara, (1993) 35- 45.

[10] BORAT. O, BALCI. M, SÜRMEN. A."BenzinMotorlar nda Yak t Ekonomisi". G.Ü. Teknik E itimFakültesi Dergisi. Haziran (1987) 6- 70.

[11] Kutlar, O.A.”Dört Zamanl Otto Çevrimli Motorlardasmi Yükte Yak t Tüketimini Azaltmak çin Yeni Bir

Yöntem”; Doktora Tezi, stanbul,(1998)10- 47.[12] Yüce, A., ”Günümüzde Otomotiv Teknolojisi”

Ankara.(1997).[13] Borat,O., Balc , M., Sürmen, A.,” çten Yanmal

Motorlar” Cilt 1,G.Ü.T.E.F., Ankara, (1994) 12- 65.[14] “Otomotiv Sanayi Derne i” Panel, Taslak (2002).[15] “AYT, Alternatif Yak t Teknolojileri Tan m Paneli”

Prezentasyon (2006).[16] “Araçlarda LPG Dönü ümü” Mühendis El Kitab ,

Yay n No: 217, (1999) 1- 21.[17] Akkan, E., “Dünya ve Türkiye’de LPG” Makale,

(2000).[18] www.voltranlpg.com Ekim (2006).[19] Bayraktar, O.,Durgun,O., “Investigating The Effects

Of LPG on an Spark Ignition Engine Combustion andPerformance”Energy Conversion and Management46 (2005) 2317- 2333.

[20] Johnson, E.”LPG: A Secure, Cleaner Transport Fuel?A Policy Recommendation for Europe” Energy Policy(2003) 31- 32.

[21] Bayraktar, H., Durgun, O., “Theoretical Investigationof Using LPG in Spark Ignition Engines” The FirstEnergy Symposium and Exhbition (2003) 284-286.

1913

http://www.voltranlpg.com/



ÇTEN YANMALI MOTORLARDA LPG VE DO ALGAZ S STEMLER NKAR ILA TIRILMASI

COMPARISON OF LPG AND NATURAL GAS FUEL SYSTEMSFOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Fatih AYDINa, * ve Mustafa ACARO LU a

a Selçuk Üniversitesi, Konya, Türkiye, E-posta: [email protected], [email protected]

Özet

Hava kirlili inin artmas na paralel çevre sorunlar na büyükyük getirmesi, küresel nman n had safhalara ula masve bunun paralelinde petrol fiyatlar n artmas , içtenyanmal motorlarda LPG ve do algaz önemli birdestekleyici yak t olarak kar za ç karmaktad r. Buji ileate lemeli motorlarda LPG ve do algaz yak tlar na baolarak, yak t sistemlerindeki geli melerde yukar dabelirtilen nedenlerden dolay önem kazanmaktad r. Buçal mada LPG ve do algaz sistemlerinin, günümüzdekimevcut jenerasyonlar aras ndaki ortak özellikleri vefarkl klar ortaya konulmaya çal lm r. çten yanmalmotorlarda günümüze kadar kullan lan LPG ve do algazsistem çe itleri kar la lm r. Birinci, ikinci, üçüncü vedördüncü ku ak LPG sistemlerine sahip ta tlarda yap landeneylerde egzoz emisyonlar ve performans de erleritespit edilmi tir. Do algaz sistemlerinin benzinli ve dizelmotorlarda uygulanmas ele al nm r. Do algaz nta tlarda uygulamalar ülkemiz için yeni olmas na ra men,özellikle LPG sistemleri içerisinde dördüncü ku ak olarakbilinen s ral otogaz sistemlerinin, performans dü üklü ünesebep olmad belirlenmi tir. LPG ve do algaz n içtenyanmal motorlarda temiz ve verimli yanma sa lamas , syak tlara göre ekonomik bir yak t olmas da di eravantajlar eklinde s ralanabilir.

Anahtar Kelimeler: LPG sistemleri, Do algaz sistemleri,çten yanmal motorlar

Abstract

In addition to increase in the air pollution, being a heavyburden on the environmental issues, reaching of GlobalWarming to the exorbitant limits and apart from thisbecause of rise in petrol prices, LPG and Natural Gas turnout to be an advantage for us as a considerable supportivetype of fuel in the internal combustion engines. In theignition plugged engines as result of LPG and Natural Gasfuels, the developments in the fuel systems becomeimportant because of the reasons that are mentionedabove. In this study, the common features and differencesof LPG and Natural Gas systems are tried to besignposted with their existent generations at the presenttime. The types of LPG and Natural Gas systems whichare used up to the our present time in the internalcombustion engines are compared. Exhaust emissionsand performance values were determined in theexperiments which were done in the vehicles that have thefirst, second, third, and fourth generation LPG systems.Implementations of Natural Gas in the fuel and dieselengines were discussed. In spite of the fact that the

implementation of Natural Gas in the vehicles is a recentcase for our country, it was carried out that particularlysequential autogas systems that are known as the fourthgeneration among the LPG systems do not cause a lowlevel performance. Providing an efficient and cleancombustion in the internal combustion engines and beingan economical fuel than the other liquid fuels can be alsolisted as the other advantages of LPG and Natural Gas.

Key Words: LPG systems, Natural Gas systems, Internalcombustion engines.

1. LPG’nin Tan

LPG (Liquefied Petroleum Gas) s la lm petrolgaz r. Yakla k olarak % 70 bütan ve % 30 propangazlar n kar r. Renksiz ve kokusuz bir gazd r.Ancak, tüketicinin gaz kaçaklar alg layabilmesi amac ylarafineriler taraf ndan Etilmerkaptan ile belirgin bir ekildekokuland lm r. LPG normal artlarda gaz halindedir,ancak depolama tanklar na doldurulmas esnas nda bas nçalt nda s la lm halde bulunmaktad r. Bu s halindengaz haline geçi s ras nda hacmi yakla k olarak 25 0C’de240 – 270 kat artar. LPG zehirli de ildir. Fakat havadan

r bir gaz oldu u için s nt ve kaçaklarda yere çökerekzeminden itibaren yukar ya do ru birikir. LPG’nin shalden gaz haline geçerken çevreden ald , donmalarave yan k etkisine sebep olur [3].

1.1. LPG’nin Çe itleri

Türk Standartlar Enstitüsü iklim ve kullan m artlar nagöre üretilecek olan LPG yak , bile iminde bulunmasgereken ana hidrokarbon oran na göre s fland lm r.

fland lmas yap lan gazlara ait özellikler Çizelge 1’deverilmi tir.

Ticari Propan: Esas olan propan ve propilendenmeydana gelen fiziki metotlarla s la labilen gazkar r. Uçuculu u yüksek olan bir hidrokarbondur.So uk iklimli bölgelerde daha homojen bir kar molu turur. Evlerde, ticari ve endüstriyel amaçl yerlerdekullan lan ticari propan, kütlece % 95 safl ktad r [13].

Ticari Bütan: Esas olarak bütan ve bütilendenmeydana gelen fiziki metotlarla s la labilen gazkar r. Uçuculu u dü ük olan bir hidrokarbondur.Il man iklimli bölgelerde yak t olarak kullan lan ticaribütan kütlece % 95 safl ktad r [13].

1914

mailto:faydin:@selcuk.edu.tr

mailto:acaroglu:@selcuk.edu.tr

Ayd n, F., ve Acaro lu, M.

Ticari Propan – Bütan Kar : Ticari propan –bütan kar n uçuculu u orta seviyededir. Kar moranlar geni aral klarda olabilece inden belirliihtiyaçlar kar layabilecek özellikte yak t elde edilmesimümkündür. Bu kar m evlerde, ticari ve endüstriyel

amaçl kullan mlarda geni bir alanda uygulan r.Türkiye’de TÜPRA rafineri i letmelerinde LPG ürünü% 30 propan / % 70 bütan olarak üretilmekte veiyile tirme çal malar yap lmaktad r [13].

1.2. LPG’nin ÖzellikleriÇizelge 1. LPG’nin Yakla k Özellikleri [13,3].

Genel Özellikler Birim Ticari Propan Ticari Bütan Ticari Bütan –Propan Kar

Bile imi

Ba ca propan,propilen, etan,etilen ve bütandanmeydana gelenhidrokarbonkar r.

Ba ca bütan,bütilen vepropandanmeydana gelenhidrokarbonkar r.

Ticari propan veticari bütandanmeydana gelenhidrokarbonkar r.

Kokusu

Orjinalikokusuzdur.Etilmerkaptan ilekokuland lm r.



Buhar Bas nçlar

20 0C40 0C45 0C55 0C

barbarbarbar

9.215.317

20.4

12.83.44.6

3.56.67.59.3

lk Kaynama Noktas*

0C - 42 - 9 - 18

1 m3 s n A rl kg 509 582 547 - 573 Halinde Suya

Göre Yo unlu u kg/m3 0.509 0.582 0.560

Gaz Halinde HavayaGöre Yo unlu u kg/m3 1.5 2.01 1.84

Molekül A rl g/mol 44.1 58.1 53.5Gaz Hacmi / SHacmi ** 272 238 248

Alt Is l De eri *** kCal/kg 11.100 10.900 10.960Tutu ma S cakl(havada)

0C 493 - 549 482 - 538 482 - 549

Buharla madanSonra Toplam Is tmaDe eri

kCal/kg 11.950 11.740 11.800

Maksimum Alevcakl

0C 1980 2008 2000

Yanma ÜrünleriCO2N2

H2O

%%%

11.672.915.5

1273.115

11.973

15.1Maksimum KükürtMiktar mg/kg 185 140 140

100 mlBuharla mas ylaKalan Miktar

En Çok 0.05 0.05 0.05

Hava GazKar nda Patlama

rlar

Alt LimitÜst Limit

%%

2.159.6

1.559.6

1.559.6

* : 1 bar bas nçta s LPG’nin gaz faz na geçmeye ba lad s cakl k de eridir.** : Birim hacimdeki s LPG gaz faz na geçti inde hacmindeki büyümenin oran r.*** : 1 kg LPG’nin yanmas yla elde edilen ve yanma ürünlerinden suyun s fazda oldu u durumdaki miktar

.

1.3. LPG ‘de Güvenlik Önlemleri

LPG dönü üm sistemleri do ru malzeme ve do ru montajile kullan ld nda güvenli bir yak tt r. Arac zda, güvenlibir çal may sa lamak için periyodik bak mlar her 10.000km de bir yap lmal r. Bu bak mlarda;

LPG tank üzerinde bulunan multivalf, tank n % 80doldurulmas sa layacak ekilde ayar edilmelidir.

Elektrik tesisat kontrol edilerek, ba lant lardaoksitlenme olup olmad na bak lmal r.

1915


LPG elektro valfindeki filtre temizlenmelidir.

Ba lant bile enleri kontrol edilmelidir.

Havaland rma hortumlar y rt k, kopuk ve ekliolmamal r.

LPG montaj nda kullan lan elemanlar n tamam ECR-67R ve TSE standartlar na uygun olmal r [4].

1.4. LPG SistemleriLPG, güç kayb önlemek ve egzoz emisyon de erleriniyeni normlara uygun hale getirmek için, benzinlisistemlerdeki geli meye paralel geli me ve yenilenmeleregöre kendini sistem olarak yenilemi tir.

1.4.1. Birinci Ku ak Basit Kar Sistem

Birinci nesil LPG dönü üm sistemleri en basit olansistemlerdir. Yak t deposundan s halde al nan yak t, birregülatör ve buharla yard yla emme manifoldundayer alan bir gaz kar ya gönderilerek hava ilekar ld ktan sonra silindirlere yollanmaktad r. Bu sistemkarbüratörlü motorlar n dönü ümünde kullan lmaktad r [8].

ekil 1. Birinci Ku ak Basit Kar Sistem [2].

1.4.2. kinci Ku ak Elektronik Kontrollü Sistem

kinci nesil LPG dönü üm sistemlerinde egzoz gaz içindebulunan oksijen miktar ölçülerek, elektronik kontrol ünitesiyard yla yak t miktar regülatörde uygun ekildedüzeltilmektedir. Böylece hava fazlal k katsaystokiometrik de erde tutabilmekte ve egzoz sistemindekatalitik konvertör yard yla dü ürülen emisyon artlarsa lanabilmektedir [7].

ekil 2. kinci Ku ak Elektronik Kontrollü Sistem [2].

1.4.3. Üçüncü Ku ak LPG Enjeksiyonlu Sistem

Birinci ve ikinci nesil sistemlere göre daha komplikedir.Motorun ilk çal lmas benzin enjeksiyonu ile yap r,daha sonra motor devri 2000 d/d ye ula nda sistemotomatik olarak LPG enjeksiyonlu çal maya geçer. Çokyeni model araçlara tak lmalar halinde yine de geri tepmeriski bulunmaktad r [7].

ekil 3. Üçüncü Ku ak LPG Enjeksiyonlu Sistem [2].

1.4.4. Dördüncü Ku ak S ral Gaz Faz LPGEnjeksiyonlu Sistem

ral LPG enjeksiyon kontrollü sistemlerdir. Sistem kontrolsinyallerinin ço unu ECU (Elektronik Kontrol Ünitesi) danalmaktad r. S ral sistemleri klasik dönü üm sistemlerindenay ran en önemli parçalar ; Benzinli araçlarda kullan lanECU benzeri bir kontrol ünitesi, LPG Buharla /Regülatör, Gaz Enjektörleri, enjektörlerin s raland birkolektör ve özel kablo gruplar r. Gaz Elektronik KontrolÜnitesi (ECU), her enjektörün püskürtme zaman her birsilindir için büyük bir hassasiyetle tek tek hesaplamaktad r.Ayr ca ihtiyaç duyulan gaz miktar n di er enjektörlerdenba ms z olarak emme supab n aç k oldu u bir s radasilindirlere püskürtülmesini sa lamaktad r [9].

ekil 4. Dördüncü Ku ak S ral Gaz Faz LPG EnjeksiyonluSistem [11].

1916


1.5. Deneyler

De ik tip LPG sistemlerinin motor performans veemisyonlara etkisi ile ilgili yap lan testler tablolardaverilmi tir. Deneylerde kullan lan motorlarda, motorçal ma s cakl klar na ula ld ktan sonra testlereba lanm r. Motorlar hem LPG, hem de benzin ile aynartlarda çal larak sonuçlar incelenmi tir.

Çizelge 2 incelendi i zaman 1991 model Mercedes 190 E1800 cc enjeksiyonlu motorunun süper benzin ile rölantidezengin kar m ile çal görülmektedir.

Bunun sonucu CO % 4,20 gibi yüksek bir de er ç km r.2. viteste 60 km/h h za ç ld zaman CO de erinde çokbüyük bir dü oldu u görülmektedir. Bu durumpüskürtmenin çok iyi oldu u anlam na gelir.Araç 3.viteste 80 km/h h zda en ideal emisyon oranlaryakalamaktad r. Bu durum 4.vites 100 km/h h zda birazyükselmi , 4.vites 120 km/h h zda ise tekerlek gücünün vehava – yak t oran n artmas sonucu emisyon oranlarbiraz daha yükselmi tir.

Çizelge 2. 1991 Model Mercedes 190 E 1800 cc (K Jetronik) Otomobilinin Test Sonuçlar [6].

CO%

CO2%

HCppm

O2%

AFR TekerlekGücü (kW)

Araç H (km / h) Yak t

4,20 13,42 158 3,1 15,33 0 Rölanti Devri Süper Benzin3,60 10,69 219 3,9 16,34 0 Rölanti Devri LPG0,44 15,51 193 0,6 14,78 40 2. Vites 60 km / h Süper Benzin3,46 10,10 773 2,4 14,99 38 2. Vites 60 km / h LPG0,36 15,53 202 0,6 14,83 28 3. Vites 80 km / h Süper Benzin0,54 12,42 631 1,7 16,09 28 3. Vites 80 km / h LPG0,51 15,45 272 0,4 14,62 22 4. Vites 100 km / h Süper Benzin0,63 12,53 781 1,5 15,80 22 4. Vites 100 km / h LPG0,98 14,88 390 0,4 14,34 28 4. Vites 120 km / h Süper Benzin0,20 13,04 413 1,1 15,99 27 4. Vites 120 km / h LPG

Ayn araç LPG ile çal ld nda rölanti devrinde COemisyonu benzin kadar olmasa da yinede yüksektir. Budurum 2. viteste 60 km/h h zda da devam etmektedir. Bubize enjeksiyonlu sistemlerin ortalama 40 – 60 km/h

zlardan sonra otomatik olarak LPG’ye geçtiklerinigöstermektedir. 3.vites 80 km/h h zda emisyonde erlerinde gözle görülür bir de me olmaktad r.Buradan LPG sistemi tam olarak devrede ve tam yanmasa lanabiliyor sonucuna var r. Tabloda LPG ile çal rken4.vites 120 km/h h zda CO de erinin minimum oldu ugörülmektedir. Buradan yüksek h zlarda LPG’nin daha iyiatomize oldu u ve h n artt bilinmektedir [6].

Çizelge 3. incelendi i zaman 2000 model Hyundai Accent1.5 GLS enjeksiyonlu motorunun kur unsuz benzin ilerölantide ideal kar m ile çal görülmektedir. Bunun

sonucu CO % 0,04 gibi uygun bir de er ç km r. 2.viteste60 km/h h za ç ld zaman CO de erinde bir miktar artolmu tur. Bu durum arac n 2. vitese göre fazla zorlandmotor devrinin 4120 d/d da oldu u görülmektedir. Di ervites durumlar nda da CO de eri ideal artlardad r. H zartt kça HC de erlerindeki azalma ve di er de kenlerdeki uyumluluk arac n kur unsuz benzin modunda lambdasondas verilerini düzenli ald ve ECU ile tümsensörlerin uyumlu çal n göstergesidir. Lambdasondas yanm yak t içerisindeki oksijen miktar na göreölçüm yapt ndan araç kur unsuz benzin ile çal rkendevrede olup, araç LPG moduna geçti inde LPG ECU’sulambda sondas ndan bilgi alamamaktad r. Bu durum LPGmodunda HC lerin yüksek ç kmas na sebep olmu tur [5].

Çizelge 3. 2000 Model Hyundai Accent 1.5 GLS 1500 cc Çok Nokta Enjeksiyonlu Otomobilinin Test Sonuçlar [5].

CO%

CO2%

HCppm

O2% Lambda

MotorDevri(d/d)

TekerlekGücü(kW)

Araç H (km / h) Yak t

0,04 15,73 94 0,10 0,998 810 0 Rölanti Devri Kur unsuz Benzin0,03 13,82 156 0,16 1,005 820 0 Rölanti Devri LPG0,09 15,59 43 0,09 0,999 4120 22,35 2. Vites 60 km / h Kur unsuz Benzin0,06 13,78 94 0,12 0,999 4060 23,75 2. Vites 60 km / h LPG0,07 15,57 41 0,09 0,998 3680 32,50 3. Vites 80 km / h Kur unsuz Benzin0,16 13,76 108 0,13 0,999 3720 32,85 3. Vites 80 km / h LPG0,10 15,61 41 0,09 0,998 3460 41,75 4. Vites 100 km / h Kur unsuz Benzin0,06 13,78 100 0,16 1,001 3480 40,75 4. Vites 100 km / h LPG0,07 15,50 35 0,09 1,002 4210 50,65 4. Vites 120 km / h Kur unsuz Benzin0,07 13,75 84 0,21 1,004 4210 50,15 4. Vites 120 km / h LPG

1917


LPG ECU’sunda kay tl olan çal ma parametrelerinin,benzin ECU’sunun parametreleriyle ayn do rultudaolmas , LPG enjektörlerinin püskürtme sürelerinindiagnostic cihazla e itlenmesi sebebiyle, araç LPGmodunda iken lambda verileri ideal ç kmaktad r. Girenhava miktar n de memesi de bu durumudo rulamaktad r. Ayn zamanda CO miktar da idealoranlardad r. CO’yu etkileyen di er bir faktörde, benzinmodunda kur unsuz benzinin enjektörlerden s haldepüskürtülmesi, LPG modunda ise LPG’nin gaz haldepüskürtülmesidir. Bu durum LPG modunda CO’lar nbenzine göre dü ük ç kmas na sebep olmu tur. S ral gazfaz LPG enjeksiyon sisteminde di er LPG sistemlerindebulunan mikser olmad için hava / yak t oran idealverilerde olmu , bu durum güç verilerinin de yükselmesinisa lam r [5].

2. Do algaz

Do algaz yeryüzünün alt katmanlar nda ba ta Metan(CH4) ve Etan (C2H6) olmak üzere çe itli hidrokarbonlardanolu an yan bir gaz kar r. Birincil enerjidir, yani

kar ld haliyle kullan labilir. Do algaz renksiz vekokusuz bir gazd r. Bu sebeple, kullan n herhangi birgaz kaça kolayl kla fark edebilmesi için gaza kokuverici bir madde eklenir. Çürük sar msak kokusu verenTHT (Tetra Hidro Teafon) maddesi kat lmaktad r. Do algaz n enerji yo unlu u dü üktür. Enerji yo unlu ununyükseltilmesi amac yla do algaz s r veya

la r. Do al gaz ta tlarda 200 bar’ dakullan lmaktad r. Bu nedenle s lm do al gaz (CNG)olarak an lmaktad r [14].

Do al gaz n l de eri 47 MJ/kg veya 40MJ/m3’e e it olup,1 kg do al gaz 1,33 litre benzine veya 1,22 litre motorine

ittir. Di er bir kar la rma ile 1 m3 do algaz 1,1 litrebenzine veya 1,0 litre motorine e it olmaktad r. Araçmotorlar nda kullan lan yak tlar n kar la rmas yap rkenmotorun verimlili i de dikkate al nmal r. Do al gaz nenerji verimlili i genel olarak benzinden daha iyi, motorinleise ayn r [10].

2.1. Do algaz’ n Tercih Sebepleri

Do algazl araçlar n desteklenmesinin en önemli nedeniçevresel avantajlard r. Lokal seviyede emisyonlarda (HC,CO ve NOx) kükürt ve partiküllerde çok büyük bir düsa lamaktad r. Ayr ca sera etkisi gazlar nda da % 20oran nda bir azalmaya sebep olmaktad r. Yeni nesil do algazl araçlar n benzinli ve dizel yak tl araçlara göreemisyon de erleri u ekildedir:

NOx’ de % 77 – 80 azalma, CO’ de % 76 azalma, Benzende % 97’ nin üzerinde bir azalma, Ozona zararl hidrokarbonlarda yakla k % 90 azalma, Partiküllerde % 99 ve üzerinde bir azalma, Do al gaz çevreyi etkileyici toksik ve korozif ürünler

üretmedi inden di er fosil yak tlara göre en temizyak tt r,

Do al gaz temiz yanan bir yak t oldu undan araçbak mlar azalt r [10].

Çizelge 4. Do algaz’ n Kimyasal Bile enleri [12].

Gaz Bile enler Aral k (%)Metan CH4 70-90Etan C2H6

0–20Propan C3H8Bütan C4H10Pentan ve di er a rhidrokarbonlar C5H12 0–10

Karbondioksit CO2 0–8Oksijen O2 0–0,2Azot N2 0–5Hidrojen sülfür,Karbonil sülfür H2S, COS 0–5

Argon, Helyum,Neon, Xenon A, He,Ne,Xe Az

miktarda

2.2. Do algaz sistemleri

2.2.1. Birinci Nesil Gaz Yak t Sistemleri

Katalitik dönü türücüsü olmayan, mikser ünitesiylemekanik kar m ayar isteyen karbüratörlü araçlard r [1].

ekil 5. Birinci Nesil CNG Ekipmanlar [1].

2.2.2. kinci Nesil Gaz Yak t Sistemleri

Kapal devre karbüratörlü ve tek nokta enjeksiyonlu(SPI)motorlar olup Euro1/2’yi kar lamaktad r. Mikserünitesinin yan nda kapal devre otomatik kar m ayar velambda sensörü içerir [1].

ekil 6. kinci Nesil CNG Ekipmanlar [1].

1918


2.2.3. Üçüncü Nesil Gaz Yak t sistemleri

Kapal devre çok nokta enjeksiyonlu (MPI) motorlar olupEuro 2/3’ü kar lamaktad r. Sistemde mikser yoktur, gazenjektörleriyle direkt emme manifolduna püskürtme yap r.Regülatör bir sensör vas tas yla manifold bas nc takipeder. ECU bir mikro i lemciyle çal r ve de ik yüklerdeani cevaplar verebilir [1].

ekil 7. kinci Nesil CNG Ekipmanlar [1].

2.2.4. Dördüncü Nesil Gaz Yak t sistemleri

Kapal devre s ral çok noktal gaz enjeksiyon sistemi olupEuro 3/4 ‘ü kar lar. Di er enjeksiyon sistemlerinden farkECU ünitesi enjektörlerin açma ve püskürtme zaman hersilindirde ba ms z olarak kontrol eder. Mikserolmad ndan, mikserin olu turdu u olumsuzluklar yoktur[1].

ekil 8. Dördüncü Nesil CNG Ekipmanlar [1]

3. Sonuç

4. Ku ak S ral Gaz Faz LPG Enjeksiyon Sisteminde eskisistemlerde olan performans dü üklü ü ya anmadsonucuna var lm r. LPG’nin kur unsuz benzine göre enaz % 40 ekonomik oldu u da bilinmektedir. LPG’nin lde erinin ve yanma h n kur unsuz benzine yak nolmas , benzin sistemine sahip araçlarda LPG sistemlerinuygulanmas na olanak sa lamaktad r.

LPG sistemi tak lan ta tlardan daha iyi sonuçlaral nabilmesi için, LPG dönü üm sistemi seçilirken motorteknolojisine göre en geli mi olan seçilmeli ve kullan lanparçalar n tamam n orijinal olmas na dikkat edilmelidir.Ayr ca seçilen dönü üm sisteminin yedek parça durumugöz önünde bulundurulmal , sistemin montaj ve ayarehliyetli ki ilerce yap lmal r.

Dördüncü Nesil Gaz Yak t Sistemleri do algazsistemlerinin ta tlara uygulanmas nda gelinen sonnoktad r. Çevre sorunlar nda ta tlar n fonksiyonlar eleal nd nda do algaz, yak t olarak tercih sebebi olacakt r.Do algaz sistemi tak lacak ta t için, motor teknolojisineuygun olan sistem seçilmeli ve alan nda uzman ki ilercesistem montaj yap lmal r. Ancak, do algaz yak tsistemlerinin ta tlara uygulanmas yayg n bir kullan malan na sahip de ildir. Dolum istasyon say yetersizdir.Türkiye’de Ankara ve stanbul illerinde sadece birer adetdolum istasyonu bulunmaktad r. Bu istasyonlarbelediyelere aittir. Do algaz istasyonlar n kurulummaliyetlerinin yüksek olmas ve bu maliyeti kar layacakamortisman süresinin uzamas , özel sektörün bu i egirmemesine sebep olmaktad r. Vergiler yenidendüzenlenir, sistem cazip hale getirilirse ta tlarda do algazkullan da uygulama alan bulabilecektir.

Kaynaklar

[1] Acaro lu, M., 2007. Alternatif Enerji Kaynaklar ,Nobel Yay n Da m, Ankara.

[2] Anonim, 1998. Ta tlarda Yak t Olarak LPGKullan , Selçuk Üniversitesi, Teknik E itimFakültesi, 1998, Konya.

[3] Anonim, 2002. LPG’nin Özellikleri ve EmniyetliKullan , TMMOB, Kimya Mühendisleri Odas , LPG

itim Yay , 2002, stanbul.[4] Anonim, 2005. Makine Mühendisleri Odas , LPG

Sistemli Araçlar n Güvenli Kullan m K lavuzu, ElKitab , 2005, Konya.

[5] Ayd n, F., Acaro lu, M., 2006. S ral Gaz Faz LPGEnjeksiyon Sisteminin Deneysel Olarak ncelenmesi,Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, YüksekLisans Tezi, 2006, Konya.

[6] Ayd n, F., Ka ta , Y., 1999. çten Yanmal Motorlardala lm Petrol Gaz n Kullan , emisyonlara

ve Motor Performans na Etkisi, Gazi Üniversitesi,Teknik E itim Fakültesi, Makine E itimi Bölümü,Otomotiv Anabilim Dal , Bitirme Projesi, Ankara.

[7] Ayhaner, M., 1995. Araçlarda LPG ve CNGUygulamas , Mühendis ve Makine, Cilt : 35, Say :1429, Ekim 1995, Ankara

[8] http://selimcetinkaya.tripod.com[9] http://www.2a.com.tr[10] http://www.igdas.com.tr[11] Lovato, 1999. Autogas LPG System Manual,

Vicenza, ITALY.[12] Speight, J., 2007. Natural Gas A Basic Handbook,

Houston, Texas.[13] TSE, 1991. T.S. 2178, S la lm Petrol Gaz

(LPG), Nisan 1991, Ankara.[14] Yücesu, H.S., 1991, Do al Gaz n Benzin

Motorlar nda Kullan Amaca Uygun GazKar n Tasar ve malat , G.Ü. Fen Bil. Ens.Doktora Tezi, 1991, Ankara.

1919

http://selimcetinkaya.tripod.com/

http://www.2a.com.tr/

http://www.igdas.com.tr/

5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), 13-15 Mayıs 2009, Karabük, Türkiye


DİZEL MOTORLARINDA PARTİKÜL MADDE EMİSYON KONTROLU VE GELİŞMELER

PARTICULATE MATTER EMISSION CONTROL IN DIESEL ENGINES AND DEVELOPMENTS

Ahmet KESKİN *

* Abant İzzet Baysal Üniversitesi, Bolu, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Dizel motorlarının yüksek verimi, düşük kullanım maliyetleri, yüksek dayanım ve güvenilirlikleri onları ağır hizmet araç pazarında lider duruma getirmiştir. Son zamanlarda özellikle yakıt fiyatlarının yüksekliğinden dolayı dizel motorlarının hafif hizmet araç pazarındaki payı da giderek artmaktadır. Dizel motor pazarının bu büyüme trendi çevreyle ilgili etkilerin dikkatli bir biçimde değerlendirilmesini gerektirmektedir. Dizel motorlarında yanma sonucu oluşan egzoz gazındaki kirleticilerin en önemlileri partikül madde (PM), azotoksitler (NOx), hidrokarbonlar (HC) ve karbonmonoksit (CO)’tir. Dizel motorlu araçlar dizel motorların termal verimlerinin yüksek olması sebebiyle benzin motorlu araçlardan daha az CO ve yanmamış HC çıkarırlar. Fakat PM ve NOx emisyonları hala yüksektir. PM’nin sağlık etkileri, iklim değişikliği, ekolojik etkiler ve görünürlük gibi potansiyel çevresel etkileri yaygın bir şekilde tartışılmaktadır. Bu çalışmada partikül madde ve çevreye olan etkileri, partikül madde emisyon düzenlemeleri, dizel oksidasyon katalistleri, dizel partikül filtreleri (DPF), dizel partikül filtrelerinin rejenerasyon yöntemleri ve partikül madde emisyon kontrol yöntemleri incelenecektir.

Anahtar kelimeler: Partikül madde, dizel partikül filtresi, oksidasyon katalisti, dizel emisyon kontrolu

Abstract The high efficiency of diesel engines, their low operating costs, high durability and reliability have provided them with a leadership role in the heavy-duty vehicle market. Recently, diesel engines also achieved a growing share of the light-duty vehicle market, especially in those areas where fuel costs are high. This trend of growth of the diesel market requires a careful evaluation of the related environmental effects. The most important pollutants formed at the exhaust gases of diesel engines are particulate matters (PM), nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons (HC), and carbon monoxides (CO). Diesel-powered vehicles, because of their high thermal efficiency, emit less CO and unburned hydrocarbons than gasoline-fueled vehicles, but the emission of soot particulates and NOx are still high. PM has arguably the widest range of potential environmental impacts, including health effects, climate change, ecological effects, and visibility. In this study, particulate matter and its effect to the environment, particulate matter emission regulations, diesel oxidation catalysts, diesel particulate filters, regeneration techniques

of diesel particulate filters, and particulate matter emission control methods are investigated. Keywords: Particulate matter, diesel particulate filter, oxidation catalyst, diesel emission control 1. Giriş Motorlu taşıtların hava kirliliğinde önemli bir payı bulunmaktadır. Bu ise emisyon kontrol teknolojilerinin geliştirilmesini zorunlu hale getirmiştir. Dizel motorlarının yüksek verimi, düşük kullanım maliyetleri, yüksek dayanım ve güvenilirlikleri onları ağır hizmet araç pazarında lider duruma getirmiştir. Son zamanlarda özellikle yakıt fiyatlarının yüksekliğinden dolayı dizel motorlarının hafif hizmet araç pazarındaki payı da giderek artmaktadır. Önümüzdeki yıllarda özellikle Asya ve Avrupa’da satışların önemli ölçüde artacağı beklenmektedir. Dizel motor pazarının bu büyüme trendi çevreyle ilgili etkilerin dikkatli bir biçimde değerlendirilmesini gerektirmektedir [1]. Dizel motorlarında yanma sonucu oluşan egzoz gazındaki kirleticilerin en önemlileri partikül madde (PM), azotoksitler (NOx), hidrokarbonlar (HC) ve karbonmonoksit (CO)’tir [2]. Dizel motorlu araçlar dizel motorların termal verimlerinin yüksek olması sebebiyle benzin motorlu araçlardan daha az CO ve yanmamış HC çıkarırlar. Fakat PM ve NOx emisyonları hala yüksektir [3]. Emisyonların azaltılması konusunda başlıca uygulamalar; motor tasarımında iyileştirmeler, yakıt ön işlemleri, yanma işleminin daha iyi ayarlanıp daha basitleştirilmesi, yakıt formülünün modifikasyonu, alkoller ve esterler gibi fosil olmayan alternatif yakıt kullanımı ve yanma sonrası cihaz kullanımı şeklinde belirtilebilir [4]. Sadece motorlarda yapılacak düzenlemelerle PM ve NOx emisyonları yasal düzenlemelerdeki değerlerine düşürülemeyeceği için dizel egzoz emisyonlarının eş zamanlı olarak düşürülmesi için yanma sonrasında kullanılmak üzere cihazlar geliştirilmektedir.[3] PM’nin sağlık etkileri, iklim değişikliği, ekolojik etkiler ve görünürlük gibi potansiyel çevresel etkileri yaygın bir şekilde tartışılmaktadır [5]. Dizel PM’nin astım, kalıcı bronşit ve akciğer kanseri gibi sağlık problemlerine sebep olduğundan şüphelenilmektedir. Birkaç kuruluş dizel egzozunun bazı kısımlarının salgın hastalıklarla ilgili ve zehirli olduğuna dair bilimsel görüş bildirmişlerdir ve dizel egzozu partikül kısmını bir potansiyel, muhtemel veya belirli insan kanserojeni olarak sınıflandırılmasını önermektedirler [6]. Bu çalışmada partikül madde ve çevreye olan etkileri, partikül madde emisyon düzenlemeleri, dizel oksidasyon

1920

Keskin, A.

katalistleri, dizel partikül filtreleri, dizel partikül filtrelerinin rejenerasyon yöntemleri ve partikül madde emisyon kontrol yöntemleri incelenecektir. 2. Emisyon Düzenlemeleri Motorlu taşıt egzoz emisyonları ile ilgili düzenlemeler 1960’ların ortalarında Amerikan araçlarında HC 15 g/mil, CO 90 g/mil ve NOx 6 g/mil olarak belirlenmiştir [7]. EPA (The Environmental Protection Agency/Çevre Koruma Ajansı) ve EP (European Parliament/Avrupa Parlemantosu) hafif hizmet ve ağır hizmet tipi araçlarda 2007 yılından itibaren emisyon düzenlemelerini sıkılaştırmışlardır. Motorlu taşıt üreticileri bu sıkı düzenlemeleri karşılayabilmek için daha gelişmiş emisyon kontrol teknolojilerini kullanmak zorundadırlar [8]. Günümüz dizel motorlu araçların emisyon düzenlemeleri; hafif hizmet, ağır hizmet yol araçları, ağır hizmet yol dışı araçlar olmak üzere farklı şekillerde kategorize edilmektedir [9]. Tablo 1.de dizel motorlu binek araçlar için AB egzoz emisyon değerleri verilmiştir.

Tablo 1. Dizel motorlu binek araçlar için AB emisyon

değerleri (g/km) [10].

Tarih CO HC HC+ NOx

NOx PM

Euro 1 1992.07 2.72

(3.16) -

0.97 (1.13)

- 0.14

(0.18) Euro 2, ıIDI

1996.01 1.0 - 0.7 - 0.08

Euro 2, ıDI

1996.01a 1.0 - 0.9 - 0.10

Euro 3 2000.01 0.64 - 0.56 0.50 0.05 Euro 4 2005.01 0.50 - 0.30 0.25 0.025 Euro 5+- 2008 ortası 0.50 - 0.25 0.20 0.005 Not: Parantez içi değerlerler ABD Ulaştırma Bakanlığı’nın belirlediği değerlerdir. Motorların çevreye daha az atık bırakması yönünde Avrupa’daki ilk adım 1993 yılında Euro 1 standardının yürürlüğe girmesi ile atılmıştır. Bugün ise Avrupalı ticari araç üreticileri, taşıtlarını Ekim 2008’de yürürlüğe giren Euro 5 normlarına uygun üretmek zorundadırlar. Euro 3 normuna ulaşmada motor üreticilerinin imdadına elektronik ve bilişim teknolojisi yetişmiştir. Yanma ve püskürtme süreçlerindeki iyileştirmeler ve bu süreçlerde artan kontrol, yakıt tasarrufu ile birlikte daha yüksek güce ve torka sahip motorların üretilmesine de imkan sağlamıştır. Euro 3 ile birlikte motor üreticilerinin motorlarda ek donanım olmadan yapacakları iyileştirmeler de sınıra dayanmıştır. Bu süreçte üreticiler ve mühendisler, ana ve yan sanayi laboratuarları çözüm yolları arayıp, ortak çalışmalar yaparak yeni yöntemler geliştirmişlerdir. Türk idari otoriteleri normları Avrupa’daki gelişmelere göre düzenlemektedirler. Türkiye’de henüz Euro normlarına uyulması ile ilgili sıkı denetim başlamış değildir. Üreticiler taşıt üretimini Euro 1 ila Euro 3 arasında gerçekleştirmektedirler. İthal araçlar ise Euro 3 ve daha yukarı normları karşılamaktadır. Yüksek normlu motorların istenilen biçimde ve verimde çalışması için yakıt ve yağ üretiminde de uygunluk gerekmektedir [11]. PM ile ilgili emisyon düzenlemelerinde partikül maddelerin kütlesi esas alınmaktadır. Bu gerçek PM emisyonlarının gösteriminde yanılgıya yol açabilir. Küçük ve büyük partiküllerin partikül kütlesi ve partikül sayılarına katkısı

Şekil 1’de görülmektedir. Partikül kütlesinde en önemli yeri tutan birikme (acumulation) modunu oluşturan daha büyük partiküllerin sayıları diğerlerine oranla daha küçük iken çekirdeklenme (Nuclei) modunu oluşturan çok küçük partiküllerin en çok sayıda olduğu açıktır, fakat toplam kütleye katkısı azdır [12]. Günümüzde partikül maddelerle ilgili araştırmalar ince tozların etkisinin etkili bir şekilde nasıl azaltılabileceği ve büyük şehirlerdeki sağlık risklerinin nasıl önlenebileceği hakkındadır. İnce toz diğer kaynaklardan ve filtre edilmemiş dizel motor egzozundan üretilen çapı 10 mikrondan küçük olan çok küçük parçacıklardır. Mikro partiküller sağlık riski oluşturduğu için Avrupa Birliği tarafından şehir bölgelerinde her metreküp havada maksimum 50 mikrograma kadar izin verilmiştir [13].

Şekil 1. PM’nin boyutlarının sayı ve kütle bazında dağılımı [14].

3. Dizel Motor Emisyonlarının ve Partikül Maddenin Yapısı Dizel motor emisyonları oldukça kompleks karışımlardır. Dizel egzoz kompozisyonu büyük ölçüde motor tipi ve kullanım şartları, yakıt, yağlama yağı ve emisyon kontrol sistemi kullanılıp kullanılmadığına bağlı olarak değişmektedir. Dizel emisyonları büyük oranda gaz ve partikül fazları arasında dağılmış olan organik ve inorganik bileşiklerden oluşmaktadır. Bunlar; CO, CO2, NO, NO2, N2O, NH3, uçucu organik bileşikler ve su buharı, HC, polinükleer aromatik hidrokarbonlar (PAH), karboksil bileşikleri, organik asitler, halojenli organik bileşikler, kükürtdioksit ve dioksinlerdir. Günümüzde başlıca zararlı dizel emisyonlarından olan olan PM ve NOx’in azaltılması için çalışmalar yoğunlaşmıştır [15]. Dizel egzoz partikülleri başlıca toplanmış katı karbonlu malzeme ve kül ve uçucu organik ve kükürt bileşiklerinden oluşur [14]. Şekil 2. Ağır hizmet tipi dizel motorundan kaynaklanan partikül madde kompozisyonunu göstermektedir.

Şekil 2. Dizel partikül madde kompozisyonu [15].

1921

Keskin, A.

4. Dizel Partikül Filtreleri ve Dizel Filtre Sistemleri Dizel partikül filtreleri PM’nin azaltılmasında teknik olarak en uygun çözümlerden biridir [16]. Dizel partikül filtresi egzoz gazlarının sistem boyunca geçişine izin verirken katı ve sıvı partikül madde emisyonlarını biriktirmek için tasarlanıp egzoza yerleştirilmektedir [8]. Genellikle bir yanma sonrası PM kontrol sistemi dizel egzozundaki PM veya isi tutabilen gözenekli metal veya seramik bir filtreden oluşur. Filtreden düşük bir basınç azalması ve yüksek is tutma kapasitesine sahip olması istenir [17]. Günümüzde ticarileşmiş dizel partikül filtreleri silikon karpit, kordierit veya metalden yapılmaktadır (Şekil 3 ve 4 ).

Şekil 3. Silikon karpit (solda) ve kordierit (sağda) DPF’leri

[18].

Şekil 4. Bosch tarafından yapılmış bir sinterlenmiş metal

DPF [19]. Bu çeşitli filtrelerin biriktirme verimleri kütlesel olarak %30-90 arasında değişmektedir, ancak çoğu dizel partikül filtreleri son derece ince partikül sayıları olarak ifade edildiğinde %99'un üstünde başarı sağlamaktadırlar [8]. Dizel partikül filtreleri difüzyonal çöküntü, eylemsiz çöküntü veya akışı engelleme gibi derin yatak filtreleme mekanizmaları ve yüzey mekanizmalarının kombinasyonuyla partikül madde emisyonlarını tutar. Biriken partiküller sürekli veya periyodik termal rejenerasyon aracılığıyla filtreden uzaklaştırılır. Dizel partikül filtreleri PM emisyonunun katı kısımları üzerinde çok etkilidir, fakat katı olmayan kısımlarında etkisiz olabilir. Wall-flow monolitler (tek parça filtreler) en popüler dizel filtre tasarımıdır. Filtre olarak görev yapan gözenekli duvarlar boyunca gaz akışını zorlamak için kanal sonları alternatif olarak tıkanmış olan akış boyunca katalist desteklerden oluşur. Şekil 5’te bir seramik wall-flow filtrenin şematik şekli görülmektedir. Bir diğer filtre çeşidi ise partial filtrelerdir (Şekil 6). Bu fitrelerin filtreleme verimleri %50-85 arasındadır. Geri basınç değerleri ise bir DPF’den daha az, bir katalitik konvertörden daha fazladır [20]. Dizel filtre sistemleri filtre malzemeleriyle rejenerasyon yöntemlerinin

Şekil 5. Wall-flow DPF’nin şematik şekli [7].

kombinasyonuyla tasarlanmaktadır. Sistem tasarımında başa çıkılması gereken en önemli mesele yeterli rejenerasyonun sağlanması ve dayanıklılıktır [21].

Şekil 6. Partial DPF’nin şematik şekli [22]. Dizel motorlu otomobillerde üç filtre sistemi kullanılmaktadır. Birinci sistemde kısmi olarak yanmış yakıtı yüksek sıcaklıklarda yakmak için filtreden önce bir oksidasyon katalisti ve PM yanma sıcaklığını düşürmek için bir yakıt katkısı kullanılmaktadır. İkinci sistemde oksidasyon katalisti yine kullanılmakta yakıt katkısı kullanılmamaktadır. PM’nin yanmasını hızlandırmak için filtre katalistli yapılmaktadır. Üçüncü sistemde gerekli katalist fonksiyonlarının hepsi bir filtrede birleştirilmiştir (Şekil. 7) [7].

Şekil 7. Dizel motorlu otomobillerde partikül filtre sistemleri [7].

5. Dizel Oksidasyon Katalisti (DOC)

Dizel oksidasyon katalisti CO, HC ve PM gibi egzozdan kaynaklanan kirleticilerin kontrolunda kullanılan en eski yöntemlerden biridir. Dizel oksidasyon katalistleri genellikle bouyuna akışlı, petek şeklinde altlık (metalik veya seramik), platin ve/veya paladyum gibi oksitleyici bir

1922

Keskin, A.

katalistle kaplanmıştır [23]. Dizel oksidasyon katalistleri karbon monoksit ve hidrokarbonları karbondioksit ve suya dönüştürür ve dizel partikül emisyonlarının kütlesini azaltır fakat azot oksitler üzerindeki etkisi küçüktür. Bir oksidasyon katalisti dizel partikülünün çözülebilir organik bölümünün (SOF) %90'a kadarını azaltır. SOF'nin azaltılması önemlidir çünkü partikülün bu kısmı sağlıkla ilgili çok kimyasalları içermektedir. Dizel oksidasyon katalistleri toplam partikülü oluşturan bileşenlere bağlı olarak partikül emisyonlarının %25-50'sini böylece düşürebilir. Oksidasyon katalistleri CO ve HC emisyonlarındaki azalma sağlamasına ek olarak dizel dumanını düşürmekte ve dizel egzozunun keskin kokusunu da ortadan kaldırmaktadır. Bununla birlikte partikül sayısı değişmemekte ve aşırı ince partiküllerin etkisiyle ilgili sorunlar çözülmemektedir [24]. Şekil 8’de dizel oksidasyon katalistinin şematik şekli verilmiştir.

*Poliaromatik hidrokarbonlar veya diğer toksik hidrokarbon türleri

** Elemental karbon

Şekil 8. Dizel oksidasyon katalistinin şematik şekli [23].

PM emisyonunun azaltılması için ilk uygulama 1998’de Avrupa’da ve 1996’da ABD’de yeni dizel motorlu araçlar için zorunlu olan dizel oksidasyon katalistinin kullanılması olmuştur. Bu katalistler fakir şartlarda katalist aktivitesini optimize etmek için katalist kompozisyonundaki önemli değişikliklerle birlikte (soy metallerle ilgili olarak) benzinli motorlarda kullanılan konvensiyonel katalitik konvertörlere benzemektedir. Bu sistemler tarafından is partikülleri tutulmamakta fakat CO ve HC’lar (partikülün çözülebilir organik kısmını içeren) 200 oC’nin üzerinde yakılmaktadır [25]. Dizel oksidasyon katalistleri NOx adsorplayıcılar, DeNOx katalistler, dizel partikül filtreleri ve seçici katalitik indirgeyicilerle birlikte NO2 miktarını artırmak veya NOx'i indirgeyici (hidrokarbonlar veya amonyak) olarak kullanılan püskürtülmüş indirgeyicinin by-pası ile temizlenmesi için de kullanılmaktadır [24]. 6. Dizel Partikül Filtrelerinin Rejenerasyonu DPF’de birikmiş olan is fazla yakıt harcanmaması, motor ve filtrenin zarar görmemesi için uzaklaştırılması gerekir. İsin uzaklaştırılması rejenerasyon olarak ifade edilen oldukça kompleks bir işlemdir. Rejenerasyonun filtreye zarar vermeden yapılabilmesi için çoğu işlem parametresi uyuşmalıdır. Ana parametreler egzoz gaz sıcaklığı, egzoz gaz geri basıncı, egzozda kalan oksijen miktarı, hacimsel akış oranı vb.leridir. Bir DPF’sinde sıcaklık gerekli is ateşleme sıcaklığının üzerine çıkarsa dizel partikül maddeleri yanar ve geri basınç düşer [26]. Rejenerasyon prensipleri esas alındığında filtreleme sistemleri aktif ve pasif olmak üzere sınıflandırılabilir [21].

6.1. Pasif Rejenerasyon Pasif rejenerasyonda is bir katalitik reaksiyonla yakılır. Bu amaçla katalitik olarak aktif demir ve seryum içeren dizel yakıt katkıları is partiküllerinin alevlenme sıcaklığını normal egzoz gaz sıcaklığına düşürür [27]. Diğer pasif regenerasyon yöntemleri katalitik kaplı filtreler, sürekli rejenerasyon ve sürekli katalitik rejenerasyon yöntemleridir. Pasif rejenerasyonda tutulan PM’nin yanması aracın normal kullanımı esnasında gerçekleşir. Yani, ne araç kullanıcısı ne de araç motor yönetim sistemi DPF rejenerasyonunu başlatmak için bir şey yapmak zorunda değildir [12]. 6.1.1. Fuel borne katalist (Fuel Borne Catalyst/FBC) Fuel borne katalistler yakıta ilave edilmektedir. Yanma işlemi boyunca PM ile karışmış olan FBC partikül filtresinde tutulur. FBC isin yanma sıcaklığını düşürür. FBC filtrenin PM depolama kapasitesini azaltan külün artmasına neden olur. Şimdiki FBC uygulamaları filtreden külün uzaklaştırılması için servis gerektirir. Bununla birlikte gelecekteki uygulamalar servis gerektirmeyecektir. FBC’nin kullanımı is partikülüyle katalisti birleştirir ve temas noktası sayısını artırır. Bu yüzden is oksidasyon sıcaklığı 600 °C’den 400 °C’ye düşer. FBCleri veya NO2’yi bir oksidant olarak kullanan ticari teknolojiler otomobil motorlarında kullanılmaktadır [28]. Katalist dakikada ppm mertebesindeki miktarlarda ya doğrudan yakıt tankına veya silindire yakıt püskürtülmeden önce karıştırılarak katalist-yakıt karışımı silindire gönderilir [23]. FBC’nin dozajlama sistemiyle ilgili gelişmeler devam etmektedir. 6.1.2. Katalistli DPFleri Katalistli DPFleri katalitik bir maddeyle kaplanmış seramik bir filtreden ibarettir. Katalitik madde genellikle değerli metal olarak platin içerir. Katalitik kaplama isin yanma sıcaklığını düşürür. Fakat FBC’deki kadar düşüremez. Değerli metal içerdikleri için fiyatları artmaktadır. FBC’nin aksine filtrede depolanmış kül için bakım gerektirmezler. Sadece bir FBC’den daha düşük miktarlarda yağlama yağından kaynaklanan kül oluşmaktadır [29]. Katalistli sistemler Daimler-Chrysler, BMW, VW, Opel ve Fiat tarafından şu anda kullanılmaktadır. Sadece yağlama yağından kaynaklanan külün filtrede kaldığı katalistli partikül filtreleri emisyon kontrol sistemi için servis ömrü ve geri basınç açısından önemli faydalar sağlamaktadır [33]. Katalist esaslı DPFler dünyanın çeşitli bölgelerinde eski otobüsler ve ağır hizmet taşıtlarında iyileştirme uygulamalarında oldukça başarılıdırlar. Platin grubu metal içeren herhangi bir katalist/DPF kombinasyonu sülfat partiküllerinin oluşumunu gelecek yasal sınırlamalardaki değerlerde tutmak için 10 ppm den daha düşük kükürtlü dizel yakıtını kullanmalıdır [24].

6.1.3. Sürekli ve Katalitik Sürekli Rejenerasyonlar (The Continuously-Regenerating-Trap (CRT) ve Catalytic Continuously-Regenerating-Trap (CCRT)) Bu sistem Johnson Matthey firması tarafından patenti alınmış bir sistem olup dünyada en yaygın olarak kullanılan DPF sistemidir. Bir yüksek aktiviteli platin oksidasyon katalisti yanında çok ince seramik wall-flow filtreden ibaret olan iki odadan oluşmuştur (Şekil 9). Kirli egzoz gazı ilk odaya girdiğinde gazı katalist boyunca

1923

Keskin, A.

düzenli bir şekilde dağıtan dağıtıcı plakaya çarpar. Platin oksidasyon katalisti CO ve HC’u CO2 ve H2O’ya oksitleyerek neredeyse tamamen onları egzoz gazından temizler. NO’ların bazılarını da NO2’ye oksitler. Bu CRT filtre tarafından birikmiş isin uzaklaştırılması için çok önemlidir. İkinci odadaki wall-flow filtre egzoz gazındaki partikül maddeyi yakalar. Bu yakalanan is egzoz gazından uzaklaşan NO2 tarafından sürekli olarak oksitlenir. CRT sistemi PM, HC ve CO’leri %90’ın üzerinde azaltan çok iyi bir performans gösterir. NOx azalması garanti edilmezken

Şekil 9. CRT tipi partikül filtresi [30-31].

tipik olarak azalma %5-10 arasındadır [31-32]. CRT başarılı bir pasif operasyon için 275 °C’den yüksek egzoz gaz sıcaklığı, yakıtta 50 ppm.den az kükürt içeriği ve 20’den fazla NOx/PM oranı gibi uygulama şartları gerektirir [32-33]. Eğer bu şartlar karşılanamazsa yerine bir CCRT sistem düşünülebilir. CRT sistemin diğer pasif sistemlerden daha geniş şartlarda fonksiyonunu yerine getirebilmesi onun başarısının temelidir. CRT’nin avantajı düşük egzoz gazı sıcaklıklarındaki uygulamalarda açıkça görülmekte olup bu avantaj CCRT sistemde daha da artırılabilmektedir [30]. Bu sistemler DPF’de yağlama yağındaki katkılardan (Ca, Zn ve P gibi) kaynaklanan ve filtrede yakılamayan küllerin artmasından dolayı 100,000-200,000 km aralıklarında bakım gerektirir [12]. Sistemin en büyük sakıncası ön oksitleyicinin kükürte karşı hassas olmasıdır. Sistemin bir diğer zayıf noktası da sistemin NOx’in varlığına bağımlı olmasıdır [1]. CCRT sistemi katalitik kaplı DPF’nin kullanıldığı bir CRT sistemdir. Oksidasyon katalisti CO ve HC’ları giderir ve egzoz gazlarındaki NO’lerin bazılarını NO2’ye oksitler. Filtredeki is NO2 ile reaksiyona girer. Reaksiyonda üretilen NO’nun bir kısmı tekrar NO2’ye okside olur. NO2 kalan herhangi bir partikülle reaksiyona girerek partikülü egzoz gazından uzaklaştırır [34]. CCRT sistemi bir CRT sistemin bütün avantajlarını sağlar fakat CRT sisteme göre çok daha düşük egzoz sıcaklıklarında da kullanılabilir. Sistem US EPA tarafından kullanım süresinin %40’ı için 210 oC’nin üzerindeki sıcaklıklara sahip uygulamalar için onaylanmıştır. Bir standart CRT sistemi için yetersiz NOx:PM oranına sahip motorlar ile de kullanılabilmektedir [35].

6.2. Aktif Rejenerasyon

Pasif DPF teknolojilerinin uygulaması egzoz gaz sıcaklığıyla sınırlandırılır. Çoğu dizel motor

uygulamalarında sıcaklıklar pasif rejenerasyonu sürekli devam ettirmek için yeterli değildir [36]. Bunun için tutulan isin sıcaklığını oksitlemenin başlayacağı sıcaklık değerine kadar (550-600 °C) artırmak bu problemin çözümünde kullanılan yöntemlerden biridir. Bu yönteme aktif rejenerasyon sistemi denmektedir [37]. Böyle durumlarda aktif rejenerasyonu periyodik olarak başlatmak için dışarıdan enerji sağlanabilir [36]. Bu sistemler rejenerasyon için gerekli sıcaklığa ulaşmak için gerekli enerjiden dolayı yüksek yakıt ekonomisine sebep olabilir [37]. Aktif rejenerasyon hızlı bir prosestir. Onu kontrol etmek için kompleks proses kontrolu ve bazı motor yönetim kontrolu gerekmektedir. Aktif DPF’leri rejenerasyon için kullanılan enerji tipine göre elektrikli, yakıt brülörlü ve mikro dalgalı, kontrol metoduna göre ise otomatik ve manuel destekli olarak sınıflandırılabilir [38]. 6.2.1. Motordan enerji sağlayarak yakma Alışılmış yöntemler gecikmiş püskürtme, son püskürtme, kelebek (kısma valfi) ve egzoz gazı resirkülasyonudur. Bunlar çoğu uygulamalarda özellikle rejenerasyonu teşvik etmek ve sürdürmek için uygun katalistlerle kombine edildiğinde yaklaşık 200 °C egzoz sıcaklığına kadar bir artış sağlarlar. Bu çalışma biçimleri yakıt tüketimini artırır, ancak bu etki azdır. Çünkü rejenerasyon süresinin normal kullanım süresine oranı oldukça küçüktür. Rejenerasyon için toplam kullanım süresinin %1-3’ü gereklidir. Bununla birlikte bu yöntemler sadece partikül filtreli, elektronik enjeksiyonlu yeni motorlar için uygundur [39].

6.2.2. Yakıt yakarak filtre rejenerasyonu

Dizel yakıtı filtre rejenerasyonu için uygun bir enerji kaynağıdır. Bazı sistemlerde egzoz gazına yakıt püskürtülür ve filtrenin önüne yerleştirilen ısıtıcı katalist üzerinde yakılır. Bir diğer sistemde bir dizel yakıtlı brülörün yanma alevi sayesinde egzoz gaz sıcaklığı artırılır. Termal dengede bir rejenerasyon sağlamak için her iki sistemde kompleks rejenerasyon stratejisi gerektirir [21]. Sistemlerin kullandığı brülörün farklılığına göre filtre sistemleri full flow (tam akışlı) ve tek nokta brülör sistemleri olmak üzere 2’ye ayrılabilir [36].

6.2.3. Elektrikli rejenerasyonlu filtreler Dizel partikül filtrelerinin elektrikle rejenerasyonu onboard veya çeşitli off-board biçimleriyle yapılabilir. Araç güç kaynağına bağlı elektrikli bir ısıtıcı vasıtasıyla yapılan on-board rejenerasyon araç elektrik sistemi üzerinde önemli bir ek yük oluşturur. Kısmi akış düzeni veya sıcak havayla rejenerasyonda enerji verimi daha fazladır. Dışarıdan bir güç kaynağına bağlanabilen veya off-board rejenerasyon için araçtan sökülebilen filtre sistemleri geliştirilmektedir [21]. 6.2.4. Mikrodalga rejenerasyonlu filtreler Dizel partikül filtrelerinin rejenerasyonu için dizel isi mikrodalganın absorpsiyon özelliği sayesinde ısıtılabilir. Bu metot mikrodalgaları geçiren filtre altlık malzemesiyle kullanıldığında partiküllerin seçici olarak ısıtılmasını sağlar. Filtre malzemesinin mikrodalga gücünü adsorplaması durumunda mikrodalga isin ve filtrenin ısıtılmasında kullanılabilir [21]. Testlerde % 80-95 PM azalma verimi

1924

Keskin, A.

başarılmaktadır [40]. Esas geliştirme çalışmaları dayanıklılık ve ağır hizmet uygulamalarının maliyetini azaltma üzerine yoğunlaşmaktadır [41]. 7. Sonuçlar Dizel motorlarından kaynaklanan kirleticilerden biri de partikül maddelerdir. Partikül maddelerle ilgili emisyon düzenlemeleri de giderek sıkılaşmaktadır. Partikül maddelerin kontrolunda partikül maddelerin boyutu da önem kazanmıştır. Günümüzde partikül maddelerle ilgili araştırmalar ince tozların etkisinin etkili bir şekilde nasıl azaltılabileceği ve büyük şehirlerdeki sağlık risklerinin nasıl önlenebileceği hakkındadır. Partikül maddelerin azaltılması için kullanılan emisyon kontrol yöntemleri oksidasyon katalistleri ve dizel partikül filtreleridir. Bir oksidasyon katalisti dizel partikülünün çözülebilir organik bölümünün (SOF) %90'a kadarını azaltmaktadır. Toplam partikülü oluşturan bileşenlere bağlı olarak partikül emisyonlarının %25-50'sini bir oksidasyon katalisti böylece düşürebilmektedir [24]. Dizel partikül filtrelerinin biriktirme verimleri kütlesel olarak %30-90 arasında değişmektedir, ancak çoğu dizel partikül filtreleri son derece ince partikül sayıları olarak ifade edildiğinde %99'un üstünde başarı sağlamaktadırlar [8]. Bir diğer filtre çeşidi olan partial fitrelerin filtreleme verimleri %50-85 arasındadır [20]. Katalist esaslı DPF’leri dünyanın çeşitli bölgelerinde eski otobüsler ve ağır hizmet taşıtlarında iyileştirme uygulamalarında oldukça başarılıdırlar [24]. CRT sistemi PM, HC ve CO’leri %90’ın üzerinde azaltan çok iyi bir performans göstermektedir [31-32]. Dizel motorlarından kaynaklanan partikül madde emisyonu kontroluyla ilgili çalışmalar filtre malzemeleri ve rejenerasyon yöntemleri üzerinde yoğunlaşmaktadır. Günümüzde dizel partikül filtreleri yaygın olarak silikon karpit ve kordieritten yapılmakla birlikte sinterlenmiş metal ve daha farklı filtre malzemelerinin uygulamaları da vardır. Rejenerasyon uygulamaları ise aktif, pasif ya da her ikisinin birlikte kullanımı şeklindedir. Kaynaklar [1] Fino, D., and Specchia, V., Open issues in oxidative

catalysis for diesel particulate abatement, Powder Technology, 180 (1-2) 64-73, 2008.

[2] Şahin, R., Erman, C., Emissions reduction techniques for non-road diesel engines, 3rd Automotive Tech. Congress, BURSA, 2006.

[3] Jian Liu, J., Zhao Z., Xu, C., Duan, A., Simultaneous removal of NOx and diesel soot over nanometer Ln-Na-Cu-O perovskite-like complex oxide catalyst, Applied Catalysis B: Environmental 78, 61–72, 2008.

[4] AECC Response to EC for 2008 HDD NOx Review (12.01.2009).

[5] Maricq, M. M., Chemical characterization of particulate emissions from diesel engines: A review, Aerosol Science , 38, 1079–1118, 2007.

[6] Van Setten, B. A. A. L., Makkee, M., and Moulijn, J.A., The science and technology of catalytic diesel particulate filters, Catalysis Reviews, 43, 4, 489–564, 2001.

[7] Twigg M.V., Roles of catalytic oxidation in control of vehicle exhaust emissions, Catalysis Today, 117, 407-418, 2006.

[8] King, R.T, Design of a SCR system to reduce NOx emissions of the 2003 West Virginia University FutureTruck, MSc. Thesis, West Virginia University, Morgantown, 2007.

[9] Johnson, T.V., Diesel emission control in review, SAE 2006-01-0030, 2006.

[10]www.rec.org/REC/Programs/pcfv/downloads/2006_05_ankara/session_2/tubitak_mam.ppt

[11] Daha çevreci ve temiz motorlar için Euro 4-5’e geçişte EGR mi? SCR mi?, Taşıyanlar Dergisi, 6, 42-47, 2006.

[12] Walker, A.P., Controlling particulate emissions from diesel vehicles, Topics in Catalysis, 28, 1–4, 165-170, 2004.

[13] http://www.sae.org/ohmag/techinnovations/10-2007/11-15-7-6.pdf (12.01.2009).

[14] David B. Kittelson, D.B., Engines and nanoparticles: a review, J. Aerosol Sci., 29, 5/6, 575-588, 1998.

[15] Stratakis, G.A., Experimental investigation of catalytic soot oxidation and pressure drop characteristics in wall-flow diesel particulate filters, PhD Thesis, University of Thessaly, 2004.

[16] Ntziachristosa,L., Samarasa, Z., Zervasb, E., Dorlhe` neb, P., Effects of a catalysed and an additized particle filter on the emissions of a diesel passenger car operating on low sulphur fuels, Atmospheric Environment, 39, 4925–4936, 2005.

[17] Pyzik, A.J.,Todd, C.S., Han, C., Formation mechanism and microstructure development in acicular mullite ceramics fabricated by controlled decomposition of fluorotopaz, Journal of the European Ceramic Society , 28 ,2, 383 – 391, 2008.

[18] Adler, J., Ceramic Diesel Particulate Filters, Int. J. Appl. Ceram. Technol., 2 [6] 429–439, 2005.

[19] www.epa.gov/otaq/regs/hd2007/ 420r04004. pdf, (12.01.2009).

[20] http://en.wikipedia.org/wiki/Diesel_particulate_filter (12.01.2009).

[21] www.dieselnet.com/tginfo/abstracts.html, (12.01.2009).

[22] Jacobs,T., Chatterjee, S., Conway,R., and etc., Development of Partial Filter Technology for HDD Retrofit, SAE 2006-01-0213, 2006.

[23] Emission Control Technologies for Diesel-Powered Vehicles,2007,MECA, Washington.

[24] AECC Response to EC for 2008 HDD NOx Review (12.01.2009)

[25] Fino, D., Diesel emission control: Catalytic filters for particulate removal, Science and Technology of Advanced Materials, 8, 93-100, 2007.

[26] www.cdc.gov/niosh/mining/pubs/pdfs/ic9462.pdf , (12.01.2009).

[27] Alkemade, U.G., Schumann, B., Engines and exhaust after treatment systems for future automotive applications, Solid State Ionics, 177 , 2291–2296, 2006.

[28] Krishna,K., Bueno-Lo´pez, and etc., Potential rare earth modified CeO2 catalysts for soot oxidation I. Characterisation and catalytic activity with O2, Applied Catalysis B: Environmental, 75, 3-4, 189–200, 2007.

1925

Keskin, A.

[29] Gense, N.L.J.; Jackson, N.; Samaras, Z., Euro 5 tech. and costs for LDVs, TNO Report, 2005.

[30] http://ect.jmcatalysts.com/technologies-diesel-crt.htm, (12.01.2009).

[31] Çanakçı, M. ve Özkesen, A.N., Dizel motorları yardımcı ekipmanlarındaki gelişmeler, Mühendis ve Makine,c.45,s.530, 37-42 s., 2004 .

[32] http://www.eminox.com/products/crt-how-it-works.shtml (12.01.2009).

[33] Jeong, Y., The trend of exhaust emission standard and DPF trap technology for diesel powered vehicles, Busan Engine Int. Symp.,December 13-14, 2001, Busan, Korea.

[34] http://www.eminox.com/products/crt-how-it-works.shtml, (12.01.2009).

[35] http://ect.jmcatalysts.com/technologies-diesel-ccrt.htm, (12.01.2009).

[36] NYSERDA Clean Diesel Techn.:Non- road Field Demonstration Program, Interim Report, 2007.

[37] Psarianos, D.L., Development of a system for the measurement of soot maldistribution and pressure drop characteristics in DPFs, Postgraduate specialization thesis, Unv.of Thessaly, 2002.

[38] Görsmann, C., Catalytic coatings for regeneration, Haus der Technik Congress: DPF Retrofit of Diesel Engines, Munich, 27.-28.06.2007.

[39] www.akpf.org/pub/2003_particle_traps.pdf , (12.01.2009).

[40] Nixdorf, R.D., Green Jr., J.B., Story, J.M. and Wagner, R.M., Microwave-regenerated diesel exhaust particulate filter, SAE 2001-01-0903, 2001.

[41] Emission control technology for HD vehicles, Final report v.1, MIRA and etc., 2002.

1926



YOD ZEL KULLANIMININ OTOMOB L YAKIT S STEM NDEKPARÇALARA ETK N NCELENMES

THE INVESTIGATION OF BIODIESEL USE in AUTOMOBILE FUELSYSTEM COMPONENTS

N. Sinan KÖKSALa* ve Mesut YAVUZa

a Celal Bayar Üniversitesi, Manisa,Türkiye, [email protected], [email protected]

Özet

Bu çal mada, dizel araçta biyodizelin kullan n, yak tsistemindeki plastik ve metal parçalarda olu turdu u etkilerara ld . Deneylerde kullan lan biyodizel be farkl yerelüreticilerinden temin edildi. Biyodizele %1’den %5’e kadarmetil alkol %1’den %5’e kadar gliserin eklenerek kar mlarelde edildi.

Dizel araca ait yak t hortumundan 30 mm boyutundaplastik numuneleri haz rlanan her bir kar n içinekonuldu. Ayr ca %5 metil alkol, %5 gliserin ve %100biyodizel kar mlar n her birinin içine yak t deposundanal nan 120x35x1 mm ölçülerinde metal numunelerkonuldu. Bu kar m içindeki numuneler ayl k periyotlarla24 ay süresince incelenmi tir. Deney süresince bumalzemelerin özelliklerinde görünüm (yüzey bozunmas )ve sertlik (yumu ama, peltele me) yönünden bir de iklikolmam r. Metal numunelerin yüzey özelliklerinde de birde im gözlenmemi tir. Sonuç olarak, dizel bir otomobilinyak t sisteminde biyodizel kullan mda, plastik ve metalparçalarda bir de iklik gözlenmemi tir.

Anahtar kelimeler: Biyodizel, gliserin, plastik malzeme

Abstract

In this study, effects of biodiesel use in metallic and plasticparts of fuel system were investigated. Biodiesel samplesin experiments were obtained from five different localproducers. The fuel mixtures were obtained by eitheradding methyl alcohol (1-5%) to biodiesel or addingglycerin (1-5%) to biodiesel.

A 30 mm length plastic samples coming from the fuel pipeof diesel vehicle was put into each prepared mixture. Metalsamples of fuel tank (120x35x1 mm) were put into glassjars having methyl alcohol (5%), glycerin (5%) or biodiesel(100%). Samples were evaluated every month for a periodof 24 months. No change in surface properties andhardness (softening and gelling) was observed in plasticsamples. Similarly, no change in surface properties ofmetal samples was seen. In conclusion, biodiesel use inthe fuel system of a diesel vehicle does not harm metal orplastic parts.

Keywords: Biodiesel, glycerin, plastic material

1. Giri

Almanya, talya, Avustralya ba ta olmak üzere tüm Avrupave Amerika'da biyodizel üretim ve tüketimi h zlaço almaktad r. 2005'de Almanya 2 milyon tona ula r.Kyoto protokolüne göre 2010'da %10 biyodizel

kullan lmas mecburi olmu tur. Bu oran n art lmas için birçok ülkede biyodizelin vergiden muaf yasala r [1].Biyodizel üretiminde kullan lan bitkisel ya lardan en favoriürün soya fasulyesidir. Elde edilen bitkisel veya biyolojikya lar metanol ile kar p sodyum hidroksitle tepkime

zland r ve sonuç olarak ester ve gliserin olu ur. Esteryak t olurken yan ürün gliserin ise di er sektörlerdekullan r.

Biyodizel, kolza (kanola), ayçiçek, soya, aspir gibi yatohum bitkilerinden elde edilen ya lar n veya hayvansalya lar n bir katalizatör e li inde k sa zincirli bir alkol ile(metanol ve ya etanol ) reaksiyonu sonucunda aç a ç kanve yak t olarak kullan lan bir üründür. Evsel k zartmaya lar ve hayvansal ya lar da biyodizel hammaddesiolarak kullan labilir [1]. Biyodizel üretimi kolay, yerel olaraküretilebilmesi ve büyük boyutlarda nakliye problemleriortadan kalkmas gibi nedenlerle di er alternatif yak tkaynaklar na göre daha erken, geni çaplkullan labilecektir. Asl nda bitkisel ya lar n yak t kaynaolarak kullan lma fikri yeni de ildir. Bu fikri ilk olarak dizelmotorlar n mucidi Rudolph Diesel ortaya atm ve 1900

nda ilk bitkisel ya ile çal an motoru Paris’tesergilemi tir. Yak t olarak do rudan bitkisel yakullan labilmekle beraber bunun baz sorunlar vard r. Enbüyük sorun ya viskozitesinin çok yüksek olu unedeniyle, so uk motorun ba lat lmas nda ve yak tiletiminin sa lanmas ndad r. Bu sorunun çözümü için,arabalara monte edilebilecek ön tma sistemleri bazfirmalarca üretilmektedir. Bitkisel ya kullan ndaki di ersorunlar ise tam yanmadaki aksakl klar ve ya pirolizisonucunda olu abilecek gliserin ve türevlerinin t kanmalaraneden olma tehlikesidir. Ya , biyodizeledönü türüldü ünde, viskozite yakla k petrodizelseviyelerine dü er. Ayr ca, biyodizelin yap nda gliserinbulunmaz. Dizel için gerekli da m ve depolama yöntemve kurallar biyodizel için de geçerlidir. Biyodizel temiz,kuru, karanl k bir ortamda depolanmal , a s caktankaç lmal r. Depo tank malzemesi olarak yumu akçelik, paslanmaz çelik, florlanm polietilen ve florlanmpolipropilen seçilebilir. Depolama, ta ma ve motormalzemelerinde bak r, kur un, çinko kullan lmamasönerilmektedir [1]. Baz elastomerlerin, do al ve butilkauçuklar n kullan da sak ncal r; çünkü biyodizel bumalzemeleri parçalamaktad r. Bu gibi durumlardabiyodizelle uyumlu Viton B tipi elastomerik malzemelerinkullan önerilmektedir. Depolama tanklar n bile imindealuminyum, çelik, florlanm polietilen, florlanmpolipropilen ve teflon bulunabilir ancak; bak r, pirinç,kur un, kalay ve çinko bulunmamas na dikkat edilmelidir.Biyodizelin alevlenme s cakl dizel yak ta nazaran dahayüksektir. Bu nedenle ta nmas ve depolanmas dahagüvenli bir yak tt r [2, 3].

1927

mailto:sinan.koksal:@bayar.edu.tr

mailto:mesut.yavuz:@bayar.edu.tr

Köksal N.S., ve Yavuz M.

Biyodizel, dizel yak t kullanan motorlarda herhangi birteknik de iklik yap lmadan veya küçük de iklikleryap larak kullan labilir. Ancak biyodizel, 1996 yöncesinde üretilen baz araçlarda kullan lan do al kauçukile uyumlu de ildir. Çünkü biyodizel, do al kauçuktanyap lan hortum ve contalar tahrip eder. Ancak buproblemler % 20 biyodizel/% 80 dizel ve daha dü ük oranlbiyodizel/dizel kar mlar nda görülmez. Bununla birlikte,biyodizelin çözücü özelli i nedeniyle dizel yak ndepolanmas ndan kaynaklanan yak t deposuduvarlar ndaki ve borulardaki kal nt lar ve tortularçözdü ü için filtrelerin t kanmamas na yönelik önlemleral nmal r. Ayr ca yak t istasyonlar ve araçtamirhanelerinde herhangi bir de ikli e gerek yoktur.

Almanya'da 1996 y ndan itibaren piyasaya sürülen VW veAUDI motorlu araçlar n hepsinde ve Mercedeskamyonlar nda biyodizel kullan tamam yla serbest

rak lm r. Taksi amaçl kullan lan Mercedes otomobillerde kullan mda serbesttir. Di er Mercedes ve BMW 5 serisiiçin ek 300 DM' l k bir dönü üme ihtiyaç vard r. Fransa'daSofiproteol, Rouen, Novaol gibi biyodizel üreticileri,Peugeot, Citroen, Renault gibi otomotiv üreticileri ve Elf,Total gibi petrol firmalar genelinde Avrupa Birli i politikdeste i ile gerçekle en biyodizel üretimi kolza ya ndansa lanmaktad r [1-4].

Biyodizel gliserinin ya veya bitkisel ya dan ayr ldtransesterle me ad verilen bir kimyasal süreçle elde edilir.Bu i lem sonucunda geriye iki ürün kal r; metil esterler(biyodizelin kimyasal ad ) ve gliserin (genellikle sabun vedi er ürünlerde kullan lmak üzere sat lan de erli bir yanürün).

Biyodizel motorda ya da yak t sisteminde çok azde iklikle ya da herhangi bir de iklik yapmadan daçal abilir [1]. Biyodizelde yak t deposunun iç duvar nda vedaha önceki dizel yak t kullan ndan gelen borulardatoplanan birikintileri serbest b rakabilecek bir çözücü etkisivard r. Bu birikintilerin serbest b rak lmas sonucundabunlar yak t filtrelerine inebilir, bu yüzden ilk zamanlardafiltreler daha da s k kontrol edilmelidirler.

Biyodizel modifiye edilmemi tüm dizel motorlarda çal r.Di er alternatif yak tlarda çal anlar için motorudönü türmeye gerek yoktur. Dizel motor biyodizelleçal abilir, çünkü havan n önce s ld , sonra dayak n ultra-s cak, ultra-bas nçl yanma bölümünepüskürtüldü ü s rma ile ba latma ilkelerine göreçal r. Yak t/hava kar ate lemek için bir k lc mkullanan benzinli motorlar n tersine dizel motorlarda s cakhavay ate lemek için yak t kullan r. Bu basit i lemsayesinde de dizel motorlar kal n yak tlarda çal abilir [4].

Biyodizel uzun zincirli ya asitlerinin metil veya etilesterlerinden olu ur. Son y llarda, azalmakta olan petrolkaynaklar ve di er taraftan fosil yak tlar n yaratt çevresorunlar nedeniyle alternatif, temiz ve yenilenebilen, yenienerji kaynaklar n bulunmas yönünde büyük çabalar sarfedilmektedir. Biyodizel, tar msal olarak kolayl klaüretilebilen s ya lardan, çok zor olmayan teknolojilerkullan larak üretilebilmektedir ve tek ba na petrodizelyerine kullan labildi i gibi, petrodizel ile çe itli oranlardakar mlar da iyi sonuçlar vermektedir. Bu nedenle, yak ngelecekte bu yak t, di er yenilenebilen yak t kaynaklar na

oranla daha fazla kullan m potansiyeline sahipgörülmektedir [5-7].

Esas olarak kullan lm veya kullan lmam bitkiselya lardan çok dü ük enerji girdileriyle üretilebilen biyodizelhemen hemen bütün sanayile mi ülkelerde üretilmeyeba lanm r. Ülkemizde de biyodizel üretimi yapmaktaolan ve yapmay planlayan çe itli firmalar vard r [1].

Biyodizel normal dizel ile çok benzer yanma özelliklerinesahip oldu u halde daha dü ük karbondioksit emisyonunasahiptir. Biyodizel kükürt içermedi inden kükürt dioksitemisyonu vermez. Bilindi i gibi kükürt dioksit emisyonuasit ya murlar n en önemli nedenidir. Biyodizel toksikde ildir ve yüksek biyobozunurlu a sahip oldu undantoprak ve su kirlili i aç ndan normal dizele göre büyükavantaj sa lar. Biyodizel petrodizele göre daha kabuledilebilir kokuya sahiptir, yanma gazlar geniz yakan kötübir koku ne retmez.

1.1. Biyodizel kimyas ve üretimi

Biyodizel uzun zincirli ya asitlerinin metil veya etil esterlerioldu una göre üretimleri aç ndan iki ana kimyasal yoldansöz edilebilir.a) Uzun zincirli ya asitlerinin metanol veya etanol iledo rudan, asit katalizör varl nda esterle tirilmesi ile.Ya lar n metanol veya etanol ile baz katalizör varl nda,transesterle me olur. Ancak hat rlanmal r ki, ya larbirçok farkl ya asitlerini içerirler. A daki denklemlerdeya asitlerini temsil etmek üzere oleik asit ve ya lar temsiletmek üzere triolein (oleik asit trigliserit) ve alkol olarakmetanol kullan lm r.

OO

H3 C

OO

H3 C OH H+

Kuvvetli asit kat.

+ H2O

Yag asidiMetanol

Metilester

ekil 1. Metil ester reaksiyonu

Ya asitleri, ya lar n asidik veya bazik ko ullarda hidroliziile elde edildi inden ya a oranla daha yüksek fiyatl rlar.Do rudan esterle me reaksiyonlar yüksek enerji gerektirirve ayr ca verimli bir reaksiyon için, reaksiyon s ras ndaolu an suyun ortamdan etkili bir ekilde çekilmesi artt r.Katalizör olarak kullan lan kuvvetli asit nedeniyle korozyonkaç lmazd r ve bu nedenle pahal ekipmanlara gerekvard r. Ayr ca, kullan lan alkoller suda sonsuz çözünürlü esahip oldu undan ve kaynama noktalar suyun kaynamanoktas n çok alt nda oldu undan, suyun ortamdanuzakla lmas s ras nda bunlarda ortamdan suylaseyrelmi olarak uzakla rlar. Böylece reaksiyondan ç kanseyreltik alkollerin rektifikasyonu ile tekrar reaktöredöndürülmesi sorunu vard r. Bu nedenlerle bu yöntempahal ve özel tesisler gerektirir. Bununla beraber ucuz yaasidi kaynaklar mevcut oldu u takdirde, bu yöntem geçerliolabilir [8].

1928


b) Bu yöntem birinciye oranla çok daha kolay ve ekonomikolarak gerçekle tirilebilir. Ancak kullan lacak ya , temiz,kuru, ve serbest asit oran çok dü ük bir ya olmal r.Çe itli baz katalizörler kullan labilir ancak en çok kullan lankatalizörler sodyum hidroksit veya potasyum hidroksitinmetanol veya etanoldeki çözeltisidir. Kimyasal aç dan pekdo ru olmamakla beraber bu çözeltiler s ras yla sodyummetoksit ve potasyum metoksit olarak nitelendirilmektedir.Bir alkali metal hidroksit metanol ile reaksiyona girdi izaman a daki reaksiyon olu ur.

CH3OH + KOH K OCH3 + H2O (1)

Reaksiyonda bir mol de su olu maktad r. Bu nedenlereaksiyon dengesi sol tarafa do rudur. Ancak bu pratikaç dan önemli de ildir. Sodyum veya potasyum hidroksitin(toplam kütlenin %0.5-1 i kadar) metanoldeki çözeltisireaksiyonu mükemmel bir ekilde katalizler. Kullan lankatalizör miktar çok az oldu undan bu reaksiyonda olu ansu, transesterle me reaksiyonunda olumsuz bir etkiyapmaz ancak ortamdaki su miktar artarsa veya ortamdatüm katalizörü derhal sabunla racak kadar serbest asitvarsa, transesterle me ile yar ma halinde olansabunla ma reaksiyonu hakim hale gelir ve tüm katalizörsabun haline geçer. Bu durumda reaksiyon h nda azalmave sonuçta da yetersiz transesterle me olur. Bu durumdaortamda olu acak olan mono ve digliseritlerin kuvvetliemülsiyon olmamas na sebep olurlar ve safs zl klar n

kanarak uzakla lmas zorla r. Bu ise ürün kalitesinive verimi olumsuz etkiler. Biyodizel olarak daha çok metilesterleri kullan r. Bunun sebeplerinden biri sodyum veözellikle potasyum hidroksitin metanolde daha kolayçözünmesi di eri ise etanolün higroskopik olu u nedeniyletamamen susuz olarak üretilmesinin zorlu udur. Bunedenlerle metil esterlerin üretilmesi daha kolayolmaktad r.

Transesterle me reaksiyonu oda s cakl ndan 80 °C takadar s cakl klarda yap labilir. Optimum s cakl k ve alkolmiktar , kullan lan ya ve i lem ko ullar na göre de ebilir.Reaksiyon sonunda olu an, bir miktar sabun içeren gliserinbekletmeyle alt fazda toplan r ve ayr r. Üst faz olu turanya asidi esteri (metanol kullan ld nda YAME) bol su ile

kanarak fazla metanol, sabun ve di er safs zl klardantemizlenir ve kurutulur.

1.2. Biyodizel Üretiminde Kullan labilecek Ya lar

Yukar da aç klanan reaksiyon bir çok bitkisel ve hayvansalya ile yap labilir ancak önemli noktalardan biri, elde edilenya n ak kanl belirleyen viskozite, bulutlanma noktasve akma noktas de erleri ile setan say r. Setan say ,benzindeki oktan say gibi bir de er olup yak n yanmaözelli ini belirler. Viskozite, bulutlanma noktas ve akmanoktas de erleri ise yak n, özellikle dü ük s cakl klardadonmamas ve filtreleri t kamamas için önemlidir. Bunoktalar dikkate al nd zaman, özellikle iyot indisi 80-130aras nda bulunan ya lar tercih edilir. Bunlar aras nda,ayçiçek, soya, kanola, m r özü, pamuk vb say labilir.Elbette kullan lacak ya n maliyeti çok önemlidir. Örne inAlmanya da bu amaçla kanola ya tercih edilmektedir.Palmiye ya da yüksek üretim verimi ve dolay ylaucuzlu u nedeniyle ilgi alan olan ya lar aras ndad r [9].Tablo.1 biyodizel üretimine uygun baz ya lar n, ve

bunlardan üretilen metil ve etil esterlerin (biyodizel) donmanoktalar , iyot indislerini ve setan say largöstermektedir. Tablo.2 ise petrodizel, kanola ya vebiyodizelin yo unluk ve viskozite de erlerininkar la lmas içermektedir. Tablo.1’den görülece igibi, ya n iyot say azald kça setan say nda artolmaktad r. Ancak, iyot say n azalmas yla dabiyodizelin akma özellikleri olumsuz etkilenmektedir.Yak n ak kanl k özelli indeki azalma istenilen bir özellikde ildir. Standartlara göre setan say minimum 47olmal r. Bu nedenle iyot indisi çok dü ük olan ya lar,setan say lar n yüksek olmas na ra men biyodizelüretimi için çok uygun görülmemektedir. Bununla beraberbu tür ya lar, di er yüksek iyot indisli ya larla kar kolarak kullan labilece i gibi, bunlardan yap lan biyodizelpetrodizele kar larak da kullan labilir. Çok yüksek iyotindisine sahip olan keten tohumu ya gibi ya lar ise,polimerle me sonucu viskozite art na nedenolabilecekleri gibi, yüksek fiyatlar nedeniyle de biyodizelüretimi için uygun de ildirler.

Tablo.1. Baz Ya lar n ve Esterlerinin Özellikleri

Ya TürüDonma Noktas (oC)

yotndisi

SetanSay

Ya MetilEster

EtilEster

Kolza 5 0 -2 97- 105 55

Kanola -5 -10 -12 110-115 58Ayçiçe i -18 -12 -14 120-135 52Zeytin -12 -6 -8 77- 94 60Soya -12 -10 -12 125-140 53PamukÇekirde i

0 -5 -8 100-115 55

r -5 -10 -12 115-125 53Hind.Cevizi 20-24 -9 -6 8 - 10 70Palmiye 30-38 14 10 44- 58 65

Tablo.2. Yak tlar n baz özelliklerinin kar la lmasÖzellik Dizel Kanola

YaBiyodizel

Yo unluk kg/[email protected] mm2/s@ 20oCKalorifik De er MJ/LSetan Say

0.844-538.345

0.927036.940-50

0.884-633-4047-65

Tablo.3. Baz ya asidi metil esterlerinin özelliklerininkar la lmas

EsterKayna

Setansay

Is lde er(kj/kg)

Vizkozite BN* AN** ALN***

PamukKolzaSoyaAyçiçe iAspur

51.254.446.246.649.8

-40449398003980040060

6.8 (21oC)6.7 (40oC)4.08(40oC)4.22(40oC) -

--220-

-4 -9 -1 -4 -6

- - 171 - 180

*BN : Bulutlanma noktas , ** Akma Noktas , *** Alevlenme Noktas

1.3. Standart Biyodizel Üretimi

Biyodizel üretimi her ne kadar kolay olarak görünmekte isede, dikkatsizce yap lacak üretimler kolayl kla kalitesiz vekullan mda sorunlar yaratacak sonuçlara yol açabilir. Bunedenle kullan lan ham maddeler öncelikle titizlikle analizedilerek uygunluklar saptanmal r.

1929

OH 2 CO

H C O

H 2 C

O

OO

OH 2 C

H C O

H 2 C O

H

H

H

G lise r in

OO

H 3 C + OO

K

S a b u n

C H 3 O H+ 3K O H

3

T rio le in (y a g )

+

Y A M E

ekil 2. Gliserin olu um reaksiyonu

Ya tamamen berrak, susuz ve serbest asit oran dü ükolmal r. E er serbest asit oran yüksek ise ön rafinasyonile bu oran dü ürülmelidir. Baz ya lar n yap nda do alolarak sak ms maddeler bulunur. Bu tür ya lar sak zgiderme (degumming) i lemi ile bu safs zl klardankurtar lm olmal r. E er geri kazan lm ya kullan lacakise, ya n viskozitesinin çok fazla artmam , kuru ve berrakoldu una dikkat edilmeli ve ask da kat maddeleriçermedi i kontrol edilmelidir. Reaksiyona ba lamadanönce, serbest asit miktar ölçülmeli ve gerekirse katalizörmiktar artt lmal r. Katalizör miktar gere inden fazlaolmamal r. Farkl ya lar için optimum miktar, laboratuarçal malar yla belirlenebilir.

Bununla beraber ASTMD-6751 oldukça titiz bir kontrolsa lamaktad r. Bu standart a da Tablo 4’ de verilmi tir.

Tablo 4. Biyodizel için ASTM 6751 standard .Özellik De er

Alevlenme nok (kapal kap) Min. 130 oC (ort. 150 oC)

Su ve çökeltiler Maks. Hacimce % 0,050

Kinematik viskozite(40 oC) 1,9 – 6,0 mm2/saniye

Ramsbottom karbonkal nt , % kütle

0,10

Sülfatlanm kül Maks. Kütlece % 0,020

Kükürt Maks. Kütlece % 0,05

Bak r erit korozyon testi Maks. No. 3

Setan say Min. 47

Karbon kal nt Maks. Kütlece % 0,050

Asit say (mgKOH/g) Maks. 0,80

Serbest gliserin Maks. Kütlece % 0,020

Toplam gliserin (serbestgliserin+gliseritler halinde)

Maks. Kütlece % 0,240

Fosfor miktar Maks. Kütlece % 0,001

Distilasyon 360 oC’de % 90

Bir ya n içerdi i gliserin miktar analizle bulunabilir,yakla k olarak bu de er ya n %10-15’ikadard r.Reaksiyondan sonra elde edilen gliserin miktar ,reaksiyonun tamamlan p tamamlanmad konusunda fikir

verecektir. Elde edilen ya asidi metil esteri (YAME) çok iyikan p, su ve metanol içermeyecek ekilde kurutulmal r.

Yak tta metanol kald takdirde, alevlenme noktas dü ükkacakt r.

Biyodizel ile ilgili standartlar n haz rlanmas ile ilgiliçal malar çe itli ülkelerde halen sürmektedir. AmerikaBirle ik Devletlerinde u anda uygulanan standart ASTMD-6751’dir. Avrupa Birli inde ise bu konuda çe itli çal malaryap larak raporlar haz rlanm r [10]. u anda ülkelerkendi standartlar uygulamaktad rlar ve çal malardevam etmektedir.

2. Deneysel Çal ma

Piyasada kullan lan dizel bir otomobile ait yak t sistemininmetalik deposu ve aktarma elemanlar na ait plastikparçalardan numuneler temin edilmi tir. Deney içinkullan lan biyodizeller Salihli (2), Afyon, zmir veAlia a’daki be farkl yerel üreticilerinden temin edildi.Farkl yerlerden al nan biyodizellerden 200 ml al pkar larak sonraki kar mlar için homojenliksa lanm r. Böylece elde edilen bu homojen biyodizelkar ma Tablo 5 ve Tablo 6’da verilen oranlarda metilalkol ve gliserin ilaveleri yap lm r. Burada biyodizeliçerisinde de ik nedenlerle ve oranlarda bulunan metilalkol ve gliserinin sistemdeki parçalarda olu turabilece ietkilerin ara lmas amaçlanm r.

Tablo 5. Kar m oran (ml)Biyodizel Metil Alkol

99 198 297 396 495 5

Tablo 6. Kar m oran (ml)Biyodizel Gliserin

99 198 297 396 495 5

Haz rlanan bu kar mlara ekil 3‘de görülen (40 mmuzunlu unda kesilmi ve yine 40 mm uzunlu unda boyuna

1930


kesilmi ) arac n yak t hortumundan al nan plastiknumuneler koyulmu tur.

ekil 3. Deney öncesi haz rlanan plastik numuneler

ekil 4. Deney öncesi haz rlanan metal numuneler.

Benzer ekilde, her bir biyodizelden 60 ml al pkar larak homojen bir kar m sa lanm r. Bubiyodizel kar na daha önce haz rlanan oranlardan enyo un oran sa layacak ekilde 5 ml metil alkol ve 5 mlgliserin eklenmi tir. Boyutlar 120x35x1 mm olan, arac nyak t deposundan al nan metal numuneler haz rlanan bukar mlar n içerisine konulmu tur ( ekil 4).

Belirtilen kar mlarda bekletilen numuneler her ay kontroledilmek ko ulu ile 24 ay süresince kar mlardan ç kar pkontrol edildikten sonra tekrar ayn kar m içerisinekonularak incelemeye devam edilmi tir.

3. Deney Sonuçlar

Biyodizel içerisine farkl oranlarda kat lan metil alkol vegliserin ile (Tablo 1 ve Tablo 2) haz rlanm kar mlarda24 ay süre ile bekletilen numunelerin her ay özelliklerikontrol edilmek ko ulu ile bozunma ve özellik kay plardikkatle incelenmi tir.

Bu ayl k periyotlarla yap lan incelemeler sonucunda ekil 5ve ekil 6’da görüldü ü gibi plastik parçalarda sertlikde imi (yumu ama) ve plasti in özelli ini kaybetmesi gibidurumlarla kar la lmam r. ekil 7’de görüldü ü gibimetal parçalarda da korozyon veya yüzey bozunmas gibietkile imler ve özeliklerinde kay plar olmam r.

Dizel bir araca ait yak t sisteminde biyodizel kullan lmasdurumunda ve biyodizelin yap ndan kaynaklanabilecekmetil alkol ve gliserin içermesine de ba olarak, busistemde metal ve plastik parçalarda herhangi bir malzemeözellik kayb olu mam r.

ekil 5. Metil alkol oran %1-5 olan kar mlardaki numunelerin deney sonras görüntüleri

ekil 6. Gliserin oran %1-5 olan kar mlardaki numunelerin deney sonras görüntüleri.

a) b) c)

ekil 7. a) %100 biyodizel, b) %5 Gliserin, c) %5 Metil alkol içeren kar mda bekletilmi metal numunelerin deneysonras görüntüleri

1931


4. Tart ma

Biyodizel kimyasal yönden dizele benzer oldu undando rudan bu motorlarda kullan labilmektedir. Bununekonomik, çevresel ve sa k aç ndan birçok avantajlarda vard r. Biyodizelde daha az emisyon bulunmas ,üretiminin kolay ve ucuz olmas , motorun performansetkilememesi ve kullan n kolay olmas en önemlileridirSon zamanlarda en önemli sorun olan küresel nmaya daengel olmas ile tercih edilmektedir [1, 11-20].

nsan sa aç ndan, kansere neden olan bile enlerdenpolisilik aromatik hidrokarbonlar (PAH) ve nitrite PAHbile enlerinin saf biyodizel emisyonlar nda seviyesi dahaazd r. Yine biyodizelde tanecikli olarak ast m ve di erhastal klarla ilgili emisyonlar % 47 daha azd r ve zehirli birgaz olan karbon monoksit % 48 daha da azalt lm r [3-5,17-20]. Bu avantajlar n yan nda çal mam n sonucundagörüldü ü gibi, dizel motorlarda ve yak t sisteminde sorunolu turmamas da biyodizel kullan tercih edilir halegetirecektir.

Kaynaklar

[1] http://www.eie.gov.tr/biyodizel/bd_dunyatesvik.html[2] Ma, F., and Hanna, M. A., Biodiesel Production: A

Review, Bioresource Technology, Cilt 70, 1-15, 1999.[3] http://www.biyomotorin-biodiesel.com/biodiesel.html[4] Demirba , A., Biodiesel Fuels from Vegetable Oils Via

Catalytic and Non-Catalytic Supercritical AlcoholTransesterifications and Other Methods: A Survey,Energy Conversion and Management, Vol. 44, No 13,2093-2109, 2003.

[5] http://www.biyosiad.org/yayinlar.php[6] Çildir O. ve Çanakç M., Çe itli Bitkisel Ya lardan

Biyodizel Üretiminde Katalizör ve Alkol Miktar n Yak tÖzellikleri Üzerine Etkisinin ncelenmesi, Gazi Üniv.Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21, No 2, 367-372, 2006.

[7] Kaplan, C., Ayçiçek Ya Metil Esterinin DizelMotorlar nda Alternatif Yak t Olarak Kullan , YüksekLisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen BilimleriEnstitüsü, 2001.

[8] Haas MJ, Bloomer S, Scott K., Simple, high-efficiencysynthesis of fatty acid methyl esters from soapstockJournal Of The American Oil Chemists Society 77 (4):373-379, 2000.

[9] Darnoko D, Cheryan M., Kinetics of palm oiltransesterification in a batch reactor Journal Of TheAmerican Oil Chemists Society 77 (12): 1263-1267,2000.

[10] Prankl H, Standardization of Biodiesel; Final Report ofNon Technical Barriers to the Development of LiquidBiofuels in Europe. Federal Institute of AgriculturalEngineering Austria, March 2000.

[11] http://www.pal.metu.edu.tr/[12] Ulusoy Y. ve Al ba K., Dizel Motorlarda Biyodizel

Kullan n Teknik ve Ekonomik Olarak ncelenmesi,Uluda . Üniv. Ziraat Fakültesi Dergisi,C. 16, S. 37-50,2002.

[13] Sekmen Y., Karpuz Çekirde i ve Keten Tohumu YaMetil Esterlerinin Dizel Motorda Yak t OlarakKullan lmas , Teknoloji, Cilt 10, Say 4, 295-302, 2007.

[14] Bouaid, A., Martinez, M. and Aracil J., A ComparativeStudy of the Production of Ethyl Esters from Vegetable

Oils as a Biodiesel Fuel Optimization by FactorialDesign, Chem. Eng J, Vol. 134, No.1-3, 93-99, 2007.

[15] Canakci, M., and Gerpen, J.V., The Performance andEmissions Characteristics of Vegetable Oil-Based andFat-Based Biodiesel, ASAE Paper No: 01-6050. 2001.

[16] lk ç C. Biyodizel Yak n Dizel Motoru Performans naEtkileri, Mühendis ve Makine, Cilt 48, Say 565, 2007.

[17 ]Lin, Y.F., Wu, Y.G. and Chang, C.T., CombustionCharacteristics of Waste-Oil Produced Biodiesel/DieselFuel Blends, Fuel, 86, 1772-1780, 2007.

[18] Çetinkaya, M. and Karaosmano lu, F., Optimization ofBase-Catalyzed Transesterification Reaction of UsedCooking Oil, Energy and Fuels, 18, 1888-1895, 2004.

[19] Murillo, S., Miguez, J.L., Porteiro, J., Granada, E. AndMoran, J.C., Performance and Exhaust Emissions inthe Use of Biodiesel in Outboard Diesel Engines, Fuel,86, 1765-1771, 2007.

[20] Keskin A. ve Ek i A., Dizel Motorlarda M r YaBiyodizelinin Yak t Olarak Kullan n MotorPerformans na ve Emisyonuna Etkisi, C.B.Ü. FenBilimleri Dergisi 2.1 S. 49 55, 2006.

1932

http://www.eie.gov.tr/biyodizel/bd_dunyatesvik.html

http://www.biyomotorin-biodiesel.com/biodiesel.html

http://www.biyosiad.org/yayinlar.php

http://www.pal.metu.edu.tr/

5. Uluslar arası İleri Teknolojiler Sempozyumu (İATS’09), 13-15 Mayıs 2009, Karabük, Türkiye


BUJİ ATEŞLEMELİ TEK SİLİNDİRLİ BİR MOTORDA DOĞALGAZIN ALTERNATİF YAKIT OLARAK KULLANILMASI

USING NATURAL GAS AS AN ALTERNATIVE FUEL IN A SINGLE CYLINDER SPARK IGNITION ENGINE

Mehmet AYHAN a, Perihan SEKMEN b,*

a Tüvturk Reysaş Taşıt Muayene İstasyonları İşletim AŞ, Karabük, Türkiye, E-posta: [email protected] b Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet Doğalgaz, temiz ve ucuz bir yakıt olması nedeniyle buji ateşlemeli motorlarda kullanılmaktadır. Bu çalışmada, buji ateşlemeli bir motorda Sıkıştırılmış Doğal Gaz (CNG) kullanılmasının motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Ayrıca, CNG kullanımının benzine göre avantajları ve doğalgazın içten yanmalı motorlarda kullanılmasında karşılaşılan problemler araştırılmıştır. Doğalgazın yüksek basınçta sıvı halde depolanma problemi olduğundan taşıtlarda yaygın olarak kullanılması bu problemin çözülmesine bağlıdır. CNG ile çalışmada, benzine göre moment ve güçte bir miktar azalma, özgül yakıt tüketiminde artma belirlenmiştir. Ayrıca, karbon monoksit ve hidrokarbon emisyonlarında azalma tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Alternatif yakıt; Sıkıştırılmış doğalgaz; Motor performansı; Egzoz emisyonları. Abstract Natural gas is used in engines with spark plug ignition as it is a clean and cheap fuel. In this study, the effect of using Compressed Natural Gas (CNG) on the engine performance and exhaust emissions in spark ignition engine were investigated experimentally. The advantages of using CNG vs. gasoline and the resulting problems due to usage of CNG in internal combustion engines are also studied. The common usage of natural gas in vehicles highly depends on being able to store it in liquid form at high pressures as this is a problem that needs a solution. In the experiments, using the CNG as fuel, compared to usage of gasoline, decreases in engine torque and power and increase in specific fuel consumption were observed. Also, the reduction of carbonmonoxide (CO) and hydrocarbon (HC) emissions were determined. Keywords: Alternative fuel; Compressed natural gas; Engine performance; Exhaust emissions.

1. Giriş Günümüzde bütün dünyada mevcut enerji kaynaklarının tükenmesi ve üstelik bu kaynaklarla çalışmakta olan taşıt motorlarının egzoz ve gürültü emisyonları nedeni ile çevre kirliliğinin had safhalara ulaşması, insanları bu konularda

yeni ve bu problemlere en iyi çözümler getirebilecek çareleri aramaya, dolayısı ile alternatif enerji kaynaklarına doğru itmiştir [1]. Bu tür yakıtların kullanılması bazı devletlerce çok önemsenmiş olup bunların geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması için bu konularda ilgililere oldukça önemli toleranslar, özendirici durumlar sunmuşlardır. Bunlara örnek olarak vergilerin daha düşük olması gösterilebilir [2]. İçten yanmalı motorlarda alternatif yakıt olarak alkol (etanol, metanol), doğalgaz ve hidrojen gibi yakıtların kullanımı düşünülmektedir. Özellikle yüksek oktan sayısı nedeniyle alkoller benzin motorları için elverişli yakıt kabul edilmiştir. Ancak, alkollerin üretiminin kısıtlı olması ve enerji yoğunluğunun düşük olması, nedeniyle kullanım ve depolanması gibi ortaya çıkan sorunlar sonucu yaygın olarak kullanımı mümkün olmamıştır [3]. İnsanlar tarafından yapılan kirletici üretiminde taşıtların payı gelişmiş ülkelerde yaklaşık olarak NOx’de %55, HC’de %40 ve partikülde %10 kadardır [4]. Bu rakamlar yurdumuz bütünü için tam geçerli olmamakla beraber, özellikle büyük şehirlerimizde benzer oranlar geçerlidir. Büyük miktarda doğalgaz rezervlerine sahip, Avustralya, Tayland, Malezya, Kanada, Arjantin, Yeni Zelanda, ABD, Hollanda, Belçika, Almanya, Avusturya ve İsviçre gibi ülkeler, çevreye verdikleri önemden dolayı temiz yanan bir yakıt olan doğalgazı tercih etmektedirler. Bu ülkelerde doğalgazın tercihinde en önemli etken ekonomik olmasıdır [5]. İtalya, Arjantin ve Pakistan’da yaklaşık 1.500.000 [6] dünyada yaklaşık 2.347.796 adet CNG ile çalışan taşıt bulunmaktadır [7]. Bunların yanında Avustralya, Kanada, ABD ve Arjantin’de deneme amaçlı filolar teşkil edilmiştir. Avrupa’da ise CNG otobüsleri İsveç, Hollanda, İtalya, Almanya ve Türkiye’de bulunmaktadır [8]. Sudan elektroliz yolu ile üretilen ve yenilenebilir bir yakıt olan hidrojen, fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle karışım hazırlama yöntemine bağlı olarak benzine oranla motordan daha fazla güç elde etme olanağı sağlamaktadır. Ancak, depolama sorunları, üretim güçlüğü ve maliyeti gibi güçlüklere çözüm getirildiğinde hidrojen geleceğin vazgeçilmez bir yakıtı olacaktır. Fakat, geçiş döneminde bolluk, düşük maliyet ve temiz yanma karakteristikleri ve dağıtım sistemlerinin var oluşuna ek olarak daha düşük taşıt emisyonlarına imkan vermesi, doğalgazı son derece elverişli bir alternatif yakıt yapmaktadır [9]. Doğalgaz ve metanol, enerji kaynağı olarak, gelecek 40–50 yıl için en cazip alternatif yakıt olarak görülmektedir. Güvenli olan ve temiz

1933

Ayhan, M. ve Sekmen, P.


yanan doğalgaz, korozif değildir ve yandığında formaldehit emisyonu oluşturmaz [10]. Doğalgazın içten yanmalı motorlarda kullanımı ile kirletici egzoz emisyonlarının azaltılması ve yakıt ekonomisi yönünden avantaj sağlamasının yanında, motorlu taşıtların gürültü düzeyinde de azalmalar elde edilmektedir [11]. Tutuşma sıcaklığı 350°C olan benzine göre, tutuşma sıcaklığı 650°C doğalgaz yüksek tutuşma sıcaklığı nedeniyle güvenlik açısından avantaj sağlamaktadır. Ayrıca, hava ile %5–15 arası hacimsel bir karışım oluşturulmadan doğalgazın patlaması mümkün değildir [12]. Doğalgaz havadan daha hafif olduğu için bir kaza veya sızıntı halinde diğer yakıtlar (LPG, benzin vs.) gibi zeminde birikerek patlayıcı ve yanıcı bir ortam oluşturmamaktadır. Doğal gazı taşıtlarda yakıt olarak depolamak ve kullanmak için iki yöntem bulunmaktadır. Bunlardan birincisi, sıkıştırılmış doğal gaz (CNG), diğeri ise sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG)’dır. Birinci yöntemde depolama basıncı 200-250 bar’dır ve 250 barda atmosfer basınç ve sıcaklığındakine oranla 1/200 hacim kaplamaktadır. LNG ise atmosfer basınç ve sıcaklığındaki doğal gaza oranla 1/600 hacim kapladığından düşük basınç fakat kaynayan soğuk sıvı olarak atmosfer basıncında -160°C sıcaklıkta çift duvarlı, vakum yalıtımlı tüplerde depolanmaktadırlar [13]. Bu çalışmada, tek silindirli, buji ateşlemeli bir motor orijinal sıkıştırma oranında CNG ile çalıştırılarak motor performansı ve egzoz emisyonları belirlenmiştir. 2. Deney Düzeneği ve Yöntemi Deney düzeneği; buji ateşlemeli motor, elektrikli DC tip dinamometre, CNG yakıt sistemi ve egzoz gaz analizöründen oluşmaktadır. Deney sisteminin şematik görünüşü Şekil 1’de görülmektedir.

Şekil 1. Deney setinin şematik görünümü (1. Motor, 2.

Karbüratör, 3. Karıştırıcı, 4. Egzoz borusu, 5. CNG regülatörü, 6. CNG elektrovalfi, 7. CNG Deposu, 8. Dinamometre, 9. Yük hücresi, 10. Devir sensörü, 11. Yük göstergesi, 12. Gaz analizörü, 13. Kontrol paneli, 14. Yükleme anahtarları, 15. Voltmetre, Ampermetre, Takometre, 16. 10kW’lık direnç, 17. Yakıt ölçme düzeneği, 18. Hava borusu, 19. Hava tankı, 20. Debimetre).

Deneylerde tek silindirli (196 cm3), dört zamanlı, sıkıştırma oranı 8:1 ve 3600 d/d’da 6,5 HP güç verdiği belirtilen buji ile ateşlemeli motor kullanılmıştır [14]. DC dinamometre 4000

1/min’de 10kW güç absorbe edebilmekte ve aynı zamanda deney motoruna ilk hareket vermek için de kullanılabilmektedir. Dinamometre yükü yük hücresi kullanılarak ölçülmüştür. Motoru CNG ile çalıştırabilmek için Lovato marka birinci nesil oto gaz dönüşüm sistemi kullanılmıştır. Yakıt tüketimi, benzin ile çalışmada, motorun 10ml’lik cam tüp içindeki yakıtı tüketme süresi belirlenerek ölçülmüştür. CNG ile çalışmada ise yakıt tüketimini ölçmek için gaz debimetresinden yararlanılmıştır. Egzoz emisyonlarının ölçülmesinde Çizelge 1’de ölçüm aralıkları ve hassasiyetleri verilen MRU DELTA 1600L egzoz gaz analizörü kullanılmıştır. Deneyler motor çalışma sıcaklığına ulaştıktan sonra tam gaz kelebek açıklığı ve değişik motor hızlarında önce 95 oktanlı benzin ile yapılmıştır. Daha sonra CNG ile test edilmiştir. Her bir çalışma koşulunda moment, güç, özgül yakıt tüketimi, CO ve HC emisyonları tespit edilmiştir. Her bir ölçüm için en az üçer tekrar yapılarak ortalaması alınmıştır. Benzin ve CNG’nin özellikleri Çizelge 2’de verilmiştir.

Çizelge 1. MRU 1600-L egzoz gaz analizörü özellikleri.

Ölçüm aralığı Hassasiyet CO (%vol) 0-15,00 ±%0,06 CO2 (%vol) 0-20,00 ±%0,5 NOx (ppm) 0-2000 ±5 HC (ppm) 0-20000 ±12 O2 (%vol) 0-25 ±0,1 Sıcaklık (°C) -40 …+650 ±1

Çizelge 2. CNG ve benzin yakıtlarının özellikleri [13,15].

Özellik CNG Benzin Formül CH4 C7H16 Molekül ağırlığı (g/mol) 16,04 100,2 Yoğunluk (kg/m3) 424 737 Kaynama noktası (°C) -161,3 38-204 Tutuşma sınırı (hacimsel) 5-15 1,4-7,6 Tutuşma sıcaklığı (°C 450 300 Maksimum alev sıcaklığı (°C 1885 1977 Alt ısıl değer (MJ/kg) 50,8 43,47 Kükürt içeriği (ppm) 0 ~200

3. Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi Deneylerde motor momenti, gücü ve özgül yakıt tüketimi ile CO ve HC emisyonları ölçülmüştür. CNG ve benzinle olan çalışmaların, motor momenti değişimleri Şekil 2’de görülmektedir. Her iki yakıt içinde maksimum momentin 2000 1/min’de elde edildiği görülmüştür. Benzinli çalışmada maksimum moment 14,72Nm, aynı şartlarda CNG’li çalışmada 13,24Nm olduğu tespit edilmiştir. CNG kullanımı motor momentinde yaklaşık %10’luk bir azalmaya neden olmuştur. CNG ile çalışmada, yakıt hava karışımı gaz fazında alındığından sıcaklıktan etkilenerek volümetrik verimin düşmesi ve düşük devirlerde silindire giren hava hızının düşük olması momentte azalmaya yol açmaktadır.

1934



6

8

10

12

14

16

1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500

Motor Hızı (1/min)

Mo

men

t (N

m)

Benzin

CNG

Şekil 2. CNG yakıtının motor momentine etkisi.

Maksimum motor gücü, birim zamanda silindirlere maksimum dolgunun alındığı motor hızına karşılık gelmektedir. Bu çalışmada maksimum gücün 3200 1/min’de olduğu elde edildiği görülmektedir, Şekil 3. Benzinli çalışmada maksimum güç 4,01 kW iken, CNG’li çalışmada maksimum güç sırasıyla 3,53 kW olarak elde edilmiştir. CNG ile benzinli çalışmaya göre yaklaşık %10’luk bir azalma belirlenmiştir. CNG ile çalışmada motor momentinin azalmasına paralel olarak güçte de düşüş olmaktadır.

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500


Gü

ç (k

W)

Benzin

CNG

Şekil 3. CNG yakıtının motor gücüne etkisi.

Özgül yakıt tüketimi, motorda kullanılan yakıtın kimyasal enerjisinin ısı enerjisine dönüşürken, bu enerjinin ne kadarının krank milindeki güce dönüştürdüğünü gösteren bir değerdir. Özgül yakıt tüketiminin CNG ve benzin ile çalışmalarda motor hızı ile değişimi Şekil 4’te görülmektedir. Benzinli çalışmada özgül yakıt tüketimi CNG ile olan çalışmaya göre özellikle düşük devirlerde, önemli ölçüde azalmıştır.

100

200

300

400

500

600

700

800

1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500


Özg

ül Y

ak. T

üke

t. (

g/k

W-h

)

Benzin

CNG

Şekil 4. CNG yakıtının özgül yakıt tüketimine etkisi.

En düşük özgül yakıt tüketimleri 2000 1/min’de elde edilmiştir. Bu hızdaki özgül yakıt tüketimi değerleri, benzinli çalışmada 224 g/kWh, CNG ile çalışmada 447 g/kWh olarak belirlenmiştir. Şekil 5’te CNG yakıtının CO emisyonuna etkisi motor hızına bağlı olarak verilmiştir. Benzinli çalışmada CO artan devir sayısıyla düşüşe geçtiği görülmüştür. Fakat 2400 1/min’den sonra tekrar yükselmeye başlamıştır. CNG yakıtının gaz fazında olması yanmayı kolaylaştırdığı için CO emisyonunda azalma meydana gelmektedir. Doğalgazlı çalışmada CO emisyonunda yok denecek kadar azalma görülmektedir. Benzin ve CNG ile çalışmalarda CO emisyonunun minimum değerleri incelendiğinde, benzinde %1,75 ve CNG’de ise %0,03 olduğu görülmektedir. CNG kullanılması sonucu yanma iyileşmiş ve CO emisyonunda %90-95’lik bir azalma sağlanmıştır.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500


CO

(%

)Benzin

CNG

Şekil 5. CNG yakıtının CO emisyonuna etkisi.

HC emisyonları birinci derecede hidrokarbon yakıtların eksik yanmasından kaynaklanmaktadır. Şekil 6 incelendiğinde, CNG ile çalışmada HC emisyonunun benzine göre çok düşük olduğu görülmektedir. Karışımın homojen olmasından dolayı yanmanın iyileşmesi, HC emisyonunda azalmaya sebep olmaktadır.

0

30

60

90

120

150

180

1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500


HC

(p

pm

)

Benzin

CNG

Şekil 6. CNG yakıtının HC emisyonuna etkisi. CNG ile çalışmada HC, devir artmasıyla birlikte, artan hava türbülansının yanma verimini iyileştirmesi sonucu azalma göstermektedir. HC emisyonunun minimum değeri benzinli çalışmada 2800 1/min’de 118ppm olarak belirlenirken, CNG’li çalışmada oldukça düşük değerler elde edilmiştir, Şekil 6.

1935



4. Sonuçlar Bu çalışmada, CNG yakıtı tek silindirli buji ateşlemeli bir motorda tam yük ve değişik hızda alternatif yakıt olarak kullanılmış ve aşağıdaki sonuçlar elde dilmiştir. Sonuçlar benzinli çalışma ile karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Buji ateşlemeli motorlar için doğalgaz çevreci ve özgül enerji maliyeti düşük alternatif bir yakıttır. Motor momenti ve gücünde CNG ile çalışmada %10’luk bir azalma tespit edilmiştir. Motor momenti ve gücündeki azalmanın sebebi CNG’nin gaz fazında alınmasının volümetrik verimi düşürmesi ve özellikle düşük devirlerde silindire giren hava hızının düşük olmasıdır. Özgül yakıt tüketiminde CNG ile çalışmada benzinli çalışmaya göre artış görülmüştür. CNG’li çalışmada, benzinli çalışmaya göre CO değerlerinde %90-95’lik bir azalma tespit edilmiştir. CNG yakıtının hava ile iyi karışması, daha homojen karışım oluşturması ve daha iyi yanması sonucu CO ve HC emisyonları benzinli çalışmaya göre oldukça düşük olmaktadır. CNG ile çalışmada meydana gelen düşük motor momenti, gücü ve yüksek özgül yakıt tüketimi sıkıştırma oranı artırılarak telafi edilebilir. Doğal gazın motor yakıtı olarak yaygın biçimde kullanılmasının önündeki engel depolama güçlükleri ve servis ağının yaygınlaştırılması olarak görülmektedir. Kaynaklar [1] Tekin, M. ve Çavuşoğlu, Y., Bir Dizel Motorunun

Doğalgazlıya Dönüşümü, 1. Uluslararası Katılımlı Otomotiv Teknolojisi Kongresi, Adana, 103-106, 1997.

[2] Pancar, F., Dizel Motorların Doğalgaz Motorlarına Dönüştürülmesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 1994.

[3] Ergeneman, M. and Soruşbay, C., Doğalgazın İçten Yanmalı Motorlarda Kullanımı, Doğalgaz Dergisi, Sayı: Şubat, 17-22, 1990.

[4] Ergeneman, M. and Kutlar, OA., Taşıt Egzozundan Kaynaklanan Kirleticiler, Birsen Yayınevi, İstanbul, 1998.

[5] Odider, http://www.odider.org/dogalgazcng.php (10.04.2006).

[6] Bora, HY., LPG ve CNG Uygulamaları Sempozyumu Bildiriler Kitabı, Ankara, s.15-23, 2002.

[7] Hatipoğlu, İ., İçten Yanmalı Motorlarda Doğal Gaz Kullanımı, İstanbul Teknik Üniversitesi, Y. Lisans Tezi, İstanbul, 1996.

[8] Kroff, PV., Doğalgaz Yeni Bir Motor Yakıtı mı?, MAN Nutzfahrzeuge, 1996.

[9] Gandhidasan, P., Ertaş, A., and Anderson, EE., Review Of Metanol and CNG as Alternative for Transportation Fuels, Journal of Energy Resources Technology, 113:101-107, 1991.

[10] Öncül, N., Geleceğin Yakıtları, Bilim ve Teknik Dergisi, Temmuz, 6-7, 1990.

[11] Karabektaş, M., Doğalgaz ile Çalışan İçten Yanmalı Motorların Enerji Ekonomisi ve Egzoz Emisyonları Yönünden İncelenmesi, Kocaeli Üniversitesi, Y. Lisans Tezi, Kocaeli, 1996.

[12] İgdaş, http://www.igdas.com.tr/Docs/Word/CNG.doc (31.07.2007).

[13] Çetinkaya, S., Benzin ve Dizel Motorların doğal Gaz Motoruna Dönüştürülmesi, Tesisat Mühendisliği Dergisi, 81, 14-31, 2004.

[14] Anonim, Datsu, http://www.malzememmarket.com/ (Datsu Research 5-441 Nakaotai Nishi-Ku Jp-452-0822 Nagoya City). (25.05.2008).

[15] Acaroğlu, M., Alternatif Enerji Kaynakları, Atlas Yayınları: 26, Ankara, s.224-227, 2003.

1936


SOYA YAĞI METİL ESTERİNİN MOTOR PERFORMANS VE EMİSYONLARINA ETKİSİ

THE EFFECTS ON ENGINE PERFORMANCE AND EMISSION OF SOYBEAN METHYL ESTER

Hüseyin BAYRAKÇEKENa* ,Hicri YAVUZa, Fatih AKSOYa ve Ş. Ayhan BAYDIRa

a Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyonkarahisar, Türkiye, E-posta: [email protected] , [email protected], [email protected], [email protected]

Özet Bu çalışmada, soya yağından metil esterleştirme yöntemi kullanılarak biyodizel üretilmiştir. Biyodizelin motor performans ve emisyonları üzerine etkileri tek silindirli direkt enjeksiyonlu dizel motorunda incelenmiş ve dizel yakıtı ile karşılaştırılmıştır. Dizel yakıtına göre biyodizelin ortalama motor momenti ve gücünde sırası ile %4.2 ve %3’lük bir azalma gözlenirken, özgül yakıt tüketiminde %12.8’lik bir artış gözlenmiştir. Biyodizel kullanımı ile CO, HC ve NOX emisyonlarında sırası ile ortalama olarak dizel yakıtına göre %4.1, 4.47 ve 9.23 artarken, duman emisyonlarında %19.5 lik bir azalma gözlenmiştir. Anahtar kelimeler: Biyodizel, motor performans, emisyon Abstract In this study, biodiesel was produced from soybean oil by transesterification method. The effects on engine performance and emissions of biodiesel were investigated by a single cylinder direct injection diesel engine and were compared with diesel fuel. While average engine moment and power of biodiesel fuel were decreased by 4.2 % and 3%, respectively, biodiesel’s average specific fuel consumption was increased by %12.8 compared to diesel fuel. CO, HC and NOX emissions were on an average of 4.1%, 4.47% and 9.23% increased respectively. PM emissions were 19.5% reduced with the use of biodiesel. Keywords: Biodiesel, Engine Performance, emission 1. Giriş Nüfus artışı, ekonomik gelişme ve teknolojik ilerleme gibi üç ana faktör ile ilişkili olan enerji ihtiyacı, ülkelerin sosyal ve ekonomik gelişimi için önemli bir gerekliliktir [1,2]. Enerji kaynakları yenilenebilir ve yenilenemeyen olmak üzere iki kısma ayrılmaktadır. Hidro, güneş, rüzgâr, biokütle ve atıklardan elde edilen enerjiler yenilenebilir enerji kaynaklarını, fosil enerji kaynakları ise yenilenemeyen enerji kaynaklarını oluşturmaktadır [3]. Fosil kökenli yakıtların rezervlerinin azalması ve çevreye olumsuz etkileri alternatif enerji kaynaklarına olan ilgiyi artırmıştır [4]. Fosil kökenli yakıtların kullanımında içten yanmalı motorlar önemli bir yere sahiptir. Bu kapsamda hem petrole dayalı yakıt tüketimini, hem de egzoz gazlarındaki zararlı maddeleri azaltmak için motorlu taşıtlarda kullanılabilecek yeni yakıt türlerinin geliştirilmesi çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışmalar içerisinde özellikle tarım potansiyeli olan ülkelerde, bitkisel yağ kaynaklarının alternatif yakıt olarak kullanımı dikkat çekmektedir [5]. Bitkisel yağlar, kanola, kolza, soya, keten, ay çekirdeği,

mısır gibi yenilenebilir bitkilerden elde edilmektedir. Bitkisel yağların az oranda sülfür içermeleri, yapılarında oksijen bulunması, setan sayılarının yüksek olması ve yanmaları sonucunda daha az zararlı emisyon yaymaları, onların özellikle dizel motorlar için uygun bir alternatif yakıt olabileceklerini göstermektedir. Ayrıca, daha yüksek parlama noktasına ve daha iyi yağlama özelliğine sahip olmaları da olumlu özellikleridir [6]. Ancak bitkisel yağların, dizel motorlarında doğrudan kullanılması çeşitli sorunlara yol açmaktadır. Bitkisel yağların dizel motorlarındaki püskürtme, atomizasyon ve yanma karakteristikleri HC esaslı dizel yakıtlarına göre çok farklıdır. Bitkisel yağların viskozitesinin yüksek, uçuculuğunun düşük olması onların dizel motorlarında yakıt olarak kullanımını olumsuz yönde etkilemektedir. Yüksek viskozite, püskürtme işlemini olumsuz etkilediğinden yakıtın atomizasyonu kötüleşmektedir. Yüksek viskozite ayrıca enjektörlerin tıkanmasına, segmanlarda karbon birikintisine ve yağlama yağının bozulması problemlerini doğurmaktadır. Parlama noktasının yüksek olması, uçuculuk özelliğinin az olduğunu gösterir. Bu ise yanma odasında daha fazla birikintiye, enjektör ucunda karbonizasyona ve segman yapışmasına neden olmaktadır. Viskozitenin yüksek, uçuculuğun düşük olması soğukta ilk hareket zorluğuna, alev sönmesine ve tutuşma gecikmesi periyodunun uzamasına sebep olmaktadır [7].

Bitkisel yağların viskozitelerini azaltmak için mikro emülsiyon, proliz, inceltme ve esterleştirme gibi yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemlerle arasında esterleştirme yöntemi ile üretilen yakıtların kimyasal ve fiziksel özellikleri dizel yakıtı ile önemli oranda benzerlik göstermektedir. Bu yüzden esterleştirme yöntemi biyodizel üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Esterleştirme katalizör kullanarak kısa zincirli alkolleri bir organik asit esterleri dönüştüren kimyasal bir süreçtir. Bitkisel yağlardan esterleştirme yöntemi kullanılarak üretilen biyodizeller dizel motorlarında değişiklik yapılmadan kullanılabilmektedir [8]. Günümüzde bitkisel yağlar ve bitkisel yağlardan üretilen biyodizeller ile ilgili birçok çalışma yapılmıştır. Bu çalışmalar bitkisel yağların motor performansı ve egzoz emisyonları üzerinde yoğunlaşmakla birlikte biyodizel üretim yöntemleri gibi farklı çalışmalar da bulunmaktadır. Keskin A. ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada tall yağından biyodizel üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen biyodizelin dizel yakıtı ile %90 oranındaki karışımının motor performans ve emisyonlarına etkisini tek silindirli direkt püskürtmeli bir dizel motorunda incelemişlerdir. Dizel yakıtı değerlerine göre, B90 biyodizelin moment ve güç değerlerinde sırasıyla %2,99 ve %2,94’e varan oranlar da azalmalar görülürken, motorun özgül yakıt tüketimi değerlerinde ortalama %7,63 oranında artış gözlenmiştir.


1937

mailto:[email protected]


Bayrakçeken, H., Yavuz, H., Aksoy, F. ve Baydır, Ş.A.

B90 biyodizel kullanımı ile CO emisyonu değerlerinde %35,44’e kadar, duman emisyonlarında ise %13,27’ye kadar varan azalmalar tespit edilmiştir. Ayrıca, NOx emisyonlarında %13,29 oranına varan artışlar görülmüştür [9]. Ergen ve Karabektaş tarafından yapılan çalışmada rafine pamuk yağından transesterifikasyon metodu ile üretilen biyodizeli, performans karakteristikleri ve egzoz emisyonları yönünden dizel yakıtıyla karşılaştırılmıştır. Biyodizel kullanımı ile dizel yakıtına göre efektif güç ve motor momentinde ortalama %3,07 oranında azalma, özgül yakıt tüketiminde ise ortalama %8 oranında artış gözlenmiştir. Egzoz emisyonları yönünden dizel yakıtına göre CO ve duman emisyonlarında azalma, NOX emisyonlarında ortalama %29,51 ve CO2 emisyonlarında %7,61 oranında artış olduğu görülmüştür [10]. Karabektaş ve Ergen tarafından yapılan çalışmada soya yağından üretilen biyodizelin motor performans ve NOx emisyonları değerleri dizel yakıtı ile karşılaştırılmalı olarak incelemiştir. Biyodizel kullanımı ile efektif güçte %3.92 lik bir azalma gözlenirken özgül yakıt tüketimi ve NOx emisyonunda belirgin bir artış gözlenmiştir [11]. Sekmen Y. Tarafından yapılan çalışmada keten tohumu ve karpuz çekirdeklerinden biyodizel üretilmiş ve dizel yakıtı ile hacimsel olarak %2 oranında karıştırılarak direkt enjeksiyonlu bir dizel motorunda performans ve egzoz emisyonlarına etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Biyodizel karışımlarının kullanımı ile dizel yakıtına göre motor momenti ve gücünde azalma, özgül yakıt tüketiminde artış belirlenmiştir. Biyodizel karışımları ile CO, HC ve duman emisyonlarında azalma, NOx emisyonlarında artma gözlenmiştir [12]. Çelikten İ. ve Arslan M. A. tarafından yapılan çalışmada, kanola ve soya yağı metil esterlerinin motor performans ve emisyon değişimleri 4 zamanlı ve 4 silindirli direkt püskürtmeli dizel motorunda incelenmiştir. Deneysel çalışma sonucunda en yüksek motor performansı dizel yakıtı ile sağlanmış, daha sonra kanola ve soya yağı metil esterlerinin performansları sıralanmıştır. Kanola yağı metil esteri en düşük duman ve CO emisyon değerini vermiştir. NOx emisyon değeri kanola ve soya metil esterleri kullanımı ileartış göstermiştir [13]. Haşimoğlu C. ve arkadaşları tarafından çalışmada kullanılmamış rafine ayçiçeği yağından transesterifikasyon yöntemi ile biyodizel üretilmiştir. Bu yakıtın aşırı doldurmalı direkt püskürtmeli bir dizel motorunda, kısmi yük şartlarında motor performansına ve egzoz emisyonlarına olan etkisini deneysel olarak incelemişlerdir. Yakıt olarak biyodizel kullanılması ile genel olarak özgül yakıt tüketimi, efektif verim ve azot oksit emisyonları artma, egzoz gazı sıcaklığı ve duman emisyonunda azalma gözlenmiştir [14]. Bu çalışmada alternatif yakıt olarak soya yağı metil esteri üretilmiş ve elde edilen biyodizelin motor performans ve emisyonları üzerine etkisi deneysel olarak incelenmiştir. 2. Materyal ve Metot 2.1. Soya yağı Metil Esterinin Üretimi Metil ester üretimi sırasında ısıtıcılı manyetik karıştırıcı, 2000 ml’ lik balon joje, 0.01ºC hassasiyetinde termometre,

Hanna marka el tipi Ph metre kullanılmıştır. Soya yağı metil esteri elde edilmesinde kullanılan süreç Şekil 1’ de görülmektedir.

Şekil 1. Metil ester üretiminin akış diyagramı

Esterleştirme sürecinde katalizör olarak potasyum hidroksit ve alkol olarak %99,5 saflıkta metil alkol kullanılmıştır. 1 lt’ lik bitkisel yağ için ve 200 ml metil alkol içerisinde 3,5 g potasyum hidroksit 40ºC’ de çözdürüldükten 50ºC’ ye ısıtılmış bitkisel yağ üzerine ilave edilmiştir. Bu karışım yaklaşık bir saat süre ile sabit 60ºC’ de 600 rpm de karıştırılmıştır. Daha sonra ayırma hunisine alınarak gliserin tabakasının çökmesi beklenmiştir. Gliserin tabakası metil ester tabakasından ayrıldıktan sonra metil ester tabakası yaklaşık 8 saat saf su ile yıkanmıştır. Bu sürecin sonunda sabun, su ve metil ester tabakası oluşmuştur. Metil ester tabakası ayrılmış ve içerisindeki su ve alkol ısıtılarak buharlaştırılmıştır. Üretilen soya yağımetil esterinin fiziksel özellikleri Tablo 1’ de görülmektedir.

Tablo 1. Biyodizelin Özellikleri Yakıt Tipi Biyodizel

Yoğunluk (kg/m3) 880 Viskozite (mm2/sn) 11,2 Parlama Noktası (º C) 87 Isıl Değer(kJ/kg) 38.602 Akma Noktası (º C) -8

2.2. Deneysel Süreç Motor performans ve emisyon testleri tek silindirli direkt enjeksiyonlu hava soğutmalı bir motorda yapılmıştır. Deney motorunun teknik özellikleri Tablo 2’de verilmiştir.

Tablo 2. Deney Motorunun Teknik Özellikleri Motorun Markası ve Modeli Antor 6 LD 400 Silindir Sayısı 1 Kurs Hacmi 395 cm³ Sıkıştırma Oranı 18/1 Soğutma Sistemi Hava Soğutmalı Maksimum Motor Devri 3600 rpm Maksimum Motor Momenti 2200 rpm’ de 21 Nm

Deney öncesi motor yakıt pompası ve enjektör ayarları fabrika değerlerine uygun hale getirilmiştir. Deneyler tam

1938


yük şartlarında 1200–3200 rpm motor devri aralığında 400 rpm aralıklarla gerçekleştirilmiştir. Motor çalışma sıcaklığına ulaştıktan sonra deneyler gerçekleştirilmiştir. Moment ve güç ölçümleri için 0.01 hassasiyetinde yük hücresine sahip bir elektrikli dinamometre kullanılmıştır. Deneyler 23 ºC ortam sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. CO, CO2, NOX ve HC egzoz emisyonları ölçümü SPAC marka emisyon ölçüm cihazı ile duman emisyonu ölçümü Bosch BEA 350 model cihaz kullanılarak geçekleştirilmiştir.

1. Elektrikli dinamometre 2. Dizel motor 3. Kontrol ünitesi 4. Yakıt tankı ve terazi 5. Hava tankı 6. Eğik manometre

7. Gaz analiz cihazı 8. Duman ölçer

Şekil 2. Deney Düzeneğinin Şematik Görünümü 3. Sonuçlar ve Tartışma Şekil 5 ve Şekil 6’da sırası ile biyodizel ve dizel yakıtlarının motor devrine bağlı olarak motor momenti ve gücünün değişimleri görülmektedir. Her iki yakıt için maksimum motor momenti ve gücü sırası ile 2400 min-1 ve 2800 min-1 motor devirlerinde elde edilmiştir. Biyodizel kullanımı ile maksimum motor momenti ve gücünde dizel yakıtına göre sırası ile %2.3 ve %3.8’lik azalma gözlenmiştir. Motor momenti ve gücündeki azalmanın biyodizelin ısıl değerinin düşük olmasından kaynaklandığı tahmin edilmektedir [9,15].

0

4

8

12

16

20

24

800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600Motor Devri (rpm)

Mot

or M

omen

ti (N

m)

DY B100

Şekil 5. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için motor momenti

değişimleri

0

1

2

3

4

5

6

800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600Motor Devri (rpm)

Efe

ktif

Güç

(kW

)

DY B100

Şekil 6. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için motor gücü

değişimleri

Şekil 7’de tam yükte farklı sıcaklıktaki B100 yakıtı ile dizel yakıtı özgül yakıt tüketimi değişimlerinin motor devrine göre karşılaştırılması verilmiştir. Ortalama olarak özgül yakıt tüketimleri karşılaştırıldığında, dizel yakıtına göre B100 yakıtının özgül yakıt tüketiminde %12.8’lik bir artış gözlenmiştir. Bu artışa yüksek yakıt viskozitesi yetersiz atomizasyon ve büyük yakıt damlacıklarına neden olmaktadır [16].

0

100

200

300

400

500

600

700

800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600

Motor Devri (rpm)

Özg

ül Y

akıt

Tük

etim

i (gr

/kW

h)

DY B100

Şekil 7. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için özgül yakıt

tüketimi değişimleri Şekil 8’de motor devrine bağlı olarak CO emisyonlarının değişimi görülmektedir. 1200 min-1 motor devrinde biyodizelin CO emisyonu değeri, dizel yakıtına göre oldukça yüksektir. Motor devrinin artması ile biyodizelin CO emisyonlarında dizel yakıtına göre azalma gözlenmiştir. Maksimum güç devrinde biyodizelin CO emisyon değeri dizel yakıtına göre %16.7 daha azdır.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

1200 1600 2000 2400 2800 3200

Motor Devri (rpm)

CO

(%)

DY B100

Şekil 8. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için CO emisyonu

değişimleri

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1200 1600 2000 2400 2800 3200

Motor Devri (rpm)

NO

x (p

pm)

DY B100

Şekil 9. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için NOX emisyonu

değişimleri.

1939


Şekil 9’da motor devrine bağlı olarak biyodizel ve dizel yakıtlarına ait NOX emisyonu değişimleri görülmektedir. Biyodizel yakıtının ortalama olarak NOX emisyonu değerleri dizel yakıtına göre %9.23 daha fazla olarak elde edilmiştir. Biyodizel yakıtlarının içerdikleri oksijen miktarına bağlı olarak NOX emisyonları dizel yakıtı değerlerine göre artış gösterebilmektedir [8]. Maksimum moment devrinde biyodizelin NOx miktarı standart dizel yakıtından % 49 kadar daha fazladır. Şekil 10’da tam yükte B100 yakıtı ile dizel yakıtı HC emisyonu değişimlerinin motor devrine göre karşılaştırılması verilmiştir. Tüm devirlerde alınan değerlerin ortalamasına göre, biyodizel yakıtının HC emisyonları dizel yakıtına göre %4.47’lik bir artış göstermiştir.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1200 1600 2000 2400 2800 3200

Motor Devri (rpm)

HC

(ppm

)

DY B100

Şekil 10. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için HC emisyonu

değişimleri.

Şekil 11’de tam yükte biyodizel yakıtı ile dizel yakıtı duman emisyonu değişimlerinin motor devrine göre karşılaştırılması verilmiştir. Tüm devirlerde alınan değerlerin ortalamasına göre biyodizel yakıtında %19.5 oranında dizel yakıtına göre daha az duman emisyonu oranları elde edilmiştir. Biyodizel yakıtı içerisindeki oksijen partikül miktarının azalmasına katkı sağlamaktadır [9,15].

0

10

20

30

40

50

60

70

1200 1600 2000 2400 2800 3200

Motor Devri (rpm)

Dum

an k

oyul

uğu

(%)

DY B100

Şekil 11. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için is emisyonu

değişimleri. 5. Sonuçlar Bu çalışmada soya yağı metil esterinin bir dizel motorunda kullanımının motor performans ve emisyonlarına etkisi incelenmiştir. Biyodizel yakıtının motor performansı incelendiğinde motor momenti ve gücünde dizel yakıtına göre ortalama olarak sırası ile %4.2 ve %3 azalmalar gözlenirken, özgül yakıt tüketiminde %12.8’lik bir artış gözlenmiştir. CO, HC ve NOX emisyonları incelendiğinde sırası ile ortalama olarak dizel yakıtına göre %4.1, 4.47 ve 9.23 artış gözlenirken, duman emisyonlarında %19.5’lik bir azalma gözlenmiştir.

Teşekkür Bu çalışma, 06 TEF 03 kod numarası ile AKÜ BAPK tarafından desteklenmiştir. Yazarlar olarak Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi Teknolojik Araştırma ve Uygulama Merkezine teşekkür ederiz. Kaynaklar [1] Kaygusuz K., Sarı A., Renewable energy potential and

utilization in Turkey, Energy Conversion and Management, 44, 459–478, 2003.

[2] De Oliveira Matias J.C., Devezas T. C., Consumption dynamics of primary-energy sources: The century of alternative energies, Applied Energy, 84, 763–770, 2007.

[3] Haktanırlar Ulutas B., Determination of the appropriate energy policy for Turkey, Energy, 30 1146–1161, 2005.

[4] Allen C. A.W., Prediction of biodiesel fuel atomization characteristics base on measured properties, Agricultural engineering, Doctor Thesis, 1998.

[5] Çevik, İ., Bulut, C., Karabektaş, M., Ergen, G., Atık bitkisel yağdan üretilen biyodizel yakitinin ek hava uygulamasi yapilan bir dizel motor performansina etkileri, 10. Uluslararası Yanma Sempozyumu, 301-307, 2008.

[6] Aktaş, A. ve Segmen, Y., Biyodizel ile çalişan bir dizel motorda yakit püskürtme avansinin performans ve egzoz emisyonlarina etkisi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., 23(1), 199-206, 2008.

[7] Cesur, İ., Ayhan, V., Parlak A., Bir dizel motorunda tavuk yaği metil esteri kullanilmasinin performans ve emisyonlara etkisi, 10. Uluslararası Yanma Sempozyumu, 331-337,2008.

[8] Yavuz, H., Aksoy, F., Bayrakçeken, H., Baydır, S. A., Değişik bitkisel yağ metil esterlerinin üretilmesi, fiziksel ve kimyasal özelliklerinin karsilaştirilması, Makine teknolojileri Elektronik Dergisi, 5 (2), 23-30,2008.

[9] Keskin, A., Gürü, M., Altıparmak, D., Tall Yağı Biyodizelinin Dizel Yakıtı İle %90 Oranındaki Karışımının Alternatif Dizel Yakıtı Olarak İncelenmesi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., 22(1), 57-63, 2007.

[10] Karabektaş, M., Ergen, G., Soya yağı metil esterinin motor performans karakteristikleri ve NOx emisyonları üzerindeki etkisinin incelenmesi, SAÜ. Fen Bilimleri Dergisi, 11(1), s. 21-26, 2007.

[11] Ergen, G., Karabektaş, M., Pamuk yağından üretilen biyodizel yakıtının bir dizel motorda kullanımı, 9. Uluslararası Yanma Sempozyumu, Kırıkkale, 51–59, 2006.

[12] Sekmen, Y., Karpuz çekirdeği ve keten tohumu yağı metil esterlerinin dizel motorda yakıt olarak kullanılması, Teknoloji, 10 (4), 295-302, 2007.

[13] Çelikten, İ. ve Arslan, M.A., Dizel yakıtı, kanola yağı ve soya yağı metil esterlerinin direkt püskürtmeli bir dizel motorunda performans ve emisyonlarına etkilerinin incelenmesi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., 23(4), 829-836, 2008.

[14] Haşimoğlu, C., İçingür, Y. ve Özsert İ., Turbo şarjlı bir dizel motorda yakıt olarak biyodizel kullanılmasının motor performans ve egzoz emisyonlarına etkisi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., 23(1), 207-213, 2008.

[15] Lue Y.-F., Yeh Y.-Y. and Wu C.H., The emission characteristics of a small D.I. Diesel engine using biodiesel blended fuels, J. Envıron. Scı. Health, 36(5), 845–859, 2001.

[16] Agarwal D., Agarwal A. K., Performance and emissions characteristics of Jatropha oil (preheated and blends) in a direct injection compression ignition engine, Applied Thermal Engineering, 27, 2314–2323, 2007.

1940


FARKLI YÜK KOŞULLARINDA BUJİ İLE ATEŞLEMELİ MOTORA TEREBENTİN İLAVESİNİN MOTOR PERFORMANS VE EMİSYONLARINA ETKİSİ

THE EFFECTS OF TURPENTINE ON SPARK IGNITION ENGINE PERFORMANCE AND

EMISSIONS AT DIFFERENT LOAD CONDITIONS

Ş. Ayhan BAYDIRa*, Fatih AKSOYa, Hüseyin BAYRAKÇEKENa ve Yaşar Önder ÖZGÖRENa

a Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyonkarahisar, Türkiye, E-posta: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Özet Günümüzde petrol kökenli yakıt rezervlerinin azalmasından dolayı alternatif enerji kaynakları ve performans geliştirici yakıt katkıları üzerinde çok sayıda çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmada buji ile ateşlemeli, tek silindirli, dört zamanlı bir motorda 3250 min-1 sabit devir ve farklı yük koşullarında, kurşunsuz benzine terebentin ilavesinin(%0-20 oranında) motor performans ve emisyonları üzerine etkileri incelenmiştir. Ortalama değerlere göre terebentin ilavesinin motor performans parametrelerine (güç, moment ve özgül yakıt tüketimi) olumlu etkileri olduğu görülmüştür. Ortalama CO değeri dikkate alındığında %10 terebentin ve %20 terebentin içeren deney yakıtlarının kullanımıyla kurşunsuz benzine göre sırasıyla %4,43’lük azalma ve %0,1’lik artma olduğu gözlenmiştir. Ortalama HC değeri dikkate alındığında %10 terebentin ve %20 terebentin içeren deney yakıtlarının kullanımıyla kurşunsuz benzine göre sırasıyla %5,18 ve %13,37’lik artış olduğu gözlenmiştir. Anahtar kelimeler: Kurşunsuz benzin, yakıt katkıları, terebentin Abstract Nowadays, a lot of studies have been carried out on alternative energy sources and fuel additives which improve performance due to decreasing of petroleum based fuel sources and increasing of their cost. Turpentine is one of the fuel additives. In this study the effect of turpentine of additions to unleaded gasoline (0-20%) on engine performance and emissions have been investigated at different load conditions and 3250 rpm by using a spark ignition single cylinder engine. It was observed that the usage of turpentine additive has a positive effect for engine performance parameters (power, moment and specific fuel consumption) according to the average values. The usage of 10% and 20% turpentine added fuel mixtures was observed that a reducing of 4,43% and an increasing of 0,1% as regards unleaded gasoline in average CO emission values respectively. The usage of 10% and 20% turpentine added fuel mixtures was observed that an increasing of 5,18% and 13,37% as regards unleaded gasoline in average HC emission values respectively. Keywords: unleaded gasoline, fuel additives, turpentine. 1. Giriş Sınırlı olan fosil kökenli enerji kaynaklarının azalmasına rağmen, enerjiye olan talebin ve bağımlılığın çoğalan dünya nüfusu ve yaşam standardı ile artmasıyla

maliyetlerinin yükselişi ve emisyon standartlarına uyum zorunlulukları nedeniyle alternatif enerji kaynakları ve yakıt katkıları üzerine yapılan çalışmalar önem kazanmıştır. 1916‘da Thomas Midgley, benzine iyot ilavesinin oktan sayısını artırdığını ve vuruntuyu azalttığını tespit etmiş ancak iyot’un pahalı ve korozyona sebep olması nedeniyle yakıt katkı maddesi olarak kullanılmamıştır. Daha sonra Midgley kurşun tetra etilin vuruntu önleyici özelliğini keşfetmiş ve bu bileşik petrol şirketleri tarafından yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Ancak kurşun tetra etil(TEL) katkılı benzinin çevreye ve halk sağlığına verdiği zararlar nedeniyle kullanımı aşama aşama azaltılarak 1996 yılında Birleşik Devletler karayollarında kullanılması yasaklanmıştır. Kurşun tetra etilin yasaklanması oktan geliştirici alternatif katkı maddeleri üzerine çalışmaları artırmıştır [1]. Kurşun tetra etile alternatif olarak uygun maliyetli metil siklo pentadienil mangan trikarbonil (MMT) üzerine çalışmalar yapılmıştır. Ancak MMT’nin içerisindeki manganezin yüksek seviyelerde sinir sistemi için zararlı olduğu bilinmektedir. Benzin katkısı olarak kullanımı yoluyla düşük seviyelerdeki manganeze uzun süre maruz kalmanın insanlar üzerindeki etkisi netleştirilemediği için bileşiği üreten şirketin kullanım onayına ilişkin davayı kazanmasına rağmen petrol şirketleri tartışmalardan dolayı kullanmaya yanaşmamaktadır. Ayrıca yanma sırasında manganez oksit oluşturması nedeniyle otomobil üreticileri tarafından katalitik konvertörlü araçlarda kullanılmaması önerilmektedir. 1998’de Amerikan Çevre Koruma Örgütünün (EPA) MMT’yi halk sağlığı için bir tehdit olarak gördüğünü açıklamasıyla rafineri endüstrisi metal içermeyen mevcut teknoloji ile üretilebilecek katkı maddeleri geliştirmeye yönelmiştir [2]. Buji ile ateşlemeli motorlarda etanol-benzin karışımlarının performans ve emisyonlara etkisi incelendiğinde, genel olarak motor torku ve emisyonlarında çok az bir artış gözlenirken, alkol içindeki oksijenin de yanmaya katılması sonucu olarak karbonmonoksit (CO) ve hidrokarbon (HC) emisyonlarında belirgin bir şekilde azalma gözlenmiştir. Özgül yakıt tüketiminde belirgin bir fark gözlenmemiştir [3,4]. Özellikle güney Amerika ülkelerindeki etanolün belli oranlarda kullanımı zorunluluğu ile tüketimi oldukça yaygınlaşmıştır. Oksijen veren bileşikler arasından benzine karıştırılan bileşik olarak tersiyer eterler, alkollere göre daha fazla tercih edilmektedir. Bunun sebebi alkollerin içinde bulunabilen az miktardaki suyun yakıt tankında faz ayrılmasına ve korozyona sebep olması ve tersiyer


1941

Baydır, Ş.A., Aksoy, F., Bayrakçeken H. ve Özgören Y.Ö.

eterlerin daha düşük buhar basınçlarına sahip olmasıdır [5]. Metil tersiyer-bütil eter (MTBE) içeren benzin karışımlarının motor performans ve emisyonlarına etkisinin incelendiği çeşitli çalışmalarda özellikle yüksek motor yüklerinde egzoz emisyonlarında belirgin bir azalma tespit edilmiştir. Düşük yüklerde ve soğuk ilk hareket koşullarında yakıttaki MTBE oranının artması ile HC ve CO emisyonlarında artış gözlenmiştir. En iyi motor performansı ve minimum egzoz emisyonu %10’luk MTBE-benzin karışımında elde edilirken ağırlık oranı olarak %8-11 MTBE içeren yakıtların kullanımı sonucunda katalitik konvertör çıkışında da MTBE maddesi belirlenmiştir [6,7]. Metil tersiyer-bütil eter (MTBE)’in sudaki yüksek çözünürlüğünden ve zehirli etkisinden dolayı yasaklanmasının ardından yanma sırasında oksijen veren (oktan yükseltici-vuruntu önleyici) alternatif bileşikler konusundaki araştırmalar, etil tersiyer-bütil eter (ETBE), tersiyer-amil metil eter (TAME) ve tersiyer-amil etil eter (TAEE) gibi diğer eterlere yönelmiştir. Eterler, yakıtın yanma özelliklerini arttırmanın yanı sıra HC ve CO ve emisyonunu azaltmaktadır [5-8]. Alkoller ve eterler dışında terebentin, white spirit gibi ticari solventler ve sülfat terebentin gibi atık maddelerin üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Yumrutaş ve arkadaşları, buji ile ateşlemeli dört silindirli bir motorda sülfat terebentin ilavesinin motor performans ve emisyonlarına etkisini incelemiş, motor gücü, termal verim, ortalama basınç ve özgül yakıt tüketiminde olumlu etkileri olduğunu tespit etmişlerdir. NOx, HC emisyonları ve egzoz sıcaklığı artarken CO konsantrasyonunda azalma gözlenmiştir [9]. Karthikeyan ve Mahalakshmi çift yakıt kullanabilecek şekilde modifiye ettikleri direkt enjeksiyonlu dizel motoruna ilk yakıt olarak emme manifoldu üzerinden terebentini ve ikinci yakıt olarak motorun yakıt sistemi üzerinden dizel yakıtını, silindire göndermişlerdir. % 75 yük altında hacimsel verim hariç tüm motor performans ve emisyon parametrelerinin dizel yakıtından daha iyi olduğu görülmüştür. CO ve HC emisyonları dizel yakıtına göre çok az fazla oluşmuştur. Çift yakıtlı çalışmada duman yoğunluğunda yaklaşık %40-45‘lik bir azalma elde edilmiştir. Yapılan çalışmada motordaki birkaç modifikasyonla ve çift yakıtlı çalışmayla dizel yakıtı ile %75‘e yakın terebentin kullanımının mümkün olduğu gösterilmiştir [10]. Butkus ve arkadaşları, %5 terebentin içeren dizel yakıt karışımı kullanmış ve motor performans ve egzoz emisyonlarında terebentinin olumlu etkilerini gözlemiş, karışımda taneciklerin dizel yakıtına göre daha hızlı buharlaşması ve yanmasıyla özgül yakıt tüketiminde bir azalma olduğunu tespit etmişlerdir [11]. Kaplan ve arkadaşları, % 3 terebentin ve %97 dizel yakıtı oranındaki karışımla, dizel yakıtına yakın sonuçlar elde etmişlerdir. Egzoz emisyonlarında önemli ölçüde düşüş gözlenmiştir. Sülfat terebentinin viskozite değerinin dizel yakıtına yakın olmasına rağmen parlama noktasının daha düşük olması nedeniyle kış şartlarında ve direkt ateşleme

ile kullanımında avantajlar sağladığını tespit etmişlerdir [12]. Terebentin ilk zamanlarda herhangi bir modifikasyon olmadan motorlarda kullanılmış ancak petrol kökenli yakıtların bolluğu nedeniyle kullanımı terk edilmiştir. Günümüzde petrol kökenli yakıt kaynaklarının azalması ve maliyetlerinin artması nedeniyle alternatif yakıt arayışları sırasında terebentin kullanımı tekrar gündeme gelmiştir. Bu çalışmada terebentin yakıt katkı maddesi olarak kurşunsuz benzine %10-%20 oranlarında ilave edilmiştir. Terebentin ilavesinin motor performans ve emisyonlarına etkisi tek silindirli buji ile ateşlemeli dört zamanlı bir motorda 3250 min-1 sabit devir ve değişken yük karakteristikleri için incelenmiştir. 2. Deney Yakıtları Terebentin, özütü %75-90 reçine ve %10-25 yağ içeren iğne yapraklı ağaçlardan elde edilen yanabilir özellikli ve endüstride kimyasal solvent olarak kullanılan önemli bir hidrokarbondur. Antiseptik, ilaç, böcek ilacı üretiminde, yakıt veya yakıt katkısı olarak kullanılmaktadır [9]. Çizelge 1’de benzin ve terebentinin kimyasal ve fiziksel özellikleri verilmiştir.

Çizelge 1.Benzin ve terebentinin kimyasal ve fiziksel özellikleri [10].

Benzin Terebentin Kimyasal Formül C4-C12 C10H16 Molekül Ağırlığı 105 136

Bileşimi (Ağırlık % si) C 88 H 15

C 88.2 H 11.8

Yoğunluk (kg/m3) 780 860-900 Özgül Ağırlık 0,78 0,86-0,9 Akma Noktası (°C) -40 - Kaynama Noktası (°C) 30-220 150-180 Buhar Basıncı (kPa) 48-103 <1 Viskozite (cSt) - 2,5 (30oC’de) Buharlaşma Gizli Isısı (kJ/kg) 350 285

Parlama Noktası (°C) -43 38 Alt Isıl Değeri (kJ/kg) 43,890 44,400 Kendiliğinden tutuşma Sıcaklığı (°C) 300-450 305

Alevlenme Sınırı (% hacim) 1,4 0,8 Yakıt olarak düşünüldüğünde terebentinin şu özellikleri dikkat çekmektedir: • Çam ağacından elde edilen yenilenebilir bir biyoyakıttır. • Benzine göre daha yüksek kendiliğinden tutuşma ve

kaynama sıcaklığına sahiptir. • Isıl değeri benzin, dizel ve diğer biyo-yakıtlara(biyodizel

ve bitkisel yağ) göre daha yüksektir. • Çevreye zararlı farklı bir bileşik oluşturmamaktadır. • Yakıt katkı maddesi olarak kullanımı ile ekonomik

fayda sağlanabilir [10]. Deneylerde kullanılan yakıtlar, hacimsel karışım oranı baz alınarak içerdikleri terebentin oranına göre T0 (% 100 kurşunsuz benzin), T10 (%10 terebentin-%90 kurşunsuz

1942


benzin) ve T20 (%20 terebentin-%80 kurşunsuz benzin) olarak isimlendirilmiştir. 3. Deney Ekipmanları ve Süreci Deneyler dört zamanlı tek silindirli buji ile ateşlemeli bir motorda yapılmıştır. Test motorunun teknik özellikleri Çizelge 2’de görülmektedir.

Çizelge 2. Deney Motorunun Teknik Özellikleri

Marka Loncin

Model G200F Benzin motoru

Motor Tipi Tek silindirli, 4 zamanlı Max.Güç.(kW/4000 min-1) 4.8 Max. Tork (Nm/min-1) 13/3000 Silindir Çapı x Strok (mm) 68×54 Kurs Hacmi (cc) 196 Sıkıştırma Oranı 8.3:1

Ateşleme Sistemi Transistörlü manyetolu ateşleme

Soğutma Sistemi Hava Soğutmalı Yağlama Sistemi Çarpmalı Yağlama İlk Hareket Elle

Motor momenti ve gücü, Esit marka 0.01 hassasiyetinde yük hücresine sahip elektrikli dinamometre kullanılarak ölçülmüştür. Yakıt tüketimi ölçümü için elektronik terazi ve dijital süreölçer kullanılmıştır. Deneyler, motorun maksimum tork devrine yakın olan ve dinamometrenin dengede tutulduğu 3250 min-1’lık sabit devirde %25, %50, %75 ve %100 yük oranlarında gerçekleştirilmiştir. Deney donanımı Şekil 1’de şematik olarak görülmektedir.

1.Dinamometre 2. Yük Hücresi 3. Kontrol Paneli

4.Deney Motoru 5. Egzoz Emisyon Cihazı 6. Elektronik Terazi 7. Yakıt Deposu 8. Yakıt Borusu 9. Egzoz Probu

Şekil 1. Deney Düzeneğinin Şematik Görünümü.

CO ve HC değerleri Bosch BEA 350 egzoz gaz analiz cihazı kullanılarak ölçülmüştür. Motor kararlı duruma geldikten sonra 25 ölçüm kaydedilmiş ve ölçümlerin ortalaması emisyon değeri olarak kullanılmıştır. Emisyon ölçüm cihazının özellikleri Çizelge 3’de verilmektedir.

Çizelge 3. Gaz Analiz Cihazının Teknik Özellikleri

4. Sonuçlar Ve Tartışma 4.1. Motor Performansı Deneyler 3250 min-1 sabit devirde farklı yükler altında yapıldığı için terebentin ilavesinin motor moment ve gücüne etkisi paralel olmuştur. Şekil 2’de motor yüküne ve deney yakıtlarına bağlı olarak motor gücü değişimleri, Şekil 3’de ise motor momenti değişimleri görülmektedir. %25 kısmi yükte motor momenti T0, T10 ve T20 yakıtları için sırasıyla 2.99 Nm, 3.33 Nm ve 2.94 Nm olarak tespit edilmiştir. Motor yükü artırılmasıyla motor momentinde artış gözlenmektedir. Tam yükte motor momenti T0, T10 ve T20 yakıtları için sırasıyla 8.98 Nm, 9.54 Nm ve 9.92 Nm olarak ölçülmüştür. Tam yükte motor momentindeki bu artışın terebentinin ısıl değerinin benzinden yüksek olmasından kaynakladığı düşünülmektedir.

00,5

11,5

22,5

33,5

4

25 50 75 100Yük (%)

Güç (

kW)

Benzin T10 T20

Şekil 2. Motor yükü ve yakıta bağlı olarak gücün değişimi

02468

1012

25 50 75 100

Yük (%)

Mom

ent (

Nm

) Benzin T10 T20

Şekil 3. Motor yükü ve yakıta bağlı olarak moment değişimi

Ölçüm Aralığı Hassasiyet CO (%vol.) 0-10 0,001 CO2 (%vol.) 0-18 0,01 HC (ppm vol.) 0-9999 1 O2 (%vol.) 0-22 0,01

1943


Şekil 4’te deney yakıtlarının farklı yükler altında motor özgül yakıt tüketimi (ÖYT) üzerine etkisi görülmektedir. % 25 kısmi yükte T0, T10, T20 yakıtları için ÖYT değeri sırasıyla 587.978 g/kWh, 505.668 g/kWh ve 598.380 g/kWh olarak ölçülmüştür. Tam yükte ise sırası ile 455 g/kWh, 440 g/kWh ve 369 g/kWh olarak ölçülmüştür. Terebentin ilavesi ile özgül yakıt tüketiminde % 18.76’lık bir azalma gözlenmiştir.

0

100

200

300

400

500

600

700

25 50 75 100Yük (%)

Ö.Y

.T. (

g/kW

h)

Benzin T10 T20

Şekil 4. Motor yükü ve yakıta bağlı olarak özgül yakıt tüketiminin değişimi

4.2. Egzoz Emisyonları Şekil 5’de deney yakıtlarının farklı yükler altında HC emisyonlarına etkisi görülmektedir. %25 kısmi yük durumunda kurşunsuz benzin, T10 ve T20 yakıtları için HC değerleri sırasıyla 62.1 ppm, 65.214 ppm ve 61.667 ppm, tam yük durumunda ise 74.285 ppm, 85.933 ppm ve 95.333 ppm ölçülmüştür. Motor yükünün artmasıyla yanmamış HC emisyonlarının artması kaçınılmazdır. Düşük yüklerde karışımın homojenliği ve oksijen miktarının daha fazla oluşu HC emisyonlarının daha az olmasına neden olmaktadır. Yükün artması ile azalan volumetrik verim, artan yakıt giriş miktarı ve dolgu sıcaklığı, daha yüksek buharlaşma oranı ve oksijen azlığı HC emisyonunu artırmaktadır. Yüksek yüklerde kurşunsuz benzine göre HC emisyonundaki artış daha fazla yakıt tüketiminden ileri gelmektedir. Ortalama HC değeri dikkate alındığında T10 ve T20 yakıtlarında sırasıyla kurşunsuz benzine göre %5,18 ve %13,37’lik artış olduğu gözlenmiştir.

0

20

40

60

80

100

25 50 75 100Yük (%)

HC (p

pm)

Benzin T10 T20

Şekil 5. Motor yükü ve yakıta bağlı olarak HC emisyon değerlerinin değişimi

Şekil 6’te deney yakıtlarının farklı yükler altında CO emisyonlarına etkisi görülmektedir. CO emisyon değeri tam yük durumunda kurşunsuz benzin, T10 ve T20 yakıtları için sırasıyla %3,73, %4,08 %4,06 olarak ölçülmüştür. Ortalama CO değeri dikkate alındığında T10 ve T20 yakıtlarında sırasıyla kurşunsuz benzine göre %4,43’lük azalma ve %0,1’lik artma olduğu gözlenmiştir. Yükün artmasıyla CO emisyonundaki artış daha fazla yakıt tüketiminden ileri gelmektedir. Tam yükte volumetrik verimdeki düşüş ile oksijen miktarının azalması sonucu CO emisyonu artmıştır.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

25 50 75 100Yük (%)

CO (%

)

Benzin T10 T20

Şekil 6. Motor yükü ve yakıta bağlı olarak CO emisyon değerlerinin değişimi

5. Sonuçlar ve Öneriler Terebentinin yakıt maddesi olarak kullanılmasının motor performansı ve emisyonları üzerine etkileri incelendiğinde aşağıdaki sonuçlar gözlenmiştir; Motor tam yükte iken T0, T10 ve T20 yakıtları karşılaştırıldığında en yüksek motor momenti T20 yakıtı ile elde edilmiştir. T20 yakıtındaki moment artışı T0 yakıtına göre %10,48’dir. Bu artış terebentinin ısıl değerinin benzinden fazla olmasından kaynaklanmaktadır. Ortalama ÖYT değeri dikkate alındığında T10 ve T20 yakıtlarında kurşunsuz benzine göre %2,83 ile %3,98’lık azalma gözlenmiştir. Tam yük durumunda HC ve CO değerlerinde T10 yakıtı için sırasıyla %15,6 ve %9,3’lik bir artış gözlenmiştir. T20 yakıtı için HC ve CO ve emisyonlarında sırasıyla % 28,3 ve % 9,05 oranlarında artış gözlenmiştir. Ortalama değerler dikkate alındığında terebentin ilavesinin motor performans parametreleri olan güç, moment ve özgül yakıt tüketimine olumlu etkileri olduğu görülmüştür. Ortalama CO değeri dikkate alındığında T10 ve T20 yakıtlarında sırasıyla kurşunsuz benzine göre %4,43’lük azalma ve %0,1’lik artma olduğu gözlenmiştir. Ortalama HC değeri dikkate alındığında T10 ve T20 yakıtlarında sırasıyla kurşunsuz benzine göre %5,18 ve %13,37’lik artış olduğu gözlenmiştir. Deney sonuçlarına göre terebentin katkılı yakıtların motor performansı açısından kurşunsuz benzine göre daha üstün

1944


görünmesine rağmen egzoz emisyonlarındaki yüksek değerleri önemli bir sorun oluşturmaktadır. Yapılan çalışmaya ilave olarak motor ayar parametreleri (ateşleme avansı, supap ayarı vb,) ve katılan terebentin yüzdesi değiştirilerek motor performansı ve egzoz emisyonu üzerine etkilerinin araştırılması terebentin ilavesinin etkilerini daha iyi ortaya koyacaktır. Terebentinin çözücü özelliğinin çok silindirli motor deneylerinde yakıt sistemi parçaları üzerinde olumsuz etkisi olabileceğine dikkat edilmelidir. Kaynaklar [1] Nadim F., Zack P., Hoag G. E., Liu S., United States

experience with gasoline additives, Energy Policy, 29(1), 1-5, 2001.

[2] Stikkers D.E., Octane and the environment, The Science of the Total Environment, 299, 37-56, 2002.

[3] Hsieh W.-D., Chenb R.-H., Wub T.-L., Lina T.-H., Engine performance and pollutant emission of an SI engine using ethanol–gasoline blended fuels, Atmospheric Environment, 36, 403–410, 2002.

[4] Wu, C.W., Chen, R.H., Pu, J.Y., Lin, T.H., The influence of air–fuel on engine performance and pollutant emission of an SI engine using ethanol–gasoline-blended fuels, Atmospheric Environment, 38, 7093–7100, 2004.

[5] Obalı Z., Doğu T., Activated carbon–tungstophosphoric acid catalysts for the synthesis of tert-amyl ethyl ether (TAEE), Chemical Engineering Journal, 138, 548–555, 2008.

[6] Hamdan M.A., Al-Subaih T.A., Improvement of locally produced gasoline and studying its effects on both the performance of the engine and the environment, Energy Conversion and Management, 43, 1811–1820, 2002.

[7] Poulopoulos S., Philippopoulos C., Influence of MTBE addition into gasoline on automotive exhaust emissions, Atmospheric Environment, 28, 34, 4781-4786, 2000.

[8] Da Silva R., Cataluña R., Menezes E. W. de., Samios D., Sartori Piatnicki C. M., Effect of additives on the antiknock properties and Reid vapor pressure of gasoline, Fuel, 7-8(84), 951-959, 2005.

[9] Yumrutas R., Alma M. H., Özcan H., Kaşka Ö., Investigation of purified sulfate turpentine on engine performance and exhaust emission, Fuel, 87, 252–259, 2008.

[10] Karthikeyan, R., Mahalakshmi, N.V., Performans and Emission characteristics of a turpentine-diesel dual fuel engine, Energy, Vol.32, pp. 1202-1209, 2007.

[11] Butkus, A., Pukalskas, S., Bogdanovicius, Z., The influence of turpentine additive on the ecological parameters of diesel engines, Transport, Vol. 22, No 2, pp. 80–82, 2007.

[12] Kaplan, C., Alma, M.H., Tutuş, A., Çetinkaya M., Karaosmanoğlu, F., Engine Performance and Exhaust Emission Tests of Sulfate Turpentine and No:2 Diesel Fuel Blend, Petroleum Science and Technology, Vol.23 pp. 1333-1339, 2005.

1945

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6V2W-41J691S-9&_user=1390781&_coverDate=01%2F31%2F2001&_alid=747878195&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_cdi=5713&_sort=d&_docanchor=&view=c&_ct=1&_acct=C000052536&_version=1&_urlVersion=0&_userid=1390781&md5=0e4efc949c3df397c5c1bd4d548b47b5

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6V2W-41J691S-9&_user=1390781&_coverDate=01%2F31%2F2001&_alid=747878195&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_cdi=5713&_sort=d&_docanchor=&view=c&_ct=1&_acct=C000052536&_version=1&_urlVersion=0&_userid=1390781&md5=0e4efc949c3df397c5c1bd4d548b47b5

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VH3-41360TY-V&_user=1390781&_coverDate=12%2F31%2F2000&_alid=747932101&_rdoc=15&_fmt=high&_orig=search&_cdi=6055&_sort=d&_docanchor=&view=c&_ct=25&_acct=C000052536&_version=1&_urlVersion=0&_userid=1390781&md5=dc81f8f4928d4196670db8a13e4fa4fb



http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6V3B-4FBW3NN-1&_user=1390781&_coverDate=05%2F01%2F2005&_alid=747931619&_rdoc=2&_fmt=high&_orig=search&_cdi=5726&_sort=d&_docanchor=&view=c&_ct=2&_acct=C000052536&_version=1&_urlVersion=0&_userid=1390781&md5=7f7db3e56a3a2ced398f975d5f0bf29b





TA ITLAR N ALTERNET F ENERJ S STEM OLANPOL MER ELEKTROL T MEMBRAN YAKIT P YAPIMI - PROTOT P

TASARIMI VE PARAMETR K OLARAK NCELENMES

MANUFACTURING - PROTOTYPE DESIGNING AND INVESTIGATINGPARAMETRICLY OF POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL MEMBRANE

AS AN ALTERNATIVE ENERGY SYSTEM FOR VEHICLES

Yakup NGÜRa,* ve Levent K REÇb

a,* Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, E-posta: [email protected] Üniversitesi, Ankara, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Her geçen gün artan çevre kirlili i kayg lar ve fosilyak tlar n yak n zamanda tükenme ihtimalinin yüksekolmas ndan dolay alternatif enerji kaynaklar na yönelimartmaktad r. Yak t pilleri ise yüksek verimleri, farklkullan m alanlar n beklentilerine farkl özelliklerdekimodelleri ile kar k verebilmesinden ve Dünya’da en çokbulunan yak t olan hidrojeni, çevreye at k olu turmadankullanabilmesinden dolay yayg nla maktad r. Yak t piliçe itleri aras nda Polimer Elektrolit Membran yak t pilleri,hafiflikleri, küçük boyutlar , dü ük çal ma s cakl klar veyüksek verimleri ile ta tlarda kullan en uygun olanmodellerdir. Ancak yak t pillerinin çe itli sistemlerde verimlibir ekilde kullan labilmesi için çal ma ko ullar ndakibirçok parametrenin optimum düzeyde ayarlanabilmesigerekmektedir. Bu çal mada, alüminyum PEM yak t piliünitesi tasarlanm ve bir prototip olu turularak hemyap sal ve hem de çal ma ko ullar ndaki paremetrelerinde imlerinin yak t pili ünitesinin performans na etkileriincelenmi tir.

Anahtar kelimeler: PEM yak t pili, Yak t Pilleri

Abstract

With each passing day because of increasing ofenvironmental problems and possibility of consuming ofpetroleum fuels, people are trying to find alternative energysources. Fuel cells with high efficiency, different models fordifferent situations and ability of using hydrogen which isthe most prevalent energy source in The World without anyharmful emission are becoming more common. Mostsuitable fuel cell model for

Vehicles are Polymer Electrolyte Membrane fuel cellbecause of its lightness, small size, low workingtemperature and high efficiency. But, to use fuel cell indifferent systems with high efficiency we must optimizeseveral parameters at working conditions. In this study,built up a aluminium PEM fuel cell and a prototype to testits performance by changing some internal and externalparameters.

Keywords: PEM Fuel Cell, Fuel Cells

1. Giri

Özellikle bilimdeki geli melerin nda ilerleyen teknolojiile birlikte hep yeni ufuklar aç p birçok zorlu unüstesinden gelinirken ayn zamanda birçok kez deberaberinde yeni problemler ve yeni aray lar ortaya

kmaktad r.

Odun, kömür gibi enerji kaynaklar n kullan lddönemlerden petrol ve petrol ürünlerinin kullan lmayaba land dönemlere gelindi inde uzun süre bu enerjikayna na ba ml kal narak teknolojiler geli tirilmi tir.Ancak artan enerji ihtiyaçlar , petrol kaynaklar ndaki

rl k ve bunun bir sonucu olan petrol fiyatlar ndakiart lar, çevre kirlili inin artmas ve hatta bir dönemdensonra kar la lan kaynaklar n tükenme ihtimali,insano lunu hem eldeki kaynaklar daha tasarruflukullanmaya ve hem de farkl enerji kaynaklar nayönelmeye zorlam r.

Yak t pilleri de yukar da bahsedilen ihtiyaçlara kar kverebilecek enerji kaynaklar na en iyi alternatiflerdenbiridir. Yak t pillerinin, özellikle do ada en fazla bulunanhidrojen elementi ile çal yor olmas ve at k olarak çevreyesadece su veriyor olmas , bunun yan nda %70’lere varanhiç de küçümsenmeyecek de erlerdeki verime sahipolmas onu neredeyse ideal bir enerji kayna halinegetirmektedir.

Bu çal mada gelecekte hemen her alanda birçok enerjiihtiyac kar lamaya aday olan PEM yak t pillerinede inilmekte ve bir prototip yak t pili haz rlanarakparametrik çal ma yap lmaktad r.

2. Yak t pilleri

Yak t pilleri kimyasal enerjiyi do rudan elektrik enerjisineçeviren elemanlard r [7,9]. Yak t pili, fosil yak tlar n veyahidrojen gibi enerji kaynaklar n yak lmas yerine, yak t ileoksijenin elektro-kimyasal reaksiyonu sonucunda enerjiüreten bir tür bataryad r. Yüksek verimleri sayesinde enerjitasarrufu sa layan bir güç kayna olarak yak t pilleri,gelecekteki otomotiv kullan için ümit vermektedir.Benzin motorlar n iki-üç kat olan % 60' n üzerindekitermik verimlerine ek olarak dü ük gürültü düzeyi, dü ükegzoz emisyonlar ve dü ük atma talebi bak ndan daavantajl rlar. Yak t pillerinin temiz ta t teknolojisindedevrim yapaca iddia edilmektedir [10]. Ayr ca

1946

mailto:yicingur:@gazi.edu.tr

mailto:leventkirec:@koluman.com.tr

çüngür, Y. ve Kireç, L.

metanolden hidrojen elde edilerek kullan lan sistemlerdeki,metanolden hidrojeni ayr ran reformer gereklili ini deortadan kald rm r.

Direkt metanol yak t pilleri asl nda bir Polimer elektrolitmembran yak t pilidir. Sadece metanol ba koparmakiçin anotta katalizör olarak platinin yan nda rutenyum (Ru)kullan lmas gereklidir. Çal ma s cakl ayn PEM gibi 80-100oC civarlar ndad r [12].

2.1. Polimer elektrolit membran yak t pilleri

Gaz yay m plakalar vas tas yla membran üzerindedola lan hidrojen atomlar n elektronlar membranüzerindeki aktif madde sayesinde hidrojenden kopart larakelektrotlar vas tas yla toparlan p elektrik al nagönderilir. Bu esnada membran hidrojen ve oksijeningeçi ine izin vermezken iyon halindeki hidrojenin geçi inemüsaade eder ve H+ iyonu oksijen(katot) taraf na geçiyapar ( ekil 1). Elektrik al üzerinden i yapan elektron,pilin katot taraf na geçi yapar ve burada u reaksiyongerçekle ir;

2H+ + ½O2 + 2e- H2O

ekil 1. PEM yak t pilinin çal mas

2.2 Yak t pilinin temel parçalar ve performansetkileyen parametreler

Yak t pili elemanlar elektrot-elektrolit çifti, gaz difüzyonplakas ve gaz yay m plakalar olmak üzere üç temelparçadan olu urlar ( ekil 2). Elektrolit olarak adland lan

m genellikle kat r. Yo un gaz atomlar n geçi ineizin vermeyip iyon halindeki atomlar n elektrotlararas ndaki geçi ini çok iyi sa lamal r.

Elektrotlar ise aktif maddelerin çözeltileri eklindehaz rlan r ve hidrojenden elektron koparma amac ylakullan rlar. Yak t pili performans etkileyen önemliparametreler; bas nç, s cakl k, nemlendirme vestokiyometrik orand r.

ekil 2. Yak t pili eleman parçalar

Elektrolit-elektrot çiftinin tasar ndaki de kenler ise;elektrolit ve elektrottur.

2.3 Ünite Tasar nda Olu an De kenler

Elektrolit-elektrot çiftinin aktif alan Ünitenin büyüklük oran Pillerin say Plakalar n malzemesi Ak ekli Gaz yay m plakas kanal tasar Gaz yay m plakas derinli i Gaz da m sistemi Ünitenin yap ve montaj eklidir.

3. Materyal ve Metod

Temiz güç üretim sistemi, yüksek verim, dü ük s cakl ktaçal abilme gibi üstün özellikleriyle alternatif enerjikaynaklar aras nda ilk s ralarda gelen PEM yak t pililerigünümüzde giderek yayg nla maktad r. Bu çal mam zdada alüminyum PEM yak t pili tasar yap lm ve butasar n de ik çal ma ko ullar ndaki performans nbelirlenebilmesi için bir prototip tasarlanm r.

3.1. Deney Düzene i

Deney düzene i yak t pili ve prototip olmak üzere iki anamdan olu maktad r.

Yak t Pili

Deney düzene inin kalbini te kil eden yak t pili tasar nageçilmeden önce yak t pilinin hangi malzemedenyap laca üzerinde durulmu tur. Yap lan literatürara rmalar ndan, bu çal mada alüminyum ve paslanmazçelik malzemelerinin özellikle performans, maliyet ve kolaybulunabilme vb. gibi özelliklerinden dolay kullan öne

kartm r. Bu çal mam zda ise alüminyumdan yap lmPEM yak t pilinin parametrik incelemesi ile hem paslanmazçelik hemde alüminyum plakalar n tasar üzerindedurulmu tur.

1947


PEM yak t pili gaz difüzyon plakalar nmalzeme seçiminden hemen sonra, çal malar zdakullan lacak yak t pilinin boyutlar ve say n belirlenmesi

amas na geçilmi tir. Bu a amada küçük bir yak t pilipaketinin olu turulmas dü ünülmü ve iki adet yak tpilinden olu an bir yak t pili paketi olu turulmu tur. Yak tpili paketi 135x135x20 mm boyutlar nda iki adet tek yönlüve bir adet çift yönlü bipolar plakadan olu maktad r.

Prototip

Yak t pilinin bipolar plaka tasar a amas ndan sonrayak t pili paketinin çal ma ko ullar n performansaetkilerinin incelenebilmesi için bir prototip tasarlanm r.

ekil 3. PEM yak t pili ve prototipi

Prototipin elemanlar ;

G- Is ya dayan kl hidrojen ve oksijen giri hortumlar R-Hidrojen nemlendiricisiS- Kuru hava nemlendiricisiT- Is ( erit tip,5m)U- Hidrojen tüpü bas nç kontrol ünitesi (manometre)V- Kuru hava bas nç kontrol ünitesi (manometre)Y- Hidrojen tüpüZ- Kuru hava tüpüX- Kontrol lambasW- PEM yak t piliQ- So utucu fanH- Is ya dayan kl , esnek yak t pili ç borular

J- Hidrojen ve kuru hava manometreleriK- Anahtar (elektrik ak n kontrolü için)L- Hidrojen nemlendirici si s cakl k göstergesiM- Kuru hava nemlendiricisi s cakl k göstergesiN- yak t pili s cakl k göstergesiI- Yak t pilinin anot taraf nemlendirici ve ortam nem ve

göstergesi- Yak t pilinin katot taraf nemlendirici ve ortam nem ve

göstergesiO- Voltmetre (DC)P- Ampermetre

1948


ekil 4. Deney setinin ematik gösterimi

4. Deney Sonuçlar ve De erlendirme

Deney setinin kurulmas ndan sonra alüminyum pil ileyap lan performans testlerinde a daki de erlereula lm r (Tablo 1).

Tablo.1. Bas nca ba gerilim ve ak m de erleriBas nç(Bar)

Gerilim(Volt)

Ak m (mAmper)

0.5 0.36 0.601.0 0.45 0.761.5 0.98 0.982.0 1.10 1.012.5 1.75 1.193.0 1.91 1.203.5 2.0 1.25

Pilin çal ma s cakl yakla k 60 °C olarak belirlenmi venemlendirici kullan lmam r. Ortam s cakl 21 ºC’ dir.Ortam nemi %25 olarak ölçülmü tür. Tablo 1’de görüldü üüzere hidrojen ve kuru hava bas nç art na ba olarakgerilim ve ak m de erleri artmaktad r. Elde edilende erlerin temel nedeni bas nc n kimyasal reaksiyonu

zland ran bir etmen olmas r. S zd rmazl k ve optimumhidrojen – kuru hava kar m (yak t) kombinasyonununsa lanmas problemleri tam olarak giderildi inde, eldeedilen de erlerden daha yüksek de erler elde edilebilece idü ünülmektedir.

Tablo.2. S cakl a ba gerilim ve ak m de erlericakl k(ºC)

Gerilim(Volt)

Ak m (mAmper)

30 0.80 0.4035 0.90 0.5240 1.25 0.6145 1.33 0.7250 1.41 0.5855 1.43 0.5160 1.15 0.48

Tablo 2’de Pilin çal ma bas nc 2 bar olarak belirlenmi venemlendirici kullan lm r. Ortam s cakl 28 ºC’ dir.Ortam nemi %25 olarak ölçülmü tür. Hidrojen gaz %60kuru hava %25 oran nda nemlendirilmi tir.Nemlendiricilerin s cakl 30 ºC’ dir. Tablodan dagörülebilece i gibi s cakl k art na ba olarak kimyasalreaksiyonun h zlanmas ndan dolay elde edilen voltajde erlerinin yükseldi i görülmektedir. Fakat bu yükseli

iliminin belirli noktadan sonra yava lad ve tepenoktas ndan sonra dü me e ilimine girdi i görülmektedir.Belirli bir s cakl k de erinden sonra de erin dü mesinin birdi er nedeni de pilin anot taraf nda elektrolit-elektrot arayüzeyinde olu an su filminin hidrojen iyonlar ile ddevreden gelen elektronlar n ve oksijenin reaksiyonagirmesini s rland rmas r. Bu durum pilin anot taraf ndasu olu umuna kar direnç olu turmaktad r. Dolay ylahidrojen iyonlar , oksijen ve d devreden gelen elektronlaryeteri oranda birle emeyece i için pil verimi dü mektedir.

Tablo.3 Farkl hidrojen ve oksijen bas nç de erlerine bagerilim ve ak m de erleri

Hidrojen(Bar)

Oksijen(Bar)

Gerilim(Volt)

Ak m (mAmper)

1.0 2.5 0.15 0.101.3 2.2 0.24 0.121.6 1.9 0.89 0.251.9 1.6 1.82 0.282.2 1.3 0.96 0.322.5 1.0 0.34 0.46

Tablo 3’de Pilin çal ma s cakl 52 ºC olarak belirlenmive nemlendirici kullan lm r. Ortam s cakl 28 ºC’ dir.Ortam nemi %25 olarak ölçülmü tür. Hidrojen gaz %55kuru hava %28 oran nda nemlendirilmi tir.Nemlendiricilerin s cakl 30 ºC’ dir.

Farkl bas nç de erindeki hidrojen ve kuru hava ile yap landeneylerde 1.9 bar hidrojen ve 1.6 bar kuru hava bas nçde erlerinde optimum de erler görülmü tür. Bunun ba canedeninin içten yanmal motorlardaki zengin kar nperformans artt rmas özelli inden kaynakland

1949


dü ünülmektedir. Belirli bir s rdan sonra gönderilenhidrojenin membran n kapasitesinden dolay reaksiyonagirmeden d ar at lmas ndan dolay verimi artt rtmayayönelik bir i lev yapmad dü ünülmektedir.

Tablo.4 Sabit hidrojen ve oksijen bas nç de erlerine bagerilim ve ak m de erleri

Hidrojen(Bar)

Oksijen (Bar)

Gerilim(Volt)

Ak m (Amper)

2.5 1,55 0.91 0.032.5 1,55 0.88 0.042.5 1,55 0.80 0.072.5 1,55 0.77 0.102.5 1,55 0.75 0.122.5 1,55 0.73 0.242.5 1,55 0.67 0.29

Tablo 4’de ise, Pilin çal ma s cakl 52 ºC olarakbelirlenmi ve nemlendirici kullan lm r. Ortam s cakl28 ºC’ dir. Ortam nemi %25 olarak ölçülmü tür. Hidrojengaz %55 kuru hava %28 oran nda nemlendirilmi tir.Nemlendiricilerin s cakl 30 ºC’ dir.

Tablo 4’ den de görüldü ü üzere proton iletiminin veoksijen konsantrasyonunun azalmas yüksek de erlereula lmas engellemektedir. Öte yandan ince filmteknolojisine sahip elektrotlar n performans hava bas ncdü tükçe azalmaktad r. Çünkü pil içerisindeki yüksekbas nç ile elektrottaki difüzyon kanallar ndan geçerekelektrolite ula an iyon miktar artmaktad r.

Yap lan deneylerde çal ma artlar na ba olarak yakla k2 V ile 0.3 A de erlerleri görülmü tür. Elde edilen gerilimde erlerinin muhtemelen a direnç, yüzeyde olu an su,gaz debisinin optimize edilememesi gibi nedenlerle yüksekkararl de erler elde edilememi tir. Bunun yan nda 70 ºC

cakl k de erlerinin üstüne ç ld nda yüksek debi vekar m oran ndan kaynakland dü ünülen balonpatlamas na benzer patlamalar ve parlamalar görülmü tür.Meydana gelen olay n engellenmesi için gazlar n yüksekdebilere ç kar lmamas sonucuna var lm r. Ayr ca PEMplakalar n gaz giri -ç slotlar n modifikasyonu yolunada gidilmi tir.

5. Sonuç ve Öneriler

Bu çal mada öncelikli olarak yak t pili ünitesinin tasar mçal mas yap lm r. Yap lan tasar m çal mas ndansonra yak t pilinin çal mas için bir prototip haz rlanm r.Deney setinin tamamlanmas ndan sonra da PEM yak tpilinin performans na etki eden parametrelerin incelemeçal malar yap lm r.

Yap lan çal malarda PEM yak t pilinin yap incelenmive PEM yak t pilinin otomotiv endüstrisinde kullan nuygun oldu u sonucuna var lm r.

Yap lan çal malardan s cakl k, bas nç, kar m oran ,nemlendirici gibi parametrelerin PEM yak t pilinin çal maperformans pozitif yönde etkiledi i görülmü tür.Optimum bir stokiyometrik oran n da performans artt ranbir etken oldu u sonucuna var lm r.

Yap lan deneysel çal malar n bundan sonra yap lacakolan PEM yak t pili performans çal malar na k lavuzlukedece ini dü ünülmektedir.

Kaynaklar

[1] Kumar, A., Reddy, R.G., “Effect of channeldimensions and shape in the flow-field distributor onthe performance of polimer electrolyte membrane fuelcells”, Journal of Power Sources, 113: 11-18 (2003).

[2] Wolf, H., Willert-Porada, M. “Electrically conductiveLCP-carbon composite with low carbon content forbipolar plate application on polymer electolyteembrane

fuel cell”, Journal of Power Sources, 153: 41-46 (2006).[3] Padhy, B. R., Reddy, R. G., “Performance of DMFC

with SS316 bipolar/end plates”, Journal of PowerSources, 153: 125-129 (2006).

[4] Silva, R. F., Franchi, D., Leone, A., Pilloni, L., Macsi,A., Pozio, A. “Surface conductivity and stability ofmetallic bipolar plate materials for polymer electrolytefuel cells”, Electrochimica Acta, (2005).

[5] Lasbet, Y., Auvity, B., Castelain, C., Peerhossaini, H.“A chaotic heat-exchanger for PEMFC coolingapplications”, Journal of Power Sources, (2005).

[6] Sar demir, S. "Gelecekte ta tlarda yayg n olarakkullan lmas dü ünülen PEM yak tpilleri için membran geli tirilmesi ve denenmesi", Ankara(2003).

[7] Amerika Enerji Departman (DOE) "High-Eff ciency,Direct-Hydrogen Fuel Cell System For Automobiles"http://www.energy.gov/, (1999).

[8] Mepsted, G.O. Moore, J.M. "Performance and durabilityof Bipolar plate materials", Handbook of Fuel Cells –Fundamentals, Technology and Applications, volume 3,Wolf vielstich, Hubert A. Gasteiger, Arnold Lamm, JohnWiley & Sons Ltd., 286-293 (2003).

[9] "Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicle". The Times @Toyota, Wittmann, Arizona,internet, (April 1997).

[10] WEBB, R. "Fuel Cell" Updated: Webb-Berger Foundation,internet, (February 24,1999).

[11] LIEBHAFSKY, H.A. and CAIRNS,EJ., “Fuel Cells andFuel Batteries”, John Wiley and Sons Inc. (1968).

[12] 23. nternet: Amerikan Tarihi Ulusal Müzesi, “Fuel cell historyproject”. http://americanhistory.si.edu/fuelcells/ (2007).

1950

http://www.energy.gov/

http://americanhistory.si.edu/fuelcells/



R D ZEL MOTORDA LPG KULLANILMASI VE FARKLI ÖZELL KTEKLOT D ZEL YAKITININ MOTOR PERFORMANS VE EM SYONUNA

ETK N NCELENMES

THE USAGE OF LPG IN A DIESEL ENGINE AND THE OBSERVATION OFTHE EFFECTS OF DIFFERENT KINDS OF PILOT DIESEL FUEL ON THE

PERFORMANCE OF THE ENGINE AND EMISSIONAbdurrazzak AKTA a, * ve Abdül Y Tb

a, * Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: [email protected] Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Ta tlardan kaynaklanan emisyonlar n insan satehdit etmeye devam etmesi ve petrol esasl yak tlar ntükenece i endi esi, içten yanmal motorlarda biyodizel,metil alkol, etil alkol, biyogaz, do algaz, hidrojen ve LPGgibi birçok alternatif yak t aray zorunlu hale getirmi tir.Bunlardan LPG kendi kendine tutu ma s cakl n yüksekolmas nedeniyle Otto motorlar nda yayg n bir ekildekullan labilmesine ra men dizel motorlarda pekkullan lmamaktad r. Ancak, bol bulunmas , ucuz olmas ,temiz yanmas ve birçok gaz yak ta göre daha kolay vegüvenli depolanabilmesi gibi özellikleri nedeniyle s rmaile ate lemeli motorlarda kullan labilirli inin ara lmas nailgi artm r. Yap lan s rl say da ara rma, LPG’nin tekba na dizel motorlarda kullan lamayaca pilot dizelyak ile birlikte kullan labilece ini göstermi tir. Buçal mada, belirli bir gaz kolu konumunda (GKK), de ik

zlarda iki çe it pilot dizel yak ve LPG’nin tek silindirli,dört zamanl , direkt püskürtmeli, hava so utmal bir dizelmotor performans ve emisyonlar na etkisi deneysel olarakara lm r. LPG pilot dizelin kullan lmas ile, tork, güç isve NOx emisyonunun azald , CO ve HC emisyonununartt tespit edilmi tir.

Anahtar Kelimeler : LPG, Çift Yak t, Dizel, Emisyon,Performans,

Abstract

Because the vehicle emissions continue to threaten humanhealth and the concern of running out of petrol dependedfuels lead us to need of making new observations on usingnew kinds of alternative fuels such as biodiesel, methylalcohol, ethyl alcohol, biogas, natural gas, hydrogen andLPG on internal combustion engines. Due to LPG's highauto-ignition degree among these fuels, LPG commonly isused on Otto engines but is used rarely on diesel engines.However it is generous, cheap, burns without giving muchpollutant emission to the atmosphere and relatively can bestored more easily and securely and these characteristicsof LPG tend people to make more researches on itsutilization on compression engines and ignition engines. Asmall number of studies showed that LPG fuel cannot beused on diesel motors solely but can be used with dieselfuel together as dual-fuel. In this research, the effects oftwo kinds of pilot diesel fuels with fixed speed control armbut with different speeds and LPG fuel on the performanceand emission of a one cylinder, four-stroke, direct-fuel-

injected, air-cooled diesel engine is investigatedexperimentally. By using mixed LPG and Diesel fuel, it isseen that torque and power, smoke emission, nitrogenoxide (NOx) are decreased. However specific fuelconsumption and carbon monoxide (CO), HC areincreased.

Keywords : LPG, Dual-Fuel, Diesel, Emission,Performance,.

1. Giri

Kirletici emisyonlar n ana kaynaklar ndan biri olan fosilesasl yak tlarla çal an içten yanmal motorlar n ( YM) çokyayg nla mas ve petrol kaynaklar n giderek azalmasinsanlar alternatif çözümler bulmaya sevk etmi tir.

Dizel motorlar yüksek s rma oran ve verime sahipolmalar nedeniyle benzinli motorlara göre daha az kirleticiemisyonlar yaymaktad rlar. Ancak is ve NOx emisyonlargenellikle yüksektir ve EGR, yak t püskürtme teknikleri vealternatif yak tlar kullan larak bu emisyonlar dü ürülmeyeçal lmaktad r. Yap lan ara rmalar daha temiz yananyeni yak tlar n kullan lmas n sorunun çözümü için ümitverici oldu unu göstermi ve bu konuda ara rmalar dahada yo unla r.

Bol bulunmas , ucuz olmas , yüksek s rma oranlar ndavuruntusuz ve temiz yanmas nedeniyle do al gaz (metan),dizel motorlarda kullan labilecek alternatif yak tlardan birisiolarak görülmektedir. Ancak, yanmas ba latmak içinbenzinli motorlarda oldu u gibi bir ate leme sistemineveya belirli bir miktar dizel yak n püskürtülmesineihtiyaç duyulmaktad r [1]. Bir miktar dizel yakpüskürtülerek ate lemenin ba lat lmas yöntemi yüksekoranda do al gaz n kullan lmas na imkan vermektedir.Önceki çal malar, dizel yak ve metan (do al gaz) çiftyak n birlikte kullan lmas n toplam verimi önemlimiktarda de tirmeden NOx ve partikül maddeyiiyile tirdi ini, ancak HC ve CO emisyonunu (bazen de aderecede) artt rd göstermi tir [2-6]. Bu rahats z edicidurumun daha çok dü ük yüklerde çok fakir hava-metankar ndan kaynaklanmakta oldu u ifade edilmi tir [7].Bu sorunlardan sak nmak için h zl s rmal , do al gazlbir makinada farkl yak t-hava oranlar nda püskürtmezaman n etkisi ara lm r [8]. Testler sonucunda,püskürtme zaman öne al nd nda ilkin yanman n yavaoldu u, sonra yanma h n artt tespit edilmi tir.Yazarlar, ayr ca püskürtme devam ederken ate leme

1951

mailto:a_aktasa:@yahoo.com

mailto:abdulyigit:@gmail.com

Akta , A. ve Yi it, A.

ba lat olmas halinde yanman n dizel motorlar ndakinebenzer ekilde gerçekle ti ini ifade etmi lerdir. Di eryandan ate leme ba lat n püskürtmenin sonunarastlamas halinde yanman n en h zl oldu unugözlemlediklerini bildirmi lerdir. O zaman ate lemeninba lat lmas ile püskürtme sonu aras ndaki geçici aran nyanman n hem geli mesi hem de fakirlik s için birkontrol parametresi oldu u sonucuna var lm r. Dizel-do algaz çift yak tla çal an dizel motorlarda püskürtmeavans n performans ve emisyonlara etkisinin ara ldbir çok çal mada; püskürtme zaman n öne al nmas ileyanma veriminin artt , CO ve HC emisyonunun azaldve NOx emisyonunun ise bir miktar artt tespit edilmi tir[9-11].

Bol bulunmas , ucuz olmas , temiz yanmas ve birçok gazyak ta göre daha kolay ve güvenli depolanabilmesi gibiözellikleri nedeniyle LPG dizel motorlarda kullan labilecekdi er bir gaz alternatif yak t olarak dü ünüldü ünden dizelmotor performans ve emisyonlar na etkisininara lmas na ilgi son zamanlarda artm r. Bunlardanbaz lar a da özetlenmi tir.

Esas yak n metan veya propan ve pilot yak n dizeloldu u çift yak tl tek silindirli bölünmü yanma odal birara rma dizel motorunda (Ricardo E6), tam yükte artanpilot dizel yak t miktar n vuruntuya sebep olurken , dü ükyükte dü ük verim ve yüksek emisyonun pilot dizel yak tmiktar n artt lmas ile düzeltilebilece i tespit edilmi tir[2]. Ayn yazarlar taraf ndan yap lan çift yak tl bir dizelmotorda püskürtme zaman n motor performans na etkisiçal malar nda da dü ük yükte dü ük verim ve kötüemisyonun püskürtme zaman n öne al nmas iledüzeltilebilece i ifade edilmi tir [12]. Tek silindirli direktpüskürtmeli bir dizel motorda a rl ksal olarak %30 LPG ve%70 dizel yak n, performans ve emisyonparametrelerine etkisinin incelendi i çift yak tl çal madamotor torku ve gücünün %5,8 oran nda artt , NOxemisyonda %5,9, is emisyonunda ise tek yak tl çal mayagöre iyile me oldu u ortaya konulmu tur [13]. LPG-dizelkar ile çal an s rma ile ate lemeli bir motorunyanma ve egzoz emisyon karakteristiklerinin incelendi i birdi er çal mada, LPG’nin hem NOx emisyonunu hem de isemisyonunu kontrol alt na almak için dizel motorlarda yak tolarak kullan labilece i tespit edilmi tir [14-15]. LPG, safmetan ve CNG gaz-yak t kar mlar için çift yak tl motorunyanma ve vuruntu s rlar na duyarl adl bir çal madamotor h n, yükünün, pilot yak t püskürtme aç n, pilotyak t miktar n ve s rma oran n yanma gürültüsü,vuruntu, termik verim ve maksimum bas nç üstündeki etkisiincelenmi ve yanma gürültüsünün, vuruntu ve ate leme

rl klar n gaz çe itleri, motor tasar ve çal maparametreleriyle ili kili oldu u tespit edilmi tir [16-17]. Aynyazar ve arkada lar taraf ndan, esas yak t olarakdo algaz veya LPG’nin kullan ld bir dizel motorda pilotyak t olarak jojoba biyodizelinin kullan lmas ile motorunperformans n artt , gürültü emisyonunun azald ,yanma süresinin k sald ve vuruntu limitinin geni ledi itespit edilmi tir [18]. ndirekt enjeksiyonlu bir dizel motoruile hem saf dizel hem de dizel LPG ile tam yük ko ullar ndagerçekle tirilen performans testlerinde, çift yak t içersindekiLPG miktar n artt lmas n özgül yak t tüketimini, egzoz

gaz s cakl ve isi dü ürdü ü, ancak yanmam HC veCO gibi kirleticileri, maksimum silindir bas nc ve bas nçart oran yükseltti i tespit edilmi tir [19].

Bu çal mada, Türkiye ve Avrupa’n n bir çok ülkesinde bujiile ate lemeli motorlarda kullan lan a rl ksal olarak %30propan+%70 bütandan olu an LPG ve farkl özelliktekipilot dizel yak tlar n s rma ile ate lemeli, tek silindirli,hava so utmal bir motor performans ve egzozemisyonlar na etkisi deneysel olarak incelenmi tir.

2. Deney Düzene i ve Yöntem

Deney düzene i ekil 1’de görüldü ü gibi, elektrikli DC tipdinamometre, s rma ile ate lemeli motor, egzoz gazanalizörü ve duman ölçerden olu maktad r. Deneyler,detaylar Çizelge 1’de verilen tek silindirli bir dizel motor ilegerçekle tirilmi tir. Kullan lan DC dinamometre 4000d/d’da 10kW güç absorbe edebilmekte ve ayn zamandadeney motoruna ilk hareketi vermek için dekullan labilmektedir. Dinamometre yükü yük hücresikullan larak ölçülmü tür. S yak t motorun orijinal yak tenjeksiyon sistemi ile silindir içine püskürtülmü ve syak t tüketimi her çal mada motorun 10ml’lik yaktüketme süresi tespit edilerek ölçülmü tür. Gaz yak t ise

ekil 1’de görüldü ü gibi regülatör ve hassas vana ileayarlanarak sulu güvenlik ve alev tepme emniyetvalflerinden geçirilerek emme manifolduna verilmi ve gazyak t tüketimi ise a rl ksal olarak, 1g hassasiyetle ölçümyap labilen D KOMSAN JS-B marka elektronik tartcihaz yla tespit edilmi tir. Egzoz gaz s cakl k ölçümleri Ktipi termokupl ve dijital termometre ile yap lm r. Egzozemisyonlar n ölçülmesinde MRU DELTA 1600L egzozgaz analizörü ve MRU optrans 1600 duman ölçerkullan lm r. Deneysel çal ma s ras nda olas bir LPGgaz kaça tespit etmek için DRAGER MSI SENSIT HXGmarka gaz kaçak tespit cihaz kullan lm r. Ayr ca, olasalev tepmesi durumunda, alevin yak t tüpüne ula masönlemek amac yla sulu güvenlik aparat ve alev geri tepmevalfi kullan lm r.

Deneysel çal mada kullan lan setan say 49,8 (D49,8)ile setan say 55,6 (D55,6) olan iki çe it dizel ve LPGyak t özellikleri Çizelge 2 ve Çizelge 3’te verilmi tir.Deneysel çal ma, ön denemeler sonucunda belirlenen vedizel yak na LPG ilave etmeye imkan veren %20GKK’unda 1800 d/d da ilave yak t olarak LPG verilerek h zart sa lanmas eklinde yap lm r [16,18]. Bunun için%20 GKK’unda, motor D49,8 dizel yak yla yüksüzçal rken, dinamometre ile yüklenerek 1800 d/d’da kararlçal mas sa land ktan sonra kuvvet, s ve gaz yak ttüketimi ve süreleri, egzoz gaz s cakl (EGS), CO, CO2,HC, CO ve NOx emisyonlar kaydedilmi tir. Sonra GKKde tirilmeden D49,8’e 200’er d/d’l k h z art sa layacakekilde LPG ilave edilerek düzensiz çal ma ba layana

kadar çal maya devam edilmi ve her defas nda verilerkaydedilmi tir. D49,8+LPG çal mas tamamland ktansonra D55,6+LPG ve kar la rma yapmak amac ylaD49,8 saf dizel yak için de ayn ekilde deneylertekrarlanm r.

1952


ekil 1. Deney tesisat n ematik görünü ü (1- Dinamometre, 2- Deney Motoru 3- LPG Tüpü ve Elektronik Terazi, 4- SuluGüvenlik, 5- Hassas Vana, 6- Alev Tutucu, 7- Yak t Deposu, 8- Yak t Tüketimi Ölçme Düzene i, 9- Emisyon Ölçüm Cihaz , 10- s

Emisyon Ölçüm Cihaz , 11- Dinamometre Kontrol Panosu 12- Yük hücresi göstergesi)

Çizelge 1. Deney motoruna ait teknik özellikler.Model Katana KM 170 FMotor Tipi 4 Zamanl , tek silindirli, üstten supaplÇap x Strok 70 x 55 mmSilindir hacmi 224 cm³

rma Oran 18/1Yak t Sistemi Direkt püskürtmeMaksimum Ç Gücü 3,46 kWMaksimum Motor H 3600 d/dSo utma Sistemi Cebri Hava So utmal

Çizelge 2. Dizel yak tlar n teknik özellikleri.Yak n ad Yo unluk kg/m3 Kükürt (ppm) Tutu ma noktas (°C) Su içeri i (ppm) Setan indeksiD49,8a 0,8425 1670 62 132,18 49,8D55,6 0,828 22 60 87 55,6

a.Dizel yak t özellikleri: eyho lu Tic. Ltd. ti.’den al nm r (Shell / Atatürk Bulvar Karabük).

Çizelge 3. LPG yak n teknik özellikleri.Özellikler Propan-Bütan Miks LPGKapal Kimyasal Formülü C3H8 - C4H10 %30 C3H8+%70C4H10Molekül A rl (g/mol) 44,09 – 58,12 53,91Likid Halinde Birim Miks LPGb

Normal Kaynama Noktas °C -13Normal Erime Noktas °C -154Normal Parlama Noktas °C -74Özgül Kütle (15°C’da) kg/dm³ 0,561kg gaz n tam yanmas için gerekli hava miktar Nm³/kg 12,06Üst Is l De eri kJ/kg 49,398Alt Is l De eri kJ/kg 45,910

b. LPG yak t özellikleri: http://www.ipragaz.com.tr/docs/teknik.pdf

3. Deney Sonuçlar ve Tart ma

ekil 2’de %20 GKK’unda D49,8 saf dizel, LPG ve pilotdizel yak tlar ile artan motor h n tork ve güce etkisigörülmektedir. D49,8+LPG denemesinde, 1800 d/d’damotor sadece D49,8 dizel yak ile çal rken tork de eri3,43 Nm’dir. Emme manifolduna LPG verilerek, motordevri ile beraber motor torku da artm r. Motor h 2400d/d oldu unda motor torku 6,13 Nm olmu tur. 2400 d/dmotor h ve sonras nda motorun düzensiz çal mayaba lad , ayn zamanda motor torkunun da dü meyeba layarak 2500 d/d motor h nda 5,8 Nm’ye dü tü ügörülmü tür. Buna toplam yak t içerisindeki pilot dizel

yak n iyice azalmas n sebep oldu u dü ünülmektedir.%20 GKK’unda D55,6+LPG çal mas nda 1800 d/d motor

nda tork 3,63 Nm olmu tur. LPG’nin motoraverilmesiyle di er çift yak t çal mas na benzer ekilde birtork art oldu u ve performans n D49,8+LPG’liçal madan daha iyi oldu u gözlenmi tir. Daha iyiperformansa D55,6+LPG’nin di er dizel yak ta göre silindiriçersinde LPG’nin daha iyi yanmas sa lamas ndankaynakland dü ünülmektedir. Görüldü ü gibi, çift yak tlçal mada elde edilen tork D49,8 saf dizel yak ilesa lanan torktan dü üktür. Bu gaz yak n volümetrikverimi dü ürmesinden kaynaklanm olabilir. Torka baolarak hesaplanan güç de imi de tork de imine benzerolmu tur.

1953

http://www.ipragaz.com.tr/docs/teknik.pdf


0

1

2

3

4

5

6

7

1600 1800 2000 2200 2400 2600

Motor H (d/d)

Tork

(Nm

)

D49.8+LPGD55.6+LPGD49,8

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

1600 1800 2000 2200 2400 2600

Motor H (d/d)

Güç

(kW

)

D49.8+LPGD55.6+LPGD49,8

ekil 2. %20 GKK’da, sabit dinamometre yükü alt nda, 1800 d/d’da D49,8 veya D55,6 pilot dizel yak ile çal an motoraLPG ilavesinin motor torku ve gücüne etkisi (LPG oran =%0-94)

ekil 3’te %20 GKK’da 1800 d/d sabit h zda D49,8+LPGveya D55,6+LPG ile çal an motora LPG ilave edildi indeartan motor h na ba özgül yak t tüketimi ve egzoz gaz

cakl klar (EGS) de imleri görülmektedir. 1800 d/d’daD49,8+LPG çal mas nda, 477,65 g/kWh olan ÖYT, LPGmiktar n artmas yla beraber dü göstermi 2400 d/d’da308,46 g/kWh ve 2500 d/d’da 315,90 g/kWh olmu tur.Keza D55,6+LPG çal mas için de 1800 d/d da ÖYT452,74 g/kWh iken 2400 d/d’da 302,33 g/kWh ve 2500d/d’da 312,52 g/kWh olmu tur. D55,6 dizel yak n D49,8dizel yak na göre bir miktar dü ük özgül yak t sarfiyat nasahip oldu u belirlenmi tir. Saf D49,8 dizel yak ÖYT iseLPG pilot dizel yak nkinden dü ük olup bu konudayap lan çal malarla benzerlik arz etmektedir (18).

D49,8+LPG çal mas n egzoz s cakl klar D55,6+LPGçal mas ndan daha yüksek de erde olmu lard r. Buna,

D49,8+LPG çal mas nda tutu ma gecikmesinin dahafazla olmas ve yanman n geni leme zaman na daha çoksarkmas n sebep oldu u dü ünülmektedir. Her iki pilotyak t ve dizel yak t deneylerinde motor h art kçaEGS’ nda art oldu u tespit edilmi tir. Bu motor devrininartmas ile yak n yanabilece i sürenin k salmasnedeniyle yanman n egzoza sarkmas ndankaynaklanmaktad r. Çift yak tl çal mada devir artt kça,di er bir ifade ile hem yak t miktar hem de çift yak tiçerisindeki LPG oran artt kça EGS’ n D49,8 yak nagöre artt görülmektedir. Çift yak t ile çal mada EGS’ nözellikle yüksek devirlerde D49,8 yak na göre artgöstermesinin toplam yak t içerisindeki LPG oran nartmas ndan ve tutu ma gecikmesi süresi daha uzun olanyak n yüksek h zda yanmas n geni leme kursunasarkmas ndan kaynakland dü ünülmektedir.

0

100

200

300

400

500

600

1600 1800 2000 2200 2400 2600

Motor H (d/d)

ÖYT

(g/k

Wh)

D49,8+LPGD55.6+LPGD49,8

0

50

100

150

200

250

300

1600 1800 2000 2200 2400 2600

Motor H (d/d)

EGS

(°C

)

D49.8+LPGD55.6+LPGD49,8

ekil 3. %20 GKK’da, sabit dinamometre yükü alt nda, 1800 d/d’da D49,8 veya D55,6 pilot dizel yak ile çal an motoraLPG ilavesinin (LPG oran =%0-94) özgül yak t tüketimi ve egzoz gaz s cakl na etkisi

Dizel motorlar nda yak t demetinin civar nda kar mgenelde yerel olarak zengin olsa bile silindir içinde genelolarak kar m oran n fakir olmas , CO emisyonlar ndü ük olmas na neden olmaktad r. ekil 4 incelendi inde,1800 d/d motor h nda D49,8 veya D55,6 yak tlar ileçal mada nerdeyse birbirine e it olan CO emisyonu, LPGeklenmesiyle yakla k olarak 2100 d/d motor h na kadarartm r. D55,6+LPG di er çift yak ttan bir miktar dahafazla CO yay göstermi tir. 2200 d/d motor h ylabirlikte CO emisyonlar nda dü meler oldu u tespitedilmi tir. Motor h 2500 d/d’ya kadar ç kt kça COemisyonlar ba lang ç devrindeki de erlerin de alt na

inmi tir. Çift yak tl çal malarda motor h art kça, ilaveLPG yak n verilmesi H/Y oran iyice dü ürmekte COemisyonlar art rmaktad r. Ancak elde edilen sonuçlarunu göstermi tir ki, CO emisyonlar ndaki bu art , belli bir

motor h ndan sonra dü mektedir. Bunun sebebi, motordevrinin artmas ile türbülans olu mas ve yak n hava iledaha iyi kar arak daha iyi yanmas ve pilot dizel miktar nazalmas CO emisyonlar n dü mesine yard mcolmaktad r. Pilot yak tl dizel motor egzozunda COemisyonu D49,8 saf dizel yak na göre orta h zlara kadaryüksek oldu u ve bu h zdan sonra dü me e ilimindeoldu u görülmektedir. Dü ük h zlarda CO emisyonunun

1954


yüksek olmas na içeri giren LPG’nin geni leyerek içerigiren hava miktar dü ürmesi ve dü ük türbülans nsebep oldu u dü ünülmektedir.

00,05

0,10,150,2

0,25

0,30,35

1600 1800 2000 2200 2400 2600

Motor H (d/d)

CO

(%)

D49.8+LPGD55.6+LPGD49,8

ekil 4. %20 GKK’da, sabit dinamometre yükü alt nda,1800 d/d’da D49,8 veya D55,6 pilot dizel yakile çal an motora LPG ilavesinin (LPGoran =%0-94) CO emisyonuna etkisi

ekil 5’te görüldü ü gibi %20 GKK’da D49,8+LPG çiftyak ile HC emisyonunun D55,6+LPG’den biraz dahayüksek oldu u görülmektedir. D49,8 dizel yak n Sde eri D55,6 dizel yak n S de erinden dü üktür.Dolay yla TG süresi daha fazlad r. Ayr ca her iki çiftyak tl çal mada HC emisyonunun D49,8 dizel yak ndanbir hayli yüksek oldu u görülmektedir. Çift yak tl dizelmotor performans na gaz çe idi ve motor parametrelerininetkisi adl literatür de erlendirmesi çal mas nda; dizel

yak tla çal an motorlarda yanma dört kademedenolu urken, gaz dizel çift yak tla çal an motorlarda ise gazyak n da ayr bir tutu ma gecikmesi olmas nedeniyleyanman n be kademeden olu tu u, gaz yak n difüzyonyanma kademesinin geni leme kursuna sarkt ve buyüzden bir miktar gaz hava kar n oksijeneksikli inden yanma f rsat bulamayarak CO ve HCemisyonunu artt rabilece i ifade edilmi tir [20]. Dolay ileçift yak tl çal mada yüksek HC emisyonunun büyükoranda bu aç klanan sebeplerden kaynaklanddü ünülmektedir.

Dizel motorunda silindir içinde s halde bulunan yak tdamlas n içindeki H2 molekülleri h zl ekilde reaksiyonagirmekte, geriye kalan C yeterli miktarda oksijenbulamad ndan yanamayarak is partikülleri eklinde d arat lmaktad r [21]. s olu umunun ba ca nedeni dizelyak n silindir içinde yeterli hava bulamamas veyazaman nda h zla hava ile kar amamas vebuharla amamas r.

%20 GKK’unda 1800 d/d’da saf dizel yak tlar ileçal mada %5-6 seviyesinde olan is emisyonu çift yak tlçal malarda ilave edilen LPG etkisi ile motor devri artt kça(yak t içerisindeki LPG oran artmakta) is emisyonlar nönemli miktarda dü erek %1’in alt na kadar dü tü ü ekil5’te görülmektedir. D49,8+LPG çift yak di er çift yak ttanbiraz fazla de erde is yaym r. Bunda yak tlar n S ’lerininetkisi oldu u dü ünülmektedir.

0500

10001500200025003000350040004500

1600 1800 2000 2200 2400 2600

Motor H (d/d)

HC

(ppm

)

D49.8+LPGD55.6+LPGD49,8

0

1

2

3

4

5

6

7

1600 1800 2000 2200 2400 2600

Motor H (d/d)

s (N

)

D49.8+LPGD55.6+LPGD49,8

ekil 5. %20 GKK’da, sabit dinamometre yükü alt nda, 1800 d/d’da D49,8 veya D55,6 pilot dizel yak ile çal an motoraLPG ilavesinin (LPG oran =%0-94) HC ve is emisyonuna etkisi

Dizel motorlar nda azot oksit (NOx) olu umunu gazlar nbile imi ve s cakl klar belirler. NOx’in ekseriyeti, kontrolsüzyanma a amas nda olu maktad r. ekil 6’da çift yak tlçal malarda motor h n art lmas yla silindir içersindeki

cakl k ve bas nc n yükselmesiyle NOx olu umuartmaktad r. Burada D55,6+LPG çift yak di er çift yak tagöre daha az NOx yaym r. D49,8+LPG çal mas ndaNOx olu umunun daha yüksek olmas bu yak n S ’nindü ük olmas n tutu ma gecikmesini artt rmas ve aniyanma safhas nda s cakl n artmas ndan kaynaklandtahmin edilmektedir.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1600 1800 2000 2200 2400 2600

Motor H (d/d)

NO

x (p

pm)

D49.8+LPGD55.6+LPGD49,8

ekil 6. %20 GKK’da, sabit dinamometre yükü alt nda,1800 d/d’da D49,8 veya D55,6 pilot dizel yakile çal an motora LPG ilavesinin (LPGoran =%0-94) NOx emisyonuna etkisi

1955


4. Sonuçlar

Farkl özellikteki pilot dizel yak tlar ve LPG’nin motorperformans ve egzoz emisyonlar na etikisinin ara ldbu çal mada özet olarak a da belirtilen sonuçlaravar lm r.

Motor torku ve gücü, %20 GKK’unda belirli birdinamometre yükü alt nda çal an motorun silindir içersineLPG verilerek motora h z kazand ld nda elde edilen torkve güç D49,8 saf dizel yak ndan genel olarak dü ükolmaktad r. Dizel-LPG özgül yak t tüketimi de dizel yak nagöre yüksek olmaktad r.

CO ve HC emisyonlar toplam yak t içerisindeki LPG oranartt kça saf dizel yak na göre önemli miktardaartmaktad r. NOx emisyonlar ise LPG oran artt kçaartmakla beraber yine de saf dizel yak ndan dü ükkalmaktad r.

Dizel yak na LPG ilave edilmesi saf dizel yak na göreEGS’ artt rmaktad r.

s emisyonlar , LPG miktar n ve motor devrininartmas yla önemli miktarda azalmaktad r.

Kaynaklar

[1] Weaver, CS., Natural gas vehicle—a review of thestate of the art. SAE 1989, Paper 892133.

[2] Abd Alla, GH., Soliman HA., Badr OA and Abd RabboMF., Effect of pilot fuel quantity on the performance ofa dual fuel engine, Energy Conversion andManagement, 41, 559–72, 2000.

[3] Nwafor, OMI., Effect of choice of pilot fuel on theperformance of natural gas in diesel engines, RenewEnergy, 21, 495–504, 2000.

[4] Lee, CS., Lee, KH. and Kim, DS., Experimental andnumerical study on the combustion characteristics ofpartially premixed charge compression ignition enginewith dual fuel, Fuel, 82, 553–60 2003.

[5] Papagiannakis, R.G.and Hountalas, D.T.,Experimental investigation concerning the effect ofnatural gas percentage on performance and emissionsof a DI dual fuel diesel engine, Applied ThermalEngineering, 23, 353–365, 2003.s

[6] Papagiannakis, R.G.and Hountalas, D.T., Combustionand exhaust emission characteristics of a dual fuelcompression ignition engine operated with pilot Dieselfuel and natural gas, Energy Conversion andManagement, 45, 2971–2987, 2004.

[7] Carlucci, AP., Ficarella, A., Laforgia, D., Experimentalcomparison of different strategies for natural gasaddition in a common rail diesel engine, In:Proceedings of FISITA 2004, Barcelona, Spain, May23–27, Paper F2004V136, 2004.

[8] Huang, Z., Shiga, S., Ueda, T., Nakamura, H., Ishima,T., Obokata, T, et al., Effect of fuel injection timingrelative to ignition timing on the natural gas direct-injection combustion. J Eng Gas Turbine Power,125,783–90, 2003.

[9] Nwafor, O.M.I., Effect of advanced injection timing onemission characteristics of diesel engine running onnatural gas, Renewable Energy, 32, 2361–2368, 2007.

[10] Papagiannakis, R.G., Hountalas, D.T. andRakopoulos, C.D., Theoretical study of the effects of

pilot fuel quantity and its injection timing on theperformance and emissions of a dual fuel dieselengine, Energy Conversion and Management, 48,2951–2961, 2007.

[11] Carlucci A.P., de Risi A., Laforgia D., Naccarato F.,Experimental investigation and combustion analysis ofa direct injection dual-fuel diesel–natural gas engine,Energy 33 (2008) 256–263.

[12] Abd Alla, GH., Soliman, HA., Badr, OA. and AbdRabbo, MF., Effect of injection timing on theperformance of a dual fuel engine, Energy Conversionand Management, 41, 269–277, 2002.

[13] Çarman, K., Salman, S., ve Ciniviz, M.,) DizelMotorlar nda Dizel Yak +LPG Kullan nPerformans Ve Emisyona Etkisi, Selçuk-Teknik OnlineDergisi/Issn 1302- 6178, 2001.

[14] Qi, D H., Bian, YZH., Ma, ZHY., Zhang, CHH, and Liu,SHQ., Combustion and Exhaust EmissionCharacteristics of A Compression Ignition EngineUsing Liquefied Petroleum Gas-Diesel Blended Fuel,Energy Conversion And Management Volume 48,Issue 2, Pages 500-509, 2007.

[15] Saleh, H.E., Effect of variation in LPG composition onemissions and performance in a dual fuel dieselengine, Fuel, 87, 3031–3039, 2008.

[16] Selim, M.Y.E., Sensitivity Of Dual Fuel EngineCombustion And Knocking Limits To Gaseous FuelComposition, Energy Conversion And Management,45, 411–425, 2004.

[17] Selim, M.Y.E., Effect Of Engine Parameters AndGaseous Fuel Type on The Cyclic Variability of DualFuel Engines, Fuel, 84 (2005) 961–971, 2005.

[18] Selim, M.Y.E., Radwan M.S. and Saleh, H.E.,Improving The Performance of Dual Fuel EnginesRunning on Natural Gas/LPG by Using Pilot FuelDerived From jojoba seeds, Renewable Energy, 33,1173-1185, 2008.

[19] Pirouzpanah, V. and Barkhordarion, A.M., Dual-Fuelling of An Industrial Indirect Injection DieselEngine by Diesel and Liquid Petroleum Gas,Department of Mechanical Engineering, Universityof Tabriz, Iran,1995.

[20] Sahoo, B.B., Sahoo, N. ve Saha, U.K., “Effect ofengine parameters and type of gaseous fuel on theperformance of dual-fuel gas diesel engines—A criticalreview”, Renewable and Sustainable Energy Reviews,In Press, Corrected Proof, Available online 1 October2008.

[21] Abdel-Rahman, A. A., 1998. On The Emissions FromInternal-Combustion Engines: A Review. InternationalJournal Of Energy Research. Int. J. Energy Res.,22;483-513.

1956


ATIK TAŞIT TEKERLEĞİNDEN TÜRETİLEN YAKITIN DİZEL MOTOR PERFORMANSINA VE EMİSYONLARA ETKİSİ

THE EFFECT OF SCRAP TYRE FUEL

ON DIESEL ENGINE PERFORMANCE AND EMISSIONS

Oğuzhan DOĞANa*, Bülent ÖZDALYANa Coşkun DÖRTBÖLÜKa, Şennur CANDANa, Ercan CANDANa

a Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye E-posta: [email protected], [email protected],

[email protected], [email protected], [email protected]

Özet Bu çalışmada, taşıtların atık tekerlek lastiklerinden elde edilen Atık Lastik Yağı (ALY), Standart Dizel Yakıtı (SDY) ile %50 hacimsel oranında karıştırılmış ve 4 zamanlı-tek silindirli direkt püskürtmeli dizel bir motorda test edilmiştir. Motor deneyleri, standart dizel yakıtına %50 hacimsel oranında ALY ilave edilerek, motor tam yükte çalışır durumda iken değişik motor hızlarında gerçekleştirilmiş ve sonuçlar standart dizel yakıtlı motor çalışması ile karşılaştırılmıştır. Motorun yakıt sistemi ile ilgili değişiklik yapılmaksızın gerçekleştirilen deneyler, dizel motorun %50 ALY+ %50 SDY karışım oranlarına kadar çalışabildiğini, ALY+DY karışımlı dizel motor çalışması ile %100 dizel yakıtlı motor çalışmasının performans ve emisyonlar açısından bir birine yakın olduğunu göstermiştir. Anahtar kelimeler: Atık Taşıt Tekerleği, Atık Lastik Yağı, Dizel Yakıt, Emisyon, Performans Abstract In this study, the tests have been carried out to evaluate the performance and emissions of a single cylinder direct injection diesel engine fueled with 50% of scrap tyre fuel (STF) blended with diesel fuel (DF). Engine tests performed under full load and at different engine speed intervals with 50%SPF–50%DF blends without modifying the engine fuel system. The results are compared with the engine fueled with 100%DF. Test results showed that the engine can run up to 50%SPF–50%DF blends succesfully. Test engine with 50%SPF–50%DF blends and engine with DF, showed similar results in performance and in emission aspects. Keywords: Scrap Tyre, Scrap Tyre Oil, Diesel Fuel, Emission, Performance 1. Giriş Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde, trafikteki araç sayısının artışına paralel olarak üretilen atık taşıt lastik miktarı da artmaktadır. Atık taşıt lastikleri, uygun bir şekilde değerlendirilmediği takdirde hem çevresel hem de görüntü kirliliğine sebep olurlar. Bunun da ötesinde kontrolsüz bir biçimde yakıldığında özellikle hava kirliliği açısından çevresel bir tehlike oluşturabilirler. Ayrıca en büyük zorluklardan birisi, atık tekerlek lastiklerinin çevreye zarar vermeden kontrol altında tutulmasıdır.

Atık tekerlek lastiği dünya genelinde bir problemdir. Dünyanın birçok yerinde, herhangi bir yasal düzenek olmaksızın istiflenen atık lastik miktarı, insan ve çevre sağlığını tehdit etmektedir. Bundan dolayı endüstrileşmiş ülkeler tarafından gerekli yasal düzenlemeler başlatılmıştır. Bu yasal düzenlemeler ülkeden ülkeye değişiklik göstermesine rağmen, çevrenin güvenli kullanımını sağlamakta, herhangi bir yerde depolanan atık taşıt lastik miktarını kısıtlamakta ve atık taşıt lastiğinden elde edilen ürünlerin kullanımını teşvik etmektedir. Bundan dolayı, atık taşıt lastiklerinin geri dönüşümü tercih edilen bir işlem olmuştur. Atık taşıt lastiklerinin geri dönüşümünde, uygun yöntemler kullanılması ile fosil kökenli bir enerji kaynağına dönüştürülerek iyi bir alternatif yakıt olma potansiyeli de taşırlar. Çünkü kömür, petrol, doğal gaz gibi atık taşıt lastikleri de hidrokarbonlardan (HC) oluşur. %90’dan fazlası organik olan ve ısıl değeri 32,6–42,8 MJ/kg aralığında değişebilen atık taşıt lastiği, ısıl değeri 18,6–27,9 MJ/kg aralığında değişen kömürden daha fazla ısıl değere sahiptir. Bundan başka çeşitli işlemler sonucunda ısıl değeri yaklaşık 45 MJ/kg olan dizel yakıtının ısıl değerine de yaklaşabilirler. Daha önceki yıllarda yapılan çalışmalarda, tek silindirli direkt püskürtmeli 4 zamanlı dizel bir motorda yapılan deneylerde, atık taşıt lastiklerinden elde edilen atık lastik yağı (ALY), standart dizel yakıtı ile değişik hacimsel oranlarda karıştırılarak, motor performansı ve emisyonları incelenmiştir [1]. HC emisyonlarında önemli ölçüde iyileşmeler tespit edilirken, CO, NOX, CO2 emisyonlarında fark edilebilir bir değişiminin olmadığı rapor edilmiştir [1]. Yapılan diğer çalışmalarda ise motor performansında önemli bir değişim gözlenmez iken, CO emisyonlarının kayda değer ölçüde etkilenmediği, NOX emisyonlarının azaldığı, HC ve is emisyonlarının arttığı ifade edilmiştir [2-5]. Bu çalışmada ise, taşıtların atık tekerlek lastiklerinden elde edilen Atık Lastik Yağı (ALY), Standart Dizel Yakıtı (SDY) ile %50 hacimsel oranında karıştırılmış ve 4 zamanlı-tek silindirli direkt püskürtmeli hava ile soğutmalı dizel bir motorda tam yük altında ve farklı motor hızlarında test edilmiştir. Testler sonucunda, ALY+DY karışımlı dizel motor çalışması ile %100 dizel yakıtlı motor çalışması performans ve emisyonlar açısından birbirleri ile karşılaştırılmıştır.


1957

Doğan, O., Özdalyan, B., Dörtbölük, C., Candan, Ş., Candan, E.

2. Deneysel Çalışmalar Atık taşıt tekerlek lastiğinden ALY elde etme sürecinin işlem basamakları Şekil 1’de şematik olarak verilmiştir. Çelik tellerden arındırılan atık taşıt lastiği 1 cm2 ebatlarında dilimlenerek yıkama işlemine tabi tutulur. Kurutma işleminin ardından oksijensiz ortamda ve uygun sıcaklıklarda piroliz işlemi uygulanarak sıvı halde ham atık lastik yağı elde edilir.

Şekil 1. Atık Lastik Yağı Elde Etme İşlemi Deney düzeneğinin şematik görünümü, Şekil 2’de görülmektedir. Test yakıtlarının ve deneysel çalışmalarda kullanılan motorun özellikleri sırası ile Tablo 1 ve Tablo 2’de verilmiştir.

Şekil 2. Deney Düzeneği

Tablo 1. ALY ve Dizel yakıtlarının özellikleri.

Özellik Dizel Ham ALY Yoğunluk, @ 15 oC kg/m3 830 876

Kinematik Viskozite, cSt 2 1,6

Kül 0,01 0,005

Atık Karbon, % 0.035 0.17

Motoru yüklemek için 18 KW’a kadar güç yutabilen dinamometre kullanılmıştır. Motor momenti, yük hücresi ekranındaki kuvvet değerinden hesaplanmıştır. Motorun tükettiği yakıt miktarı, volümetrik olarak büret ve kronometre ile ölçülmüştür. Egzoz gaz sıcaklığının ölçümünde, dijital sıcaklık göstergesine bağlantılı bir termokupul kullanılmıştır. NOX/HC/CO/CO2 emisyonlarını ölçmek için RAM egzoz gaz analiz cihazı kullanılmıştır. İs emisyonları ise RAM marka opasimetre ile ölçülmüştür. İlk olarak, daha önceden belirlenen motor hızlarında (1800-2200-2600-3000-3400 dev/dk), tam yükte, motor kararlı çalışma sıcaklığına ulaştıktan sonra, motor deneyleri gerçekleştirilmiştir. Önce %100 standart dizel yakıtı

Tablo 2. Deney motoruna ait teknik özellikler

yukarda belirtilen şartlar altında test edilmiştir. Daha sonra (%50 Dizel+%50 ALY) yakıtı test edilmiştir.

Model Katana KM 170 F Genel Bilgiler tırma ile

üskürtmeli, Dört zamanlı, sıkışateşlemeli, direkt phava soğutmalı, tek silindirli

Çap (mm) x Kurs Boyu (mm)

nı 20/1

ı 23

70x50

Sıkıştırma Ora

Maksimum Çıkış Gücü @ 3000 dev/dk (kW) Enjeksiyon Zaman(oKMA)

2.8

De onucunda motor dinamometresinden motor

omenti, yakıt tüketimi, egzoz gaz sıcaklığı, egzoz analiz

otor momentine ve özgül yakıt ketimine etkisi Şekil 2’de gösterilmiştir. Özellikle orta

neyler smcihazından NOX/HC/CO/CO2, ve opasimetre cihazından is emisyon değerleri elde edilmiştir. Deneylerin bitiminde, motorun test yakıtlarının tamamen temizlenmesi için, motor bir süre dizel yakıt ile çalıştırılmıştır. 2.1. Motor Performansı Test edilen yakıtların mtümotor hızlarında %50 ALY yakıtı, standart dizel yakıtına yakın bir performans göstermektedir. Dizel yakıtına %50 ALY ilavesi, az da olsa motor performansını artırmıştır. Motor performansındaki küçük ölçekli değişimlerin püskürtülen yakıtın, yanma odasında farklı yayılma hızlarından kaynaklandığı düşünülmektedir.

Şekil 2. Moment ve özgül yakıt tüketiminin (Sfc) değiş i T enzerdir. Standart dizel yakıtına %50 oranına kadar ALY

im

est edilen yakıtın yakıt özellikleri standart dizel ilebilavesinin özgül yakıt tüketimini önemli ölçüde etkilemediği görülmektedir.

Şekil 3. Egzoz sıcaklığının değişimi

1958


Tam yük est edilen

.2. Egzoz Emisyonları

ilindir içi sıcaklıkları, NOX oluşumunda önemli rol oynar.

altında değişik motor hızlarında tyakıtların egzoz gaz sıcaklığına etkisi Şekil 3’de görülmektedir. Dizel yakıtına ALY ilavesi egzoz gaz sıcaklığını bir miktar artırmıştır. Egzoz gaz sıcaklıklarını püskürtülen yakıtın viskozitesi, püskürtülen yakıtın silindir içerisinde yayılması ve silindir içerisinde açığa çıkan ısı miktarı parametreler etkiler [6]. Bunun yanında yakıt içeriğindeki atık karbon miktarı da egzoz sıcaklığını etkiler. 2 SYanma sonu sıcaklığının yüksek oluşu, NOX oluşumunu artırır. Bundan başka, karışım oranı stokiyometrik orana yakın fakir bölgede ise, daha fazla NOX oluşumu gözlenir [7]. Motor tam yük altında çalışırken, değişik motor hızlarında elde edilen NOX emisyonları Şekil 4’de görülmektedir. Standart dizel yakıtına %50 ALY ilavesi özellikle yüksek motor hızlarında NOX oluşumunu bir miktar artırmıştır.

Şekil 4. NOX emis nlarının değişimi

HC emisyonlarının kar laştırılması Şekil 5’de is

yo şı

görülmektedir. Yanmamış hidrokarbon em yonlar eksik yanmanın bir sonucudur. %50 ALY test yakıtı standart dizel yakıtına göre özellikle yüksek hızlarda daha az HC emisyonu ürettiği gözlemlenmiştir.

Şekil 5. HC emisyonlarının değişimi

Şekil 6. CO ve CO2 Emisyonlarının Değişimi

Şekil 6’ CO2

da test edilen yakıtlardan elde edilen CO veemisyonlarının karşılaştırılması görülmektedir. Genellikle dizel motorlar fakir karışımlarla çalıştıkları için, CO emisyonları daha düşüktür. Standart dizel yakıtına ALY ilave edilmesi CO emisyonlarını önemli ölçüde etkilemediği tespit edilmiştir. Bununla birlikte CO2 emisyonlarının arttığı gözlemlenmiştir.

Şekil 7. İs emisy arının değişimi

yonları, egzoz sisteminde asılı haldeki katı

. Sonuç ve Öneriler

tandart dizel yakıtına ALY ilavesi ile yapılan deneysel

run %50 ALY+ %50 Dizel karışım oranlarına

ALY ilavesinin, az da olsa motor

inin önemli ölçüde değişmediği, rını

yrıca egzoz emisyonlar açısından; ilave edilmesinin NOX

ilave edilmesinin HC emisyonlarını

tkilemediği,

k motor hızlarında is

onl

İs emispartiküllerdir. Tutuşma gecikmesi süresi uzun ve yakıt içerisindeki aromatik miktarın sabit olduğu yakıtlar, yüksek yüklerde, daha az is emisyonu üretirken daha fazla NOx emisyonu ortaya çıkarırlar [8]. Bunun yanında yakıt içerisindeki setan sayısının sabit tutulup, aromatik içeriğin artırılması, yüksek yükteki is emisyonu oluşumunu artırır. Daha yüksek is emisyonu oluşumu, yanmamış veya kısmen yanmış hidrokarbonlardan da kaynaklanır. Şekil 7’de test yakıtından elde edilen is emisyonlarının karşılaştırılması görülmektedir. Standart dizel yakıtına %50 oranında ALY ilave edilmesi is emisyonlarını düşük motor hızlarında iyileştirirken, yüksek motor hızlarında artırmaktadır. 3 Ssonuçlardan; • Dizel moto

kadar çalışabildiği, • Dizel yakıtına %50

performansını artırdığı ve motor gücünü de aynı oranda etkilediği,

• Özgül yakıt tüketim• Dizel yakıtına ALY ilavesinin egzoz sıcaklıkla

artırdığı gözlenmiştir. A• Standart dizel yakıtına %50 ALY

emisyonlarını önemli ölçüde etkilemediği, ancak yüksek motor hızlarında NOX emisyonlarını bir miktar artırdığı,

• %50 ALYetkilemediği, ancak yüksek motor hızlarında HC emisyonlarını bir miktar artırdığı,

• CO emisyonlarını önemli ölçüde e• CO2 emisyonlarını artırdığı, • Özellikle orta ve düşü

emisyonlarını azalttığı anlaşılmaktadır.

1959


4. Teşekkür

u çalışmayı, bu projede görev yapan ve bir trafik kazası

aynaklar

edy, D. Rathinaraj, Exhaust Emissions and

[2] an, A

[3] . Ramaswamy, G. Nagarajan,

[4] an, M.C. Ramaswamy, G. Nagarajan, The

[5] y, G. Nagarajan,

[6] eddy KV, Ganesan V.

[7] Internal combustion engines

[8] ber and

Bsonucu aramızdan ayrılan değerli öğrencimiz Coşkun DÖRTBÖLÜK ’e atfediyoruz. K

] Z. R. Kenn[1Performance of Diesel Engine Fuelled with Tyre Based Oil Blends, IE(I) Journal-MC, Vol 88, April 2007. S. Murugan, M.C. Ramaswamy, G. NagarajComparative Study on The Performance, Emission and Combustion Studies of a DI Diesel Engine Using Distilled Tyre Pyrolysis Oil–Diesel Blends, Fuel 87 (2008) 2111–2121. S. Murugan, M.CPerformance, Emission and Combustion Studies of a DI Diesel Engine Using Distilled Tyre Pyrolysis Oil-Diesel Blends, Fuel Processing Technology 89 (2008) 152-159. S. MurugUse of Ttyre Pyrolysis Oil in Diesel Engines, Waste Management xxx (2008) xxx–xxx. S. Murugan, M.C. RamaswamInfluence of Distillation on Performance, Emission, and Combustion of a DI Diesel Engine, Using Tyre Pyrolysis Oil Diesel Blends, Thermal Science: Vol. 12 (2008), No. 1, pp. 157-167. Bhandodaya Reddy G, RUtilisation of non edible oil in diesel engine. In Proceedings of national conference in I.C engines; 2001. p. 211–16. Heywood JB. fundamentals. McGraw Hill Publications; 1988. Kidoguchi Yoshiyuki. Effects of fuel cetane numaromatics on combustion process and emissions of a direct injection diesel engine. JSAE 2000;21:469–75.

1960



ARASOĞUTMALI-TURBOŞARJ DİZEL MOTORLARDA BİLGİSAYAR DESTEKLİ PERFORMANS ANALİZLERİ

COMPUTER AIDED PERFORMANCE ANALYSIS OF INTERCOOLING-TURBOCHARGED DIESEL ENGINES

Abdullah UZUNa, *, Fahri VATANSEVERb

a, * Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, E-posta: [email protected] b Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet Bilgisayar teknolojisindeki hızlı gelişmeler, insan hayatının her alanına girmektedir. Bilgisayarların sunduğu büyük kolaylıklardan biri de eğitim hayatına sağladığı katkılardır. Bilgisayar; ileri seviye matematiksel ve teknik analizlerin gerçekleştirilmesi, görsel çizim ve efektlerin oluşturulması, hareketlerin kazandırılması, tasarımların gerçekleştirilmesi gibi birçok avantajlar sunmaktadır. Bilgisayar destekli eğitimin faydaları ortaya çıktıkça, daha çok yaygınlaşmakta ve kalıcı öğrenim için görsel materyallerin kullanımı da zorunluluk haline gelmektedir. Bu çalışmada arasoğutmalı-turboşarj dizel motor için hem teknik analizler yapmak hem de eğitim amaçlı kullanılabilecek bir program Delphi ortamında tasarlanmış ve örnek uygulamalar gerçekleştirilmiştir. Böylece hem teknik analizlerde hem de öğretim aşamalarında parametre değişimlerinin sonuçlara etkileri, görsel ve karşılaştırmalı olarak incelenebilmekte, optimum verim ve çalışma şartları için değerler elde edilebilmektedir. Anahtar kelimeler: Dizel motor, arasoğutma, simülasyon, analiz, performans Abstract Development of computer technologies almost has entered all area of human life. One of the computer’s advantages is contribution of education life. Computer is using in advance level mathematic, technical analysis, driving and animation effects. When advantages of computer come out visual materials have to use and extend in education area. In this study intercooling-turbocharged diesel engine parameters are calculated via technical analysis and also design to programme in Delphi for education then to realize in sample exercises. Thus, it can obtain and examination visual and comparative results in this work condition. Keywords: Diesel engine, intercooling, simulation, analysis, performance 1. Giriş Bilgisayar dünyasındaki hızlı gelişmeler, insan hayatını olumlu yönde etkilemekte ve birçok kolaylıklar sunmaktadır. Bilgisayar ile ileri seviye matematiksel ve teknik analizlerin gerçekleştirilmesi, görsel çizim ve efektlerin oluşturulması, hareketlerin kazandırılması, tasarımların gerçekleştirilmesi gibi birçok avantajlar sunmaktadır.

Motor parametrelerinin analizi, makine mühendisliğinin temel alanlarından birisidir. Karmaşık motor analizlerinin elle gerçekleştirilmesi çok zordur. Ayrıca birçok değişken koşul ve parametrelerin sonuca etkilerini belirlemek için çok ayrıntılı hesaplamalar gerektirmektedir. Aynı şekilde öğrencilere bu analizlerin iyice kavratılması, bu eğitim dalının temel hedeflerindendir. Bu çalışmada tasarlanan analiz programı ile çok değişik koşullar altında motor analizleri; doğru, hızlı ve kolay bir şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Ayrıca parametre değişimlerinin sonuca etkileri hem sayısal hem de grafiksel olarak görülebilmektedir. Böylece teknik personelin ve öğrencilerin analizleri gerçekleştirmesi/öğrenmesi büyük oranda kolaylaşmaktadır. 2. Arasoğutma-Turboşarj Dizel Motor Analizi Aşırı doldurmalı motorlarda sıcaklık artışı sebebiyle motora emilen havanın yoğunluğu ve bunun tabii sonucu olarak da emilen hava miktarı azalmaktadır. Doldurucu havası yoğunluğunda, dolayısıyla motor emme havası miktarında ve motor gücündeki bu azalmanın önüne geçmek için doldurucu çıkış havası motora gönderilmeden önce soğutulmalıdır. Bu soğutma aynı zamanda sıkıştırma başı sıcaklıklarının, dolayısıyla genel sıcaklık seviyesinin yükselmemesi için de gereklidir. Doldurucu çıkış havasının soğutulması (arasoğutma) sonucu, aynı doldurma basıncı için, motora emilen havanın miktarı arttığından, ulaşılan ortalama efektif basınç da büyümekte ve hem mekanik verim göreceli olarak büyüdüğü ve hem de düşen sıcaklıklar ile ısı kaybı azaldığı için motor verimi de artmaktadır [1]. Arasoğutucular üç kısımdan meydana gelirler:

a) Tüpler b) Kanatçıklar c) Hava giriş-çıkış hazneleri

Arasoğutucu peteğinden geçen havayı kılcallaştırarak ısıyı kanatçıklara aktaran hava kanallarına tüp denir. Yuvarlak, yassı ve oval kesitli olabilirler. Malzeme olarak bakır ve alüminyumdan (alaşım olarak) yapılırlar. Tüp iç kesitleri türbülansı arttırmak amacıyla türbülatörlü (iç kanatlı) olarak imal edilebilmektedir. Bu tür soğutucularda hava hızı yaklaşık olarak 11 m/sn ve soğutucu su ise, su hızı 0.75 m/sn değerlerindedir. Arasoğutucular ağır yük ve yolcu taşıtlarında, demiryolu araçlarında, gemilerde ve az da olsa otomobillerde

1961

Uzun, A. ve Vatansever, F.

(özellikle yarış otolarında) kullanılmaktadır. Arasoğutma işlemi:

a) Motorun soğutma sistemine bağlı bir su soğutmalı ısı değiştiricisi ile,

b) Motorun soğutma sisteminden bağımsız bir su soğutmalı ısı değiştiricisi ile,

c) Hava soğutmalı bir ısı değiştiricisi ile, d) Bağımsız vantilatörü olan (tip-türbine) hava

soğutmalı ısı değiştiricisi ile yapılmaktadır. Ara soğutucu egzoz gazlarından aldığı enerji ile dönen türbin miline akuple kompresör, atmosferden aldığı havayı (atmosfer basıncından) yüksek bir basınçla emme manifolduna göndermektedir. Bu arada yüksek basınç ve kazanmış olduğu hız ile artan sıcaklığından dolayı yoğunluğu azalmış, içerdiği oksijen miktarı düşmüştür. Emme manifolduna girmeden önce bir ısı eşanjörü ile havanın bünyesindeki ısı, atmosfere transfer edilerek soğutulmaktadır. Böylece hava miktarında artma ve soğuma temin edilerek;

a) Yakıt ekonomisinin geliştirilmesi, b) Motor gücünün arttırılması, c) Motor dayanıklılığının arttırılması, d) İyi bir yanma ile motor gaz emisyonlarının

azaltılması,

özellikleri iyileştirilmiş olur. Yüklü bir kamyon türbo şarjından 300 °F (149 °C) sıcaklığında çıkan havanın sıcaklığı, hava soğutmalı bir ara soğutucudan çıktıktan sonra 110°F (43,3 °C)' ye kadar düşürülebilmektedir [2]. Aşırı doldurmalı motorlarda, doldurucu çıkışındaki hava soğutucunun ara soğutucu (intercooler )'da soğutulması, ısı eşanjörlerinin çalışma prensibi ile ,su-hava, veya hava- hava etkileşimi ile gerçekleşmektedir [3]. Arasoğutucu (intercooler) hesaplamalarında dizayna yönelik ve verime yönelik hesaplamalar vardır. Dizayna yönelik hesaplar çok geniş ve birçok faktör etkili olduğundan optimizasyon gerektiren hesaplardır. Verime yönelik hesaplamalar için, motor ve turbo doldurma ile ilgili bilgilerin yanısıra, arasoğutucu boyutları, ağırlığı, malzemesi ile ilgili bilgiler ve test sonucu değerleri yeterlidir. Bu tür hesaplamalar daha kolay olmakla birlikte, deney düzeneği gerektirmektedir. Arasoğutucu ile ilgili değerlerin hesaplanması için, arasoğutucu giriş ve çıkış değerlerinin bilinmesi gerekir. Arasoğutucuya gelen hava, aşırı doldurma sisteminden alınmaktadır. Tasarlanan programda analizler, Şekil 1’deki sistem için Tablo 1’de verilen eşitlikleri kullanarak gerçekleştirmektedir [4].

Şekil 1. Sistemin blok diyagramı [4]

1962


Tablo 1. Tasarlanan programdaki analizlerin yapılmasında kullanılan eşitlikler

Parametreler Denklem Efektif güç

)(13337

.kW

nFPe =

Açısal Hız )/(

60

2srad

ne

πϖ =

Moment )(Nm

PM

e

ee

ϖ=

Kütlesel yakıt debisi )/(

10..3

skgt

vm

y

y∆

∆=

−ρ

&

Özgül Yakıt Tüketimi )/(

3600kWhkg

P

mb

e

ye

&

=

Birim zamanda yakıt ile giren toplam enerji )(kWHmQ uyT&& =

Efektif verim

T

ee

Q

P

&=η

Teorik hava miktarı )/(...., skgniVZm hHtH ρ=&

Gerçek hava miktarı )/().(.182,72/12

, skghdm HHrH ∆=&

Volumetrik Verim

tH

rHv

m

m

,

,

&

&=η

Hava fazlalık katsayısı ( )

min

, /

h

mm yrH&&

=λ

Motor soğutma suyuna ısı transferi )/(),)(( ,,,, sJWTTCmQ iwowpwmwm −= &&

Egzoz gaz akışı )/( skgmmm airyex&&& +=

Türbin öncesi egzoza giren enerji miktarı ))(( ,, WTTCmQ airiexexpexex −= &&

Türbine giden enerji miktarı ))(( ,,, WTTCmQ oexiexexpextur −= &&

Teorik iş miktarı )(, kWQQW exTti&& −=

Teorik adyabatik verim

T

tiadt

Q

W

&

,

, =η

İndike verim

T

rii

Q

W

&

,=η

Organik verim

ti

riorg

W

W

,

,=η

Arasoğutucuya havadan transfer edilen ısı miktarı )()( ,,,, kWTTCmQ ASoHiHHpHhAs −= &&

Arasoğutucudan suya transfer edilen ısı miktarı )()( ,,,,, kWTTCmQ ASiwowwpASwwAs −= &&

Arasoğutucudan soğutucu akışkan ve çevreye transfer edilen ısı miktarı )(,, kWQQQ envwAshAs&&& +=

Arasoğutucuda çevreye transfer edilen ısı miktarı ))(.(. , kWTTAhQ airavrhenv −=&

1963


3. Simülasyonlar Delphi ortamında [5] tasarlanan program ile gerçekleştirilen analizlere ait örnek simülasyon ekranları Şekil 2’de verilmektedir. Şekil 2a’da efektif güç ve momentum analiz ekran sekmesi görülmektedir. Burada giriş parametrelerine göre efektif güç ve momentumlar

hesaplanmaktadır. Ayrıca efektif güç ve momentumun ilgili parametrelere göre, kullanıcının belirleyeceği aralıklardaki değişimi grafiksel olarak izlenebilmektedir. Benzer şekilde Şekil 2b’de kütlesel yakıt akışı, özgül yakıt tüketimi, toplam giriş yakıt enerjisi ve efektif verim hesaplamaları ve değişimleri hem sayısal hem de grafiksel olarak kullanıcılara sunulabilmektedir.

1964


Şekil 2. Örnek simülasyon ekran görüntüleri 4. Sonuçlar Gerçekleştirilen çalışmada arasoğutmalı-turbosarj dizel motorların analizi için program tasarlanmıştır. Tasarlanan programla analizler kolaylıkla ve yüksek doğrulukla gerçekleştirilebilmektedir. Ayrıca eğitim kurumlarında öğrencilerin bu konudaki teknik bilgileri kavramaları ve analizleri gerçekleştirebilmeleri için de verimli bir şekilde kullanılabilir. Kaynaklar [1] Heywood, J.B., 'Internal combustion Engine

Fundamentals', 1988.

[2] Mack Technical Bulletin, 'Econdyne Fuel Efficiency- Mack's New Chassis-Mounted Charge-Air Cooling ', Page 3-7, March, 1996.

[3] Ergeneman, M., 'İçten Yanmalı Pistonlu Motorlarda Aşırı Doldurma', İTÜ, İstanbul, 1990.

[4] Borat, O., Balcı, M., Sürmen, A., ' İçten Yanmalı Motorlar ' , Cilt - 1 , 3. Baskı, G. Ü. Teknik Eğitim Fakültesi, Ankara , 1994.

[5] www.borland.com

1965


BULANIK UZMAN SİSTEM TASARIMIYLA BENZİNLİ BİR MOTORUN PERFORMANS VE EMİSYON KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ

DEFINITION OF GASOLINE ENGINE PERFORMANCE AND EMISSION

CHARACTERISTICS BY FUZZY EXPERT SYSTEM

Şakir Taşdemira,* Novruz Allahverdib

a, * Selçuk Üniversitesi Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, 42075, Kampus-Konya, E-posta:[email protected] b Selçuk Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi 42079, Kampus-Konya, E-posta:[email protected]

Özet Bu çalışmada, Briggs and Stratton Vanguard marka,1 silindirli, silindir hacmi 182 cm3 olan benzinli bir motorun performans ve emisyon karakteristiklerinin belirlenmesi için Matlab yazılımı kullanılarak bir Bulanık Uzman Sistem (BUS) tasarlanmıştır. Bir uzman yardımıyla tasarlanan BUS’ta, giriş parametreleri olarak avans (advance-o) ve motor devri (n-d/d), çıkış parametreleri olarak motor performansını belirleyen güç (Pe-kW), moment (Me-Nm), özgül yakıt tüketimi (be- g/kWh) ve emisyon değeri için hidrokarbon (HC- ppm) belirlenmiştir. BUS’tan elde edilen sonuçlar ile deneysel verilerin istatistiksel analizi yapılıp karşılaştırıldığında, BUS’tan alınan sonuçların deneysel verilere %99 seviyesinde yaklaşık sonuçlar verdiği görülmüştür. Sonuç olarak BUS’un motor performans ve emisyon parametrelerinin tahmin edilmesinde güvenle kullanılabilirliği ve çok sayıda dezavantajı minimuma indireceği gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: Bulanık Uzman Sistem, Benzinli Motor, Performans, Emisyon Parametresi Abstract In this study, fuzzy expert system (FES) was designed by using Matlab software for determination of performance and emission characteristics of a gasoline engine which is Briggs and Stratton Vanguard trademark, a cylinder, cylinder volume 182 cm3. In the designed FES, intake valve opening advance (advance-o) and engine speed (n-d/d) were determined as input parameters whereas torque (Me-Nm), power (Pe-kW), specific fuel consumption (be- g/kWh) and hydrocarbon (HC- ppm) emissions were determined as output parameters with the help of an expert. When obtained results from FES are compared with experimental results, FES results are close to 99% level of of experimental results. As a result, it has been found out that FES can be used to predict of performance and emission parameters of a gasoline engine, and it can eliminate a lot of disadvantages that exist. Keywords: Fuzzy Expert System, Gasoline Engine, Performance, Emission Parameter. 1. Giriş Otomotiv sektöründe taşıtların tasarımı, arıza teşhisi, yüksek performans elde edilmesi, güvenli ve verimli çalışmasına kadar birçok alanda bilgisayar

kullanılmaktadır. Hızla gelişen dünyamızda, yüzyılı aşkın bir süredir motorlar üzerinde yapılan araştırma ve deneylerde oldukça büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. Motor imalatçıları, motor performans değerlerinin tespiti, motor üzerinde yapılan değişikliklerin motor performansına olan etkilerinin ortaya konması ve alternatif yakıtların kullanımı ile meydana gelen değişikliklerin belirlenmesi amacıyla motor denemeleri yapmaktadırlar. Bu deneyler masraflı, zaman alıcı, pahalıdır. Ayrıca insan sağlığı, çevre kirliliği vb. olumsuzlukları da beraberinde getirmektedir. Aynı zamanda motor parçalarında bir takım problemlerle karşılaşılabilmekte, ölçme işlemi esnasında motorun adapte edilmesi, ölçüm aralığının sınırlı olması, ölçme hassasiyeti gibi özellikler sorun olabilmektedir. Bilgisayarın kullanılması ile yapay sinir ağları (YSA), genetik algoritma (GA), bulanık mantık (BM) gibi yapay zeka tekniklerinin kullanımı da hızla artmıştır. İlk olarak BUS’ler otomotiv alanında Araba motorlarının etkili ve kararlı kontrolü (Nissan) , otomobiller için “Cruise-control” (Nissan, Subaru), elektrik frenlerle donatılmış treyler için tekerleklerin kilitlenmesini önleyen (ABS) sistemi, BM tabanlı otomobil yakıt enjeksiyon kontrol sistemi, elektrikli taşıtlar için patinaj önleme sistemi, Araba soğutmasının kontrolü, otomobil airbag kontrolünde, otomobil arıza teşhis eden uzman sistem, motor hız kontrolünden uçaklardaki otomatik pilotlara kadar bir çok alanda kullanılmıştır [1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 15, 16, 17, 18, 19]. Bulanık Kontrol (BK) ve Bulanık Mantık(BM) teorisinin en etkin uygulama alanı kontrol sistemleridir. Geleneksel kontrol sistemleri bulanık teorinin yardımıyla BK sistemlerine dönüştürülebilir ve böyle sistemlerin uygulanması birçok avantajlar elde etmeğe olanak verir. Genelde, bulanık sistemler bilgiye dayalı veya kurala dayalı sistemlerdir. Yani bir bulanık sistemin temelinde “Eğer- O halde” kuralları durmaktadır.

BM uygulamalarında en önemli avantaj dilsel değişkenlerin kullanılabilmesidir. Bulanık sistemler, kontrol edilen sistemden gelen etkilere ve bulanık kurallar adı verilen kurallara göre karar verip, gerekli kontrol büyüklüğünü oluşturan bir uzman sistemdir. Bu sayede konularında uzmanlaşmış kişilerin tecrübe ve fikirleri kolayca kurallar ile kontrolöre aktarılabilir ve uzman kontrol sistemleri gerçekleştirilebilir.

Bulanık sistemler, üç temel bölümden oluşmaktadır. Bunu en iyi ifade eden Bulanıklaştırıcılı ve Durulaştırıcılı Bulanık Sistem Çizelge 1 şekline dönüştürülebilir [4, 5, 9, 10, 12].


1966

Taşdemir, Ş., Allahverdi, N.

Çizelge 1 Bulanıklaştırıcılı ve Durulaştırıcılı Bulanık Sistem

Bulanıklaştırıcılı ve Durulaştırıcılı Bulanık Sistem Kesin Girişler Kesin girişler bir dosya veya

porttan okunur. Girişler işaretli, işaretsiz değerler olabilir.

Bulanıklaştırma Kesin değerler bulanıklaştırılır ve her bir terimdeki her bir girişin üyelik dereceleri hesaplanır.

Kurallar Tabanı Veri tabanındaki girişleri çıkış değişkenlerine bağlayan mantısal bütün kurallardan oluşmaktadır

Çıkarım Mekanizması

Her bir kuralın çıkarımlarını bir araya toplayarak tüm sistemin girdiler altında nasıl bir çıktı vereceğini belirler.

Durulaştırıcı Çıkarım mekanizması sonucunda bulanık olarak gelen çıktıların kesinleştirilmesi işlemi için kullanılır.

Kesin Çıkışlar Bilgi ve bulanık kural tabanlarının çıkarım mekanizması vasıtasıyla elde edilen kesin çıktılar.

Bunun için belirsizlik ve karmaşıklığın olduğu bu alanda bu tür dezavantajların uzman yardımı ile tasarlanan zeki bir sistem olan BUS ile ortadan kaldırılabilmesi mümkün olmaktadır.

Bu çalışmada benzinli bir motorun girişlerine değişik yüzdelerde avans oranları verilip, istenilen motor devri’nde (n) çalıştırıldığında ürettiği motor gücü (Pe), motor momenti (Me), özgül yakıt tüketimi (be) ve emisyon parametresi HC BUS tasarlanarak tahmin edilmiştir.

2. Materyal ve Metot Bu çalışmada; materyal olarak Çizelge 2’de özellikleri belirtilen Briggs and Stratton Vanguard marka, tek silindirli, silindir hacmi 182 cm3 olan benzinli bir motor üzerinde yapılmış deneyler sonucunda elde edilen veriler [10, 14] kullanılmıştır. Bu motorun seçilme sebebi, daha önce bu motorla denemelerin yapılıp, deney sonucu verilerinin literatürde bulunması ve BUS çalışmasından elde edilen sonuçlarla kıyaslanabilme imkanının olmasından dolayıdır.

Çizelge 2. Deney motorunun teknik özellikleri

Marka ve Model Briggs and Stratton Vanguard

Silindir sayısı 1

Silindir çapı x kurs 68 x 50 mm

Silindir hacmi 182 cm3

Emme açılma avansı 16 0 önce ÜÖN

Emme kapanma gecikmesi 44 0 sonra AÖN

Egzoz açılma avansı 45 0 önce AÖN

Egzoz kapanma gecikmesi 15 0 sonra ÜÖN

Verilerin bir uzman tarafından BUS geliştirilmesi için Matlab 6.5 Release 13® sürümünün Fuzzy Logic Toolbox kısmı donanım olarak P4-2,8 GHz. işlemcili bir bilgisayar kullanılmıştır. 2.1. Tasarlanan Bulanık Uzman Sistem (BUS) BUS için bir uzman yardımıyla giriş parametreleri olarak, Motor devri (n) (x – d/d) ile Avansın (y - °) ve çıkış parametreleri ise, Motor gücü (Pe) (k – kW), Motor momenti (Me) (l – Nm), Özgül yakıt tüketimi (be) (m – g/kWh) ve emisyon parametrelerinden Hidrokarbon (HC) (t – ppm) olarak iki giriş ve dört çıkış olarak belirlenmiştir (Şekil 1).

Şekil 1 Tasarlanan BUS

İlk İşlem olarak giriş ve çıkış parametrelerinin sayısal verileri bulanıklaştırılmıştır. Bulanıklaştırma işlemi ile giriş dilsel ifadeler, Çok Çok Az (A1), Çok Az (A2), Az (A3), Orta Altı (O1), Orta (O2), Orta Üstü (O3), Yüksek (Y1), Daha Yüksek (Y2), Çok Yüksek (Y3), Çok Daha Yüksek (ÇY1), Çok Çok Yüksek (ÇY2) ve En Çok Yüksek (ÇY3) Fevkalade Yüksek (ÇÇY1) ve Çok Fevkalade Yüksek ÇÇY2 şeklinde oluşturulmuştur. Bir uzmanla beraber oluşturulan Kurallar tablosunun bir kısmı Çizelge 3’te gösterilmiştir.

Çizelge 3 Kurallar Tablosu

Örneğin Çizelge 3’teki kurallardan, kural 26 şöyle yorumlanmaktadır. Eğer Motor devri Yüksek ve Avans Az ise, O halde motor gücü Yüksek ve motor momenti Çok Fevkalade Yüksek ve özgül yakıt tüketimi Çok Az ve Hidrokarbon Orta Altı dır. Yine uzman yardımıyla Avans(y) giriş değişkeninin dilsel ifadeleri A2, A3, O2 ve Y1 olarak belirlenmiş ve

1967


fonksiyonları (Denklem 1) belirtilmiştir. Burada µAvans(y) Avans’ın bulanık küme üyelik derecesi, y Avans bulanık kümesinin elemanıdır. Diğer parametreler için de benzer şekilde kümeler oluşturulmuştur.

μ⎧⎪= ⎨ − ⎬

≤ <⎪⎩ ⎭2

0;( ) 10 0 10

10A

diğer durumlarday y y

⎫⎪

⎪

μ

≤⎧ ⎫⎪ ⎪⎪ ⎪< ≤⎪ ⎪= ⎨ ⎬

−⎪ ⎪< <⎪ ⎪⎪ ⎪≥⎩ ⎭

3

0; 0

0 1010( )20 10 20

100; 20

A

yy y

yy y

y

μ

≤⎧ ⎫⎪ ⎪−⎪ ⎪< ≤⎪ ⎪= ⎨ ⎬

−⎪ ⎪< <⎪ ⎪⎪ ⎪≥⎩ ⎭

2

0; 1010 10 20

10( )30 20 30

100; 30

O

yy y

yy y

y

μ⎧⎪= ⎨ − ⎬

< ≤⎪ ⎪⎩ ⎭1

0;( ) 20 20 30

10Y

diğer durumlarday y y

⎫⎪ (1)

Deklem (1) ifadelerinden aşağıdaki bulanık kümeler elde edilmiştir.

( ) { }μ = + + + +2 1/ 0 0,5 / 5 ... 0,3 / 7 0 /10A y ( ) { }μ = + + + + +3 0 / 0 0,5 / 5 1/10 ... 0,5 /15 0 / 20A y

( ) { }μ = + + + + +2 0 /10 0,5 /15 1/ 20 ... 0,5 / 25 0 / 30O y

( ) { }μ = + + + + +1 0 / 20 0,3 / 23 ... 0,5 / 25 1/ 30 0 / 35Y y 2.2. Uygulama α değerlerinin hesaplanması için giriş parametre değerlerine göre hangi kurala girdiğinin belirlenmesi gerekmektedir. Her kural için doğruluk dereceleri hesaplanarak, bu doğruluk derecelerine göre durulaştırma işlemi yapılır. Kesin Pe, Me, be, HC değerleri bu şekilde bulunmuş olacaktır. Sisteme giriş verileri girildiğinde bir veya birden fazla kural ateşlenebilmektedir. Bu durumda çıkışın ne olacağını çıkarım mekanizması belirlemektedir. Hesaplama sadeliği ve basitliğinden dolayı “Mamdani yaklaşımı” seçilmiştir. Mamdani max-min çıkarım uygulandığında her bir kural için doğruluk dereceleri (α) belirlenmiştir. Bu çalışma için bir örnek olarak; n = 2300 d/d ve Avans = 15° için Pe, Me, be performans sonuçları ve HC emisyon değerini bulalım. Bu işlem için; Kural 22, 23, 26 ve 27 olmak üzere toplam 4 kural ateşlenmiştir (Şekil 2). Buna göre doğruluk derecesi: α22 = min(O3(x), A3(y) ) α22 = min(0,5, 0,5) α22 = 0,5 α23 = min(O3(x), O2(y))

α23 = min(0,5, 0,5) α23 = 0,5 α26 = min(Y1(x), A3(y)) α26 = min(0,5, 0,5) α26 = 0,5 α27 = min(Y1(x), O2(y)) α27 = min(0,5, 0,5) α27 = 0,5 α22, 23, 26, 27 = max(0,5, 0,5, 0,5, 0,5) α22, 23, 26, 27 = 0,5 olarak bulunmuştur. Ateşlenen kurallardan α= 0,5’dir. Durulaştırma işleminde 0,5 doğruluk derecesi için Centroid yöntemine göre (Denklem 2) ile hesaplanır.

⋅= ∫∫

orta(11)*

orta(11)

z µ (z)dz

µ (z)dzz (2)

Durulaştırma (kesin) sonuç değeri Pe=2,83 kW, Me= 11 Nm, be=400g/kWh ve HC= 80 ppm olarak bulunmuştur. Örnek hesaplamamız Matlab programında da çalıştırılırmış ve Şekil 2’de gösterilmiştir.

Şekil 2 Centroid Durulaştırıcı ile (Matlab programında) Pe, Me, be, HC oranları

3. Sonuçlar Bu çalışma; benzinli bir motora değişik değerlerde avans oranları verilip, değişik motor devri’nde (n) çalıştırıldığında, ürettiği motor gücü (Pe), motor momenti (Me), özgül yakıt tüketimi (be) ve emisyon parametrelerinden HC değerlerini bulan bir BUS’un nasıl tasarlandığı gösterilmiştir. Bulanık Uzman Sistemde elde edilen motor performans (Pe, Me, be) ve emisyon (HC) değerleri istatistiksel olarak değerlendirilerek yapılan korelasyon hesaplamalarında ise Me için %99,38, Pe için %98,74, be için %99,13 ve HC için %99,60 bulunmuştur. BUS değerleri ile deneysel veriler kullanılarak motor devrine bağlı HC, be, Me, Pe grafikleri elde edilmiştir. Bu grafikler üzerinde eğilim çizgileri eklenerek bu iki yöntem arasındaki regresyon katsayıları bulunmuştur. Bu katsayılardan (R2) görüleceği gibi her iki yöntem arasında kuvvetli bir ilişki bulunmaktadır.

1968


BUS’tan alınan sonuçlarla deney sonuç grafikleri Şekil 3-6’da gösterilmiştir. Korelasyon ve regresyon analiz sonuçlarına göre bu iki grup verinin birbirine çok yakın sonuçlar verdiği ve uyumlu olduğu ve motor performans ve emisyon karakteristiklerinin tahmin edilmesinde böyle bir sistemin kullanılabilirliği görülmektedir.

Şekil 3 Literatür Verileri ile BUS’ta Alınan(Centroid) HC

sonuçların Avans 00 Grafiksel Gösterimi

Şekil 4 Literatür Verileri ile BUS’ta Alınan(Centroid) be


Şekil 5 Literatür Verileri ile BUS’ta Alınan(Centroid) Pe


Şekil 6 Literatür Verileri ile BUS’ta Alınan(Centroid) Me


Yapılan deneysel çalışmalardaki dezavantajları (ekonomik kayıp, yakıt tüketimi, zaman kaybı vb.) avantaj haline dönüştürebilmektedir. Ölçme sürecinde uzun zaman alan motor denemelerin yerine ölçme süresini kısaltabilmektedir. Deneyde yapılamayan, deney sonucu değerleri bilinmeyen ara değerlerinde bu sistem sayesinde hesaplanarak elde edilmesi mümkün olabilmektedir. Bu çalışma, özellikleri farklı diğer motor türleri içinde geliştirilip bir BUS tasarlanmasına ve uygulanmasına da olanak sağlayabilecektir. Teşekkür Bu çalışma Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü tarafından kabul edilen Yüksek Lisans Tezinden (2004) özetlenmiştir. Çalışma Selçuk Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Koordinatörlüğü tarafından desteklenmiştir. Kaynaklar [1] Demirel, A., Tunçay, R.N., “A Direct Drive System

With Fuzzy Anti Skid Controller For Electric Vehicles”,http://www.elk.itu.edu.tr/~azzmi/icem98.html, ICEM, 1998.

[2] Altrock, C., V., Fuzzy Logic in Automotive Engineering , Circuit Cellar INK, the Computer Applications Journal, 1997. [3] Çiftçibaşı, T., “Otomasyon, Otomatik Kontrol, Akıllı

Kontrol, Bilimsel Tanımları ve Uygulama Sınırlamaları”, Elektrik Mühendisliği Dergisi, 410. Sayı, Eylül 2001.

[4] Saritas, I., Allahverdi, & N. Sert I. U. (2003). A fuzzy expert system design for diagnosis of prostate cancer. Intern. Conference on Computer Systems and Technologies - CompSysTech'2003 (pp. 345-351). Sofia, Bulgaria .

[5] Allahverdi, N.“Uzman Sistemler, Bir Yapay Zeka Uygulaması”, İstanbul, Atlas Yayın Dağıtım, 2002.

[6] Kilagiz, Y., Barana, A., Yildiz, Z. & Cetin, M. A. (2005). Fuzzy diagnosis and advice system for optimization of emissions and fuel consumption. Expert System with Applications, 41(2-3) 28, 305-311.

[7] Altrock, C. v. , Krause, B. , 1994. Multi-Criteria Decision Making İn German Automotive İndustry Using Fuzzy Logic, Article Fuzzy Sets and Systems. Volume 63, Issue 3, Pages 375-380, Pascalstrasse 23, D-52076, Aachen, Germany.

[8] Tasdemir, S., Saritas, I., Ciniviz, M., Cinar, C. & Allahverdi, N. (2005). Application of artificial neural network for definition of a gasoline engine performance. 4th International Advanced Technologies Symposium (pp. 1030-1034), Konya, Turkey.

[9] Oğuz, H., Sarıtaş ,İ., Öğüt, H., N.,Allahverdi,.,2003. Motor Denemeleriyle Bulunan Karakteristik Değerlerin Bulanık Uzman Sistem Programı Kullanılarak Belirlenmesi Ve Deneysel Verilerle Karşılaştırılması Pp., 3.Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu. Ağustos 18-20.

1969


[10] Taşdemir, Ş., Benzinli Bir Motorun Performans Ve Emisyon Karakteristiklerinin Belirlenmesi İçin Bulanık Uzman Sistem Tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, S.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Konya, 2004.

[11] Nelson, D.,E.,1997. Fuzzy logic antilock braking system for trailers equipped with electric brakes. Texas A&M Unıversıty – Kıngsvılle. 110 pages.

[12] Elmas, Ç., 2003. Bulanık Mantık Denetleyiciler. Seçkin Yayıncılık,Ankara. 230 sayfa.

[13] Yeralan, S. and B. Tan, 1995. Fuzzy Logic Control as an Industrial Control Language for Embedded Controllers. Design and Implementation of Intelligent Manufacturing Systems, H. R. Parsaei and M. Jamshidi editors, pp.107- 140, Prentice- Hall Inc.

[14] Çınar, C., Salman, S., 1998. Emme Supabı Zamanlamasının Motor Performansına Etkileri. Politeknik Dergisi, cilt 1, sayı 3-4.

[15] Bortolet, B., Merlet, E., Boverie, S., 1999. Fuzzy Modeling And Control Of An Engine Air İnlet With Exhaust Gas Recirculation. Laboratoire LAAS/CNRS - 7, av. du Colonel Roche - 31077 Toulouse Cedex, France, INSA - Complexe Scientixque de Rangueil - 31077 Toulouse Cedex, France , SIEMENS Automotive SA - B.P.1149 av. du Mirail - 31036 Toulouse Cedex, France. 17 May.

[16] Guillemin, P., 1994. Universal Motor Control With Fuzzy Logic, Article Fuzzy Sets and Systems. Volume 63, Issue 3, Pages 339-348, SGS-THOMSON Microelectronics, 13106, Rousset, France,.10 May.

[17] Lee , S.H., Howlett , R.J., Walters , S.D., 1997. Fuzzy Air-Fuel Ratio Control of a Small Gasoline Engine. Intelligent Systems & Signal Processing Laboratories Engineering Research Centre, University of Brighton Moulsecoomb, Brighton, BN2 4GJ, UK.

[18] Luu, R.,1995. A Fuzzy Logic-Based Automobile Fuel Injection Control System. California State Unıversity, Long Beach.164 pages.

[19] Mian, T. M., 2000. Fuzzy Logic-Based Automotive Airbag Control System. A Thesis , Unıversıty Of Wındsor (Canada).170 Pages.

1970



TURBO DÖNGÜSEL BİR MOTORDA FARKLI BUJİ KONUMLARININ PERFORMANSA ETKİSİ

THE EFFECT OF THE VARIATION OF SPARK PLUG LOCATION ON TURBINE PERFORMANCE

Melih OKUR a,* Yakup İÇİNGÜR a ve İbrahim Sinan AKMANDOR b

aGazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, E-posta: [email protected], [email protected] bOrtadoğu Teknik Üniversitesi, Ankara, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet Bu çalışmada, termodinamik çevrimi ve rotor-gövde haznesi ile özgün bir yapıya sahip olan turbo döngüsel (PARS) motorun, buji konumlarının değiştirilmesi ile türbin performansına etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Buji, döner valf sonrası ve türbin içi olmak üzere iki farklı konumda yerleştirilmiştir. Deneyler döner valf sonrası (buji 1), türbin içi (buji 2) ve her ikisi aynı anda ateşlenmesi ile üç ana gurupta yapılmıştır. Deneylerde, 16 cc hacmindeki türbin bir dış kaynaktan hava ve yakıt ile beslenmiş olup, karışım debileri sabit tutularak devir değişkenine göre türbin güçleri, giriş basınçları ve hava-yakıt tüketim değerleri elde edilmiştir. Deney sonuçlarına göre türbin performans eğrileri incelendiğinde çift ateşlemeli deneyler sadece güç artışlarında diğer buji 1 ve buji 2 konum deneylerine göre daha iyi sonuçlar vermektedir. Hava-yakıt tüketimlerine bakıldığında çift ateşlemeli deneyler, buji 1 ve buji 2 konumları arasında yer almaktadır. Bujilerin aynı anda ateşlemesi yanma odasında basınç çakışmasına neden olduğu, ve günümüz teknolojisinde kullanılan DTS (Digital Twin Spark) ateşleme sistemlerine benzer bir ateşleme devresi tasarlanarak bujiler arası ateşleme gecikmeleri uygulandığında türbin performansı daha da artacağı varsayılmaktadır. Anahtar Kelimeler: Turbo döngüsel motor, Buji konumu. Abstract In this study, the effects of the variation of spark plug location on turbine performance was investigated in a turbo rotary engine (PARS) having novel thermodynamic cycle combustion chamber and turbine component. Spark plug was placed at two different locations, at the end of the rotary valve (Plug 1) and inside the turbine (Plug 2). Experiments were performed with these plugs at synchronize and separate ignition modes. In the experiments, the turbine having 16cc volume was charged from an external source. The variations of turbine power, charge pressure and air-fuel consumption with engine speed were investigated at a constant air- fuel mass flow rate. The engine power was increased at synchronize ignition mode compared to separate ignition mode (only plug1 or plug2) However, air-fuel consumption curve was obtained between the curves of plug 1 and plug2. The synchronize ignition causes pressure superposition in the combustion chamber. Turbine performance could be increased with a new design ignition system which creates time lag between two spark plugs. Current digital twin spark (DTS) ignition technology in an example of this system.

Keywords: Turbo Rotary Engine, Location of spark plug. 1. Giriş Pistonlu motorlara oranla daha basit yapılara sahip turbo döngüsel motorların tasarımları, ilk motor çalışmalarından bu yana sürmektedir. İlk döngüsel motor tasarımı, James Watt tarafından 1765 yılında yapılmış olup günümüze kadar birçok özgün ve farklı tasarımlar ortaya çıkmıştır [1-11]. Günümüzde en yaygın ve bilinen döngüsel motor 1929 yılında tasarlanan Wankel motorudur [12]. Pistonlu motorlarda bütün stroklar piston tarafından gerçekleştirildiği için yapısal değişikliklere çok fazla izin verilmemektedir. Buji ile ateşlemeli turbo döngüsel motor ise kompresör, yanma odası ve türbin gruplarından oluşmaktadır. Genel olarak türbo motorlarda basınçlandırma, yanma ve genleşme süreçlerinin her biri motorun değişik kısımları tarafından ayrı ayrı üstlenildiği için pistonlu motorlara oranla daha modüler bir yapıya sahiptir. Bu özellikten dolayı türbo motor kısımlarının performanslarını iyileştirmek pistonlu motorlara göre daha kolay olmaktadır. Bildiriye konu türbo döngüsel motorun gaz türbinli motorlardan da farklı ve özgün tarafları vardır. Motor içi kompresör ve türbin grupları eksenel yada radyal değil kayar paletli eksantrik yapıdadır. Bu tasarım ile basınçlama ve genleşme süreçlerine ait yüksek basınç oranları tek kademede gerçekleşebilmekte, motor daha kompakt ve hafif olabilmektedir. Bu özellikten dolayı türbo döngüsel motorlar insansız hava araçları ve taşınabilir jeneratör olarak kullanımı hedeflenmektedir. Tasarımı ve imalatı yapılan Pars motor özgün termodinamik çevrimi, basit ve modüler yapısı ile diğer içten yanmalı motorlara oranla daha verimli bir motordur. Kompresör, yanma odası ve türbin kısımları Şekil 1’de gösterilmiştir. Aynı resimde Pars Motorun genel çalışma prensibi de verilmiştir.

Şekil 1’de görüldüğü gibi emilen hava/yakıt karışımı kompresör tarafından sıkıştırılarak bir döner valf yardımı ile yanma odasına alınır. Bu durumda yanma işleminin sabit hacimde yapılabilmesi için hem kompresör hem de türbin tarafındaki döner valf kapalı konumdadır. Sabit hacimde oluşan yanma sonrasında türbin tarafındaki döner valf açılarak türbin içerisinde sabit basınçta genleşme sağlanmaktadır. Türbin bu konumda iken kompresör bir sonraki çevrim için taze hava/yakıt karışımını sıkıştırmaktadır. Kompresör ile türbinin milleri birbirlerine 1/1 oranında bağlantılı olup, her devirde bir çevrim meydana gelmektedir.

1971

Okur, M., İçingür, Y., ve Akmandor, İ. S.,.

Şekil 1. Pars motorun çalışma prensibi [13]. Turbo döngüsel Pars motorun geliştirme çalışmaları halen sürmekte olup türbin performansının arttırılması için yanmanın iyileştirilmesi [14], kaçaklarının giderilmesi, ve motor içi sıcak bölge malzeme uygunluk çalışmaları yapılmaktadır. Günümüzde yeni motor konfigürasyon arayışları dışındada pistonlu motorlara yönelik yakıt tüketiminin azaltılmasını, motor güçlerinin arttırılmasını ve yanmanın iyileştirilmesini hedefleyen bir çok çalışmalar da yapılmaktadır [15-17]. 2. Materyal Metot Deneylerde 16 cc hacimli bir türbin kullanılmış olup yanma odasına iki farklı konumda bujiler yerleştirilmiştir. Şekil 2’de turbo döngüsel motorun parçaları ve buji konumları görülmektedir. Turbo döngüsel bir motorun basit yapısı gövde, eksantrik mil, gömlek ve paletten oluşmaktadır. Yanma odası gömlek ile döner valf arasında kalan Şekil 2’deki taralı alandır. Döner valf ile eksantrik mil arasındaki zamanlamayı bir dişli takımı yapmaktadır. Türbin performansı için, yanma olayı kadar, motor içerisine alınacak karışımın zamanlaması da çok önemlidir. Deneylerde en iyi türbin performansını veren 40°-110° döner valf konumlu, 70°/devir açık kalma süresine sahip bir

döner valf kullanılmıştır. Şekil 3’te zaman dişlisi ve buji konumları görülmektedir.

Şekil 2. Turbo döngüsel motorun parçaları ve buji

konumları.

Şekil 3. Zaman dişlisi ve buji konumları.

Deneylerde yakıt olarak saf propan gazı kullanılmıştır. Türbin içerisine hava/yakıt karışımı dışarıda basınçlı bir şekilde hazırlanmış olarak bir dış kaynaktan verilmektedir. Kullanılan hava ve yakıtın debi ve basınçlarını hassas bir şekilde ölçümünü sağlayan bilgisayar tabanlı motor kontrol kumanda ve veri alma sistemi tasarlanmış, imalatı yapılmış ve deneylere uyarlanmıştır. Şekil 4’te ölçüm sisteminin ekranı ve kontrol-kumanda arayüzü görülmektedir. Deneyler, her bir buji konumu için türbin hava giriş debileri sabit tutularak (20-25-30 g/min), farklı motor hızlarında gerçekleştirilmiştir. Ölçümlerde küçük güçteki motorların test edilebilmesi için tasarımı ve imali Gazi Üniversitesi Otomotiv Anabilim laboratuarında yapılan balatalı tip dinamometre kullanılmıştır. Şekil 5’te deney düzeneği görülmektedir.

1972


Şekil 4. Ölçüm sisteminin arayüzü.

Şekil 5. Deney düzeneği.

Deney düzeneği dinamometre ve motor ünitesi olmak üzere iki ana kısımdan oluşmaktadır. Dinamometre ünitesi balatalı tip bir dinamometre ve yük hücresinden oluşmaktadır. Bilyalı rulman ile yataklanmış balatalı kısım bir vidalı mil tarafından itilerek motorun volanında sürtünme kuvveti oluşturmaktadır. Sürtünme kuvveti moment kolu ile yük hücresine iletilerek motorun torku ölçülmektedir. Ölçüm sistemine gönderilen bilgiler ile motor devri, motora giren hava ve yakıtın giriş debileri ve basınçları ölçülmektedir. 3. Sonuç ve Öneriler Deneylerde, dönervalf sonrası buji 1 ve türbin içi olmak üzere buji 2 konumları için ayrı ayrı ve aynı anda ateşlenerek üç ana grupta türbin güçleri ve basınç değişimleri ölçülmüştür. Her deney seti için türbin giriş debileri (20-25-30 g/min) sabit tutularak buji konum farklılıklarının etkileri incelenmiştir. Şekil 6’da deney sonuçları görülmektedir. Grafiklerde her bir türbin giriş debileri için (20-25-30 g/min) güç devir ve basınç devir değerleri incelenmiştir. Hava-yakıt akışın dönel valf öncesi giriş basınç değerleri incelendiğinde her 3 deney grubu için basınç değerlerinin birbirinden çok fazla bir değişiklik göstermediği anlaşılmaktadır. Ancak devir güç eğrilerinde buji konumunun yanma sonucu açığa çıkan enerji miktarına etkisinin çok büyük olduğu açıktır. Özellikle her iki bujinin aynı anda ateşlenmesi ile en iyi sonuçların elde edildiği görülmektedir.

20 (kg/min)

0

10

20

30

40

50

60

70

1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500Devir (rpm)

Gü

ç (W

)

0

2

4

6

8

10

12

Bas

ınç

(bar

)

Buji-1güçBuji-2 güçBuji-1,2 güçBuji-1 basınçBuji-2 basınçBuji-1,2 basınç

25 (kg/min)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000Devir (rpm)

Gü

ç (W

)

0

2

4

6

8

10

12

Bas

ınç

(bar

)


30 (kg/min)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250Devir (rpm)

Gü

ç (W

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Bas

ınç

(bar

)


Şekil 6. Faklı giriş debileri için deney sonuçları.

Şekil 7. Türbin içi buji 2’nin konumu.

1973


Buji 1 ve buji 2 konumları için eğriler incelendiğinde özellikle türbin içi buji 2 konumuna ait güç eğrilerinin çok düşük olduğu gözlemlenmektedir. Bunun sebebi yanmanın başladığı noktada alev arkada bulunan hava-yakıt karışımına doğru ilerlediği için türbinin dönmesine zıt yönde ilerleyen bir basınç dalgası oluşturarak motoru yüksek devirlere çıkarmamakla birlikte fazla güç de üretememektedir. Şekil 7’de türbin içi buji 2’nin konumu görülmektedir.

Döner valf sonrası Buji 1’in konumu incelendiğinde yanmanın başladığı nokta hava-yakıt karışımının girdiği noktaya yakın olmasından ve hava akışının doğrultusunda olduğu için güç eğrileri daha kararlı halde ve buji 2’ye oranla daha fazla çıkmıştır. Şekil 8’de döner valf sonrası buji 1’in konumu görülmektedir.

Şekil 8. Döner valf sonrası buji 1’nin konumu. Buji 1 ve buji 2’nin aynı anda ateşlenmesi ile yapılan deney sonuçlarındaki türbin güçleri diğer iki konuma göre daha yüksek çıktığı ancak 25 ve 30 g/min debilerde buji 1’in deney sonuçları ile farkın gittikçe kapandığı görülmektedir. Bunun sebebi olarak ateşleme zamanlamasının aynı anda yapılması sonucunda yanma odasında basınç dalgalanmalarının birbirlerini göreceli olarak daha olumsuz etkilediği düşünülmektedir. Ayrıca her bir debi için yapılan deneylerde tüketilen yakıt miktarları da ölçülmüş olup Şekil 9’da sonuçlar görülmektedir.

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

19 21 23 25 27 29 31

Hava tüketimi (g/min)

Ya

kıt

Tü

keti

mi (

g/m

in)

Buji 1

Buji 2

Buji 1-2

Şekil 9. Tüketilen hava ve yakıt miktarları.

Şekil 9 incelendiğinde türbinin, buji 1 konumda en fakir oranlarda çalıştığı görülmektedir. Buji 1 ve 2’nin aynı anda ateşlemesi hem türbin gücünde hem de yakıt tüketimlerinde istenen etkiyi vermediği görülmektedir.

Günümüz motorlarında kullanılan DTS (Digital Twin Spark) ateşleme sistemlerine benzer bir ateşleme devresi tasarlanarak, her devir ve yük konumlarına göre türbin karakteristik eğrileri çıkarılarak önce döner valf sonrası bujinin ve daha sonra türbin içi bujinin ateşlenmesi ile hem güçte hem de yakıt tüketimlerinde iyileşmenin olacağı düşünülmektedir. Kaynaklar [1] Akmandor, I.S. , Erzöz, N.; “Rotary Vane Engine and

Thermodynamic Cycle”, USPTO 7,314,035 B2, (January 1st 2008).

[2] Akmandor, I.S., Ersöz, N., “Turbo-Döngüsel İtki Motoru Termodinamik Çevrimi”, Türk Patent Enstitüsü İncelemeli Patent No. TR 2005 02164 B (March 21st, 2008).

[3] Chou, Y., “Rotary Vane Engine”, USPTO 5,352,295, (October 4th 1994).

[4] Vading, K., “Rotary-Piston Machine”, PCT WO 02/31318, (April 18th 2002).

[5] LAI, J.H., “Stage Combustion Rotary Engine”, USPTO 5,596,963, (January 28th 1997).

[6] O’Brien, T.J., and O’Brien, K.J., ”A Vane Type Rotary Engine”, PCT WO 99/041141, (January 28th 1999).

[7] Testea, G., “Rotary Engine System”, USPTO 5,235,945, (August 17th 1993).

[8] Kruse, D.C., “Internal Combustion Engine with Limited Temperature Cycle”, USPTO, 5,566,650, (October 22nd 1996).

[9] Duncan, R.J., “Rotary Machine and Thermal Cycle”, PCT WO 02/090738, (November 14th 2002).

[10] Riley, M. B., “Internal Combustion Engine with Variable Combustion Chambers and Increased Expansion Cycle”, USPTO 5,341,771, (August 30th 1994).

[11] Yalçın, K., “Hacimsel ve Santrifüj Pompalar, Santrifüj Pompaların Proje Hesabı ve Çizimi, Çözümlü Problemler”, Çağlayan Yayınevi, ISBN 975-436-034-0, 1. Baskı 1998.

[12] Çetinkaya, S., “Wankel Motorları”,Ders notları Gazi Üniv. Teknik Eğitim Fak., Ankara, 1989.

[13] Akmandor, İ.S., Okur, M., “Unmanned Air Vehicle Turbo Rotary Engine Preliminary Component Tests”, The 4th International Symposium on Innovative Aerial/Space Flyer Systems, Yayoi Auditorium The University of Tokyo January 14-15, (2008).

[14] Okur, M., Akmandor, İ.S., Arabacı, E., “Turbo döngüsel bir motorun yanma odasının geliştirilmesi”, 10. Uluslararası Yanma Sempozyumu, Sakarya, 371-377, 09-10 Ekim (2008).

[15] Mitroglou, N., Arcoumanis, C., Mori, K., Motoyama, Y., “Mixture distribution in a multi-valve twin-spark ignition engine equipped with high-pressure multi-hole injectors”, Second International Conference on Optical and Laser Diagnostics, Journal of Physics: Conference Series 45 46–58 (2006).

[16] Bilgin, A., “Geometric features of the flame propagation process for an SI engine having dual-ignition system”, International Journal of Energy Research, 26:987–1000 (Doı: 10.1002/Er.832), (2002).

[17] Marchione, T., Ahmed, S.F., Mastorakos, E., “Ignition of turbulent swirling n-heptane spray flames using single and multiple sparks”, Combustion and Flame 156, 166–180,(2009).

1974



TEK SİLİNDİRLİ BENZİNLİ BİR MOTORUN EGZOZ SUSTURUCUSUNUN PERFORMANS VE EMİSYONLARINA ETKİSİ

THE EFFECT OF EXHAUST SILENCERS ON GASOLINE ENGINE PERFORMANCE AND EMİSSIONS

Hakan SUVAKa* ve Abdurrazzak AKTAŞb

a,*Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, E-posta: [email protected] b Karabük Üniversitesi, Karabük, E-posta: [email protected]

Özet İnsanların toplu olarak yaşadıkları ortamlarda maruz kaldıkları gürültü kaynaklarının en sürekli olanlarından biri, karayolu ulaşım (trafik) gürültüsüdür. Karayolu taşıtlarından yayılan gürültünün büyük bir kısmı motordaki yanma ve yanma sonu dışarı atılan gazlardan kaynaklanmaktadır. Egzoz gazı, susturucu ve borulardan oluşan egzoz sistemi yardımı ile taşıtın dışına atılır. Motora takılan boru ve susturucular motor performansını etkilemesine rağmen bu konuda sınırlı sayıda deneysel araştırma yapıldığı görülmektedir. Bu çalışmada, dört zamanlı, tek silindirli, hava soğutmalı benzinli bir motorda egzoz susturucusunun tam yükte ve değişik hızlarda motor performansına, gaz ve gürültü emisyonuna etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Araştırma sonucunda; susturucunun tüm motor hızlarında yaklaşık 3-3,5 dBA kadar gürültü seviyesini düşürdüğü, düşük hızda güç ve momentte yaklaşık %11 kadar artış sağladığı, yüksek devirlerde ise ortalama %11 oranında azalmaya sebep olduğu görülmüştür. Takılan susturucunun aynı zamanda HC emisyonunda % 15 azalmaya ve CO emisyonunda yaklaşık %12 oranında artışa sebep olduğu tespit edilmiştir. Anahtar Sözcükler : Benzinli motor, motor gürültüsü, egzoz susturucusu, performans, emisyon Abstract One of the frequent noise resources that people are exposed to in the residental areas is the transportation (traffic). Most of the noise from motor-vehicles is caused from the combustion in the engine and the gases emitted after combustion. Exhaust gas is emitted out of the engine with the help the exhaust system that consists of silencers and pipes. Although, the pipes and the silencers affect the engine performance significantly, little work has been caried out on this area. In this study; the influence of exhaust silencer on engine performance and gas and noise emissions was examined on a four-cycle, one-cylindered, air-cooled gasoline engine. This engine was run full load and at various engine speeds for testing. The experimental results showed that the silencer reduced the noise level by 3-3,5 dBA at all the engine speeds and increased the engine power and torque by 11% at the low speeds. On the other hand, higher engine speeds resulted in decrease in the engine power and torque by up to 11%. In addition, it was seen that the silencer led to a decrease in HC emission by 15% and an increase in CO emission by about 12%.

Keywords: Gasoline engine, engine noise, exhaust silencer, performance, emission 1. Giriş Motorlu taşıtların kullanılmaya başlanması ile ulaşım daha hızlı gerçekleşmeye başlamış ve insan rahatı artmıştır. Ancak, motorlu taşıt sayısının hızla artması ile yaydıkları zararlı gaz ve gürültü emisyonlarının çevreye zarar vermesi ve insan sağlığını tehdit etmeye başlaması ile emisyonlara sınırlama getirilmesi ihtiyacı duyulmuştur. Bu nedenle 1960’lı yıllarda ilk taşıt dış gürültü ölçüm standardının (ISO R 362) hazırlandığı ve bu ölçümle taşıtın şehir trafiğindeki tipik hızlanmalarında yaydığı ses seviyesini tespit etmenin amaçlandığı belirtilmiştir. Bu standart, günümüzde geçerli olan yönetmeliklerde kullanılan ölçüm yönteminin de temelini oluşturmaktadır. Dünyada egzoz emisyonu denetimine ait uygulamalar ise 1968 yılında Kaliforniya’da ve 1972 yılında Avrupa’da Avrupa Ekonomik Komisyonu (ECE: Economic Comission For Europe) talimatnameleri ve Avrupa Ekonomik Topluluğu (EEC: European Economic Community) kararnameleri ile başlatılmıştır [1]. İmal edilen araçların emisyon standartlarına uygun imal edilebilmeleri için ses ve gaz emisyon kaynaklarının iyi anlaşılması ve ona göre önlem alınması gerekmektedir. Son yıllarda, içten yanmalı motorların egzoz emisyonlarından kaynaklanan kirliliği azaltmak için değişken supap zamanlaması (VVT), püskürtme zamanı, kademeli yakıt püskürtülmesi gibi çalışma parametrelerinin değiştirilmesi, Egzoz gazı resirkülasyonu (EGR) ve alternatif yakıtların kullanılması gibi alanlarda çok sayıda çalışma gerçekleştirilmiştir [4]. Araçlardan kaynaklanan ve insan sağlığını tehdit eden gürültü kirliliği ise istenmeyen yer ve zamanda ortaya çıkan ve insanı rahatsız eden sesten kaynaklanmaktadır. Ses, titreşen bir cisimden kaynaklanan mekanik enerjinin, maddesel bir ortamda (katı, sıvı, gaz) yarattığı kompresyon dalgalarıyla çevreye yayılan bir enerjidir. Titreşen bu cisim, belirli bir toplam güce sahiptir. Bu güç sayesinde ortama yapılan dalgaların yarattığı maksimum ve minimum basınçlar, “ses basıncı” olarak tanımlanır. Yapılan deneysel çalışmalar, insan duyu organlarının ses basıncına logaritmik reaksiyon gösterdiğini göstermiştir. Bu nedenle ses ve gürültü ölçümlerinde logaritmik bir büyüklük olan “Bel” kullanılmaktadır. Bel çok geniş bir birim olduğundan onda biri olan “Desibel (dB)” daha çok kullanılmaktadır. Desibel logaritmik bir birim olduğundan,

1975

Suvak, H. ve Aktaş, A.

T2

8888

T1

1

2 0 1

2

5

6

7

8

910

3

11

4

ses seviyesi düşük olan bir kaynağın, ses seviyesi daha yüksek olan bir kaynağın çıkardığı gürültüyü pek yükseltmez. Bu ilişkinin sonucu olarak, gürültü seviyesinin azaltılması ancak daha yüksek ses çıkaran kaynağın gürültü seviyesinin düşürülmesi ile sağlanabilir [5]. İnsanlar kitlesel olarak yaşadıkları ortamlarda trafik gürültüsü, inşaat gürültüleri, endüstriyel gürültüler, bina gürültüleri ve İnsan etkilerinden kaynaklanan gürültüler gibi çeşitli gürültülere maruz kalmaktadırlar. İnsanları en çok rahatsız eden gürültülerin başında karayolu ulaşım gürültüsü gelir. Karayolu taşıtlarında gürültü kontrolü, kaynakların çokluğu ve yayılım yollarının çeşitliliği nedeniyle çözümü zor bir akustik problemdir. Bu nedenle teorik hesap yollarının yanı sıra deneysel yöntemler de kullanılarak gürültü kaynakları tespit edilmekte ve bunların gürültü seviyeleri azaltılmaya çalışılmaktadır [6-15]. Karayolu ulaşımını sağlayan taşıtlarda gürültü kaynakları; motor, hava filtresi, soğutma fanı, egzoz işlemi, transmisyon (vites kutusu ve diferansiyel), hareket gürültüsü (aerodinamik ve tekerlek/yol etkisi), frenler, gövde takırtısı ve yük olarak sıralanabilir. Bu kaynakların önem derecesi, taşıtın cinsine ve çalışma şartlarına bağlıdır. Hafif taşıtlarda düşük vites ve düşük yol hızlarında motor gürültüsü baskın karakter gösterir. En büyük viteste yüksek yol hızlarında hareket gürültüsü, güç ünitesine göre daha fazla etkilidir. Ancak ağır dizel motorlu kamyon ve çekicilerde (TIR’larda), lastik ve yol yüzeyine bağlı gürültü yüksek hızlarda kayda değer bir etkiye sahip olsa da, motor, egzoz ve soğutma fanı, gürültü seviyesini belirleyen en önemli kaynaklar olarak öne çıkmaktadır [16-17]. Egzoz gürültüsünün araçlardan yayılan toplam gürültü içindeki payı, araç ve kullanılan susturucu tipine bağlı olarak değişmekle beraber, düşük hızlarda %40 seviyesinde olduğu bilinmektedir [18]. Bu konuda çok sayıda araştırma yapılmıştır [19-25]. Yapılan araştırmaların büyük bir kısmı teoriktir. Egzoz gürültüsü egzoz sisteminin bütün yüzeyinden (boru ve susturucular) yüzey titreşimleri şeklinde ve egzoz çıkış ağzından deşarj olan artık gazların sebep olduğu havada yayılan gürültü şeklinde ortaya çıkar. Egzoz gürültüsünü azaltmak için susturucu hacimlerini ve sayısını arttırmak, boruları optimize etmek ve egzoz çıkış ağzını küçültmek gerekmektedir. Bir taşıtın gürültü emisyonu azaltılmaya çalışılırken, taşıtın ağırlığı, yakıt tüketimi, performansı, zararlı gaz emisyonları vb. bir çok özelliği de etkilenebilmektedir [26-29]. Ancak bu konuda sınırlı sayıda deneysel çalışma yapıldığı anlaşılmaktadır. Bu çalışmada tek silindirli, dört zamanlı, hava soğutmalı benzinli bir motorun egzoz susturucusunun tam yükte ve değişik motor hızlarında motor performansına, gürültü ve gaz emisyonuna etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. 2. Materyal ve Metot

Deney düzeneği esas olarak, elektrikli DC tip dinamometre, buji ile ateşlemeli motor, egzoz gaz analizörü, ses seviye ölçer cihazından oluşmaktadır. Deney tesisatının genel görünüşü şekil 1’de verilmiştir. Deneyde tek silindirli (196 cc), dört zamanlı, sıkıştırma oranı 8,5:1 ve 3600 d/d’da 4,78 kW güç veren, buji ile

ateşlemeli motor kullanılmıştır [30]. Deneysel çalışmada teknik özellikleri çizelge 1’de verilen yakıt kullanılmıştır. Motoru yüklemek için kullanılan DC dinamometre 4000 d/d’da 10 kW güç absorbe edebilmekte ve aynı zamanda deney motoruna ilk hareketi vermek için de kullanılabilmektedir. Motorun geliştirdiği kuvvet dinamometre yapısında bulunan ESİT marka SP 100 kg C1 Load cell ve PWI-P marka indikatör ile ölçülmüştür. Yakıt tüketimi, motorun 10 ml’lik cam tüp içindeki yakıtı tüketme süresi belirlenerek ölçülmüştür. Tüketilen hava miktarı ifm elektroniğe (ifm-electronic) ait SD6000 hava debimetresi ile hacimsel (Nm3/h) olarak ölçülmüş ve havanın yoğunluğu ile çarpılarak kütlesel debiye dönüştürülmüştür. Hava Yakıt oranı (A/F) da Kütlesel hava debisinin kütlesel yakıt debisine oranından bulunmuştur. Egzoz gaz sıcaklık ölçümleri K tipi termokupul ve dijital termometre ile yapılmıştır. Egzoz gaz sıcaklıkları susturuculu ve susturucusuz olarak her iki durumda motordan belirli ve eşit bir uzaklıkta ölçülmüştür. HC, CO ve CO2, emisyonları için Çizelge 2’de ölçüm aralıkları ve hassasiyetleri verilen SUN MGA 1200 egzoz gaz analizörü kullanılmıştır. Toplam gürültü seviyesi için, 0-130 dBA ölçme kapasitesine sahip Lutron SL-4012 ses seviye ölçer cihazı kullanılmıştır. Gürültü seviyesi ölçüm cihazı motor ekseninde olmak üzere egzoz borusundan bir metre uzağa konularak ölçülmüştür. Deneyler motor çalışma sıcaklığına ulaştıktan sonra, tam gaz kelebek açıklığında, 1500 ile 4000 d/d arasında 500 d/d aralıklarla önce susturucusuz olarak gerçekleştirilmiştir. Motor hızının değiştirilmesi dinamometre tarafından karşı konulan direnç (yük) ile sağlanmıştır. Susturucusuz olarak çalışma tamamlandıktan sonra karşılaştırma yapmak amacı ile motor susturuculu olarak aynı şartlarda çalıştırılmış ve veriler değerlendirilmek üzere kaydedilmiştir.

1- Dinamometre 7- Yakıt tankı 2- Motor 8- Kontrol panosu 3- Ses seviye ölçer 9- Yük hücresi indikatörü 4- Hava debimetresi 10- Yakıt akış kontrol valfi 5- Dijital termometre 11- Egzoz gaz analizörü 6- Yakıt ölçme kabı

Şekil 1. Deney düzeneğinin şematik görünüşü (Fig. 1.

Schematic view of the engine test bed).

1976


Çizelge 1. Denemede kullanılan yakıtın teknik özellikleri [31]

Görünüm Temiz ve berrak Yoğunluk 15 0C de, kg/Lt 0,7510 Distilasyon Distilasyon 70°Cde (%hacim) Distilasyon 100°Cde (%hacim) Distilasyon 150°Cde (%hacim) Son Kaynama Noktası (0C)

32,6 52,8 85,9 195,6

Kükürt 93 RVP (Reid Vapour Pressure) Yaz

57,7

Oktan sayısı 95

Çizelge 2. SUN MGA 1200 egzoz gaz analizörünün özellikleri

Ölçüm Ölçüm aralığı Hassasiyet

CO (%hacim) 0-10,00 ±0,01% CO2 (%hacim) 0-20,00 ±0,01% NOx (ppm) 0-20000 1 ppm

HC (ppm) 0-20000 n-hexan ±12

O2 (%hacim) 0-21 ±0,1%

LAMDA 0,80-2,00 0,001 3. Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi İçten yanmalı motorlarda, motor performans ve emisyonlarını etkileyen parametrelerin başında motorun yapısal özellikleri, kullanılan yakıt çeşidi ve çalışma koşulları gelmektedir. Ayrıca, motorların yaydıkları gaz ve gürültü emisyonuna getirilen sınırlamalara uygun imal edilebilmeleri için egzoz sistemine ilave edilen susturucu, katalitik konvertör, EGR vb. üniteler ile egzoz enerjisini geri kazanmak için takılan ısı değiştirgeci, küçük gaz türbini gibi ilaveler motor performans ve emisyonlarını önemli miktarda etkileyebilmektedir. Bu çalışmada, daha önce de belirtildiği gibi tek silindirli, dört zamanlı, buji ile ateşlemeli bir motorda tam yükte egzoz susturucusunun motor güç, moment ve emisyonlarına etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Elde edilen veriler aşağıda grafikler halinde tartışılmıştır. 3.1 Egzoz susturucusunun motor performansına etkisi Susturucunun motor momenti ve gücüne etkisi Şekil 2.a ve şekil 2.b’de görülmektedir. Susturuculu ve susturucusuz durumda devrin artmasıyla motor torkunun düştüğü, gücün ise yaklaşık 2500 d/d’ya kadar arttığı ve bu devirden sonra düşmeye başladığı görülmektedir ki bu buji ile ateşlemeli motorların tipik özelliğidir. Ancak, susturuculu çalışmada özellikle düşük devirlerde motor tork ve gücünün susturucusuz çalışmaya göre yaklaşık %11 kadar yüksek olması, devrin artması ile aradaki farkın azalması [32] ve yaklaşık 3000 d/d’dan sonra susturucusuz çalışmada elde edilen tork ve gücün altına düşmesi dikkat çekmektedir. Susturuculu durumda ve özellikle düşük hızlarda daha yüksek tork ve gücün elde edilmesinin nedeni, bu motorun susturucusunun negatif basınç oluşturacak şekilde tasarlanmış olabileceğidir. Çünkü Bir görüşe göre; bazı susturucuların negatif basınç oluşturacak şekilde tasarlandıkları ve böylece supap bindirmesi zamanında silindire giren karışımın egzoz gazını sürükleyerek silindiri daha rahat terk etmesini sağladığı ve bunun sonucunda motordan daha yüksek güç elde edilebildiği ifade edilmiştir

[33]. Ayrıca, devir arttıkça susturucunun bu olumlu etkisinin git gide azalmasının sebepleri ise, egzoz debisinin artması sonucu susturucunun uyguladığı geri basıncın artması ve motor devrinin artmasına bağlı olarak supap bindirme süresinin kısalması nedeniyle egzoz gazının silindiri düşük devirlerdeki kadar rahat terk edememesi sonucu yanmanın bir miktar kötüleşmesidir.

0

2

4

6

8

10

12

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Motor hızı (d/d)Tork

(Nm

)

Susturucusuz

Susturuculu

Şekil 2.a. Susturucunun tork ve motor devrine etkisi

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Motor hızı (d/d)

Güç

(kW

)

Susturucusuz

Susturuculu

Şekil 2.b. Susturucunun güç ve motor devrine etkisi

0

100

200

300

400

500

600

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Motor hızı (d/d)

sfc (g/k

Wh)

Susturucusuz

Susturuculu

Şekil 3. Susturucunun özgül yakıt sarfiyatına etkisi Birim güç başına harcanan yakıt olarak tanımlanan özgül yakıt tüketimi (sfc) motor performansının değerlendirilmesinde önemli bir kriterdir. Şekil 3’te susturuculu durumda, sfc düşük devirlerde yaklaşık %11 kadar düşük iken, motor hızının artması ile arttığı ve yaklaşık 3000 d/d’da eşitlendikten sonra motor hızının

1977


artmaya devam etmesi ile ortalama %19 kadar susturucusuz durumun üstüne çıktığı görülmektedir. Bu durum, sfc’nin de güç ve torka benzer şekilde susturucudan etkilendiğini göstermektedir. İçten yanmalı motorların egzoz gaz sıcaklığı (EGS), motorun benzinli ve dizel oluşu, yapısal özellikleri, egzoz supabı açılma avansı, yakıt özellikleri, yük ve hız durumu gibi birçok parametreden etkilenmektedir. Şekil 4’te tam yükte motorun susturucusuz ve susturuculu olarak çalışması halinde, egzoz gaz sıcaklığının motor hızına bağlı olarak nasıl değiştiği görülmektedir. Her iki durumda düşük hızda EGS düşük iken motor hızının artmasıyla ile EGS’ının yaklaşık 3000 d/d ‘ya kadar hızla arttığı ve daha sonraki motor hızlarında artış hızının düştüğü görülmektedir. Devir arttıkça her iki durumda EGS’nin artması; birim zamanda yakılan yakıtın artmasıyla silindirde ortaya çıkan ısının artması ve bunun sonucunda yanma sonu sıcaklığının yükselmesi, yanma süresinin kısalması ve yanmanın bir miktar egzoz zamanına sarkmasından kaynaklanmaktadır. Burada ayrıca, susturuculu çalışmada sıcaklığın bütün hızlarda yaklaşık 200-230°C kadar daha düşük olduğu görülmektedir. Susturuculu çalışmada sıcaklığın düşük olması, gazın susturucu içinde genişlemesi, geniş bir yüzey ile temas ederek daha çok ısı kaybetmesindendir [27].

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Motor hızı ((d/d)

EG

S (C

)

Susturucusuz

Susturuculu

Şekil 4.a. Susturucunun egzoz gaz sıcaklığına ve motor devrine etkisi

75

80

85

90

95

100

105

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Motor hızı (d/d)

Moto

r gürü

ltüsü

(dB

A)

Susturucusuz

Susturuculu

Şekil 4.b. Susturucunun motor gürültüsü ve motor devrine etkisi

Çalışma koşulları arasındaki gürültü seviye değişimi de şekil 4.a. ve şekil 4.b.’de görülmektedir. Susturucusuz çalışmada motor hızı ve yüküne bağlı olarak 88,7-99,1 dBA arasında değişen gürültü seviyesini susturucunun 3-3,5 dBA kadar düşürdüğü görülmektedir. Yapılan başka

çalışmalarda, bütün motor hızları sırasında çok güç kaybı olmaksızın iki susturucu ile 5 dBA kadar gürültünün azaltılabildiği belirtilmiştir [34-35].

3.2 Susturucuların Motor Emisyonlarına Etkisi Buji ile ateşlemeli motorlarda HC emisyonunun, çok zengin ve çok fakir karışımlarda arttığı ve yaklaşık olarak 18/1 hava yakıt oranı (A/F) civarında minimum olduğu, HC yayımının sebeplerinden birinin de, piston segmanları ile piston ve silindir arasındaki boşluklar olduğu, çünkü bu boşlukların alev cephesinin giremeyeceği kadar dar olması sebebiyle, egzoz sonuna doğru gazların genişleyerek dışarı çıkmasının HC emisyonunu arttırdığı belirtilmiştir [36-37]. HC emisyonu ve Hava Yakıt oranı (A/F) değişimi Şekil 5.a ve şekil 5.b.’de görülmektedir. Görüldüğü gibi HC emisyonu yaklaşık 30-140 ppm arasında, karbüratörlü benzinli motorlar için düşük sayılabilecek bir seviyede kalmıştır. Ancak, motor devri düştükçe her iki durumda da HC emisyonunun genel olarak arttığı görülmektedir. Motor devri düştükçe HC emisyonunun artmasının bir sebebinin A/F oranının azalması yani karışımın zenginleşmesi ve diğer bir sebebinin de motor devrinin düşmesi ile silindir yüzeyinden ısı kaybının artması sonucu bu bölgede alevin sönmesi olabilir. Ayrıca, susturuculu çalışmada HC emisyonunun ortalama %15 kadar düşük olmasının da karışımın susturucusuz çalışmaya göre biraz daha fakir olmasından olduğu düşünülmektedir.

0

20

40

60

80

100

120

140

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Motor hızı (d/d)

HC

(pp

m)

Susturucusuz

Susturuculu

Şekil 5.a. Susturucunun HC ve motor devrine etkisi

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Motor hızı (d/d)

A/F Susturucusuz

Susturuculu

Şekil 5.b. Susturucunun A/F oranına ve motor devrine etkisi

1978


Buji ateşlemeli motorlarda karbon monoksit oluşumu, birinci derecede karışımın hava fazlalık katsayısından etkilenir. CO yayımı hava fazlalık katsayısı azaldıkça sürekli olarak artar. Fakir karışımlarda ise, motor teklemeden çalışabildiği sürece, hava fazlalık katsayısının önemli bir etkisinin olmadığı belirtilmiştir [36-37]. Şekil 6.a ve şekil 6.b’de CO ve CO2 emisyonu görülmektedir. Her iki çalışma durumunda motor devri arttıkça CO emisyonunun azaldığı CO2 emisyonunun ise arttığı görülmektedir. Buna, aynı zamanda A/F oranının artarak stokiyometrik orana yaklaşmasının sebep olduğu düşünülmektedir. Şekil 6’da ayrıca; susturuculu çalışmada CO emisyonunun susturucusuz çalışmadakinden bir miktar yüksek olduğu görülmektedir. Susturuculu çalışmada CO’nun bir miktar yüksek ve aynı zamanda CO2’nin de bir miktar düşük olması, bu şartlarda yanma veriminin bir miktar düşük olduğunu göstermektedir.

0

1

2

3

4

5

6

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Motor hızı (d/d)

CO

(%)

Susturucusuz

Susturuculu

Şekil 6.a. Susturucunun CO ve motor devrine etkisi

Şekil 6.b. Susturucunun CO2 ve motor devrine etkisi

4. Sonuçlar Tek silindirli, dört zamanlı buji ateşlemeli ve hava soğutmalı motor ile tam yükte susturucusuz ve susturuculu olarak yapılan deneysel çalışmada, motor performans ve emisyonlarının değerlendirilmesi ile aşağıda belirtilen sonuçlara varılmıştır. • Susturuculu egzoz sisteminin, sadece borulardan

oluşan susturucusuz egzoz sistemine göre düşük devirlerde daha az geri basınç oluşturması nedeniyle motordan yaklaşık % 11 oranında daha yüksek güç ve torkun elde edildiği tespit edilmiştir. Ancak motor devrinin artması ile aradaki farkın azaldığı ve belli bir devirden sonra güç ve torkun susturucusuz durumdakinin yaklaşık %11 kadar altına düştüğü görülmüştür.

• Susturuculu çalışmada, düşük devirde özgül yakıt sarfiyatının % 11 kadar azaldığı, ancak, güç ve torkta olduğu gibi belli bir devirden sonra sarfiyatın

susturucusuz durumdakini yaklaşık %10 kadar geçtiği görülmüştür.

• Hemen hemen bütün motor hızlarında susturucunun, egzoz gaz sıcaklığını 220-2300C kadar düşürdüğü tespit edilmiştir.

• Susturucusuz durumda 88,7-99,1 dBA arasında değişen gürültü seviyesinin susturucu takıldığında çalışma koşuluna göre 3-3,5 dBA kadar azaldığı tespit saptanmıştır.

• Motorun sadece borulardan oluşan egzoz sistemi ile çalışması yerine, susturuculu olarak çalıştırıldığında, bir önceki paragrafta belirtilen sebeplerden dolayı A/F oranı ve CO emisyonunun bir miktar arttığı, HC ve CO2 emisyonunun ise azaldığı görülmüştür.

Kaynaklar [1] Balcı, M., Borat O., Sürmen A., Hava Kirlenmesi Ve

Kontrol Tekniği (İkinci Baskı), Teknik Eğitim Vakfı Yayınları, 1994. (In Turkish)

[2] Shi, L., Cui, Y., Deng K., Peng, H., Chen, Y., Study Of Low Emission Homogeneous Charge Compression İgnition (Hccı) Engine Using Combined İnternal And External Exhaust Gas Recirculation (Egr), Energy, Volume 31, Issue 14, Pages 2665-2676, 2006.

[3] Choi G.H., Chung, Y.J., Han S.B., Performance And Emissions Characteristics Of A Hydrogen Enriched Lpg İnternal Combustion Engine At 1400 Rpm. International Journal Of Hydrogen Energy, Volume 30, Issue 1, Pages 77-82, 2005.

[4] Sher, E. And Kohany, T.B., Optimization Of Variable Valve Timing For Maximizing Performance Of An Unthrottled Sı Engine—A Theoretical Study, Energy, Volume 27, Issue 8, Pages 757-775, 2002.

[5] Malcolm H., Transport Research Laboratory, Pinnacle Research, Noise Impacts Of Land Transport: Stage 3 Framework Development. Final Report, 2004.

[6] Ge, Y.S., Tan, J.W., Song, Y.R., Lu, X.M., Numerical Simulation Of İntake And Exhaust Process Of Turbocharged Diesel Engine, Chinese Internal Combustion Engine Engineering, V 28, N 2, P 35-38, 2007.

[7] Rammal, H., Boden, H., Modified Multi-Load Method For Nonlinear Source Characterisation, Journal Of Sound And Vibration, V 299, N 4-5, P 1094-1113, 2007.

[8] Mohammed Ali, A. A. K., Ali, Y.D., Jassim, R.K., Using The Swirl Phenomenon İn Automotive Engine Mufflers, Journal Of Automobile Engineering, V 221, N 7, P 837-843, 20007.

[9] Meng, J., Han, G.H., Yuan, W.P., Ye, H.H., Simulating Acoustics Performance Of Exhaust Noise Of Single Cylinder Diesel Engine, Chinese Internal Combustion Engine Engineering, V 27, N 3, P 66-68, 2006.

[10] Torregrosa, A.J., Broatch, A., Fernandez, T., Denia, F.D., Description And Measurement Of The Acoustic Characteristics Of Two-Tailpipe Mufflers, Journal Of The Acoustical Society Of America, V 119, N 2, P 723-728, 2006.

[11] Lu, S., Liu, H., Zeng, F., Chen, S., Numerical Study Of Acoustic Performance Of Exhaust Muffler, Transactions Of The Chinese Society Of Agricultural Machinery, V 37, N 7, P 45-48, 2006.

0

1

2

3

4

5

6

7

1500 2000 2500 3000 3500 4000

Motor hızı (d/d)

CO

2

Susturucusuz Susturuculu

1979


[12] Ghosh, B.B., Bhattacharya, P., Bose, Prabir, K., Vaijanapurkar, M.Y., Analytical And Experimental Study On Noise Attenuation Of Multi-Cylinder Diesel Engine With Existing And Modified Muffler, Noise And Vibration Worldwide, V 37, N 9, P 21-28, 2006..

[13] Kesgin, U., Study On The Design Of İnlet And Exhaust System Of A Stationary İnternal Combustion Engine, Energy Conversion And Management, 46, 2258–2287, 2005.

[14] Kondo, M., Kimura, S., Hirano, I., Uraki, Y., Maeda, R., Development Of Noise Reduction Technologies For A Small, Direct-İnjection Diesel Engine, Jsae Review 21 327-333, 2000.

[15] Davıes, P.O.A.L., Harrıson, M.F., Collins H.J., Acoustic Modelling Of Multiple Path Silencers With Experimental Validations, Journal Of Sound And Vibration, 200(2), 195-225, 1997.

[16] Jones, A.D., More About Automotive Exhaust Noise, Acoustics Australia, V 34, N 1, P 52, 2006.

[17] Munjal, M. L., Analysıs And Design Of Mufflers—An Overview Of Research At The Indian Institute Of Science, Journal Of Sound And Vibration, 211( 3) 425-433, 1998.

[18] Aktürk, N., Akdemir, O, Üzkurt, İ., Trafik Işık Sürelerinin Neden Olduğu Çevresel Taşıt Gürültüsü, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dergisi, Cilt 18, No 1, 71-87. (In Turkish)

[19]. Zhang, H.B.,Ge, Y.S., Yang, D.F., Han, X.K., Zhang, F.J., Computer Assisted Design Of Exhaust Muffler Based On Transfer Matrix, Transaction Of Beijing Institute Of Technology, V 24, N 5, P 392-394, 2004.

[20] Zhang, W.P.; Liu, G.M; Tian, H.A; Zhang, X.Y; Ji, Z.L., Design And Experimental Study Of New Type Of Exhaust Silencer, Journal Of Harbin Engineering University, V 25, N 5, P 627-630, 2004.

[21] Zhang, X.Y, Zhao, Z.Y, Zhang, W.P., Wang, Z.Q., Investigation On The Measurement Method To Predict Noise Attenuation Of Diesel Engine Exhausts Silencers, Chinese Internal Combustion Engine Engineering, V 25, N 4, P 42-45,2004.

[22] Mcneely, M., New Catalyst/Silencer From Universal, Diesel Progress North American Edition, V 70, N 2, P 10, 2004.

[23] Sastry, S.R., 2001. Reduction Of Exhaust Noise Of Automotive Engines - Performance Of Shell İn Shell Type Silencers (Mufflers), Journal Of The Institution Of Engineers, V 82, N 1, April, P 41-43, 2003.

[24] Ikeda, T., Nishimura, T., Ando, T., Resonance Of Elliptical Perforated Tube Muffler, Electronics And Communications İn Japan, Part 3, Vol. 83, No. 8, P 51-60, 2000.

[25] Boonen, R., Development Of An Active Exhaust Silencer For İnternal Combustion Engines, Proceedings Of The 23rd International Conference On Noise And Vibration Engineering, P 1369-1376, 1998.

[26] Akbaş, A., Susturucuların Akustik Performansının İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, İtü Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005. (In Turkish)

[27] Mohiuddin, A.K.M., Mohd, R., Mohd, S., Experimental Study Of Noise And Back Pressure For Silencer Design Characteristics, Journal Of Applied Sciences, 5(7): 1292-1298, 2005.

[28] Allam, S., Acoustic Modelling And Testing Of Advanced Exhaust System Components For Automotive Engine., Doctoral Thesis, The Royal Institute Of Technology, Stockholm, 2004..

[29] Selamet, A., Croy, M. S., Kach, R. A., Novak, J.M., The Effect Of Vehicle Exhaust System Components On Performance And Noise İn Firing Spark-İgnition Engines—An Experimental Study (A). The Journal Of The Acoustical Society Of America, Volume 94, Issue 3, P. 1805, 1993.

[30] Anonymous 2, Datsu, Http://Www.Malzememmarket.Com/ (Datsu Research 5-441 Nakaotai Nishi-Ku Jp-452-0822 Nagoya City)

[31] Anonymous 3, Shell, Product Specification, 2007. [In Turkish].

[32] Suvak, H., Benzinli Bir Motorda Egzoz Susturucularının Motor Performansına Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Karabük Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2007. (In Turkish)

[33] Mcfarland, J., Muffled Performance, The Performance (Http://Www.N2performance.Com), P 5,2007.

[34] Lei, Y., Wu, B, Zhou, D.S., Zheng, M.L., Zhang, By., Noise Control Of The Auxiliary Power Unit Of Hev, Journal Of Beijing University Of Technology, V 32, N 12, P 1121-1124, 2006.

[35] Tandon, N., Nakra, B.C., Ubhe, D.R., Killa, N.K., Noise Control Of Driven Portable Generator Set, Applied Acoustics, Vol.55 No.4 Pp. 307-308,1988..

[36] Öz İ.H., Borat, O., Sürmen, A., İçten Yanmalı Motorlar, Birsen Yayınevi, İstanbul P. 260-261, 2003. (In Turkish)

[37] Heywood, Jb., Internal Combustion Engine Fundamentals, Mcgraw-Hill Book Company, Singapore, 601-619, 1988.

1980



TA ITLARDA DO ALGAZ KULLANIM TEKNOLOJ LER

TECHNOLOGIES FOR USAGE OF NATURAL GAS IN VEHICLESMurat KARABEKTA a* Gökhan ERGENa

a Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye,E-posta: [email protected], [email protected]

Özet

Günümüzde özellikle konutlarda tma amaçl olarakyayg n biçimde kullan lan do algaz n, bir di er kullan malan olarak içten yanmal motorlara uygulanmas yla ilgiliçal malar yap lmaktad r. Bu çal malar n sonucu olarak,benzinli ve dizel motorlu araçlarda farkl yöntemlerkullan larak do algaz n motora uygulanmas n mümkünoldu u görülmektedir. Yüksek yanma verimlili i, daha azkirletici emisyon üretmesi, dünya genelinde petrole oranladaha fazla rezervlere sahip olmas ve petrol kökenliyak tlara oranla daha ucuz olmas gibi etkenler ta tlardakullan mlar ile ilgili dü ünceleri ve çal malarartt rmaktad r. Yap lan bu çal mada; do algaz n ta tlardakullan m yöntemleri ve yeni kullan m teknolojileri konusuayr nt olarak incelenmi tir. Ayr ca do algaz n içtenyanmal motorlarda kullan neticesinde ortaya ç kanolumlu ve olumsuz yönler de erlendirilmi tir.

Anahtar kelimeler: Do al gaz, içten yanmal motor,do algazl ta tlar, do algaz sistemleri, alternatif yak t

Abstract

In addition common usage of natural gas in the houses forthe purpose of heating, studies concerning with natural gasusage in IC engines have been increasingly performed. Ithas been revealed that usage of natural gas in SI and CIengines are possible with the use of different systems. Thestudies have increased due to some incentive properties ofnatural gas such as good combustion efficiency, lowerexhaust emissions, higher reserves in world-widecompared to petroleum and cheaper cost. In this study,methods and technologies for usage of natural gas invehicles were examined. Besides, advantages anddisadvantages were evaluated with the use of natural gasin IC engines.

Keywords: Natural gas, internal combustion engine,natural gas vehicles, natural gas systems, alternative fuels

1. Giri

Do algaz, ev ve i yerlerindeki kullan mlar yan nda içtenyanmal motorlarda da kullan labilen bir yak tt r.Motosikletten, forkliftlere ve trenlere kadar her türlü ta ttakullan labilmektedir [1,2].

Yap itibar ile yüksek oranda metan gaz ndan (CH4)olu maktad r. Di er bile enlerini etan, propan, bütan, azot,ve karbondioksit olu turmaktad r. Bu gazlar haricindehelyum ve hidrojen sülfit bile enleri de çok dü ükoranlarda bulunabilmektedir [3,4]. Tablo 1’de do algaziçeri inde bulunan bile enler ve miktarlar , Tablo 2’de isedo algaz n baz özellikleri verilmektedir.

Tablo 1. Do algaz bile enleri ve miktarlar [1]

Bile enler Kimyasal formül Hacimsel (%)

Metan CH4 Min 92,98

Etan C2H6 Maks 4,04

Propan C3H8 Maks 1,17

Bütan C4H10 Maks 0,59

Azot N2 Maks 1,62

Karbondioksit CO2 Maks 1,19

Do algaz, çevresel ve ekonomik aç dan önemli avantajlarasahiptir. çeri indeki yüksek orandaki metan gaz sebebiyleenerji de eri yüksektir. Petrol kökenli yak tlara göre dahatemiz yanmas , mevcut rezervlerinin yeterlili i ve fiyat ndi er yak tlara oranla daha dü ük olmas do algaz nönemli özellikleri aras nda yer almaktad r. Bu özelliklerinedeniyle son y llarda kullan n giderek artt ifadeedilmektedir. 2007 Nisan ay itibariyle do algazl ta tsay n 6 milyonu a belirtilmektedir [1].

Tablo 2. Do algaz n baz özellikleri [5,6,7]

Do algaz genel olarak petrol havzalar nda bulunabildi igibi yeralt nda ayr bir havzada da bulunabilmektedir.Kayalar n gözeneklerinde yerle ik bulunan do algaz,kayaçlar aras nda akarak üretim kuyular na ula maktad r.Üretim kuyular ndan al nan do algaz, içerisindeki su vekat maddelerden ar nd lmaktad r. Bu i lemin yan s raiçeri inde bulunan a r hidrokarbonlar ayr lmaktad r[4,8].

Do algaz üzerindeki çal malar baz kurulu lar taraf ndanda desteklenmektedir. Uluslararas Do al Gazl AraçlarBirli i (IANGV) ve Avrupa Do al Gazl Araçlar Birli i(ENGVA) önemli kurulu lar olarak bilinmektedir. Bunlar nyan s ra ülkeler baz nda çal malar yapan kurulu lar damevcuttur. Gerek do algaz n sa lad faydalar nedeniyle

Do algaz Benzin Dizel Yak

C/H Oran ~0.25 ~0.556 ~0.52

Yo unluk (kg/m3) 0.678 730 830

Is l De er (kJ/kg) ~60000 ~43400 43100StokiometrikHava/yak t Oran 17.2 14.7 14.5

Tutu ma S rlar) ~0.5-2.0 ~1.3-7.6 ~0.48-1.35

Kendi KendineTutu ma S c. (0C) ~500 ~257 ~250

Kaynama Derecesi(0C) -162.5 32-221 170-350

1981

mailto:muratk:@sakarya.edu.tr

mailto:gergen:@sakarya.edu.tr

Karabekta , M. Ve Ergen, G.

ve gerekse ilgili kurulu lar n yapt çal malar n daetkisiyle do algaz n ta tlarda kullan son y llarda önemlioranda art göstermi tir. ekil 1’de 1991 y ndan itibarendo algazl araç say lar ndaki de im gösterilmektedir.Avrupa’da 2020 y na kadar tüm araçlar n %23’ünündo algazl olmas hedeflenmi tir. ENGVA bu konudakiçal malar ciddiyetle devam ettirmektedir. Do algazlta tlar ve do algaz n ta tlarda kullan aç ndanArjantin ön plana ç kmaktad r. Arjantin’i Pakistan, Brezilya,talya, Hindistan ve ran izlemektedir. Dünya genelindeki

do algazl araç say lar na göre ilk 10 ülke Tablo 3’teverilmektedir [2].

ekil 1. 1991 y ndan günümüze dünya genelindedo algazl araç trendi

Tablo 3. IANGV-2007 raporuna göre do algazl araçsay lar [2]

Ülke Do algazlAraç Say

1 Arjantin 1.650.0002 Pakistan 1.550.0003 Brezilya 1.425.5134 talya 432.9005 Hindistan 334.8206 ran 263.6627 ABD 146.8678 Kolombiya 203.2929 Çin 127.12010 Ukrayna 100.000

CNG pazar na dünya genelinde Arjantin, Avrupa genelindeise talya önderlik yapmaktad r. Mevcut CNG’li araç sayincelendi inde en fazla araca Arjantin sahiptir. Arjantin’dekita tlar n neredeyse yar CNG ile çal maktad r. Bukullan n en önemli nedeni, ülke olarak sahip olduklarrezervlerin varl r. Bu konuda ülke olarak d a ba ml kminimum safhadad r. Kendi kaynaklar n kullan yla öne

kan bir ülke durumundad r. Ülkede dönü üm ve dolumistasyonlar n art na ba olarak kullan m dayayg nla r. Bunun yan s ra Arjantin devlet yönetimisadece do algaza ba ml bir hale gelinmemesi içinmevcut petrol kökenli yak tlarla çal an araçlar nkullan da te vik etmekte, bu yak tlar n fiyatlarasgari seviyede tutmaya çal maktad r [1,9].

Dünyada ilk CNG kullanan ülke talya’d r. 1930’lu y llaritibariyle çal malar devam etmektedir. Araç firmalar daülkedeki CNG endüstrisini desteklemektedir. Önemliölçüde d ülkelere, özellikle Güney Afrika, Rusya ve UzakDo u ülkelerine CNG ekipmanlar ihraç edilmektedir.

Yap lan çal malar n kapsam nda Avrupa’da 2020 y nakadar 20 milyon arac n CNG kullanaca planlanmaktad r.Son y llarda Almanya, bu konudaki çal malar yla ön plana

kmaktad r. Do algaz Almanya’da temel alternatif yak tolarak öngörülmü tür. 5 y l içerisinde mevcut do algaz

n yap land lmas ve yayg nla lmas çal malartasarlanm ve uygulamaya konulmu tur. Ayr ca do algazlaraçlar n tan , kullan ve yayg nla mas konular ndaçal malar yapacak bir konsorsiyum kurulmu tur [9]

Bu çal mada do algaz n ta tlarda kullan ve mevcutdo algaz teknolojileri üzerinde durulmu tur. Ayr cado algaz kullan ile ortaya ç kan avantaj ve sorunlarde erlendirilmi tir.

2. Do algaz n Ta tlarda Kullan

Do algaz, ta t motorlar nda motorin ve dizel yak naalternatif olarak kullan labilen bir yak tt r. Kullan içinilave bir rafineri i lemi gerektirmeden do rudan motoryak olarak kullan labilmektedir. Mevcut benzinli ve dizelmotorlara uygulanabildi i gibi do rudan do algazla çal anmotorlarda da kullan lmaktad r.

2.1. Do algaz n Depolanmas ve Dolum lemleri

Genel olarak do algaz ta tlarda CNG (s lmdo algaz) ve LNG (s la lm do algaz) olarak ikiekilde depolanabilmektedir. Ta tlarda do algaz n

kullan m biçimleri depolanma tipine ba olarakde mektedir.

ekil 2. Ta t bagaj na yerle tirilmi do algaz tanklar

Baz araçlarda sadece CNG kullan rken, baz uzunmesafe ta mac nda, kamyon ve transit yolcuta mac yapan otobüslerde LNG kullan labilmektedir[1]. ekil 2’de bir ta t bagaj na yerle tirilmi CNG tanklargörülmektedir [10].

lm do algaz olarak adland lan CNG tipindedo algaz yüksek bas nç alt nda s larakdepolanmaktad r. Normal ebeke hatt ndan al nando algaz s rma üniteleri ile yakla k 200-250 barbas nç alt nda yak t tanklar na doldurulmaktad r.

LNG ise do algaz n s formudur. Yak t tank na sformda dolum gerçekle tirilir. S lm do algazdandaha fazla yak t depolanmas mümkündür. LNGsisteminde do algaz buharla larak motoragönderildi inden dolay kullan nda CNG ile benzerlikgöstermektedir [2]. ekil 3’te bir LNG tank ve içyapgörülmektedir [1]. LNG yak t tank incelendi inde CNG

1982


tanklar na göre daha karma k bir yap ya sahip oldu uanla lmaktad r. ekil 4’te bir LNG sisteminin araçba lant bulunmaktad r [11]. ekil 5’te do algaz sistemimontaj yap lm bir ta t örne i yer almaktad r [12].

ekil 3. LNG tank

ekil 4. LNG sistemi araç ba lant

ekil 5. Do algaz uygulamas yap lm F AT marka biraraç

CNG ve LNG dolum biçimlerinin yan s ra ANG (AbsorbedNatural Gas) olarak bilinen, absorbe edilerek 35 barbas nçta s lmak suretiyle haz rlanan bir depolamabiçimi de bulunmaktad r. ekil 6’da ANG yak t deposukesiti ve depo içeri i görülmektedir [2].

ekil 6. ANG yak t deposuDo algaz dolumlar n yüksek bas nç alt ndagerçekle mesine ra men, ebeke hatlar nda bu bas nç çok

daha dü ük seviyelerde bulunmaktad r. Bu nedenle ta tistasyonlar nda ta t dolumlar gerçekle tirmek üzereilave baz ekipmanlara ve ilave bir tesise ihtiyaçduyulmaktad r. Araçlara farkl biçimlerde do algaz dolumugerçekle tirilebilmektedir. Bunlar aras nda çift olarak yadatek tek araçlara dolum yapabilen tesisler, filo tipi çoksay da araca e zamanl olarak dolum yapabilen tesislerve ev dolum sistemi gibi dolum biçimleri bulunmaktad r[4,13]. ekil 7’de araçlara tek tek dolum yapabilen bir tesisemas yer almaktad r [14]. ekil 8’de filo tipi araçlara

dolum yapabilen bir istasyon resmi ve bir ta t dolumdispenseri [15], ekil 9’da ev tipi bir dolum sistemigörülmektedir [16].

ekil 7. Bir dolum istasyonunun ematik resmi

ekil 8. Bir dolum dispenseri ve bir filo dolum tesisi

ekil 9. Ev tipi dolum sistemi

2.2. Kullan labilir Do algaz Teknolojileri

Do algaz benzinli ve dizel tüm araçlarda kullan labilen biryak tt r. Bunun yan s ra araçlarda do rudan do algazlaçal an motorlar da kullan labilmektedir. Benzinli ve dizelmotorlarda, ilave yak t sistemlerinin uygulanmas ylado algaz n kullan mümkün olmaktad r. Benzinlimotorlarda yak t sitemine uygulanabilecek 4 nesil do algazyak t sistemi bulunmaktad r. Dizel motorlarda ise iki tip

1983


uygulama mevcuttur. Birinci yöntemde, dizel motormodifiye edilerek benzer bir benzinli motor haline(ate leme sistemi montaj , motor s rma oran de imivb. de iklikler) dönü türülmekte ve do algaz uygulamasyap labilmektedir. kinci uygulama ise, çift yak t uygulamasolarak bilinen yöntemdir. Bu yöntemde dizel motor belirlioranlarda pilot dizel yak ile çal lmakta, silindire emmemanifoldundan do algaz ilave edilmektedir. Güncel vedaha teknolojik bir di er çal ma ko ulu ise çift yak tenjektörleri ile sa lanmakta, do algaz do rudan silindirepüskürtülmektedir [1,15].

2.2.1. Benzinli Motorlarda Do algaz Kullan

2.2.1.1. Birinci Nesil Sistemler

Birinci nesil sistemlerde do algaz bir ventüri arac ylaemme havas na kar lmak suretiyle motor silindirlerinegönderilmektedir. Katalitik konvertörü olmayan vekarbüratörlü ta tlarda kullan lan sistemlerdir [1,15]. ekil10’da birinci nesil bir do algaz sistemi görülmektedir [15].

ekil 10. Birinci nesil do algaz sistemi

2.2.1.2. kinci Nesil Sistemler

ekil 11. kinci nesil do algaz sistemi

Kapal devre karbüratörlü ta tlarda, tek nokta enjeksiyonluta tlarda, nozul tipi enjeksiyonlu ta tlarda kullan labilensistemlerdir. Kapal devre lambda kontrolü bulunan vekar m ayar otomatik olarak yap labilen bir sistemdir.

Sistem Euro 1 ve Euro 2‘ yi kar layabilmektedir [1,15].ekil 11’de ikinci nesil bir do algaz sistemi görülmektedir

[10].

2.2.1.3. Üçüncü Nesil Sistemler

Kapal devre çok nokta enjeksiyonlu ta tlarda kullan lansistemlerdir. Sistemde mikser bulunmamakta, do algazdo rudan emme manifolduna püskürtülmektedir. SistemEuro 2 ve Euro 3’ü kar layabilmektedir [1,15]. ekil 12’deüçüncü nesil bir do algaz sistemi görülmektedir [15].

ekil 12. Üçüncü nesil do algaz sistemi

2.2.1.4. Dördüncü Nesil Sistemler

Sistem Euro 3 ve Euro 4'ü kar layabilmekte olup, kapaldevre fakir yanmal motorlarda kullan lmaktad r. Çoknoktadan enjeksiyonu içeren sistem, modern motorlara,farkl çal ma artlar na cevap verebilecek, uyumsa layabilecek teknolojiye sahiptir [1,15]. ekil 13’tedördüncü nesil bir enjeksiyon sistemi görülmektedir [10].

ekil 13. Dördüncü nesil do algaz sistemi

2.2.2. Dizel Motorlarda Do algaz Kullan

Dizel motorlar nda do algaz kullan iki farkl türdegerçekle mektedir. Bunlardan ilki motor modifikasyonu iledizel motorun yakla k bir benzinli motor çal ma biçiminedönü türülmesidir. Bir ate leme sisteminin yerle tirilmesive s rma oran n de tirilmesini gerektiren

1984


modifikasyon i leminde motor do algazla çal r durumagetirilebilmektedir. Bu yöntem büyük çapl modifikasyongerektirdi inden oldukça maliyetli olmaktad r ve bundandolay pek tercih edilmemektedir.

Dizel motorlarda do algaz kullan için en s kkar la lan yöntem olarak çift yak t uygulamasgörülmektedir. Çift yak t uygulamas nda do algaz emmehavas na kar larak silindire gönderilmekte, s rmazaman n sonunda silindire püskürtülen pilot dizelyak yla tutu ma sa lanmaktad r [1,4]. Bu tip motorlardamotor hem çift yak tla çal labilirken, hem deistenildi inde sadece dizel yak tla çal labilmektedir.

ekil 14’te örnek bir çift yak t sistemi görülmektedir [17].Çift yak t uygulamas nda do algaz n emme havas nakar larak kullan lmas n yan s ra, çift yak t enjektörleriile direk olarak silindir içine püskürtülerek kullan lmas damümkündür [1,15]. ekil 15’te bir çift yak t enjektörü ve çiftyak t enjektörünün çal ma biçimi görülmektedir 18].

ekil 14. Örnek bir çift yak t sistemi

ekil 15. Çift yak t enjektörü ve çift yak t enjektörününçal ma biçimi

2.2.3. Do algaz Motorlar

Günümüzde tek yak tl olarak do rudan do algazla çal anmotor üretimi de mevcuttur. Do rudan kullan lacak ta tiçin üretilen do algaz motorlar benzinli ve ya dizel motordönü ümlerine k yasla daha verimli çal maktad rlar.Kullan lacak ta t için üretildiklerinden dolay ta ta dahauygundurlar. Yüksek güç, dü ük yak t tüketimi, temizyanma ve daha rahat kullan m özellikleri ile öne

kmaktad rlar. Dönü üm yap lan sistemlere göre birazdaha maliyetli olu lar ve do rudan do algazaba ml klar dezavantajlar aras nda bulunmaktad r [3,4].

2.3. Do algaz n Kullan m Ko ullar , Avantaj veDezavantajlar

Ta tlardan kaynaklanan kirlili i azaltmada çözümyöntemlerinden biri olarak do algaz kullangörülmektedir. Do algaz, dizel yak na ve benzine k yaslayanma sonunda daha az kirletici aç a ç karmaktad r.Do algazl ta tlar n emisyon de erleri Euro 4 ve Euro 5normlar sa layabilmektedir. çeri inde kur un, kükürt vepartikül maddeler bulunmamaktad r. Sahip oldu u yüksekoktan say na ba olarak yanma verimi yüksektir [1,4].Yap lan çal malarda do algaz n özellikle son y llardaönemli bir unsur olarak kar za ç kan sera gaz etkisiolu turan CO2 emisyonlar azalt yönde katk oldu uifade edilmektedir. Bunun yan s ra do algaz n ta tlardakikullan mlar ile is ve NOx emisyonlar nda da önemliiyile melerin gerçekle ti i tespit edilmi tir [19,20].Do algaz tanklar birçok güvenlik testinden geçirilereküretilmektedir. Yap lan testler ta t uygulamalar ndaherhangi bir güvenlik sorununun olu madgöstermektedir [13]. Motor gürültüsü do algazl ta tlardabenzin ve dizel motorlara göre daha az seviyededir [21].Do algaz n mevcut rezervlerden elde edilmesi hususundaönemli ölçüde s nt bulunmamaktad r. Do algaz dizelyak ve benzine göre daha uygun sat fiyat na sahiptir.Enerji e de eri dikkate al nd nda, do algaz n benzin vedizel yak tlar na oranla daha uygun bir fiyata sahip oldu uanla lmaktad r. Do algaz kullan neticesi araç bak mmaliyeti de dü mektedir [22].

Ta tlarda do algaz kullan n baz dezavantajlar dabulunmaktad r. Fakat bu dezavantajlar n kullan m veüretim art na ba olarak azalt lmas mümküngörülmektedir. Do algaz dönü ümü ilave bir maliyetgerektirmektedir. A r hizmet tipi ta tlarda bu maliyet hafifta tlara göre biraz daha artmaktad r. Hafif ta tlardagünümüz ko ullar nda yeni nesil bir CNG dönü ümü 2800TL civar nda gerçekle tirilmektedir [23]. Do algazlta tlar n bir di er dezavantaj depolama problemidir.Güvenlik ve yak t özellikleri bu hususta ön plana

kmaktad r. Do algaz yak t tanklar n imali sonucuönemli oranda a rl k art olu maktad r. Do algaz n LNGbiçiminde ta tlarda depolanmas , CNG kullan m biçiminegöre biraz daha zordur. Bu zorluk yak t tank n dahakarma k yap ndan ileri gelmekte olup maliyeti önemliölçüde artt rmaktad r. Bu nedenle CNG kullan , LNGkullan na göre daha yayg n bir ekilde uygulanmaktad r.Benzin ve dizel yak tlar na göre do algaz n daha dü ükenerji yo unlu una sahip olmas ndan dolay , e de erenerjiyi sa layacak miktarda yak n araç üzerindedepolanmas daha büyük yak t tanklar na yada daha fazlasay da yak t tank na ihtiyaç duyulmas na nedenolmaktad r. Bunun için a r hizmet tipi araçlarda, menzilinartt lmas amac yla birden fazla yak t tank n araçüzerine montaj yap lmaktad r [1,15].

Günümüzde geli en imalat teknolojileri sayesinde yak tdeposu a rl n azalt lmas n mümkün oldu ugörülmektedir. Özellikle çelik tanklar n neden oldu u a

rl k art problemi, günümüzde bu tanklara e de ergüvenlikte fakat daha hafif olan kompozit malzemelerdenüretilen tanklarla azalt labilmektedir [24].

1985


ekil 16. Farkl malzemelerden üretilen CNG tanklar nrl k baz nda kar la lmas

ekil 16’da, farkl malzemelerden yap lan do algaztanklar n benzin tank ile a rl k yönündenkar la rmalar verilmektedir. Bu kar la rmada 1 galon(3.7854 lt) benzinin sahip oldu u l de er olarak enerjiiçeri i baz al nmaktad r. Benzin olarak depolamada tank nyak tla birlikte a rl yakla k olarak 0.93 kg/lt’dir. Çeliktenyap lm bir CNG tank n yak tla birlikte a rl yakla kolarak 5.15 kg/lt’ye kar k gelmektedir. Fiber kapl çelikmalzemeden üretilen CNG tank n yak tla birlikte a rl3.95 kg/lt’ye, fiber kapl alüminyum malzemeden üretilenCNG tank n yak tla birlikte a rl 2.87 kg/lt’ye vekompozit malzemeden üretilen CNG tank n yak tlabirlikte a rl 1.79 kg/lt’ye kar k gelmektedir. Kompozitmalzeme kullan larak üretilen CNG tank kullan ile, çelikmalzemeden üretilen tanka göre ayn enerji içeri inindepolanmas nda %65 oran nda bir azalma sa landgörülmektedir [24].

Gerek depolama probleminden ve gerekse dü ük enerjiyo unlu undan dolay , benzin veya motorin ile ayndepolama hacmine sahip do algaz kullan lan ta tlar nkatedebilecekleri menzil benzinli ve dizel motorlu ta tlara

yasla daha dü üktür [1,9]. Fakat daha hafif kompozitmalzemeden yap lm yak t tanklar n kullan lmas ileyak t tank hacmi artt larak yada araç yap na baolarak tank say artt larak bu sorun iyile tirilebilir.

3. Sonuçlar ve Öneriler

Do algaz farkl tiplerdeki ta tlara uygulanabilen biralternatif yak tt r. Ba ta CO2 emisyonu olmak üzere ta tkaynakl kirlili i azalt etkiye sahip olmas ve daha dü üksat fiyat ndan dolay benzin ve dizel yak tlar na göreönemli bir alternatif olarak görülmektedir. Günümüzdedünyan n kar la en önemli sorunlar aras nda, çevreve insan sa ile ekonomik sorunlar yer almaktad r. Buproblemlerin azalt lmas nda do algaz n önemli birpotansiyele sahip oldu u ortaya ç kmaktad r. Dünyagenelinde do algazl ta t say n h zla art da buproblemlerin azalt lmas dü üncesinin bir sonucudur.

Do algaz n sa lad faydalar yan nda kullan nda bazçözülmesi gereken sorunlar ortaya ç kmaktad r. En önemlisorunlar; yak t kullan ile ilgili eksik yasal düzenlemeler,depolama sorunlar , yak t sistemi maliyetinin yüksekolmas ve altyap tesislerinin günümüzde yetersiz olmasolarak ifade edilebilir. Yap lacak yasal düzenlemelerlebirlikte, do algaz kullan n te vik edilmesi sonucundaartacak araç say na ba olarak sorunlar n çözümü

zlanabilecektir. Özellikle dolum istasyonu gibi altyaptesisleri talep art ile birlikte ço alaca ndan bir çözümyolu ortaya ç kacakt r. Depolama konusundaki sorunlar isekompozit malzemelerden üretilen tanklar n yayg nla masile büyük oranda azalacakt r. Petrol kökenli yak tlara göredü ük olan fiyat dolay yla, do algaz uygulamas içingereken sistem maliyeti bir süre sonra kendisini telafiedebilecektir.

Kaynaklar

[1] Çetinkaya, S., “Ta tlarda Yak t Olarak CNG Kullan nTeknolojik Ve Ekonomik Aç dan De erlendirilmesi”, III. LPG-CNGKongresi ve Sergisi, 8-9 Haziran, Ankara

[2] http://www.iangv.org[3] Yalç nkaya, V., “Motorlar n Do algaza Dönü ümü, Do algazl

Motorlar n Performans , Emisyon De erleri ve Dolumstasyonlar n ncelenmesi”, stanbul Teknik Üniversitesi YüksekLisans Tezi, 2004

[4] Bayka, D., “Do algaz n Ta tlarda Yak t Olarak Kullan ”, III. LPG-CNG Kongresi ve Sergisi, 8-9 Haziran, Ankara

[5] Acaro lu, M., “Alternatif Enerji Kaynaklar ”, Atlas Yay nlar , stanbul,2003

[6] www.habas.com.tr[7] Mohamed Y.E. Selim, “Sensitivity of Duel Fuel Engine Combustion

and Knocking Limits to Gaseous Fuel Combustion”, EnergyConversion and Management 45 (2004) 411-425

[8] Yeti ken, Y., Ekmekçi, ., “Türkiye artlar nda S lm CNG’liAraçlar n Kullan n rdelenmesi”, III. LPG-CNG Kongresi veSergisi, 8-9 Haziran, Ankara

[9] Siyalom, Y., “Araçlarda LPG-CNG Kar la lmas ”, III. LPG-CNGKongresi ve Sergisi, 8-9 Haziran, Ankara

[10] http://www.czakram.pl/cng.php[11] http://cngtaktir.blogspot.com/2008/03/lng-hakkinda.html[12] http://www.autoblog.com/2006/09/17/paris-preview-methane-

powered-fiats[13] Pancar, F., “Dizel Motorlar n Do algaz Motorlar na

Dönü türülmesi” stanbul Teknik Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi,2004

[14] http://www.powergreenalliance.com/gas2.htm[15] Topuzlar, G., “Otomotiv Sektöründe Do algaz”, III. LPG-CNG

Kongresi ve Sergisi, 8-9 Haziran, Ankara[16] http://www.myphill.com/[17] http://www.ngvmotori.it/UK_HTML/p_dual_fuel.htm#[18] http://www.westport.com/tech/enable.php#combustion[19] R.G. Papagiannakis, D.T. Hountalas,” Combustion and Exhaust

Characteristics of A Dual Fuel Compression Ignition EngineOperated With P lot Diesel Fuel and Natural Gas” , EnergyConversion and Management 45 (2004) 2971-2987

[20] G. Papagiannakis, D.T. Hountalas, C.D. Rakopoulos “TheoreticalStudy of The Effects of Pilot Fuel Quantity and ts njection Timingon The Performance and Emissions of A Dual Fuel Diesel Engine” ,Energy Conversion and Management 48 (2007) 2951-2961

[21] Mohamed, Y. E. Selim, “Pressure Time Characteristics InDiesel Engine Fueled With Natural Gas”, RenewableEnergy, 22 (2001) 473-489

[22] Özrahat, D., “Do lagaz n çten Yanmal Motorlarda AlternatifYak t Olarak Kullan lmas ”, Erciyes Üniversitesi, YüksekLisans Tezi, 2004

[23] www.ekolpg.com[24] Owen, K., Coley, T., “Alternative Fuels Reference Book”,

ISBN 1-56091-589-7

50

40

30

20

10

0

ÇelikTank

FiberKaplÇelikTank

FiberKaplAlümin-yumTank

Kom-pozitTank

Benzin Tank

rl k Bile enleri

Yak t

Depolama

rlk

lb/U

.S. g

alon

(kg

/lt)

43 (5.15)

33 (3.95)

24 (2.87)

15 (1.79)

7.8 (0.93)

1986

http://www.iangv.org/

http://www.habas.com.tr/

http://www.czakram.pl/cng.php

http://cngtaktir.blogspot.com/2008/03/lng-hakkinda.html

http://www.autoblog.com/2006/09/17/paris-preview-methane-

http://www.powergreenalliance.com/gas2.htm

http://www.myphill.com/

http://www.ngvmotori.it/UK_HTML/p_dual_fuel.htm%23

http://www.westport.com/tech/enable.php%23combustion

http://www.ekolpg.com/


ABS PERFORMANSININ BELİRLENMESİNE YÖNELİK TEST METODOLOJİSİNİN GELİŞTİRİLMESİ

DEVELOPMENT OF TEST METHODOLOGY TO DETERMINE ABS (ANTI-

LOCK BRAKE SYSTEM) PERFORMANCE

Mesut DÜZGÜNa,* Duran ALTIPARMAKa a,* Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Otomotiv Anabilim Dalı Teknikokullar 06500 Ankara Türkiye,

[email protected], [email protected]

Özet ABS performansını analiz edebilmek için frenleme basınç verilerinin düzgün bir şekle elde edilmesi gerekir. Yol şartlarında test verilerinin her zaman aynı şartlarda alınması çok zor bir durumdur. Farklı kontrol tekniklerine sahip taşıtlarda frenleme parametrelerinin değişimlerini incelerken verilerin aynı şartlarda elde edilmesi çok önemlidir. Özellikle farklı zemin şartları ve bölünmüş yol testleri ABS kontrol tekniğini inceleme açısından büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada laboratuar ortamında oluşturulan ve farklı şartların test edilebildiği bir sistem oluşturulmuştur. Bu sistem ile ABS donanımlı taşıtlarda basınç verileri alınarak analizler yapılmakta ve fren etkinliği bu veriler ışığında değerlendirilmektedir. Anahtar kelimeler: ABS, veri analizi, fren analizi, ABS kontrolü, test metodolojisi Abstract Brake pressure should be recorded appropriately to analysis ABS performance. It is very difficult situation to get test data at the same conditions every time in road conditions. It is very important to get data at the same conditions while investigating brake parameters change in vehicles having different control techniques. Especially different road conditions and divided road test have a big importance in investigating ABS control techniques. In the present study a system developed in the laboratory condition and tested different road conditions were prototyped. With this system analysis were conducted by getting data from the vehicles with ABS and brake performance were evaluated taking these data into account. Keywords: Anti-lock brake system, data analysis, brake analysis, ABS control, test methodology. 1. Giriş ABS fren sistemleri 1978 yılında Robert Bosch tarafından bulunmuş 1980’lerin başında birçok otomobil firması tarafından kullanılmıştır. Günümüzde kullanılan taşıtların birçoğu ve yeni üretilen taşıtların büyük bir bölümü ABS fren sistemi ile donatılmıştır [1]. ABS fren sistemi ani frenleme manevraları esnasında ve ani frenlemede taşıtın direksiyon hâkimiyetini sağlamasına yardım ederek taşıt güvenlik ve kontrolünün iyileştirilmesini sağlar.

Taşıt ve üreticiye bağlı olarak değişik versiyonlar şeklinde kullanılan ABS fren sistemleri birçok yeni taşıtta standart, bazı taşıtlarda ise opsiyonel bir donanımdır. Bazı taşıtlarda arka tekerlekler ABS fren sistemi ile donatılmış iken (örnek olarak kamyonetler ve arazi taşıtlarında, spor kullanıma yönelik taşıtlarda) birçok taşıtta dört tekerlekte ABS fren sistemi kullanılmaktadır. Binek taşıtlarda bazı ABS fren sistemleri ön tekerleklerdeki frenleme torkunu birbirinden bağımsız olarak ayarlarken arka tekerleklerin frenleme torkunu birlikte ayarlamaktadır. Bazı sistemlerde her bir tekerlek için bu düzenleme bağımsız olarak gerçekleştirilmektedir. ABS fren sistemi ve fren merkezinin çalışma prensipleri ABS fren sisteminin frenleme hareketi ve taşıt dinamik hareketi üzerinde ki etkilerini yakından ilgilendirmektedir. Bir aracın değişik frenleme koşullarında nasıl bir performans sergileyeceği aşağıdaki hususlara göre önem arz etmektedir; • Taşıt kararlılığı ve kararlılık kontrolü, • Taşıt dinamik yapısı ve davranışları, • Kazaların yeniden tasarlanması ve rekonstrüksiyon

canlandırılması, • Akıllı otoban sistemleri ve aktif güvenlik sistemlerinin

kullanımı açısından Günümüzde binek ve ticari taşıtlarda frenleme esnasında kilitlenmiş bir tekerleğin fren karakteristiği ve fren performansına yönelik etkileri üzerine pek çok çalışma mevcutken ABS’nin davranışlarının ve basınç kontrollerinin açıklanamayan yönleri, ABS’nin frenleme parametreleri üzerindeki etkileri, test edilebilme metotları ile ilgili az sayıda çalışma bulunmaktadır. Clemens, 1998 model Ford Mustang SUT Cobra ile 7 farklı ultra yüksek performanslı lastikle ABS testleri yapmıştır. Testler 97 km/h hızla kuru ve ıslak beton zeminde yapılan frenlemeyi, kuru ve ıslak zeminde yanal ivmelenmelerin ölçümlerini içermektedir. Bu çalışma sonucunda bir lastik hariç tüm lastiklerin birbiriyle karşılaştırılabilir sürtünme karakteristiklerine sahip oldukları görülmüştür. Yedi lastikten bir tanesi kuru zeminde 97 km/h hızda diğerlerine göre iki kat bir mesafede durmuştur. Kuru zemindeki frenleme bozukluğunun sadece lastik kaynaklı olmasının olasılık dışı bir durum olduğu belirtilmiştir [2]. Binek taşıtlarda acil durum manevralarında ABS’nin etkisiyle ilgili literatürde iyi açıklanmayan birçok konuda bulunmaktadır. Taşıt dinamik yapılarındaki değişiklikler ve kullanılan ABS kontrol algoritmalarındaki farklılıklar yapılan


1987



Düzgün, M., Altıparmak, D.

çalışmaların sürekli incelenmesi gerekliliğini ortaya koymaktadır. Benzer şartlarda farklı kontrol tekniklerinin performans açısından değerlendirilmesi içinde özel test imkânlarının sağlanması gerekmektedir. Bu konuda yapılmış geniş kapsamlı çalışmalar bulunmamaktadır. ABS sistemli taşıtlarda bazı ABS sistemleri yüksek pedal kuvveti uygulanmasında yüksek performans sağlarken bazı ABS sistemleri de yeterli bir fren pedal kuvvetiyle daha iyi bir performans göstermektedir. Bunun sonucunda da Csere çalışmasında ABS sistemi ile pedal kuvveti arasında zayıf bir ilişki olduğu yönünde bazı yorumlar yaparak deneysel olarak bu konunun incelenmesi önerisinde bulunmuştur [3]. Adler doğrusal ve yanal kuvvet katsayılarıyla, fren kayma yüzdeleri arasındaki ilişkiyi tanımlayan bir çalışma ortaya koymuştur. Doğrusal ve yanal kuvvet katsayıları değişimleri daha çok, frenleme ve viraj dönüşlerinde değişimler göstermektedir. Frenlemenin olmaması durumunda tekerlek üzerinde fren kayma yüzdesi ve doğrusal kuvvet katsayısının değeri sıfırdır, yanal kuvvet katsayısı ise maksimumdur. Frenleme esnasındaki kayma yüzdesi taşıt hızı ile lastiğin çevresel hızı arasındaki farkın oranına eşittir. Tam bir yuvarlanmada fren kayma yüzdesi sıfırdır. Tam bir kaymada ise yani tekerleğin kilitlenmesi halinde fren kayma yüzdesi %100’dür. Doğrusal kuvvet katsayısı fren kaymasının artmasıyla yaklaşık %20 oranında artar, bu noktadan sonrada azalma eğilimine girdikten sonra kayma %100’e ulaşır. Frenleme kayması sıfırdan yükselmeye başladığı zaman yanal kuvvet katsayıları düşük seviyelere iner, ondan sonra kayma %20’yi aştığında tekrar yükselir ve %50’ değerini bulur. % 100 fren kaymasında kayma değeri sıfır değerini bulur. Bunun gerçek şartlar altında taşıta uygulanabilirliği olmadığından ABS fren sisteminin farklı direksiyon manevralarında nasıl bir davranış göstereceği teorik olarak bilinemez. Bu tür sonuçları elde edebilmek ve yaklaşım geliştirebilmek amacı ile yol şartlarının ve test sistemlerinin özel olarak hazırlandığı testler yapılmalıdır [4]. Adler yaptığı çalışmada teorik olarak bu durumu incelerken sonuçta gerçek yol testlerinin yapılmasını önermiştir. Reed ve Keskin taşıt hızı ve ABS’ siz (kilitlenen fren sistemi) fren sisteminin ortalama sürtünme katsayısı arasında lineer bir ilişki saptamışlardır. Ortalama sürtünme katsayısı ve başlangıç (inital) başlangıç hızı taşıtın ilk olarak kilitlene tekerleği baz alınarak hesaplanır. Reed ve Keskin tarafından ortaya konulan veriler ABS’siz taşıtlarda ortalama sürtünme katsayısının 16 km/h hızda 0,76 g ve 97 km/h hızda 0,55 g ye düşerek 16 km/h hız ile 97 km/h hız arasında %28’lik bir azalma olduğu ortaya koymaktadır. Reed ve Keskin tarafından taşıtın kinetik enerjisinin büyük bir kısmının ilk önce kilitlenen tekerleğe dağıtıldığı sonucuna da ulaşmışlardır. Onlar enerji dağıtımıyla tekerleğin kilitlenmesinden önceki taşıt hızı arasında üstel bir ilişki olduğunu da ortaya koymaktadır [5]. Aracın (initiol) başlangıç enerjisinin ani bir frenlemede 32 km/h hızda yaklaşık %48’inin kilitlenen tekerleğe gönderildiğini 97 km/h hızda ise bu değerin %20’ye indiğini göstermektedir. Warner ve arkadaşları artan taşıt hızıyla kayma sürtünmesindeki düşüşü gösteren genel bir hat ve tablo sunmuştur. Warner’ in ortaya koyduğu genel hat artan taşıt hızıyla kuru ve ıslak zemindeki kayma sürtünmesindeki düşüşü ve kayma sürtünmesinin tepe

noktasını göstermektedir. Kuru zeminde 16 km/h hızda 0,93 g olan maksimum sürtünme 97 km/h hızda 0,81 g ye düşmektedir buda hızla arasında %13’lük bir sürtünme farkını ortaya koymaktadır [6]. Bu çalışmada literatürde bahsedilen çalışmalara paralel olarak benzer konular ele alınarak incelenmiştir. Ancak birçok çalışmada olduğu gibi ABS’li frenlemelerde parametre incelemelerinde değişimlerin yorumlanabilmesi için, frenleme değişkenlerinin her test ortamında sabit tutulması gerekmektedir. Bu sebeple yol şartlarında gerekli kararlılığın sağlanamadığı durumlarda test sonuçlarını anlamlandırmak oldukça güç olmaktadır. Yukarıda bahsedilen güçlükler düşünülerek ABS’li taşıtları test etmek amacı ile yol şartlarını simüle edebileceğimiz ve gerçek yol parametreleri ile sistem performansını inceleyebileceğimiz bir test düzeneği geliştirilmiştir. 2. Materyal Metod ABS’li taşıtlar üzerinde kullanılan ABS donanım olarak aynı fakat birbirlerinden farklı kontrol tekniklerine sahip tir. ABS fren sistemlerinin laboratuar şartlarında testlerinin yapılabilmesi için bir test düzeneği tasarlanarak sistem test edilecek araca adapte edilmiştir. Testlerin yapılacağı araca test ekipmanları adapte edilerek monte edilmiş ve aracın laboratuarda test düzeneği vasıtası ile ABS sistemi aktif hale getirilerek frenleme verileri alınmıştır. Bağlantılar ve verilerin alınması için taşıt üzerinde mevcut bulunan ABS fren sistemi ekipmanlarından faydalanılmıştır. Taşıt üzerindeki test ekipmanlarından basınç, hız ve pedal kuvveti verileri alınarak frenleme ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Frenleme esnasındaki farklı yol şartları, yol simülasyon test düzeneği aracılığı ile uygulanarak bu durumlarda taşıttaki frenleme anında oluşan ABS kontrol değişimleri alınmıştır. Geliştirilen test cihazının taşıt üzerine bağlantısı Şekil 1’de görülmektedir.

Şekil 1. Veri toplama kartı, elektrik motorları, hız sensörleri

ve kontrol ünitesinin laboratuarda araca bağlantısı. 2.1 Yol simülasyon test sistemi Aracın tekerlek sensörlerinin bağlandığı ve ECU’nin kullandığı verileri düzenleyen hız kontrol cihazları Şekil 2’de görülmektedir. Testler esnasında pratik ve kolay kullanım açısından kontrol cihazlarını sürücünün kendi kontrol etmesi amacı ile taşınabilir bir kontrol paneli

1988


tasarlanmıştır. Tekerlekler arasındaki farklı hızları (kayma) kontrol cihazına önceden programlama ile cihazın hafızasına girerek bu kontrol panelindeki butonlara bu kayma değerleri kaydedilmektedir. Daha sonra taşıtın her bir tekerleği aynı hızda hareket ederken yani her tekerleğin devrini sağlayan elektrik motorları belirlenen taşıt hızında dönerken bu esnada frene basılarak kayma butonları ile istenilen tekerlek önceden belirlenen hıza düşürülmektedir. Bu hız değişiminde ivme ve minimum değerler ayrıca ayarlanabilmektedir. Değişen hız değeri ve ivme değişimi frenlenen tekerlekteki değişimleri simüle etmektedir. Burada hızın değişimi de aracın yavaşlama ivmesini veya ilgili tekerleğin açısal ivme değişimi olduğundan kontrol cihazları üzerinden bu değerlerde ayarlanarak her bir test için standart frenleme ivmeleri belirlenmektedir.

Şekil 2. Yol simülasyon sistemi ve kayma kontrol paneli.

Sistem taşıt üzerine Şekil 3’de görülen bağlantı şemasındaki hali ile bağlanmaktadır. Burada en önemli husus hız verilerinin ECU’ne gönderilmesinde taşıtın kendi hız sensörleri kullanılmaktadır. Direnç veya çalışma değerleri açısından farklı sensörlerin sisteme bağlanması halinde ECU’ne giden yanlış sinyaller sistemi yanıltacağı gibi sistemde ciddi tahribata da yol açabilmektedir. Hız kontrol cihazları 220V gerilim ile çalışırken kontrol paneli 12V ile çalışmaktadır. Hız sensörleri ise aracın kendi ECU’si besleme gerilimi ile çalışmaktadır.

Şekil 3. Test sisteminin araca bağlantı devre şeması ve

taşıt sensörlerinin test sistemine adaptasyonu. Sistemde indüktif sensörlerin kullanılmasından dolayı çelik malzemeden yapılmış dişli çark kullanılmıştır. Taşıtlarda poyra üzerinde veya aks mili üzerinde bulunan dişli

çarktaki diş sayısı ile burada kullanılan diş sayısı aynıdır. Farklı olması durumunda hız kontrol cihazlarının aracın kontrol ünitesine gönderdiği hız sinyalleri ile gerçekte kendi hızı arasında bir fark oluşacaktır. Bu sebeple burada en çok dikkat edilmesi gereken hususlardan biriside diş sayılarının aynı olmasıdır. Bazı taşıtlarda indüktif sensörler yerine encoder sayıcılar veya hall-effect sensör kullanılmaktadır. Encoder sensörlerde ise test sistemine ayrıca bir encoder sayıcı devresi bağlanmalıdır. Testlerimizde kullandığımız aracın tekerleklerinin hepsinde indüktif sensörler kullanılmaktadır. 2.2 Basınç, pedal kuvveti ve tekerlek hız değişimleri ölçüm sistemi Yol simülatör sistemi ile aktif hale getirilen taşıt üzerindeki ABS sisteminin basınç, kuvvet ve hız verileri bilgisayar, veri kartı, basınç sensörleri ölçüm ünitesi ve kuvvet sensörleri ile oluşturulan bir ölçüm sistemi tarafından kontrol edilmektedir. ABS fren sisteminin kontrol ettiği sistem ve tekerlek basınçlarının ölçüm ünitesine aktarılması için hidrolik modülatördeki her bir tekerlek bağlantılarına ve sistem çıkışına birer dinamik basınç ölçüm sensörü bağlanmıştır. Cevap süreleri çok yüksek olan ve anlık değişimleri çok kısa sürede kaydedebileceğimiz basınç sensörleri bir basınç ünitesi yapılarak üzerine monte edilmiştir. Modülatörden sisteme gelen hidroliğin basıncı ölçüm ünitesinde ayrı ayrı kanallarda ölçülerek bilgisayar ünitesine gönderilmektedir (Şekil 4).

Şekil 4. Hidrolik modülatör basınç ölçüm ünitesi ve bağlantıları.

Sistemde basınç artışını sağlayan pedal kuvvet değişimleri bir pedal kuvvet sensörü (Şekil 5) ile ölçülerek veri kartına gönderilmektedir. Veri kartı üzerinden bilgisayarda hazırlanan yazılıma kaydedilen pedal kuvvetleri basınç değişimlerinin incelenmesi ve analizlerinde kullanılmaktadır.

Şekil 5. Veri toplama kartı, mobil bilgisayar, pedal kuvvet

sensörü ve yazılım sistemi.

1989


Her bir tekerlekteki hız değişimleri kontrol amaçlı aracın kendi sensörleri üzerine yapılan bağlantı konektörleri ile veri kartına aktarılarak bilgisayarda kontrol altına alınmaktadır. Tabi hız kontrol cihazlarının kontrolleri bizim isteğimiz dâhilinde önceden belirlediğimiz ivme değerlerinde gerçekleştiği için bu kaydedilen tekerlek hız verileri analizlerde kontrol amaçlı kullanılmaktadır (Şekil 6).

Şekil 6. Tekerlek hız verilerinin ECU’ne gönderildiği devre üzerine yerleştirilen bağlantı konektörü.

2.3 Test matrisi ve uygulanması Taşıt için önceden belirlenmiş test matrisi uygulanarak verileri bilgisayarda kayıt altına alınmıştır. Her bir matris testi için elde edilen veriler fren basıncı ve pedal kuvveti verilerine dönüştürülerek grafikleri oluşturulmuştur. Farklı frenleme durumları arasındaki farklılıkları görebilmek için Çizelge 1’deki matris uygulanmıştır.

Çizelge 1. Test matrisi ve değişken parametreler.

Şekil 7’de ise taşıt üzerindeki tekerleklerin pozisyonları ve aracın hangi tekerleğinin sistemde nasıl tanımlandığı görülmektedir.

Şekil 7. Taşıt tekerlek pozisyonları ve frenlenen

tekerleklerin gösterimi (Sağ, sol/ ön, arka).

A, B, C, D olarak adlandırılan tekerleklerin birbirlerine göre hız farkları (kayma) değerleri üzerinden sistemde testler uygulanmıştır. Ön / arka, sağ / sol, Sağ; sol ön / sağ; sol arka ve her bir tekerleğin bağımsız tek kontrol edildiği matriste tekerleklerin frenleme esnasındaki basınç değişimlerinin birbirlerine göre değişimleri elde edilmektedir. 3. Tartışma Taşıt üzerine kurulan test sistemi ile Çizelge 1’de gösterilen test matrisinden temel testler gerçekleştirilmiştir. Laboratuar ortamında taşıt hareket halinde olmadan durağan halde iken aracın fren sistemi gerekli parametreler ECU’ne gönderilerek aktif hale getirilmiştir. Düşük hız, düşük ivme ve düşük pedal kuvveti değişimlerinde ölçümler gerçekleştirilmiştir. 3.1 Test 1 Bu testte 100N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme başlangıcındaki ve bitimindeki frenleme basınçlarının değişimleri Şekil 8 ve Şekil 9’da görülmektedir. Frenleme esnasında %15 kayma değeri ön tekerleklerde oluşturulmaktadır ve frenleme esnasında %15’lik kayma aynı anda meydana getirilmiştir.

Şekil 8. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme

ile frenleme başlangıcındaki basınç değişimleri (Ön<Arka).

Test aracı üzerindeki fren sistemi frenleme başlangıcında ön iki tekerleğin basınçlarını birlikte azaltırken buna bağlı olarak sistem basıncında da yükselme görülmektedir. Buna bağlı olarak ta arka tekerleklerde fren basıncının bir miktar artış eğilimi içerisinde olduğu da görülmektedir. Ön tekerlekler arasındaki çok küçük basınç farklılıkları test sisteminde kullanılan hidrolik bağlantılardaki dirsek ve hortum bağlantılarındaki dönüşlerden kaynaklanmaktadır. Çok kısa süre içerisinde değişim sergileyen basınç değerleri dirsek kullanılan bağlantılarda çok azda olsa daha sonra değişim göstermektedir. Yani dirseklerdeki dönüşler basınç değişimlerinin zamanını etkilemektedir. Taşıt üzerinde fren borularında dirsek yapılmamasının ve tekerleklere göre hortumların mesafeleri bu durumdan dolayı önem arz etmektedir. Frenleme başlangıcında kademeli olarak 3-4 aşamada basınç değeri sıfıra düşürülürken basıncın yükselmesi durumunda yani frenlemenin ortadan kalkması durumunda tekerlekte fren

1990


pedal kuvveti değerine bağlı olarak tekrar fren basıncının önceki değerine yükselmesi daha çabuk gerçekleşmektedir. Ayrıca fren basınç yükselme işlemi basıncın düşürülme işlemindeki gibi aşamalı olarak yükseltilmemektedir. Daha kısa sürede sürekli yükselen bir eğilim ile artırılmaktadır. Bu esnada sistem basıncı ve arka tekerlek basınçlarında azalma ve frenleme başlangıç değerlerine geldiği gözlemlenmektedir.

Şekil 9. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme bitimindeki basınç değişimleri (Ön<Arka).

Fren pedal kuvveti değişimi incelenecek olursa ABS’nin devreye girmesi ile pedal kuvvetinde bir artış görülmektedir. Bu artış ABS modülatörüne bağlı çalışan elektrik pompasının ön tekerleklerdeki basıncı düşürmek için devreye girmesi ile aynı anda başlamaktadır. Bunun en önemli sebebi bu tekerleklerden boşaltılan hidrolik geri dönüş hattı üzerinden sisteme yani fren ana merkez ünitesine gönderilmektedir. Bu durumdaki basınç değişimi sürücünün pedalda titreşim hissetmesi şeklinde kendini göstermektedir. İşte bu titreşimlerin ve pompanın hidroliği geri göndermesi ile pedalda oluşan itme kuvveti pedala bağlı kuvvet sensörü ile tespit edilebilmektedir. Basınç yükselme safhasında yani frenleme bitiminde, hidrolik basıncının artması ve pompanın devre dışı kalması ile pedalda oluşan geri yönlü kuvvet ortadan kalkmaktadır. Pedal kuvvet grafiğinde 5. saniyede bu değişim gözlemlenebilmektedir.

Şekil 10. %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenlemede 100 N pedal kuvveti değişimi. (Ön<Arka).

3.2 Test 2 100N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5m/s2 ivme sol ön ve sol arka taraftaki tekerleklerin frenleme başlangıcındaki ve bitimindeki frenleme basınçlarının değişimleri Şekil 11 ve Şekil 12’de görülmektedir. Frenleme esnasında %15 kayma değeri ön sol ve arka sol tekerleklerde oluşturulmaktadır.

Şekil 11. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme başlangıcındaki basınç değişimleri. (Sol ön,

arka< Sağ ön, arka).

Sol ön ve sol arka tekerleklerde meydana getirilen kayma sonucunda test aracı üzerindeki ECU’si hidrolik modülatördeki her iki arka tekerlekteki frenleme basınçlarını düşürmektedir. Sol ön tekerlekte arka tekerleklerdeki basınç değeri sıfıra düşene kadar hiçbir müdahalede bulunmamaktadır. Arka tekerleklerdeki basınçların sıfıra düşmesini müteakip ön tekerleklerde frenleme basıncını çok ani bir şekilde azaltıp artırmaktadır. Buna bağlı olarak sistem basıncında da bu esnada değişimler görülmektedir. Test 1’deki basınç düşürme safhasında diğer tekerleklerde ve sistemde basınç değişimi olmasına karşın burada arka tekerleklerin basınçları 2,5 s de sıfıra düşürüldükten sonra sisteme ve diğer tekerleklere müdahale edilmektedir.

Şekil 12. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme bitimindeki basınç değişimleri. (Sol ön, arka<

Sağ ön, arka).

1991


Arka tekerleklerin her ikisinin birden kontrol edilmesi ise arka tekerleklerde kullanılan kontrol sisteminin birlikte olduğunu göstermektedir.

Frenleme işleminin bitmesinde ise pedal kuvveti ortadan kaldırılana kadar fren basınçları sıfıra düşürülmüş tekerleklerde hiçbir fren basınç artışı gözlemlenmemektedir. Fren basıncı düşürülme aşamasında fren pedal kuvvetinde azalma meydana gelmektedir. Test 1’deki fren basıncı düşürülme safhasında sisteme geri gönderilen hidrolikten dolayı pedal kuvvetinde artış olmaktaydı. Burada ise sistemde arka tekerleklerin basınçları sıfır değerine ulaşana kadar hiçbir basınç değişimi görülmemektedir. Bundan dolayı sadece arka tekerleklerin basınçları düşürülünce fren pedalı üzerindeki uygulanan kuvvetinde de ani bir düşüş görülmektedir. Aslında burada fren pedalında bir kuvvet azalmasından ziyade basınç düştüğü için pedalda bir miktar daha hareket olmaktadır. Bu esnada pedal üzerindeki kuvvet bir miktar azalmaktadır (Şekil 13).

Şekil 13. %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenlemede 100 N pedal kuvveti değişimi. (Sol ön, arka< Sağ ön, arka).

3.3 Test 3 Bu testte Test 2 ile aynı sonuçlar ve benzer kontroller gözlemlenmiştir (Şekil 14). Pedal kuvveti değişimleri ise Test 2 ile yine benzer değişimler sergilemektedir. Şekil 16’da 5. saniyede gözlemlenen pedal kuvvetindeki düşüş sistemden değil tamamen kullanıcıdan kaynaklı bir değişimdir.

Şekil 14. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme başlangıcındaki basınç değişimleri. (Sol ön;

Sağ arka< Sol arka; Sağ ön).

Şekil 15. ABS 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme bitimindeki basınç değişimleri. (Sol ön;

Sağ arka< Sol arka; Sağ ön).

Bazı çalışmalarda sabit pedal kuvveti uygulama sistemleri kullanılmaktadır. Burada ise serbest hareket yapan bir pedal ve üzerinde kuvvet ölçümü yapan bir sensör bulunmaktadır. Bunun sebebi ise ABS’nin etkin olması durumunda pedalda meydana gelen değişimleri de gözlemleyebilmektir. Bu sebeple sabit pedal kuvveti sistemi kullanılmamıştır. Sürücüden kaynaklı hata payı çok düşük olduğundan dolayı sistemden kaynaklı değişimler kendisini daha net göstermektedir.

1992


Şekil 16. %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenlemede 100 N pedal kuvveti değişimi. (Sol ön; Sağ arka< Sol arka; Sağ

ön).

3.4 Test 4-5 Test 4-5 ön tekerleklerin ayrı ayrı kayma değerlerinin artırılarak tek kontrollerinin gözlemlendiği testlerdir. Burada ön sol ve ön sağ tekerleklerin %15 kayma değerinde nasıl kontrol edildikleri Şekil 17 ve Şekil 18’de görülmektedir. Ön tekerleklerde kaymanın meydana gelmesi ile ECU’si o tekerlekteki basıncın düşürülerek kontrol edilmesini sağlamaktadır. Hidrolik modülatördeki solenoid valfler ile kayan tekerlek kontrol edilerek o tekerleğin basıncı düşürülmektedir. Çok ani bir şekilde büyük basınç değişimleri gözlemlenmektedir. Ön tekerleklerin birlikte kayması durumunda tekerlek basınçları paralel bir şekilde kademeli düşürülürken tek tekerleğin kilitlenmesi veya kayma değerinin artması durumunda sistem çok ani cevap vermektedir. Bunun en önemli sebeplerinden birisi manevra tekerleklerinde sadece bir tekerleğin kilitlenme eğilimi içerisinde olması veya kilitlenmesi taşıt güvenliğini tehlikeye düşürmektedir. Ön tekerlekteki basınç düşmesine paralel olarak sistem basıncında da ani bir yükselme görülmektedir.

Şekil 17. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme başlangıcındaki basınç değişimleri. (Sol ön<

Sağ arka; Sol arka; Sağ ön).

Şekil 18. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme başlangıcındaki basınç değişimleri. (Sağ ön<

Sağ arka; Sol arka; Sol ön).

Tekerlekte kaymanın ortadan kalması durumunda tekrara tekerlek basıncı ve sistem basıncı Şekil 19’daki gibi eski değerlerine ulaşmaktadır.

Şekil 19. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme bitimindeki basınç değişimleri. (Sol ön< Sağ

arka; Sol arka; Sağ ön).

Şekil 20. %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenlemede 100 N pedal kuvveti değişimi. (Sol ön< Sağ arka; Sol arka; Sağ

ön).

1993


3.5 Test 6-7

Arka tekerleklerin müstakil kayma kontrollerinde ise yine her iki tekerleğin birlikte kontrol edildiği ve değişimlerinin Test 2’deki duruma benzer bir şekilde değiştiği görülmektedir (Şekil 21). Sol veya sağ herhangi bir tekerleğin tek başına kayma değerinin artması sonucunda kontrol ünitesi modülatördeki her iki tekerleğin solenoid valflerinide kontrol etmektedir. Yani taşıtta arka tekerlekler hiçbir zaman tek başına kontrol edilmemektedir.

Şekil 21. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme başlangıcındaki basınç değişimleri. (Sol arka<

Sağ arka; Sol ön; Sağ ön).

Şekil 22. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme bitimindeki basınç değişimleri. (Sol arka< Sağ

arka; Sol ön; Sağ ön).

Pedal kuvveti değişimi de incelenecek olursa yine Test 2’deki sonucun aynı meydana gelmektedir.Buradan anlaşılacağı üzere bu test aracı için ABS kontrol ünitesi (ECU) önler için birbirinden bağımsız arkalar için bağıl bir kontrol metodu uygulanmaktadır.

Şekil 23. %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenlemede 100 N pedal kuvveti değişimi. (Sol arka< Sağ arka; Sol ön; Sağ

ön). 4. Sonuç Yapılan örnek testlerin sonuçları detaylı incelendiği taktirde bu test aracı için ön tekerleklerde daha hassa bir kontrol yapıldığı söylenebilir. Bunun sebeplerinden bir tanesi taşıtın frenleme esnasında ön tekerleklerdeki manevra kabiliyetinin kaybolmaması denilebilir. Ayrıca ön tekerleklerde panik frenlemelerde kilitlenme veya kayma daha fazla olabileceği için ön tekerleklerde serbest bir kontrol yani birbirlerinden bağımsız bir kontrol yolu izlenmiştir.Arka tekerleklerin kayma kontrolü açısından birlikte kontrol edilmesi taşıtın savrulma riskinin en aza indirilmesi diyebiliriz. Frenleme esnasında arkadaki yük değişiminin fazla olması arka tekerleklerin select-low diye adlandırdığımız düşük hassasiyetli kontrol (birlikte kayma başlangıcında ilk kaymaya başlayan tekerleğe göre kontrol) tekniğine göre kontrol edildiğini göstermektedir. Teşekkür Bu çalışmada kullanılan ekipman ve test sistemleri Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Biriminin 07/2006-08 kodlu “Binek taşıtlarda kullanılan ABS (Anti-lock brake system) fren sisteminin yol şartlarında taşıt güvenliğine etkilerinin araştırılması” konulu projesinden temin edilmiştir. Çalışmamızda yardım ve desteklerini esirgemeyen Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimine teşekkürlerimizi sunarız. Kaynaklar [1] Bauer, H., “Automotive Handbook 4th Edition”, Robert

Bosch GmbH, Editor in Chief, Warrandale PA, 335 (1996).

[2] Clemens, K., April, Automobile Magazine, 14 (1): 66-72 (1999).

[3] Csere, C., June, Car and Driver, 35 (12): 115-121 (1990).

[4] Adler, U., “Braking Systems for Passenger Cars”, Robert Bosch GmbH, Editor in Chief, Warrandale PA, 5 (1989).

[5] Reed, W.S. and Keskin, A.T., “Vehicular Deceleration and its Relationship to Friction,” Society of Automotive Engineers SAE, (890736): (1989)

[6] Warner, C.Y., Smith, G.C., James, M.B., and Germane, G.J., “Friction Applications in Accident Reconstruction,” Society of Automotive Engineers SAE, (830612): (1983).

1994

5. Uluslar arası İleri Teknolojiler Sempozyumu (İATS’09), 13-15 Mayıs 2009, Karabük, Türkiye


ABS (ANTİ-LOCK BRAKE SYSTEM) KULLANILAN TAŞITLARDA FREN BASINÇ VERİ ANALİZİ YAPILARAK FREN PERFORMANSININ

BELİRLENMESİ

DETERMINING BRAKE PERFORMANCE BY ANALYZING BRAKE PRESSURE DATA IN VEHICLES WITH ABS

Mesut DÜZGÜN*, Duran ALTIPARMAK

*Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, [email protected], [email protected]

Özet Taşıtlarda kullanılan aktif güvenlik sistemleri, sürüş güvenliği açısından oldukça hızlı bir değişim göstermiştir. 1960’lı yılların başında mekanik ABS ve 1970’li yıllarda sayısal kontrollü elektronik ABS geliştirilmiştir. Diğer sistemler sürekli bu sayısal işlemci tabanı üzerinde tasarlanarak geliştirilmiş ve günümüzde hepsi ABS veri tabanı üzerine toplanmıştır. Bundan dolayı ABS verilerinin taşıt üzerinden alınması ve doğru bir şekilde analizlerinin yapılması, taşıtlarda kullanılan aktif güvenlik sistemlerinin frenlemede taşıt dinamiğine etkilerini incelemek açısından çok önemlidir. Çalışmamızda ABS kullanılan taşıtlardan, tekerlekteki açısal ivme, hız değişimlerine göre tekerlek basınç verileri kaydedilmiştir. Bu veriler ışığında frenleme esnasında meydana gelen kontrol işlemlerinin analizi yapılmıştır. Analizlerde farklı ABS kontrol farklılıkları incelenmiş ve yeni bir ABS test metodolojisi geliştirilmiştir. Anahtar kelimeler: ABS, veri analizi, fren analizi, ABS kontrolü. Abstract Active safety systems used in vehicles have been showing a rapid change in terms of driving safety. Mechanic ABS in early 1960’s and digital controlled electronic ABS in 1970’s were developed. Other systems were developed designing on this digital processor and all were designed on ABS database at the present time. Therefore recording ABS data from vehicles and analyzing appropriately are very important to observe effects of active safety systems on vehicle dynamics during braking. In this study, wheel brake pressure data were recorded according to angular accelerations in wheel and speed change in vehicles with ABS analysis of control processes during braking were conducted through these brake pressure data. In the analyses different ABS control differences were investigated and a new ABS test methodology was developed. Keywords: Anti-lock brake system, data analysis, brake analysis, ABS control.

1. Giriş ABS fren sistemi ani frenleme manevraları esnasında ve ani frenlemede taşıtın direksiyon hâkimiyetini sağlamasına yardım ederek taşıt güvenlik ve kontrolünün iyileştirilmesini sağlar. Binek taşıtlarda bazı ABS fren sistemleri ön tekerleklerdeki frenleme torkunu birbirinden bağımsız olarak ayarlarken arka tekerleklerin frenleme torkunu birlikte ayarlamaktadır. Bazı sistemlerde her bir tekerlek için bu düzenleme bağımsız olarak gerçekleştirilmektedir. Günümüzde binek ve ticari taşıtlarda frenleme esnasında kilitlenmiş bir tekerleğin fren karakteristiği ve fren performansına yönelik etkileri üzerine pek çok çalışma mevcutken ABS’nin davranışlarının ve basınç kontrollerinin açıklanamayan yönleri, ABS’nin frenleme parametreleri üzerindeki etkileri, test edilebilme metotları ile ilgili az sayıda çalışma bulunmaktadır. Yasui ve arkadaşları; tekerlek karakteristikleri ve ABS performansının değerlendirilmesi için bir test çalışması yapmışlardır. Çalışmada, tekerlek kuvvetlerinin karakteristikleri ve süspansiyon kontrol sistemlerinin performansının elde edilebilmesi amacıyla testler yapılmıştır. Testlerde aşağıdaki frenleme ve dinamik hareket parametreleri elde edilerek sonuçlar bu verilere göre yorumlanmıştır; • Tekerlek kuvvetleri ve torkları, • Direksiyon döndürme torku ve döndürme açısı, • Fren pedal kuvveti ve hareket miktarı, • Fren ana merkez silindiri ve tekerlek silindir basınçları, • Savrulma momenti (yaw rate), • Doğrusal ve yanal ivmelenme değerleri, • Doğrusal ve yanal hız [1]. Snyder ve arkadaşları (NHTSA ve US Department of Transportation) da yaptıkları hafif taşıtlarda ABS performans testleri ile ilgili çalışmada standartlara uygun test sitemlerini oluşturarak ABS performansına etki eden bazı parametreleri incelemişlerdir. Pedal kuvvetine karşılık (fren basıncı) değişim gösteren taşıt tekerlek hız değişimlerini incelemişlerdir. Ayrıca yüklü ve yüksüz deneyler yapılarak pedal kuvveti artışına bağlı olarak kayma ve yanal kayma değerleri incelenerek bunlara etki eden parametreler için değerlendirmeler yapılmıştır. Taşıt tekerleklerine yerleştirilen frenleme kuvveti ölçme sensörleri ile yol şartlarındaki frenleme kuvvet ve torkları ölçülmüştür [2].

1995


Nordström, ağır tonajlı taşıtların, fren performans testlerini geliştirerek, sabit hız, keskin viraj, sürekli viraj durumları, kış şartlarında ABS sisteminin verimi, acil frenlemelerde fren performansı ve taşıt kararlılığı üzerinde çalışarak sistemin simülasyonunu yapmış, deneysel çalışmalarla simülasyonun paralel olduğunu ortaya koymuştur. Yaptıkları deneylerde taşıt hızı tekerlek hızı, pedal kuvveti ve tekerlek basınçlarını kontrol ederek, bu değişimlere göre sistemlerde performans değerlendirmesi yapmışlardır [3]. Seongho Choi ve arkadaşları ABS sistemi üzerine, son zamanlarda yapılan frenleme performansı kadar frenleme sıvısı akış kontrolü üzerine de odaklanmışlardır. Bu çalışmalarında alışılmış sistemler için, ani basınç artışı (pulse-up pressure rise), ani basınç düşüşü (pressure dump) ve sabit basınç modlarından oluşan on-off kontrol stratejisi kullanılmışlardır. Bu kontrol sistemi ile ilgili en büyük problemleri gürültü ve titreşim olmuştur. Bu üç farklı basınç modu arasından özellikle ani basınç artışının büyük bir gürültü ve titreşim kaynağı olduğunu belirtmişlerdir [4]. Bu çalışmada ABS’li taşıtlarda frenleme esnasında fren parametrelerinin yorumlanarak bunların performansa etkileri araştırılmıştır. Parametre değişimlerinin yorumlanabilmesi için, frenleme değişkenlerinin her test ortamında sabit tutulması gerekmektedir. Bu sebeple yol şartlarında gerekli yol kararlılığının sağlanamadığı zamanlarda test sonuçlarını anlamlandırmak oldukça güç olmaktadır. Bu güçlükler düşünülerek ABS’li taşıtları test etmek amacı ile yol şartlarını simüle edebileceğimiz ve gerçek yol parametreleri ile sistem performansını inceleyebileceğimiz bir test düzeneği geliştirilmiştir. Bu test sistemi üzerinden elde edilen basınç değişimleri ve bu değişimleri etkileyen parametrelerden yavaşlama ivmesi ve pedal kuvvetinin etkileri incelenmiştir. 2. Materyal Metod Farklı taşıtlarda donanım olarak aynı fakat birbirlerinden farklı kontrol tekniklerine sahip ABS fren sistemlerinin laboratuar şartlarında testlerinin yapılabilmesi için tasarlanan test düzeneği ile taşıtlar test edilmiştir. Testlerin yapılacağı taşıtlara test ekipmanları adapte edilerek monte edilmiş ve taşıtın laboratuarda test düzeneği vasıtası ile ABS sistemi aktif hale getirilerek frenleme verileri alınmıştır. Bağlantılar ve verilerin alınması için taşıt üzerinde mevcut bulunan ABS fren sistemi ekipmanlarından faydalanılmıştır. Taşıt üzerindeki test ekipmanlarından basınç, hız ve pedal kuvveti verileri alınarak frenleme ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Frenleme esnasındaki farklı yol şartları, yol simülasyon test düzeneği taşıtılığı ile uygulanarak bu durumlarda taşıttaki frenleme anında oluşan ABS kontrol değişimleri alınmıştır. Geliştirilen test cihazının taşıt üzerine bağlantısı Şekil 1’de görülmektedir.

Şekil 1. Taşıt üzerindeki test sistemi. 2.1 Yol simülasyon test sistemi Taşıtın tekerlek sensörlerinin bağlandığı ve ECU’nin kullandığı verileri düzenleyen hız kontrol cihazları Şekil 2’de görülmektedir. Testler esnasında pratik ve kolay kullanım açısından kontrol cihazlarını sürücünün kendi kontrol etmesi amacı ile taşınabilir bir kontrol paneli tasarlanmıştır. Tekerlekler arasındaki farklı hızları (kayma) kontrol cihazına önceden programlama ile cihazın hafızasına girerek bu kontrol panelindeki butonlara bu kayma değerleri kaydedilmektedir. Daha sonra taşıtın her bir tekerleği aynı hızda hareket ederken yani her tekerleğin devrini sağlayan elektrik motorları belirlenen taşıt hızında dönerken bu esnada frene basılarak kayma butonları ile istenilen tekerlek önceden belirlenen hıza düşürülmektedir. Bu hız değişiminde ivme ve minimum değerler ayrıca ayarlanabilmektedir. Değişen hız değeri ve ivme değişimi frenlenen tekerlekteki değişimleri simüle etmektedir. Burada hızın değişimi de taşıtın yavaşlama ivmesini veya ilgili tekerleğin açısal ivme değişimi olduğundan kontrol cihazları üzerinden bu değerlerde ayarlanarak her bir test için standart frenleme ivmeleri belirlenmektedir.

Şekil 2. Yol simülasyon sistemi, kayma kontrol paneli.

Sistem taşıt üzerine Şekil 3’de görülen bağlantı şemasındaki hali ile bağlanmaktadır. Burada en önemli husus hız verilerinin ECU’ne gönderilmesinde taşıtın kendi hız sensörleri kullanılmaktadır. Direnç veya çalışma değerleri açısından farklı sensörlerin sisteme bağlanması

1996


halinde ECU’ne giden yanlış sinyaller sistemi yanıltacağı gibi sistemde ciddi tahribata da yol açabilmektedir. Hız kontrol cihazları 220V gerilim ile çalışırken kontrol paneli 12V ile çalışmaktadır. Hız sensörleri ise taşıtın kendi ECU’si besleme gerilimi ile çalışmaktadır. Sistemde indüktif sensörlerin kullanılmasından dolayı çelik malzemeden yapılmış dişli çark kullanılmıştır. Taşıtlarda poyra üzerinde veya aks mili üzerinde bulunan dişli çarktaki diş sayısı ile burada kullanılan diş sayısı aynıdır. Farklı olması durumunda hız kontrol cihazlarının taşıtın kontrol ünitesine gönderdiği hız sinyalleri ile gerçekte kendi hızı arasında bir fark oluşacaktır. Bu sebeple burada en çok dikkat edilmesi gereken hususlardan biriside diş sayılarının aynı olmasıdır. Bazı taşıtlarda indüktif sensörler yerine encoder sayıcılar veya hall-effect sensör kullanılmaktadır. Encoder sensörlerde ise test sistemine ayrıca bir encoder sayıcı devresi bağlanmalıdır. Testlerimizde kullandığımız taşıtların hepsinde indüktif sensörler kullanılmaktadır.

Şekil 3. Test sisteminin taşıta bağlantısı ve taşıt sensörlerinin test sistemindeki bağlantıları.

2.2 Basınç, pedal kuvveti değişimleri ölçüm sistemi Yol simülatör sistemi ile aktif hale getirilen taşıt üzerindeki ABS sisteminin basınç, kuvvet ve hız verileri bilgisayar, veri kartı, basınç sensörleri ölçüm ünitesi ve kuvvet sensörleri ile oluşturulan bir ölçüm sistemi tarafından kontrol edilmektedir. ABS fren sisteminin kontrol ettiği sistem ve tekerlek basınçlarının ölçüm ünitesine aktarılması için hidrolik modülatördeki her bir tekerlek bağlantılarına ve sistem çıkışına birer dinamik basınç ölçüm sensörü bağlanmıştır. Cevap süreleri çok yüksek olan ve anlık değişimleri çok kısa sürede kaydedebileceğimiz basınç sensörleri bir basınç ünitesi yapılarak üzerine monte edilmiştir. Modülatörden sisteme gelen hidroliğin basıncı ölçüm ünitesinde ayrı ayrı kanallarda ölçülerek bilgisayar ünitesine gönderilmektedir (Şekil 4).

Şekil 4. Hidrolik modülatör basınç ölçüm ünitesi. Sistemde basınç artışını sağlayan pedal kuvvet değişimleri bir pedal kuvvet sensörü (Şekil 5) ile ölçülerek veri kartına Newton (N) olarak gönderilmektedir. Veri kartı üzerinden bilgisayarda hazırlanan yazılıma kaydedilen pedal kuvvetleri basınç değişimlerinin incelenmesi ve analizlerinde kullanılmaktadır.

Şekil 5. Veri toplama sistemi ve pedal kuvvet sensörü.

Sisteme bağlanan basınç sensörleri ve hidrolik ölçüm ünitesi her bir taşıt için ayrı ayrı tasarlanarak hidrolik modülatör çıkış uçlarına ve giriş uçlarına göre tasarlanarak üretilmiştir (Şekil 6).

Şekil 6. Basınç ölçüm ünitesi ve basınç sensörleri.

2.3 Test matrisi ve uygulanması Taşıt için önceden belirlenmiş test matrisi uygulanarak verileri bilgisayarda kayıt altına alınmıştır. Her bir matris testi için elde edilen veriler basınç ve kuvvet verilerine dönüştürülerek grafikleri oluşturulmuştur. Temel düzeyde ABS sistemindeki basınç kontrolünü görebilmek için Çizelge 1’deki matris uygulanmıştır. Şekil 7’de ise taşıt üzerindeki tekerleklerin pozisyonları ve taşıtın hangi tekerleğinin sistemde nasıl tanımlandığı görülmektedir. A, B, C, D olarak adlandırılan tekerleklerin birbirlerine göre

1997


hız farkları (kayma) değerleri üzerinden sistemde testler uygulanmıştır. Ön / arka, sağ / sol, Sağ; sol ön / sağ; sol arka ve her bir tekerleğin bağımsız tek kontrol edildiği matriste tekerleklerin frenleme esnasındaki basınç değişimlerinin birbirlerine göre değişimleri elde edilmektedir.

Çizelge 1. Test matrisi.

Şekil 7. Taşıt tekerlek pozisyonları (Sağ, sol/ ön, arka).

3. Tartışma Taşıt üzerine kurulan test sistemi ile Çizelge 1’de gösterilen testler gerçekleştirilmiştir. Laboratuar ortamında taşıt hareket halinde olmadan durağan halde iken taşıtın fren sistemi gerekli parametreler ECU’ne gönderilerek aktif hale getirilmiştir. 50 km/h hız, 5 m/s2 yavaşlama ivmesi ve 75 N pedal kuvveti değerlerinde frenleme basınç verileri ölçülmüştür. 3.1 Test 1 Bu testte 75 N pedal kuvveti, %15 ön tekerleklerde kayma ve 5m/s2 ivme ile frenleme başlangıcındaki ve bitimindeki frenleme basınçlarının değişimleri Şekil 8 ve Şekil 9’da görülmektedir. Frenleme esnasında %15’lik kayma ön tekerleklerde aynı anda meydana getirilmiştir. Test taşıtı üzerindeki fren sistemi frenleme başlangıcında ön iki tekerleğin basınçlarını birlikte azaltırken buna bağlı olarak sistem basıncında da yükselme görülmektedir. Arka tekerleklerde fren basıncının ani değişimler ile artış gösterdiği görülmektedir.

Şekil 8. % 15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme başlangıcındaki basınç değişimleri (Ön<Arka).

Şekil 8’deki basınç değişimlerine bağlı olarak taşıt tekerleğinin bloke olma süresinin maksimum 0,2 s olduğu görülmektedir. Yani ABS sisteminin tekerlekteki basınca müdahale etmeye başlaması ile tekerlekteki basıncın sıfır değerine ulaşması 0,2 s sürmektedir.

Şekil 9. % 15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme bitimindeki basınç değişimleri (Ön<Arka).

Şekil 9’da frenleme bitim aşaması görülmektedir. ABS sisteminin kilitlenmiş tekerleğe müdahalesi sonucunda tekerlek kilitlenme durumundan kurtulduktan sonra dönmeye başlayınca tekrar sisteme hız verileri gönderilmektedir. Bu esnada tekerlekte fren basıncının eski değerine 0,4 s içerisinde ulaştığını gözlemleyebiliriz. Yol şartlarındaki frenleme esnasında tekerlekteki basınç düşme ve yükselme safhalarını simüle eden sistemde toplam frenleme kontrolü 0,6 s sürmektedir.

1998


Şekil 10. % 15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenlemede 75 N pedal kuvveti değişimi (Ön<Arka).

Pedal kuvveti değişimi de Şekil 10’da gözlemlenmektedir. ABS test sisteminde kaymanın devam ettirildiği 2 sn sonuna kadar pedal kuvvetinde bir miktar düşme gerçekleşmektedir. 5 s’de kaymanın tekrar azalması ve tekerleğin dönmesi ile sisteme hız bilgisi gidince tekrar tekerlekte fren basıncının yükselmesi ile birlikte pedaldaki kuvvet artışı da 5 sn sonunda gözlemlenebilmektedir. 5,2 s’de frenleme tekrar başlamıştır. 3.2 Test 2

% 15 sol tekerleklerde kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme başlangıcındaki ve bitimindeki frenleme basınçlarının değişimleri Şekil 11 ve Şekil 12’de görülmektedir. Frenleme esnasında %15’lik kayma ön tekerleklerde aynı anda meydana getirilmiştir.

Şekil 11. % 15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme başlangıcındaki basınç değişimleri. (Sol ön, arka< Sağ ön,

arka).

Sol ön ve sol arka tekerleklerde meydana getirilen kayma sonucunda test taşıtı üzerindeki ECU’si hidrolik modülatördeki her iki arka tekerlekteki frenleme

basınçlarını düşürmektedir. Arka tekerleklerdeki basınçların sıfıra düşmesi ile birlikte ön tekerleklerde frenleme basınçları da bir miktar artış göstererek ani basınç dalgalanmaları oluşturmaktadır. Sistem basıncında da bu esnada değişimler görülmektedir. Arka tekerleklerin her ikisinin birden kontrol edilmesi ise arka tekerleklerde kullanılan kontrol sisteminin birlikte olduğunu göstermektedir.

Şekil 12. % 15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme bitimindeki basınç değişimleri. (Sol ön, arka< Sağ ön,

arka).

Aynı zamanda ön tekerleklerdeki kilitlenme durumuna göre arka tekerleklerdeki basınç düşme zamanı çok uzundur. Fren basıncı düşürülme aşamasında fren pedal kuvvetinde azalma meydana gelmektedir.

Şekil 13. % 15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenlemede 75 N pedal kuvveti değişimi (Sol ön, arka< Sağ ön, arka).

Test 1’deki fren basıncı düşürülme safhasında sisteme geri gönderilen hidrolikten dolayı pedal kuvvetinde artış

1999


olmaktaydı. Burada ise sistemde arka tekerleklerin basınçları sıfır değerine ulaşana kadar pedal kuvveti artışı olmakta daha sonra pedal kuvvetinde azalma meydana gelmektedir. 3.3 Test 3

Şekil 14. %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme başlangıcındaki basınç değişimleri. (Sol ön; Sağ arka< Sol

arka; Sağ ön).

Arka tekerleklerde ani olarak basınç düşmesi meydana getirilerek tekerlek frenleme basınçları sıfır değerine kadar azaltılmaktadır. Kaymanın oluşmasından 0,4 s sonra sol ön tekerlek basıncına müdahale edilerek tekerlek basıncı 50 bar değerine kadar düşürülmektedir (Şekil 14).

Şekil 15. % 15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme bitimindeki basınç değişimleri. (Sol ön; Sağ arka< Sol arka;

Sağ ön).

Kaymanın ortadan kalkması ile birlikte sol ön tekerlek basıncı değeri 0,4 s’de 70 bar değerine yükseltilirken arka tekerlek basınçları 0,2 s’de frenleme başlangıç basınç değerine ulaştırılmaktadır. Sol ön tekerlek basınç kontrolü

ile arka tekerleklerin basınç kontrolü arasında yaklaşık olarak 0,6 s zaman farkı bulunmaktadır (Şekil 15). Şekil 16’da görülen pedal kuvveti değişimleri Test 2’deki değişimlere paralellik arz etmektedir. ancak pedal üzerindeki titreşimler daha fazla olmaktadır. Özellikle 3 s sonundaki ani kuvvet azalması arka tekerlek basınçlarının aniden azalmasından kaynaklanmaktadır.

Şekil 16. %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenlemede 75 N pedal kuvveti değişimi. (Sol ön; Sağ arka< Sol arka; Sağ

ön).

4. Sonuç Testlerin sonuçlarına göre bu test taşıtı için ön tekerleklerde daha hassas bir kontrol yapıldığı görülmektedir. Ön tekerleklerde basınç düzenlemelerinde sistemin daha kısa bir sürede cevap vermesi taşıtın frenleme esnasında ön tekerleklerdeki manevra kabiliyetinin kaybolmamasının bir gerekçesidir. Ön tekerleklerde panik frenlemelerde kilitlenme veya kayma daha fazla olabileceği için ön tekerleklerde serbest bir kontrol yani birbirlerinden bağımsız bir kontrol uygulanmıştır. Arka tekerleklerin kayma kontrolü açısından birlikte kontrol edilmesi taşıtın savrulma riskinin en aza indirilmesi içindir. Frenleme esnasında taşıtın arkasındaki yük değişiminin fazla olması arka tekerleklerin select-low diye adlandırdığımız düşük hassasiyetli kontrol (birlikte kayma başlangıcında ilk kaymaya başlayan tekerleğe göre kontrol) tekniğine göre kontrol edildiğini göstermektedir. Arka tekerleklerin herhangi birisinin kayması durumunda taşıtın savrulma eğilimi içerisine girmesi ve yanal tutunma kuvvetlerin azalmasından dolayı taşıta etki eden herhangi bir dış sebepten dolayı (yol, viraj, ani direksiyon hareketi) taşıtın kararlılığının bozulma tehlikesini ortaya çıkardığından tek tekerleğin kilitlenme eğiliminde olma durumunda her ikisi de birlikte kontrol edilmektedir. Teşekkür Bu çalışmada kullanılan ekipman ve test sistemleri Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Biriminin 07/2006-08 kodlu “Binek taşıtlarda kullanılan ABS (Anti-lock brake system) fren sisteminin yol şartlarında taşıt güvenliğine

2000


etkilerinin araştırılması” konulu projesinden temin edilmiştir. Çalışmamızda yardım ve desteklerini esirgemeyen Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimine teşekkürlerimizi sunarız. Kaynaklar [1] Yasui, Y., Nitta, H., Yoshida, T., Hosome, T.,

Kawamura, K., “Experimental Approach for Evaluating Tire Chtaşıtteristics and ABS Performance”, Society of Automotive Engineers SAE 2000 World Congress Detroit, Michigan March 6–9, 2000 SAE Technical Paper Series 2000–01–0110

[2] Snyder, A., and Jones, B., Grygier,P., and Garrott, R. W., Transportation Research Center Inc (NHTSA), NHTSA/NVS 312, NHTSA Light Vehicle ABS Performance Test Development , Final Report 2005

[3] Nordström, O., 1989, Heavy Duty Vehicle Dynamics Related to Braking, Steering And Tyres – Swedish Research and Proposals by VTI, Veh. Dyn. Related to Braking and Steering, Sp-801, SAE paper No: 892502

[4] Seongho Choi, Jinkoo Lee and Inyong Hwang, 2003, New Generation ABS Using Linear Flow Control and Motor Speed Control , SAE 2003 World Congress Detroit, Michigan March 3–6, 2003.

2001


OTOMOBİLLERDEKİ GÜÇ AKTARMA ORGANLARININ SİSTEM TABANLI MODELLENMESİ

COMPUTER AIDED MODELING OF POWERTRAIN IN AUTOMOBILES

Mesut DÜZGÜN

Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Otomotiv Anabilim Dalı Teknikokullar 06500 Ankara Türkiye E-posta : [email protected]

Özet Otomotiv sektörü uygulamalarında kullanılmakta olan birçok yazılım ve program; otomatik vites ve debriyaj sistemlerinin denetiminde, kullanıcıya ek kolaylıklar getirmektedir. Bu çalışmada bir otomobil için basit bir taşıt güç aktarma organları tasarımı yapılarak tork ve taşıt dinamiği kontrolleri denenmiştir. Gerçekte olan değerlere çok benzerlik göstermesi dolayısı ile bu tür yazılım ve çözümlemeler birçok mühendisin proje tasarımını kolaylaştırmaktadır. Güç aktarma organlarının sistem tabanlı ve 1-boyutlu olarak modellenmesi, benzetimi ve gerçeklenmesi uzmanlaşmış bir tasarım ve çalışma gerektirmektedir. Dişli çark, şaft, debriyaj, standart vites kutuları, motor ve lastik modellerini içeren bloklar sayesinde bazı bilgisayar programları bu tür çalışmalara imkân tanımaktadır. Ayrıca modellere denetimci tasarlayarak kontrolünü yapma ve gerçek-zamanlı olarak test etme olanağı sağlanmaktadır. Anahtar kelimeler: Sistem tasarımı, modelleme, güç aktarma organları, sistem tabanlı modelleme Abstract Most software and programs used in applications in automotive industry have additional benefits in terms of automatics transmissions and clutch system controls. In the present study, torque and vehicle dynamic controls were examined by designing basic vehicle powertrain for an automobile. Because they are very similar to real vehicle parameters, such software and analysis make easy to design project for many engineer. Modeling, simulating and functioning of powertrain as computer aided and simple format need expertise on design and operating. Some computer software allow such operating through subsystems including simple gear, shaft, clutch, transmission box, engine and tire models. Besides, a controller is designed to control and test models in real time. Keywords: System design, modeling, powertrain, computer aided modeling 1. Giriş Taşıtlarda güç aktarma organları motorlardaki mekanik hareket enerjisini sırası ile kavrama mekanizması, vites kutuları, mafsal mekanizmaları, şaftlar, diferansiyel, aks sistemleri ile tekerleklere ileten sistemler ifade edilmektedir. Birçok mekanik parça ve sistemden oluşan güç aktarma sistemleri günümüzde birçok noktadan elektronik ve bir o kadarda hidrolik kontrollü olarak

çalıştırılmaktadır. Her bir sistemle ilgili oldukça geniş çalışmalar ve literatür bulunmaktadır. Çalışmamızda birçok sistemi kapsayan güç aktarma sistemlerinin bilgisayar tabanlı basit bir modellemesini yaparak bazı parametrelerin değiştirilmesi ile sistemdeki değişiklikleri gözlemlemenin birçok sistemin tasarlanması aşamasında bizlere ön fikirler verdiğini görmek istedik. Tamamen teorik olarak ve hazır modellerin kullanılması ile birçok otomobil üretiminde veya tasarımında ön fikir oluşturacak bir model sistem tasarlanmıştır. Güç aktarma organlarından özellikle vites kutuları ve kavrama mekanizmalarında simülasyon sistemleri ile sistemlerin çalışmaları esnasında dinamik davranışları ve bu esnada oluşan titreşim ve gürültü üzerine yapılan çalışmalardan oldukça olumlu sonuçlar elde edilmiştir [1]. Shih ve arkadaşları farklı özelliklerde tasarlanan güç aktarma organlarında meydana gelen gerilme analizlerini, mukavemet hesaplarını ve zamanla oluşacak yorulmaları bilgisayar destekli mühendislik (CAE) yöntemleri ile inceleyerek üretim öncesi performanslarını analiz etmiş ve bu sürecin üretim öncesi hazırlık aşamalarını çok kısaltmasından dolayı tavsiye etmişlerdir [2]. Yine aktarma organlarında güç iletimi esnasında oluşan yükler, burulma moment ve titreşimleri sistem tabanlı bir tasarım ile 1994 yılında çok parametreli bir tasarım şeklinde yapılmıştır. Burada özellikle kararlı olmayan durumların belirlenmesinde önceden yapılan hesaplamaların ne kadar etkili olduğu görülmüştür [3]. Somnay ve arkadaşı sonlu elemanlar analizi ile (FEM) ile güç aktarma organlarının birbirleri ile olan entegrasyonlarını ve uyumluluklarını araştırarak, Fast Fourier Transformu ile (FFT) akustik ve dinamik analizlerini yapmışlardır. Bunlar sonucunda ise her bir elemanın kullanım ömürleri ile ilgili çalışmalar ve bu elemanların ilerde meydana getirebilecekleri hataların analizlerini yapmışlardır [4]. Tiller ve arkadaşları güç aktarma organlarının Dymola (Dynamic Modeling Laboratory) programı ile sistem elemanlarının her birisinin detaylı bir şekilde 3 boyutlu analizlerini yapmışlardır. Sonuçta daha kompleks ve karışık yapılara sahip geniş ölçekli sistemlerin bu tür programlar ile tasarlanabileceği kanaatine varmışlardır [5]. HIL (Hardware in the loop) simülasyonu ile Clemens ve arkadaşları otomatik transmisyonlardaki verim değişiklikleri sonucundaki iletim performansları ile ilgili çalışmışlardır. Daha az sistem elemanı kullanarak daha iyi sonuçlar elde etmişlerdir. Gerçek zamanlı simülasyon yaparak vites


2002


Düzgün, M.

kutusu içerisinde oluşturulan ayrı ayrı alt sistemlerin (subsystem) verimlerini karşılaştırmışlardır. Diğer simülasyonlara göre daha iyi sonuçlar verdiğinden dolayı tüm güç aktarma organları için benzer simülasyonların yapılabileceğini vurgulamışlardır [6]. Haq ve arkadaşları hareket halinde güç aktarma organları üzerindeki dinamik yük değişimlerini deneysel olarak araştırarak, sistem tabanlı modellemeler ile bu yüklerin optimizasyonlarını ve parçaların çalışmalarına yük değişimlerinin etkilerini incelemişlerdir. Ayrıca simülasyon çalışmaları sayesinde yük değişimleri ile ilgili olarak ön tahminlerin yapılabileceğini de vurgulamışlardır [7]. Bu çalışmada basit güç aktarma elemanları tanımlanmıştır. Bu elemanların çalışma parametreleri değiştirilerek, taşıt hızı ve tekerlek torkunun değişimlerine etkileri incelenmiştir. 2. Materyal Metod Şekil 1’de oluşturulacak simülasyon sistem elemanlarının şematik gösterimleri ve pozisyonları görülmektedir. Simülasyonda taşıtlarda güç üretim ve iletiminde kullanılan temel düzeyde donanımlar mevcuttur. Sistemde bir benzin motoru, kavrama sistemi olarak tork konverter, basit bir dişli iletimi, diferansiyel mekanizması, akslar ve tekerlekler bulunmaktadır.

Şekil 1. Benzin motoru ile tahrik edilen bir taşıtta tork konverter bağlantılı vites dişlisi bulunan diferansiyelli bir

tekerlek hareket sistemi. Kullanılan benzin motorunun başlangıçta teknik değerleri 150000 W motor gücü, maksimum güç devri 4500 rpm, maksimum motor devri ise 6000 rpm’dir. Böyle bir motor karakteristiği sonucunda diğer elemanlardaki güç ve tork iletimlerinin nasıl değişim gösterdiği sonuçlar kısmında değerlendirilmektedir. Benzin motorunun sistemdeki şematik gösterimi Şekil 2’deki gibidir. Gaz kelebeği girişinden gönderilen sinyale göre eleman fiziksel büyüklük üreterek sisteme göndermektedir.

Şekil 2. Benzin motorunun sistemdeki gösterimi

Motordan aldığı hareketi vites kutusuna ileten tork konverter parametreleri Çizelge 1’de verilmiştir. Motor ile tork konverter arasında fiziksel bir bağlantı bulunmaktadır. Şekil 3’de tork konverterin sistemdeki şematik gösterimi görülmektedir. I ucundan motor çıkış gücü girmekte, T ucundan ise faklı tork oranlarında hareket vites kutusuna iletilmektedir.

Şekil 3. Tork konverter.

Çizelge 1. Tork konverter parametreleri [8].

Vites kutusu değişimlerini simüle eden sistemde Şekil 4’de görülen basit bir dişli kutusunun tahrik durumundaki davranışları kullanılmıştır. Burada mekanik veya otomatik vites kutusu sistemi bir alt sistem olarak ayrıca tasarlanıp gerçek parametrelerle kullanılabilir. Fakat vites kutusu parametrelerinin gerçek verilerle örtüşebilmesi için taşıtın yol karakteristiklerinin çıkartılması gerekmektedir. Ayrıca her bir vites pozisyonunda motordan gelen güç ve tork değişimlerinin bütün dişli sistemdeki değişimini gözlemlemek ve diğer sistem elemanlarının bu değerlere adapte edilmesi gerekmektedir. Detaylı ve ayrıntılı bir çalışma gerektirmesi dolayısı ile burada sadece 1 vites pozisyonunda hareket iletimi incelenmiştir. Kullanılan dişli hareketi esnasındaki efektif dişli oranı değeri 2 ve dişli hareketleri birbirlerine ters yönlüdür. B ucundan konverterden gelen hareket sisteme girerken, dişli

Tork konverter parametreleri Sayısal değerler

Hız oranları değişimi

0, 0.50, 0.60, 0.70, 0.80, 0.81, 0.82, 0.83, 0.84, 0.85, 0.86, 0.87, 0.88, 0.89, 0.90, 0.92, 0.94, 0.96, 0.97,

Tork oranı değişimleri

2.2320, 1,5462, 1,4058, 1,2746, 1,1528, 1,1412, 1.1296, 1.1181, 1.1067, 1.0955, 1.0843, 1.0732, 1.0622, 1.0513, 1.0405, 1.0192, 0.9983, 0.9983, 0.9983,

Kapasite faktörü (rad/s) değişimi

12.2938, 12.8588, 13.1452, 13.6285, 14.6163, 14.7747, 14.9516, 15.1502, 15.3748, 15.6309, 15.9253, 16.2675, 16.6698, 17.1492, 17.7298, 19.3503, 22.1046, 29.9986, 50.00,

2003

Düzgün, M.

oranlarına göre değişen hareket sistemden F ucundan çıkmaktadır.

Şekil 4. Basit bir dişli kutusu.

Sistemde, vites kutusu çıkışındaki tork değişimini sürekli kontrol altında tutan ve hareket iletim hattı üzerindeki transfer edilen tork miktarını ölçen bir tork sensörü kullanılmaktadır. Şekil 5’de şematik gösterimi görülmektedir. B ucundan gelen fiziksel hareketi F çıkışından diferansiyele göndermektedir. T ucundan ise transfer edilen tork büyüklüğü gözlemlenmektedir.

Şekil 5. Tork sensörü. Simülasyonda motordan gelen hareketin değişik tork ve hız değişimlerinden sonra tekerleklere iletilmesini ve burada hareketin açısal olarak yön değiştirmesini sağlayan, bunun yanında yine tork artışının sağlanabildiği bir diferansiyel mekanizması kullanılmıştır. Özel dişli oranı (hareket iletim oranı) 1 olan bir model diferansiyel (Şekil 6) sistemde 2 tekerleğe hareketin iletiminde kullanılmıştır. I tork sensöründe ölçülen ve vites kutusundan gelen hareketin girişi, 01 ve 02 ise tekerlek çıkışlarıdır.

Şekil 6. Diferansiyel modeli. Diferansiyel çıkışındaki hareket tekerlek elemanına gelerek fiziksel bağlantı ile bağlanmaktadır. Şekil 7’de görülen Vx elemana taşıt kontrol sistemi tarafından gönderilen tekerlek hızı (m/s) ve Fz tekerlek yükü (N) verilerinin gönderildiği giriş sinyal kanallarıdır. Omega tekerlek açısal hızı (rad/s) ve Fx tahrik kuvveti (N) verileri çıkış kanlarlıdır.

Şekil 7. Tekerlek modeli.

Tekerlek için sistemde kullanılan parametrelerden efektif yuvarlanma yarıçapı 0.3 m, düşey etki eden yük 3000 N dur. Tekerleklere gönderilen hız ve yük verilerine göre tekerleklerden gelen açısal hız değişimi ve tahrik kuvvetlerini yorumlayan ve bu işlemler sonucunda sürekli yeni verileri tekrar tekerleklere gönderen taşıt dinamik kontrol elamanıdır. Vx her iki tekerleğe gönderilen tekerlek hızı (m/s), Fzr ve Fzf her iki tekerlek yükleri sinyallerinin çıkışlarıdır. Fxr ve Fxf tekerlek tahrik kuvvetlerinin sisteme geri dönüşleridir. Beta ise eğim açısı (rad)’dır. Fakat çalışmamızda eğim kullanılmamıştır (Şekil 8).

Şekil 8. Tekerlek modeli. Tasarlanan taşıt için taşıt kontrol parametreleri, taşıt kütlesi 1200 kg, ön aksın ağırlık merkezine yatay uzaklığı 1.4 m, arka aksın ağırlık merkezine yatay uzaklığı 1.6 m, ağırlık merkezinin yerden yüksekliği 0.5 m, taşıt ön kesit alanı 3 m2, tutunma katsayısı 0,7 şeklindedir. Bu elemanlar haricinde tork konverterin adım adım çalışmasında tolerans değerlerinde çalışmasını sağlayan ve sistemdeki verilerde oluşan dalgalanmaları düzenleyen bazı elemanlar kullanılmıştır [8]. 3. Güç Aktarma Organları Sürüş Modeli Diğer bölümlerde bahsedilen sistem elemanları arasında fiziksel ve kontrol bağlantıları yapıldıktan sonra farklı parametreler ile sistem çalıştırılmıştır. Simülasyon sistemi ve sistem modeli Şekil 9’da görülmektedir.

Şekil 9. Güç aktarma organları elemanları ve bağlantı modeli.

Model MATLAB ortamında oluşturulmuştur [8]. Sistem elemanları bloklar şeklinde simulink dinamik elemanlar arşivinden kullanılmıştır. Oluşturulan model üzerinde motor, kavrama sistemi, vites kutusu, diferansiyel, tekerlekler ve taşıt dinamik kontrol sisteminde farklı parametreler değerlendirilerek, bu parametrelerin birbirlerine göre değişimleri sistemin çıktısı olan tork değişimine göre tekerlek devir değişimlerinin gözlemlenmesi şeklindedir. Sistemdeki tork değişimi

2004

Düzgün, M.

modelde 1. gösterge (scope), tekerlek hız değişimi ise 2. gösterge (scope1)’ de görülmektedir (Şekil 10).

Şekil 10. Tork ve devir değişimlerinin görünümü. 4. Tartışma Güç aktarma organları modeli kurulduktan sonra modelde mevcut yukarda belirtilen değerler haricinde motor parametreleri, taşıt parametreleri ve tekerlek parametrelerinde değişiklik yapılarak 3 çeşit test yapılmıştır. Bunlar sonucunda elde edilen tork ve tekerlek devri değerleri aşağıdaki şekillerde parametre değişimleri ile birlikte verilmiştir. 4.1 Test A Bu testte motor 150000 W gücünde, maksimum güç devri 4500 rpm, maksimum motor devri ise 6000 rpm’dir. Vites kutusu dişli oranı 2’dir. Tekerlek efektif yarı yapı 0.3 m, tekerlek yükü 3000 N’dur. Taşıt kütlesi 1300 kg, ağırlık merkezinin ön aksa olan uzaklığı 1.4 m, arka aksa olan uzaklığı 1.6 m, yerden yüksekliği 0.5 m, taşıt ön kesit alanı 3 m2, tutunma katsayısı 0.7’dir. Bu parametrelere göre belirtilen taşıtın tork ve tekerlek hız değişimleri Şekil 11’de verilmiştir.

Şekil 11. Test A sonucunda değişen tork değerine bağlı olarak tekerlek hız değişimi. 4.2. Test B Bu testte motor 100000 W gücünde, maksimum güç devri 3800 rpm, maksimum motor devri ise 4900 rpm’dir. Vites kutusu dişli oranı 0.9’dur. Tekerlek efektif yarı yapı 0.25 m, tekerlek yükü 2500 N’dur. Taşıt kütlesi 1000 kg, ağırlık merkezinin ön aksa olan uzaklığı 1.3 m, arka aksa olan uzaklığı 1.5 m, yerden yüksekliği 0.43 m, taşıt ön kesit alanı 2.7 m2, tutunma katsayısı 0.7’dir. Bu parametrelere göre belirtilen taşıtın tork ve tekerlek hız değişimleri Şekil 12’de verilmiştir.

Şekil 12. Test B sonucunda değişen tork değerine bağlı olarak tekerlek hız değişimi. 4.3. Test C Bu testte motor 200000 W gücünde, maksimum güç devri 4900 rpm, maksimum motor devri ise 7000 rpm’dir. Vites kutusu dişli oranı 3.5’dir. Tekerlek efektif yarı yapı 0.35 m, tekerlek yükü 3750 N’dur. Taşıt kütlesi 1500 kg, ağırlık merkezinin ön aksa olan uzaklığı 1.6 m, arka aksa olan uzaklığı 1.7 m, yerden yüksekliği 0.55 m, taşıt ön kesit alanı 3.5 m2, tutunma katsayısı 0.7’dir. Bu parametrelere göre belirtilen taşıtın tork ve tekerlek hız değişimleri Şekil 13’de verilmiştir.

Şekil 13. Test C sonucunda değişen tork değerine bağlı olarak tekerlek hız değişimi. 5. Sonuç Taşıt ağırlığı ve buna bağlı olarak tekerlek yüklerinin değiştiği, taşıt sınıflarının birbirlerine yakın olmasına rağmen yinede ölçüler yönünden de farklılıklar gösterdiği 3 farklı taşıt için 3 test yapılmıştır. Yapılan model üzerinde elde edilen veriler incelendiği zaman A aracı ile yapılan güç aktarımında taşıtta elde edilen tork artışı 1.7 s içerisinde maksimum 1600 N değerine ulaşmıştır. Buna bağlı olarak tekerlekteki hız değişimi gözlemlendiğinde tekerleğin 10 s’de 27 m/s hıza ulaştığı görülmektedir. B aracı A aracına göre daha küçük ve hafif bir taşıttır. Bununla parelel olarak motor devri ve maksimum güç devride oldukça düşüktür. Bundan dolayı B aracı A aracına göre aynı sürede daha düşük 590 N tork değerine ulaşırken, maksimum tork değerine 2.1 s’de ulaşmıştır. Hız değişimi de oldukça düşerek 10 s’de 17 m/s’ye değerine çıkabilmiştir.

2005

Düzgün, M.

Buna karşılık C aracında hem taşıt ölçüleri hem de motor değerleri artırılarak model çalıştırılmıştır. Elde edilen veriler A ve B taşıtlarına göre daha yüksektir. 1.2 s süre içerisinde diğer taşıtlara göre C aracı maksimum tork değeri 3100 N’a ulaşmış ve tekerlekler 10 s’de 36 m/s hıza gelmişlerdir. Elde edilen veriler ve kullanılan parametre değişimlerine göre C aracının performansının diğer taşıtlara göre daha iyi olduğu söylenebilir. Buradan da görüleceği üzere bazı parametrelerde çok fazla bir değişim olmamamsına rağmen elde edilen veriler arasında çok fark olduğu görülmektedir. Sonuç olarak bu çalışma ile temel düzeyde kurulan güç aktarma organları test modeli ile bazı yaklaşımları ve sonuçları gerçek sistem üzerinde kurmadan elde edebilmekteyiz. Tabii ki burada kullanılan elemanlarda kendi içerisinde ayrı ayrı modellenerek daha profesyonel yaklaşımlar ve sonuçlar elde etmek mümkündür. Hatta birebir gerçek sistem verileri üzerinden kurulan sistemlerde sonuçlar daha anlamlı ve yol gösterici olacaktır. Kaynaklar [1] Laschet, A., Computer Simulation of Vibrations in

Vehicle Powertrains Considering Nonlinear Effects in Clutches and Manual Transmissions, International Congress & Exposition, SAE 941011, 1994.

[2] Shih, S., Wang, B., Cadaret, P.M., Contact Durability Analysis Methodology and Applications in Vehicle Powertrain Components Design, International Off-Highway & Powerplant Congress & Exposition, SAE 1999-01-2813, 1999.

[3] Laschet, A., Computer Simulation of Torsional Vibrations in Vehicle Powertrains, SAE 1994 World Congress SAE 944037, 1994.

[4] Somnay, R.J., Shih, S., Product Development Support With Integrated Simulation Modeling, International Off-Highway & Powerplant Congress & Exposition, SAE 1999-01-2812, 1999

[5] Tiller, M., Bowles, P., Elmgvist, H., Brück, D., Mattson, S.E., Möller, A., Olsson, H., Otter, M., Detailed vehicle powertrain modeling in modelica, Modelica workshop, proceedings, pp 169-178, 2000

[6] Schlegel, C., Bross, M., Beater, P., HIL-Simulation of the Hydrolics and Mechanics of an automatic gearbox, 2. international modelica conferance, proceedings, pp 67-75, 2002.

[7] Hag, S., Joseph, B., Lee, Y.L., Taylor, D.S., Attibele, P., Vehicle Powertrain Loading Simulation and Variability, SAE World Congress and Exhibition, SAE 2004-01-1563, 2004.

[8] The MathWorks, http://www.mathworks.com

EK Simulink modeli

2006

http://www.sae.org/servlets/PaperEvents?OBJECT_TYPE=PaperEventsInfo&PAGE=getPaperTopics&EVENT=International%20Congress%20&%20Exposition&GEN_NUM=3834&PPR_CNT=808

http://www.sae.org/servlets/PaperEvents?OBJECT_TYPE=PaperEventsInfo&PAGE=getPaperTopics&EVENT=International%20Congress%20&%20Exposition&GEN_NUM=3834&PPR_CNT=808

http://www.sae.org/servlets/product?PROD_TYP=PAPER&ACN=21742924560&AUTHOR_NAME=Shan+Shih&PLA_SW=YES

http://www.sae.org/servlets/PaperEvents?OBJECT_TYPE=PaperEventsInfo&PAGE=getPaperTopics&EVENT=International%20Off-Highway%20&%20Powerplant%20Congress%20&%20Exposition&GEN_NUM=34590&PPR_CNT=83






http://www.sae.org/servlets/PaperEvents?OBJECT_TYPE=PaperEventsInfo&PAGE=getPaperTopics&EVENT=SAE%202004%20World%20Congress%20&%20Exhibition&GEN_NUM=107196&PPR_CNT=1433

http://www.sae.org/servlets/PaperEvents?OBJECT_TYPE=PaperEventsInfo&PAGE=getPaperTopics&EVENT=SAE%202004%20World%20Congress%20&%20Exhibition&GEN_NUM=107196&PPR_CNT=1433

http://www.mathworks.com/



ÇTEN YANMALI MOTORLARDA GERÇEK ZAMANLI OLARAK ARIZATE

REAL TIME FAULT DIAGNOSIS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Veli ÜNSALa ve Raif BAYIR b*

aKarabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: [email protected],Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Bu çal mada, içten yanmal motorlar için uzman sistemtemelli, gerçek zamanl hata te his sistemi geli tirilmi tir.Günümüzde içten yanmal motorlar ( YM) ta tlar nço unda kullan lmaktad r. YM olmadan veya ar zalanmasdurumunda araç kullan lamaz. Özellikle acil durumlardakullan lan araçlarda (Askeri araçlar, ambulans, itfaiye vb.)YM’nin ar zalanmas nedeniyle arac n çal mamas hem

hayati hem de maddi kay plara neden olacakt r. Bu yüzdenYM’lerde ar zan n tespiti, te hisi ve kondisyonunu izlemek

önemlidir. Bu çal mada YM’a ait; motor devri, motorcakl , yak t s cakl , arj sisteminin ak m ve gerilimi,

ya s cakl ve egzoz emisyonlar ölçülerek veri al verikart ile bilgisayara aktar lmaktad r. Bu çal ma ile YM’a aityedi ar za ba ar yla tespit edilmi tir. Ayr ca YM’ nkondisyonuda gerçek zamanl olarak izlenebilmektedir.Uzman sistem yaz , kullan ara yüzlü görsel birprogramlama dili kullan larak geli tirilmi tir

Anahtar kelimeler: çten Yanmal Motorlar, Ar zaTe hisi, Ar za Tespiti, Uzman Sistemler.

Abstract

In this study, an expert system based real time faultdiagnosis system has been developed for InternalCombustion Engine (ICE). Nowadays internal combustionengines are used for most of the vehicles. Without aninternal combustion engine or with a faulty internalcombustion engine, vehicles can not be used. Faults ofICE’s might cause big problems especially for theemergency vehicles (military vehicles, ambulances, fireengine, etc.). In case of any faults which occur in internalcombustion engines that will cause not only monetarylosses but also life losses as well. For this reason,detection, diagnosis and condition monitoring of ICE faultsare important. In this project rpm, heat, fuel heat, chargingsystem’s current and voltage, oil heat and emissions ofengines are measured and all the data transferred to thecomputer via to data communication card. Sevendiffererent types of internal combustion engine faults aresuccessfully determined with this study. In addition to thisreal time condition of the internal combustion engine ismonitored continuously. The user interfaced expert systemsoftware has been developed on computer by using aprogramming language.

Keywords: Internal Combustion Engine, Fault Detection,Fault Diagnosis, Expert System

1. Giri

Günümüzde kullan m alan ve üretimleri h zla artanta tlarda, güvenilirlik ve emniyet giderek artt lmaktad r.Ta tlar n güvenirlili inin yüksek olmas içten yanmalmotora ba r. Motorda yanman n verimli olmamas vezararl emisyon de erleri yüzünden yak t tüketimininartmas r bu yüzden motor gücü dü mektedir. Ar zabelirtilerinin zaman nda tespit edilip daha büyük ar zalarolu madan onar lmas , motor ar zalar n insana, çevreyeve ekonomiye verdi i zararlar en aza indirilecektir.

Ta tlardaki ço u alt sistemler ve parçalar belirli zamansonunda özelli ini yitirdi inden için ya da yanlkullan ndan dolay belirli ar za ve hatalara yolaçmaktad r. Bu ar zalar ise kullan lar için gerek maddi,gerekse manevi kay plara yol açmaktad r. Bu iseistenmeyen bir durumdur. Özellikle acil durumlardakullan lan ve her an için kullan ma haz r olmas istenenaraçlarda YM’lerin ar zalanmas durumunda hayatikay plara sebep olabilecek durumlar ortaya ç kabilir.YM’lerin ar za ve hatalar n önceden tespit ve te his

edilmesi, bu yüzden çok önemlidir.

Ta ttaki ar zalar tespit etmek için, motorun çe itliparametrelerini kullan larak, ar zaya eri mek mümkündür.Bunun için ar zan n yerini tespit etmek önemlidir. Genelolarak volan n ani aç sal h analiz edilir. Bu analizlerdenbirincisi, istatiksel ba nt lar n hesaplanmas r. kincisi,benzer ölçülerin de erlendirilmesidir. Bu metotlar, yap lanbirçok deneyde ar zan n yerini bulabilir. Üçüncüsü isemodel tan ma kullan r [1].

YM’lerdeki ar zalar n tespit edilebilmesi için bazyaz mlara ve sensörlere ihtiyaç vard r. YM’lerde te hisüzerinde izolasyon ve analiz hatalar incelenebilir. YM’deate leme olmayan bir silindirin ar zas te his algoritmageli tirerek bulunmaktad r. Te his algoritmalar pahalolmayan sensörler arac ile motorun aç sal h nölçümü için kullan r. Bu algoritmalar birçok benzinli vedizel motorda kullan labilmektedir [2].

Motordan yanma ürünü olarak ç kan emisyonlar n ve bazperformans parametrelerinin ölçülmesiyle, çok say damotor ar zalar te his etmek mümkün olabilmektedir.Emisyon de erlerinin analiz edilmesiyle özellikle yak t veate leme sisteminde ar za olup olmad anla labilir [3].

YM’de meydana gelen ar zalar bulabilmek için, ilk etaptamotorun normal çal ma artlar na ula masgerekmektedir. Baz motor ar zalar bulmak için motorunnormal hatas z de erlerinden sapmalar örneklenerekar zalar izole edilebilir. Normal motor davran ndan motor

2007

mailto:veliunsal82:@gmail.com

mailto:rbayir:@karabuk.edu.tr

Ünsal, V. ve Bay r, R.

sinyalleri ve sapmalar bulabilmek için bulan k mant kkullan lm r [4].

YM’nin egzoz emisyon de erleri kullan larak bulan kmant k ile hata te hisi yap labilmektedir. Bu sistem ilenormal durumdaki YM’nin çal ma parametrelerindemeydana gelen de imleri bulmak mümkündür. Busayede ar zaya neden olan ekipman ve alg laykalibrasyon ar zalar tespit edilmektedir [5].

YM ar zalar , genellikle yük alt nda çal rken ortayakmaktad r. Birçok YM ar zas , YM yük alt ndayken

izlenebilir. Örne in; ate leme buji kablolar ndan biri ç kmolan YM bo ta çal rken, yük alt nda çal mayabilir veyaYM bo ta iyi bir ate leme zaman olmas na kar n, yüksekzlarda ya da yükte bunu sa layamayabilir. Ar zan n

do ru ve erken te his edilebilmesi için YM’nin yük alt ndatest edilmesi gerekir. Do ru ve erken ar za te hisi için,motor yük alt nda iken ar za tespiti ve kondisyonunu izleme

lemi yap lmas gerekir [6].

YM’lerdeki ar zalar ta n kondisyonu izlenerekbulunabilmektedir. Kondisyon izlemede, YM’ye ait önemliparametrelerin ölçülmesi ve elde edilen sinyallerdenhatan n ve motorun durumunun tespit edilmesimümkündür. Elde edilen veriler bile enlerine ayr larakveya sinyallerin olu turdu u desenlerden durumizlenebilmektedir. Sinyallerin bile enlerineayr lmas nda dalgac k analizi (wavelet) ve istatistikselyöntemler kullan lmaktad r [7].

YM’nin tamirinin pahal olmas ve normal olmayan bir YMgerek emniyet aç ndan gerekse çevre için bir tehditunsurudur [8]. Ar za tespiti yap rken YM’nin çal maartlar n kar la larak ar za hakk nda yorum

yap labilmektedir [9]. YM’nin durumunun normal sinyallerile ölçülen sinyallerin kar la lmas sonucunda daanla labilir. Bu yöntemde YM hakk nda az bilgi yeterliolmaktad r. Yöntemde daha önce ölçülmü referanssinyalleri ile yeni ölçülen sinyallerin kar la lmas ileYM’nin durumunu tespit edilmektedir.

YM’de ar zalar n birço u a nmadan dolay olu ur venmalar da ayars z motor parçalar ve yanl kullan m

yüzünden meydana gelir. YM ar zalar aral kl ve sürekliolarak adland r. Aral kl olu an bu ar za, a amal olarakkötüle erek daha büyük ar zalara veya sürekli bir ar zayadönü ebilir [10].

Yapay sinir a lar , YM’de ar za te hisinde ve kondisyonizlemede yayg n ekilde kullan lmaktad r. Yapay sinir

lar hata te hisinde ve kondisyon izlemede en h zlsonuç veren yöntemdir. Bu yöntemde çok az bir verikullan larak sonuç elde edilebilmektedir [10].

Ar zalar n tespitinde kullan lan bir di er teknik, kondisyonizlemedir. YM’lerin analizinde silindirlerdeki yanmabas nc izleyerek hatalar tespit edilmektedir. YM’ninsilindirlerine yerle tirilen bir bas nç sensörü ile yanmasonundaki bas nçlar ölçülmü tür. Geli tirdikleri uzmansistem sayesinde bu de erleri gerçek zamanl olarakbilgisayar ortam na ileterek, meydana gelen ar zalarbulmu lard r [11]. YM’lerin üretiminden sonra, belirliçal ma artlar için motor ayarlar yap r. Bu ayarlar nbozulmas ise YM’nin ar zalanmas na yol açar.

Ta tta meydana gelen bir ar za sonras nda, YM’nin yak ttüketimi ve çevre için önem te kil eden egzozemisyonlar nda sorunlar meydana gelmektedir [12]. Yak ttüketimi ve emisyon optimizasyonu için bulan k mant kte his sistemi ve tahmin sistemi geli tirmi tir. Bu sistem ilebirçok motor ar zas ba ar ile tespit etmi lerdir.

Tek silindirli bir dizel motorun krank mili aç sal h z bilgisinikullanarak olu turulan bir sinir a sayesinde normalyanma bas nçlar ve devir e rileri ç kart lm r. Daha sonraar za olu turularak motorda hata oldu u andakiparametreleri elde edilmektedir. Deneyin sonucundamotorun normal ve hatal anlar ndaki parametrelerinikar la larak ar zalar tesbit edilmektedir [13].

Ta t ar zalar bulmak için geli tirilen bir di er yöntem de,ses ve sinyaller yöntemiyle ar zan n tespit edilmesiyöntemidir. Ar za te hisi için akustik ve titre imli sinyallerikullanarak yap lan ara rmalar n ço u as l olarak genlikfarkl klar n gözetlenmesine dayand larak yap lm r.YM ve aks milindeki ar za te hisinde akustik emisyon ve

titre imli sinyallerin te hisi için görsel nokta örneklemetekni i kullan lm r [14].

YM’ler çok karma k sistemlerden olu tu u için; hatan ntespiti ve te hisi zorla maktad r, bu karma kl n sessinyalleri sayesinde giderilebilmektedir. YM’ deki normalve anormal titre im sinyallerini kar la rarak ortaya ç kanfarkl klar sonucunda hatalar tespit edilmektedir [15].

YM için belirli fiziksel parametreler, ta n performansönemli oranda etkilemektedir. Özellikle motorperformans etkileyen unsurlar olan, silindirlere al nanhava miktar ve s cakl , so utma s s cakl , motordevri ve üst ölü nokta bilgisi, supaplar n aç lma zaman ,gaz kelebe i konumunun ve egzoz içindeki çi at k miktarölçülerek bilgisayar ortam nda görüntülenmi tir.Sensörlerden gelen verilerin kaydedilmesi ve aynzamanda bilgisayar ekran nda görüntülenmesi amac yla,Delphi program yla yaz m olu turulmu tur [16].

YM’nin supap ve pistonundaki hatalar bulabilmek için;normal ve anormal titre im sinyallerinin ölçülebilmesinisa layacak bir model geli tirilmi tir. Bu model sayesinde;supap ve pistondaki titre im sinyallerindeki farkl klardanyola ç karak hatalar n tespiti yap lm r [17].

YM’ler ile ilgili ara rmalarda motorun test edilmesi önemlibir basamakt r. Bilgisayar destekli motor test stand ilemotor momenti, h z, gaz kelebe i aç kl , yak t tüketimi,hava tüketimi, motor so utma suyu giri ve ç s cakl ,egzoz s cakl , ya s cakl , hava giri s cakl , ortam

cakl ve nem oran gibi önemli performans de erleriniayn anda bilgisayara aktar lm r. Bu sayede motorkondisyonunu ve ar za te hislerini bulan k mant kkullanarak incelemi lerdir [18]

Bu çal mada YM’de meydana gelebilecek ar zalar uzmansistemle gerçek zamanl olarak tesbit edilmektedir. Giribölümünde bu konuda yap lm çal malaraç klanmaktad r. kinci bölümde YM’da ar zalar ve tespityöntemleri verilmektedir. Üçüncü bölümde ar za tespiti içinuzman sistem genel aç klamas , deney düzene i, kullanara yüzlü yaz m tan lm r. Sonuç bölümünde iseYM’de gerçekle tirilen ar za tespit sonuçlar verilmektedir.

2008


2. çten Yanmal Motorlarda Ar zalar ve TesbitYöntemleri

YM’lerin daha verimli ve güvenli olmas getirilmesi, YMüreticilerinin ve bilim adamlar n en çok ilgilendi ikonudur. Günümüzde üretilen YM’ler oldukça karma ksistemlerden olu maktad rlar. Yeni teknolojiler sayesindemodern YM’ler performanslar n art rman n yan nda,daha dü ük yak t tüketimi ve art k gazlar n azalt lmassa lamayan birimler içermektedir. Bu da onlar çok giri live çok ç karma k bir sistem haline dönü türmektedir.Bu yüzden YM’lerde en uygun çal ma ko ulunun tespitedilmesini güçle mektedir. YM’lerin çal ma durumlar nizlenmesi konusunda dünyada ve ülkemizde çal malaryap lmaktad r.

YM’lerde kondisyon izleme ve ar za te hisinde üç farklyöntem kullan r. Bunlardan birincisinde; YM’ninmatematiksel modeli elde edilerek, gerçek sistemle modelayn anda çal r. Model ile gerçek sistem aras ndameydana gelen farklardan motorun durumu hakk ndasa kl bilgiler elde edilmektedir. Bu yöntemde modelleizlenecek motor hakk nda çok detayl teknik bilgiye ihtiyaçvard r. Ayr ca sistemin matematiksel modelini haz rlama vebunu i lemcide çal rmak için yüksek h zlmikroi lemcilere ihtiyaç duyulmaktad r. Ayr ca modelinkullanmaya ba lanmadan test edilmesi gerekir. Her YMiçin model olu turulmas ve gerçek sistemden al nacakverilerin do rulu unun yüksek olmas gerekir [19].

1960

Gel

enek

sel

ölç

üAl

etle

ri

1970

Öze

lan

olog

ölç

üal

etle

ri ve

enje

ksiy

on v

eA

BS iç

in ö

zel

ekip

man

lar

1980

Dijit

al te

stal

etle

ri ve

mik

roi

lem

ciko

ntro

llüsi

stem

ler

1990

Bütü

nle

mi

hat t

ehi

s ve

bilg

i sis

tem

leri

2000

A v

euz

man

sist

emle

r

0

20

40

60

80

100

120

Tekn

oloj

ik S

eviy

e

ekil 1. Ta tlarda ar za ölçümünün teknolojik geli imi

ÇTEN YANMALI MOTOR

ELEKTR K S STEM

FREN S STEM

ABSarjSistemi

MarSistemi

Ate lemeSistemi *

Yak tSistemi

So utmaSistemi

Ya lamaSistemi

* Benzinli araçlarda

ekil 2. Araç içerisindeki alt sistemler

Hatan n olu tu unun anla lmas , hatan n neredemeydana geldi i, hatan n tipi ve büyüklü ünün ne kadar

oldu unu, ne zaman tespit edildi inin de önemi büyüktür[20]. Ayr ca yanl te hislerin say n azalt labilmesi için,te his sisteminin belli bir esnekli inin de olmasgerekmektedir.

YM’lerin çal ma an nda meydana gelen ar zalar, ta nperformans önemli derecede etkilemektedir. Buar zalar n tespiti ve giderilmesi üzerine çal malaryap lmaktad r. ekil 1’de ta tlarda ar za ölçümününteknolojik geli imi verilmektedir. YM’nin bir bütün halindeçal mas , çe itli alt sistemler sayesinde olmaktad r ( ekil2). Bu sistemler motorun ilk çal mas ndan ba layarak; ilkhareketin verilmesi, gerekli elektrik kayna n sa lanmas ,dolgunun haz rlan p silindir içerisine al nmas , silindiriçerisine al nan dolgunun ate lenmesi ve silindir içindeyanm olan gazlar n d ar ya at lmas na kadar YM’lereyard mc olur

3. Ar za Tesbiti çin Uzman Sistem TemelliKullan Ara Yüzlü Yaz m Tasar

3.1. Uzman Sistemler

Uzman Sistemler (US); belirli bir alanda sadece o alan ileilgili bilgilerle donat lm ve problemlere o alanda uzmanbir ki inin getirdi i ekilde çözümler getirebilen bilgisayarprogramlar r. Yapay zekâ alan na giren uzman sistemler;uzmanl k isteyen alan ile ilgili bilgiyi saklayabilen ve bubilgiyi kullanarak karar verebilen sistemlerdir. US’ler,bilgisayar biliminin içinde yer almaktad r. Geli tirilenUS’lerle, bir uzmana ihtiyaç duyulmaks n veya uzman nçok az bir deste i ile problemlerin çözümüne gidilmeyeçal lmaktad r [21].

Uzman bir sistemin bilgisi gerçekler ve sezgisel bilgidenolu ur. Gerçekler; genel kabul görmü ve söz konusualandaki uzmanlar n üzerinde mutab k olduklar bilgisetinden olu ur. Sezgisel bilgi ise; daha çok uygulamayyapan ki i özelinde olup, iyi bir karar n göreceli olarak aztart lan kurallar ; ak l yürütme yetene i, sorgulamakurallar gibi söz konusu alandaki uzmanlardan elde edilenbilgi setini karakterize eder [22].

Bir US üç parçadan olu ur. Bunlar; Kural Taban , VeriTaban ve Kural Çözümleyicidir. Kural taban nda, kuralçözümleyicinin sonuca varmak için kullanaca kuralkümesi bulunur. Pek çok uygulamada Kural taban (E eröyle ise) kural yap nda tutulur. Bu kural kümesinde birkaçkuraldan birkaç bin kurala kadar olabilir. Veri taban ndaprobleme özgü olgular tutulur. Bu olgular (E er öyle ise)kural yap ndaki ko ullar n de erleridir. Kural çözümleyiciise kural taban ndaki kurallara bakarak yeni kurallar veyasonuçlar üretir. Böyle bir sistemi do al bir dil arabirimikullanarak kullan n ak ll bir sistem üzerinden bir uzmanile ba lant kurmas sa lanabilir [23].

3.2. Deney Düzene i

YM’lerin ar zalar tespit etmek için bir Uzman Sistemtasarlanm r. Bu US için haz rlanan kural tablosu çizelge1.’de verilmektedir. Çizelge 1.’de ölçülen her parametreninde eri, muhtemel ar za nedenleri ve bu ar zalar ngiderilebilmesi için sunulan öneriler belirtilmi tir. Testedilen YM için geli tirilen uzman sistemde, her bir

2009


Çizelge 1. YM için tasarlanan uzman sistem kural tablosu

raNo

ÖlçülenParametreler De erler Ar za Düzeltme

1 Batarya gerilimi 8 V =< X =< 13,5 V De il ise; Batarya bo tur, kablo ba lant lar , zay ft r,kutup ba lar oksitlenmi tir.

Gerilimi ölçünüz. Ba lant lar , kontrol ediniz,cak su ya da z mparayla temizleyiniz.

2 Alternatör ak 1500 d/dk =< X =< 4000 d/dk iken;45 A =< X =< 60 A De il ise;

Batarya bo tur, alternatör kay , gev ek ya dakopuktur, kablolar kopuk, ba lant lar gev ektir.

arj ediniz. Kay s z ya da, de tiriniz,ba lant lar kontrol ediniz.

3Motor devri

Motor so utmasuyu s cakl

2500 d/dk =< X =< 4000 d/dk iken;80 C =< X =< 100 C De il ise;

Termostat aç lm yor, fan mü iri ar zal , yadaba lant lar gev ektir, vantilatör kay gev ek

ya da kopuktur.

Kontrol edip de tiriniz, ba lant lar kontrolediniz, kay n esnekli ini kontrol ediniz.

4 Motor devriYa s cakl

2500 d/dk =< X =< 4000 d/dk iken;70 C =< X =< 100 C De il ise;

Karterde ya kalmam r, ya mü ürü, ar zalya da ba lant lar gev ek, ya pompas

ar zal r.

Motora ya ekleyiniz, kablo ba lant larkontrol ediniz, kontrol edip de tiriniz.

5 Motor devriCO

900 d/dk =< X =< 2000 d/dk iken;% 0,5 =< X =< % 2,5 de ilse

Zengin kar m, hava filtresi t kal ya da kirliolabilir, bujiler ar zal ya da nemlidir.

Kar m ayar yap z, bas nçl hava iletemizleyiniz, kontrol edip kurulay z.

6 Motor devriMotor torku

2500 d/dk =< X =< 3500 d/dk iken;10 kg.m =< X =< 13 kg.m de ilse;

Avans ayar yanl r, buji kablolar ar zal r,zengin kar m

Avans ayarlay n, kablolar , de tirin, kar mayar yap z.

7 Motor devriHC

900 d/dk =< X =< 20000 d/dk iken;100 ppm =< X =< 500 ppm de ilse

Hava filtresi t kal r, zengin kar m, bujilerar zal ya da nemlidir.

Filtreyi temizleyiniz, kar m ayar yap z,bujileri de tiriniz

parametrenin standartlara uygun çal ma ko ullarara larak en uygun durum tesbit edilmektedir. Buçal ma artlar , yaz ma eklenerek YM’de olu anherhangi bir ar za en k sa zamanda tespitedilebilmektedir artlar , yaz ma eklenerek YM’de olu anherhangi bir ar za en k sa zamanda tespit edilebilmektedir.

YM’lerde gerçek zamanl olarak ar za tespitininyap labilmesi için bir deney düzene i kullan lm r. Deneymotorunun ve tesisat n genel görünümü ekil 3.’deverilmektedir. Deney düzene i; deney stand alt ve üstasisi, deney motoru, dinamometre ve kontrol ünitesi, gaz

kelebe i kontrol ünitesi, ölçüm üniteleri (moment, h z vecakl k), veri al - veri kart ve röle kontrol kart ndan

olu maktad r. Deneyde kullan lan YM ile bilgisayararas nda ileti imi sa layabilmek için, kullan ara yüzlü biryaz m tasarlanm r

ekil 3. Deney düzene inin genel görünümü.

Bu deney düzene inden ölçülebilinen büyüklüklerras yla; Bask kuvveti, F (kg) (Motor momenti ), Motor

(d/dk), Bas nç fark bilgisi (Havan n debisi), Deneyortam s cakl ( C), Hava giri s cakl ( C), So utmasuyu giri s cakl ( C), So utma suyu ç s cakl ( C),Egzoz gaz s cakl ( C), Motor ya s cakl ( C), Yak t

cakl ( C), Havan n nemi (%) (Ba l nem), Bataryagerilimi (V), Alternatör ak (A) ve CO, CO2 (%) HC(ppm)’ dir.

3.3. Kullan Arayüzlü Yaz m

Bilgisayar destekli motor test stand n fiziksel özelliklerini,

çal ma ortam ko ullar bilgisayar ortam na aktarmakiçin grafik kullan ara yüzlü bir yaz m haz rlanm r. Buyaz mda YM’ye ait bilgiler Advantech firmas n 16 kanalanalog giri i ve 12 bit çözünürlü ü olan PCI 1710 HG verial -veri kart kullan larak d ortamdan bilgisayaraaktar lm r. YM’nin s cakl , h , torku, ya s cakl , vb.gibi parametrelerin ölçümü için alg lay larkullan lmaktad r. Ar za tespiti için tasarlanan kullan arayüzlü yaz m, Visual Basic 6.0’da geli tirilmi tir. Buyaz mla ölçüm sonuçlar her an görülmekte ve veri al -veri kart n ölçüm h kullan taraf ndanayarlanabilmektedir. Yaz n ana penceresi ekil 4.’deverilmi tir. ekil 4.’de görüldü ü gibi kullan , anapencereden, motor test stand manüel ya da bilgisayarlakontrol edebilmektedir

ekil 4. YM’ler için tasarlanan kullan ara yüzlü yaz nana penceresi

Kullan , kontrolü bilgisayar üzerinden YM’ye yükuygulayabilmektedir. Motor yüklendikten sonraparametreleri görebilmek için verileri oku seçene ikullan larak sensörlerin hangi bilgileri ölçtü ü ve hangi giriterminallerine sahip oldu u görülmektedir.

YM, ilk harekete geçirilip çal ma artlar na ula ktan

2010


sonra, generatör modu seçilir ve bir taraftan gaz kelebekaç kl di er taraftan da generatör yükü artt r. Dahasonra yaz n ana penceresindeki “verileri oku” butonunabas larak YM’nin çal ma parametreleri (Motor h , motortorku, motor s cakl , ya s cakl , vb.) görülür. YMgeneratör arac ile çal p yüklendikten sonra, yapayolarak ar zalar olu turulur. Meydana gelen bu ar zalargerçek zamanl olarak yaz m penceresinde gözlenir.Bunun için ekil 5.’deki analog giri leri okumapenceresindeki “hata kontrolü” butonuna bas r. YM’ninyük alt nda çal mas için; kademeli yük art motora yükolarak ba dinamometre generatörünün uyart mgeriliminin de tirilmesi ile sa lanmaktad r. Uyart mgerilimi veri al -veri kart n analog ç ndan teminedilmekte ve motor yükünün istenilen de ere ayarlanmasmümkün olmaktad r. Elde edilen veriler istenmesidurumunda microsft excel dosyas na zamana ba olarakkaydedilmektedir. Ölçülen veriler ile YM’nin çal mas naetki eden faktörler ve motorun performans nde erlendirmesi kolayl kla yap labilmektedir. YM’ninçal ma ko ullar nda herhangi bir ar za oldu u anda,yaz n hata penceresinde belirtildi i gibi, YM’de ne türbir ar za oldu u ve muhtemel nedenleri degösterilmektedir.

ekil 5. Yaz m hata okuma penceresi

Deney esnas nda; ilk a amada YM normal çal maartlar nda tutulmu tur. Daha sonra s ras ile alt

sistemlerde ar zalar olu turularak, gerçek zamanl olaraktespit edilmi tir. YM, generatör ile yüklendikten ve dengeli

olarak devri artt ld ktan sonra, so utma sisteminde fansensörü devre d b rak larak so utma suyu s caklar zas gerçekle tirilmi tir. Yaz n ana penceresindenYM’nin çal ma artlar e zamanl olarak takip edilerek

ar zalar tespit edilmi tir. arj sisteminde; ilk olarak YM’ninbataryas bo bir bataryayla de tirilerek batarya gerilimar zas tespit edilmi tir. Bir di er taraftan da bataryayayapay bir güç kayna ile ba lanarak alternatör akar zas olu turulmu tur.

YM’nin tork kontrolü yap rken ise; motor generatör ileyüklü iken ideal torku bulunmu tur. Bu esnada bujikablolar nda birisi çekilerek yanma verimi dü ürülmü tür.

zamanl olarak motor torkundaki kay p yaz mpenceresinden de görülmü tür.

YM egzoz emisyonlar n standart de erleri normalçal ma artlar nda bulunarak kaydedilmi tir. lk olarakkar m ayar zengin kar m haline getirilmi ve dahasonra buji kablolar ndan biri çekilerek yanma verimsiz halegetirilmi tir. Bu anda HC ve CO ar zalar tespitedilmektedir.

4. SonuçlarBu çal mada, çten Yanmal Motorlarda gerçek zamanlolarak ar za tespiti yap lm r. Bunun için çten YanmalMotorun farkl çal ma artlar nda yüklenmesinin kontrolalt nda tutulabilmesi ve deneysel verilerin e zamanlolarak bilgisayar ortam na aktar labilmesi sa lanm r.Deney düzene i ile, uzman sistem temelli kullan arayüzlü yaz m ve bilgisayar sayesinde, YM’ye ilk hareketinverilmesi, motorun istenilen yükte yüklenebilmesi vear zalar n tespit edilmesi gerçekle tirilmektedir.

YM’nin performans için büyük önem te kil edenparametreler, gerçek zamanl olarak bilgisayar ortam naaktar lm r. Kullan ara yüzlü bir yaz m sayesindeparametrelerin ç kt n al nmas ve grafik de erlerininincelenmesi kolayl kla gerçekle tirilebilmektedir.

YM’de gerçekle tirilen deneyler sonucunda; so utmasistemi, ya lama sistemi, arj sistemi, motor torku veegzoz emisyonlar na ili kin toplam 7 adet ar za, gerçekzamanl olarak tespit edilmi tir. Tespit edilen ar zalaraili kin de erler Çizelge 2.’de görülmektedir. Ayr cameydana gelen ar zalar n nedenleri ara larak, yaz mpenceresinde bu ar zalar n neden meydana gelmenedenleri de belirtilmektedir.

Çizelge 2. Deneyler sonucunda tespit edilen ar zalar

Ar zaNo

Tespit EdilenAr za

letimSüresi

Kullan lanParametreler

ParametrelerinDurumu

Motor MotorYüklü Yüksüz Çal yor Çal yor

1 Ate leme Ar zas 10 sn Motor devri Motor torku

2500 - 3500 d/dk10 - 13 kg.m

2 Alternatör Ar zas 1 sn Motor devri Motor torku

1500 - 4000 d/dk45 - 60 A

3 Batarya Ar zas 1 sn Batarya gerilimi 8 V - 13,5 V

4 So utma SistemiAr zas

1 sn Motor devri So utma suyu s cakl

2500 - 4000 d/dk80 - 100 C

5Ya lama SistemiAr zas

1 sn Motor devri Ya lama ya s cakl

2500 - 4000 d/dk70 C - 100 C

6 Ate leme ve Yak tSistemi Ar zas

15 sn Motor devri CO emisyonu

900 - 2000 d/dk% 0,5 - % 2,5

7Ate leme ve Yak tSistemi Ar zas

15 sn Motor devri HC emisyonu

900 - 2000 d/dk100 – 500 ppm

2011


5. Te ekkür

Bu çal ma Karabük Üniversitesi BAP Komisyonutaraf ndan 2007.38.01.03 proje numaras iledesteklenmi tir. Deste inden dolay KarabükÜniversitesine te ekkür ederiz.

Kaynaklar

[1] Sood, A. K., Fahs, A. A. and Henein, N. A., EngineFault Analysis: Part II–Parameter Estimatio Approach,IEEE Trans. Ind. Elec. Vol:32,No:4, 301-307., 1985.

[2] Rizzoni,G., Pipe, J. G., Riggins, R. N. and VanOyen,M. P., Fault Isolation And Analysis For InternalCombustion Engine Onboard Diagnostics,IEEE Tran.Vehicular Technology, Vol:9, 23 – 244, 1988.

[3] Crouse, W. H. and Anglin, D,.L. ,AutomotiveMechanics, McGraw Hill Company, p 476, New York,1993.

[4] Laukonen, E. G., Passino, K. M., Krishnaswami, V.,Luh, G. C. and Rizzoni, G.Fault Detection Isolation ForAn Experimental Internal Combustion Engine ViaFuzzy Identification, IEEE Transaction On ControlSystems Technology, Vol:3, No:3, 347 – 355, 1995.

[5] Soliman, A., Rizzoni, G. and Kim, Y. W.,Diagnosis OfAn Automotive Emission Control System Using FuzzyInference, Control Engineering Practice, Vol:7,No:2, p209 – 216, 1999.

[6] Nyberg, M. and Nielsen, L., Model Based DiagnosisFor The Air Intake System Of The SI – Engine, SAETran., Journal Comm. Vehicles, 106, 9 – 20, 1997.

[7] Kim, Y. W., Rizzoni, G. and Utkin, V.,AutomotiveEngine Diagnosis and Control Nonlinear Estimation,IEEE Control System, p 84 – 99, 1998.

[8] Grimmelius, H. T., Meiler, P. P., Maas, H. L. M.,Bonnier, B., Grevink, J. S. and Kuilenburg, R. F.,Three State Of The Art Methods For ConditionMonitoring, IEEE Tran. Industrial Electronics, Vol:46,No:2,1999.

[9] Olofsson, N., Evaluaiton Of Observers For FaultDiagnosis On An Automotive Engine VehicularSyetems, Dept. Of Electrical Engineering, 2000.

[10] Crossman, J. A., Guo, H., Murphey, Y. L. and Cardillo,J., Automotive Signal Fault Diagnosis Part1: SignalFault Analysis, Signal Segmentation, FeatureExtraction and Quasi Optimal Feature Selection, IEEETrans. Vehicular T., Vol:52, No:4, 1063–1075, 2003..

[11] Murphy, B. J., Lebold, M. S., Reichard, K., Galie, T.and Byington, C. Diagnostic Fault Detection forInternal Combustion Engines Via Pressure CurveReconstruction, IEEE Transaction VehicularTechnology, Vol:1 – 8, 3239 – 3246, 2003.

[12] K la z Y, Baran A, Zerrin Y Z and Çetin M (2005) AFuzzy Diagnosis And Advice System For OptimizationOf Emissions And Fuel Consumption, Expert SystemsWith Applications 28, 305 – 311.

[13] Murphy, B., Galie, T. and Byington, C., DiagnosticFault Detection For Internal Combustion Engines ViaPressure Curve Reconstruction, IEEE Tran. VehicularTechnology, Vol:7, No:3, 3239 – 3246, 2005.

[14] Wu, J. D. and Chuang, C. Q., Fault Diagnosis For.Internal Combustion Engines Using Visual Dot.PatternOf International, Vol:38, 605 – 614, 2005.

[15] Chen, B. J., Li, L. and Zhao, X. Z.,5th InternationalConference on Wavelet Analysis and Pattern

Recognition, Fault Diagnosis Method Integrated onScale – Wavelet Power Spectrum, Rough Set andNeural Network, Vol: 1 – 4, 652 – 657, Nov 02 – 04,2007, Beijing, Peoples Rebuplic China,2007.

[16] Yurdagül E, Erdal H, Baba F (2005) MekatronikDonan ml çten Yanmal Benzinli Motorlar nPerformans De erlendirmeleri çin Yaz m veDonan m Sisteminin Tasar , Marmara ÜniversitesiTeknik E itim Fakültesi Elektronik-Bilgisayar E itimiBölümü, Politeknik Dergisi, Cilt:8,Say :1, s:55-59.

[17] Chen, B. J., Li, L., Gao, H. A. and Zhang, Y. A., Int.Conference on Mechanical Transmissions, FaultDiagnosis of Internal Combustion Engine Based onthe Integration of Scale – Wavelet Power Spectrumand Neural Network, Vol: 1 and 2, 1358-1362, Sep 26-30, 2006, Chongqing, China, 2006.

[18] Çelik, M. B. ve Bay r, R., Bilgisayar Destekli MotorTest Stand , Z.K.Ü Bilimsel Ara rma Projesi, ProjeNo: 2003-38-02-02, Karabük, 2006.

[19] Capriglione, D., Liguori, C., Pianese, C. andPietrosanto, On – Line Sensor Fault Dedection,Isolation and Accommodation in Automotive Engines,IEEE Transaction Instrumentation and Measurement,Vol:52, No:4,1182 1189, 2003.

[20] Denton, T., Advanced Automotive Fault Diagnosis,Butterworth Pub,UK, 2000.

[21]Gopalakrishan B (1989) Computer IntegratedMachining Parameter Selection in a Job Shop UsingExpert System, Journal of Mechanical WorkingTechnology, Vol.20, 163-170

[22] Harmon P, Maus R, Morrisey W (1988) Expert systemtools and applications, John Wiley&Sons Inc. Canada.

[23] Tekta , M., Akba , A. ve Topuz, V., Yapay ZekâTekniklerinin Trafik Kontrolünde Kullan lmas ÜzerineBir nceleme, Marmara Üniversitesi Teknik BilimlerMeslek Yüksek Okulu, stanbul, 2004

2012



TA ITLARDA VMEN N ETK LER VE VME ÖLÇÜMLER

THE EFFECT OF ACCELERATIONS ON VEHICLES ANDACCELERATION MEASUREMENTS

Hüseyin Bayrakçeken a*, Mehmet Ye il rmak b

a Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyonkarahisar/Türkiye , E-posta: [email protected] M.E.B. Merkez Endüstri Meslek Lisesi Afyonkarahisar/Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Genel olarak h zdaki de ikli in zamana oran ivme olarakifade edilmekte ve birim olarak da m/s2 kullan lmaktad r.vme do rudan ifade edilebildi i gibi g birimi olarak da

sunulmaktad r. vme bir kuvvetin etkisi ile ortayakmaktad r. vme ölçümleri dinamik artlarda yap lmakta

ve çe itli kontrol teknikleri kullan lmaktad r.

Yap lan çal mada otomobil s ndaki benzinli bir ta tlagerçek yol artlar nda ivme ölçümleri yap lm r.Ölçümlerde; a rl k merkezine ba lanan 1 adet 3 eksenliivme ölçerle birlikte USB veri toplama sistemi ve verilerikaydetmek için diz üstü bilgisayar kullan lm r. Çe itli yol(do rusal ve yanal e im, viraj vb.)ve h z artlar nda ivmeölçümleri yap lm r. Ölçümlerde do rusal, yanal ve dü eyolmak üzere anl k olarak veriler al nm ve e zamanlolarak Excel format nda kaydedilmi tir. Elde edilen verilergrafik haline dönü türülmü ve analiz edilmi tir.

Anahtar kelimeler: Ta t, vme, vme ölçümleri

Abstract

In general the ratio of change of velocity to time is definedas acceleration with the unit of m/s2. Acceleration can beboth expressed directly and in terms of g. Accelerationappears with effect a force. Acceleration measurementsare performed in dynamic conditions and various controltechniques are used.In this study acceleration measurements were performedin real road conditions by a gasoline vehicle in automobilecategory. In measurements; a 3 axis accelerationmeasurement instrument connected to the center of thegravity with USB data collector system. Also in order torecord data computer was used. At different roads (linearand lateral gradient, curve etc.) and speeds, accelerationmeasurements were performed. Data was obtainedinstantly in linear, lateral and perpendicular positions andrecorded as Excel format synchronously. Obtained datawas converted to graphs and analyzed.

Keywords: Vehicle, Acceleration, accelerationmeasurement

1. Giri

Hareket halinde olan bir cismin h , hareket süresincede im gösterir. Bir cismin ivmesi, o cismin h nzamana göre de im miktar r.

Newton’un II. Hareket yasas na göre bir ta n h zlanmasveya yava lamas s ras nda, bu hareketlere ters yönde

atalet kuvvetleri olu maktad r. Ta n hareketi s ras ndakar la lan bu kuvvet ivme ile ters yönlü oldu undan ivmedirenci olarak tan mlan r ve ivme direnci do rusal harekethalindeki kütlelerin atalet kuvvetleri ile dönme hareketiyapan tekerlekler, aktarma organlar ve motorun dönelatalet kuvvetlerinden olu maktad r [1].

vmeölçerler dönme, ivmelendirme ve frenleme sebebiylemeydana gelen kuvvetlerin ölçülmesini sa lamaktad r.

Birçok e im alg lay yerçekiminin yönünü referans yönolarak alg lar. Bir arac frenlemek, h zland rmak ve yönünüde tirmek araç üzerinde ivmeler ortaya ç kartmaktad r.

imli yüzeylerde yap lan ivme ölçümlerinde yer çekimivmesi daha önemli iken, düz alanlarda yap lan do rusalve yanal ivme ölçümlerinde, hareket de imleri ivmeüzerinde daha etkili olmaktad r.

Son zamanlarda ta tlar n h zlar n çok artmas ile ta tperformanslar nda iyile me sa lan rken di er taraftan data t güvenli inde de iyile me yap lmas gereklili i ortaya

km r. Ta t güvenli i bak ndan ivme de imineba olarak baz sistemlerin devreye girmesisa lanabilmektedir.

vme ölçümleri ve ta ttaki ivme de imleri ile ilgili olarakyap lan çal malar n bir k sm a da sunulmu tur.

3 yönlü mikro elektromekanik sistem (MEMS) kullan larakta ttaki ivme ölçümleri yap lm , bu amaçla ivme metrelerkullan larak ölçümler yap lm r. Ta t performansetkileyen unsurlar n ivme de imine olan etkisiara lm r [2].

Ta t üzerinde ivmelenmeyi etkileyen tekerlek-yolaras ndaki sürtünme katsay ve durma mesafesi üzerindeçal lm , bu amaçla bir bilgisayar program geli tirilmi tir[3].

SAE J1491 otomobil ve hafif ticari araçlar n, ivmelenmeperformanslar belirlemek için standartlar olu turulmuve test yöntemleri geli tirmi tir. Ta t yava lama ivmesininbelirlenmesi için, referans artlar nda ölçümü vede erlendirilmesi yap lm r [4].

TS 13325 tekerlekli askerî araçlar n ivmelenme veperformans deneyleri için standartlar geli tirmi tir [5].

Yüksek de erdeki yanal ivmenin etkisi için bir çal mayap lm ve bu amaçla analitik bir metot belirlenmi , ikitekerle e sahip bir araç modeli seçilmi tir. Standartmanevralar, standart olmayan de imler ve ta t tutunmadavran lar n ta t performans na etkileri analiz

2013

mailto:bceken:@aku.edu.tr

mailto:myesilirmak03:@hotmail.com

Bayrakçeken, H. ve Ye il rmak, M.

edilmi lerdir. Özellikle do rusal ve yanal sürüdavran lar kapsayan yeni bir model geli tirmi ler ve bumodelin ta t davran lar incelemelerindekullan labilece ini ortaya koymu lard r [6]. Yük ta yanta tlarda, yüklü arac n ivmelendirilmesinde yerçekimi ve

rl k merkezinin etkisini analiz etmek için çal mayap lm r. Arac n a rl k merkezini, yükün ve yerçekimininfonksiyonu gibi durumlar n ivme üzerindeki etkilerinibelirlemi olup, arac n ivmelendirilmesi, a rl k merkezi yerçekimi dikkate al narak hesaplanm r [7].

2. vme Ölçerler

vmeölçerler, genel amaçl mutlak hareket ölçümlerinde,ok ve titre im ölçümlerinde kullan rlar. Bir yap n ya da

bir makinenin ömrü, çal ma s ras nda maruz kaldivmenin iddeti ile orant r. vmeölçerler de ikalanlarda kullan lmakla birlikte; Saha, bina, köprü,madencilik gibi alanlar n yan s ra otomotiv, i makinesi,kamyon gibi ta tlarda da dinamik de imleri ölçmek içinde kullan lmaktad r. Yüksek frekansl ivmeölçerler ileçarpma testleri, çok yüksek devirli motorlar n testleriyap labilmektedir. vmeölçerler ölçme tekni ine göre(yüksek s cakl a dayanakl , sismik, ok, hassas, üçeksenli vb.) farkl s flara ayr lmaktad r. vmeölçerlerinkullan m alanlar ndan en büyük pay otomotiv sektörüneaittir.

3. Materyal ve metot

Deneylerde ölçüm sonucu ta n dingil a rl de erleri6800 (ön) – 4400 (arka) N bulunmu tur. Testler, hava

cakl yakla k 25 0C güne li ve rüzgârs z ortamdayap lm r. Arac n lastik a nmas n %75’i geçmedi ineve lastik havalar n katalog de erlerinde olmas na dikkatedilmi tir. Deneyler, yolun trafik ak bozmayacakekilde, Afyonkarahisar- zmir karayolunun 10-40. km

aras nda yap lm r. Deney yap lan yol, kuru ve temiz olupen fazla %5 e im bulunmaktad r. Ayn zamanda yol yüzeyi

cak asfalt kapl r. Deneylerden önce ta n fren ve di eraksamlar n; genel bak m ve kontrolleri yap lm r.Deneyler yap rken, arac n üretici firmas n tavsiye etti iyak t kullan lm r. Test esnas nda, farlar, klima, araçcamlar ve tüm elektrikli al lar kapat lm r. Frenlemetestlerinde ABS’nin devreye girdi ine dikkat edilmi tir.Deneylerde arac sürekli ayn ki i kullanm r ve 4 ki i aktifolarak görev alm r. Ölçümler do rusal (X) ve yanal (Y)do rultudaki de imleri kapsamaktad r. Deney ta vesahas ekil 1 ‘de görülmektedir.

ekil 1. Deney ta (Volkswagen Bora ,2001) ve yolungenel görünü ü

Deneylerde Kullan lan ekipmanlar;- ASC 5411LN-005-6A ivmeölçer- LJU3 USB veri toplama sistemi- Uydu destekli koordinat belirleyici- Ta nabilir bilgisayar

3.1 Piezoelektrik vmeölçer

Kullan lan ivme ölçer genel amaçl , do rusal ivme ve/veyatitre im ölçümü yapan tiptedir. vme ölçer sensörlerido rudan yüksek seviye analog voltaj ç sa lamaktad r.Geleneksel bas nçl elektrik ve bas nç dirençli akümülatörteknolojileriyle kar la ld nda silikon mikro makinesensörler önemli ölçüde dü ük bir maliyette e de er birperformans sunmaktad r. ASC 5411LN-005-6A serisiivmeölçer sensörleri; 8VDC ile 30VDC aras ndaçal maktad r. Güç ihtiyac araç çakma na tak lan ünite ilesa lanm r. Piezoelektrik tip ivmeölçerler geneldeotomotiv testlerinde kullan lmaktad r. vmeölçerin montaj

amas nda, sabitleyici bir aparat kullan larak hareketsizdurmas sa lanm r. Kullan lan aparat n gerekli hallerdesökülebilmesi ve yön de ikli i yapabilmesi mümkündür.vmeölçerin x,y,z eksenleri, uydu al (GPS) eksenleri

ile kesi mesi sa lanm r.

ekil 2 de vmeölçerin ta ta ba lant görülmektedir.

ekil 2. vme ölçer sensorunun araca montaj

3.2 U3 Veri Ölçüm Aktar m Ekipman

U3 veri aktar m ekipman , ivmeölçerden gelen sinyalleride erlendirip, USB ba lant ile veri ortam ndagörüntülenmesini sa lamaktad r. Veri aktar , ivmeölçerile dizüstü bilgisayar aras nda bulunup, ivmeölçerdenald sinyalleri LAN kablosu ile bilgisayar ortam naaktarmay gerçekle tirmi tir.

ekil 3. U3 Veri aktar genel görünü ü ve ta t içindekimontaj

3.3 Uydu destekli koordinat belirleyici

Uydu destekli koordinat belirleyici (GPS) sistemdenba ms z olup herhangi bir kablo ba lantgerektirmemektedir. GPS test a amas nda yap lanölçümlerde ta n konum bilgilerini sa lam r. Yap lantestler sonucu elde edilen veriler GPS taraf ndan gelenkonum bilgilerine göre de erlendirilmi tir. Test s ras ndayakla k 3 saniyede bir GPS cihaz ile uydudan koordinatal nm ve cihaz haf zas na kaydedilmi tir. Bu veriler ileözellilikle viraj alma, h zlanma ve yava lama testlerindeta n yer de tirmesini ve eksenden sapmasbelirlemi tir. GPS cihaz n hareketli oldu u durumda kihassasiyeti 15-20 m aras ndad r.

2014


ekil 4. GPS uydu destekli koordinat belirleyici

4. Deneyler ve Tart ma

4.1 H zlanma Testi

ekil 5. 0-100 km/h ivmelenme grafi i

zlanma testi 0’ dan 100 km/h’lik h za, yoku yukar ,yoku a ve düz yol olmak üzere farkl ekillerdeyap lm r ( ekil 5). H zlanma deneylerinin yönü pozitifolarak al nm r. Düz yol ve yoku a da testlerindearaç hareket ettikten yakla k, 1,5, 4, 10 ve 11’s lerde vitesde imleri yap lm olup 5. vites kademesine ula lm r.Yoku yukar testlerinde ise di er testlerden farkl olarak10. saniye de i lem yap lmay p 11’ s de 4 vitese geçilmi5. vites kullan lamam r. Vites de im alanlar nda ta tdirençleri nedeniyle ivmede ani de imler görülmektedir.3.vites ile 4.vites aras nda ta n kararl olmas ileivmelenmedeki dalgalanma da azalma görülmü tür. Di erbir etkende ta n birim zamanda ki h zdaki de imazalmaya ba lam r.

4.2 100–0 Yava lama ve 0-100 H zlanma Testi

Ta n 100–0 km/h yava lama deneyinde X(do rusal)ivmelenmesi negatif yönde olmaktad r. ekil 6’da

zlanmadaki ivme de imi pozitif olarak, yava lamadakiivme de imi ise negatif olarak görülmektedir. Yava lamatestinde ayak gaz pedal ndan çekilmi ve optimumfrenleme yap lm r. H z azalmas , vites de imi olmadangerçekle mi tir. H zlanma testinde ivme de erleriyava lama testindeki ivme de erlerinden daha dü ükseviyededir. Bu durumda ta t daha k sa süredeyava lama sa lamaktad r. Ta n 0-100 km h za ula masyakla k 15 s sürerken, 100-0 km/h h za ula mas iseyakla k 4 s sürmü tür.

ekil 6. 100-0 ve 0-100 km/h ivmelenme grafi i

4.3 80km/h Sabit H zda Sa a ve Sola Viraj Yanalvmelenme Testi

ekil 7. Sabit h zlarda sola ve sa a viraj

Ayn virajda, ayn h zda, geli ve gidi olmak üzere iki farklyön ve farkl h zlarda deneyler yap lm , örnek olarak80km/h h zda yap lan deney sonucu incelenmi tir. Araçviraja girdi inde yanal kuvvet, merkezkaç kuvvet gibifaktörlerin etkisiyle d a do ru savrulmak istemektedir.vme ölçüm cihaz n araca yerle tirili ekline göre; sola

viraj negatif yönde, sa a viraj pozitif yönde al nm r.zdaki de ime ba yanal ivmelenme de imi ekil 7.

de görülmektedir. Yanal ivmelenme ve merkezkaçkuvvetlerin etkisiyle olu an atalet kuvvetinden dolay taklaatma e ilimi görülmü olup, do rusal ivmelenme viraj n enkeskin oldu u bölgede karal yitirmi tir.

4.4 80km/h–90km/h H zlarda Sa Viraj Yanalvmelenme Testi

Ta t h n dönemeçlerdeki ivmelenmeye etkisinibelirlemek için örnek olarak sa a virajda ve farkl h zlardadeneyler yap lm olup örnek olarak 80-90 km/h h zlardakide imler ekil 8’de görülmektedir. H zdaki de iminzamana oran ivme olarak ifade edildi inden h n 80-90km/h aras nda 10 km/h’lik de im göstermesi ivmenin de

z de imine paralel olarak art göstermesinisa lamaktad r. Her iki h zda da ivmenin en fazla oldu ubölge, kurb’un en fazla oldu u bölgede ortaya ç kmaktad r.Virajlarda hem kurb yar çap hem de ta t h ivmelenmeaç ndan önemli bir faktördür.

2015


ekil 8. Sabit h zlarda sa a viraj

4.5 0-100km/h H zlanmada Do rusal, Yanal veYerçekimi vmelenmesi Testi

ekil 9. 0-100km/h h zlanmada do rusal, yanal veyerçekimi ivmelenmesi grafi i

zlanma testi 0-100km/h, düz yolda yap lm ve do rusal,yanal ve yerçekimi ivmelenmesi de imleri e zamanlolarak incelenmi tir ( ekil 9). Bu testte de h zlanma yönüpozitif al nm r. Ta t düz yol artlar nda oldu undanyanal-dü ey ivmelenmedeki de iklikler oldukça azd r.Vites de im noktalar nda k sm de iklikler meydanagelmi tir.

4.6 80-120km/h H zlanmada Do rusal, Yanal veYerçekimi vmelenmesi Testi

Ta n h 80 km/h’den 120 km/h’e yükselirken vitesde imi olmad ndan ve arac n h n art nda, ani birde im görülmedi inden do rusal ivmelenmede anide iklere rastlan lmam r ( ekil 10). Yanalivmelenmede ise art lar ve azalmalar olmu tur. Yüksek

zlardaki direksiyon hakimiyetinin zorluklar ndan dolayyanal ivmelenmede küçük de iklikler gözlemlenmi tir.Dü ey eksen olan yerçekimi ivmesinde büyük de ikliklergörülmemi olup ortalama 9-9,5m/s2 ölçülmü tür.


vmeölçerler, günlük hayat n vazgeçilmezleri olanmotorlu araçlar n maruz kald kuvvetler sonucugösterdi i ivme de imlerini ölçmemize yarayan sensörlerolup test amaçl ya da ta t dinami i parametrelerinibelirlemek için kullan lmaktad r.

Ta tlarda h z de imiyle orant olarak ivmelenmeninolmas kaç lmazd r. Yanal ivmelenme art nda ta n

, tekerleklerin yol tutu u, çevresel artlar, yolun durumugibi faktörler etkili olmaktad r. Yanal ivmelenme vmeölçüm cihaz n araca yerle tirili ekline göre; bir taraftakivirajda pozitif iken di er yöndeki dönü lerde negatifolmaktad r. Ta t h n artmas ile ivme deki de imlerdeartmaktad r. Ta t h zlanma esnas nda daha uzun birsüreye ihtiyaç duyarken, yava lama esnas nda daha k sasürede durmaktad r. Zamandaki de im ivme de erlerinido rudan etkiledi inden yava lama ivmesi h zlanmayagöre say sal olarak daha büyüktür. H zlanma testlerindeyanal ivmelenme en çok, vites de imlerinde olu anyalpalanma aral klar nda ölçülmü tür. Bu de imleresnas nda do rusal ivmelenmenin karal yitirdi igörülmü tür. Düz yol ve viraj testleri kar la ld ndayanal ivmelenmenin max-min noktalar viraj testlerinde,do rusal ivmelenmenin max-min noktalar düz yoltestlerinde görülmü tür. Yanal ve do rusal ivmelenmehangi artlarda olursa olsun birbiriyle do rudan etkile imhalinde oldu u saptanm r.

Kaynaklar

[1] Çetinkaya.S., Ta t Mekani i, Nobel yay n Da m, 3.Bask , 2004

[2] Brusaroscoa. M, Cigadab. A and Manzonib. S,Experimental investigation of tyre dynamics by means ofMEMS accelerometers fixed on the liner, Vehicle SystemDynamics, Vol. 46-11, 1013–1028, 2008

[3] Vangi, D and Virga, A, Evaluation of emergency brakingdeceleration for accident reconstruction, Vehicle SystemDynamics, Vol. 45-10, 895–910, 2007

[4] SAE, J1491 1985-06 2006-07, Vehicle AccelerationMeasurement, 2006.

[5] TS 13325, Tekerlekli askeri araçlar n deney metotlar -Performans deneyleri - Bölüm 5 : H z ve ivme, 2007. [6]

Edelmann, J., Plöch. M. , Reinalter, W, and Tieber,W., A passenger car driver model for higher lateralaccelerations. Vehicle System Dynamics, Vol. 45-12,1117–1129, 2007

[7] Navarro. A and Canale.C., Influences of the load centreof gravity on heavy vehicle acceleration, Int. J. of HeavyVehicle Systems, Vol. 8, No.1, 17-47, 2001.

ekil 10. 80-120 h zlanmada yerçekimi ivmesininde imi

2016



OTOMOT V YETK SERV S YÖNET LER NDE B LG TEKNOLOJKULLANIMI: B R ALAN ARA TIRMASI

INFORMATION TECHNOLOGY USING IN AUTOMOTIVE AUTHORIZEDSERVICE MANAGERS: A FIELD RESEARCH

Süleyman Semiza*, Aksun Akb ka, Yakup Sekmenb

a Pamukkale Üniversitesi, Denizli, Türkiye,E-posta: [email protected], [email protected]

b Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Günümüzde bilgi teknolojileri i letmelerin bütünbölümlerimde yo un olarak kullan lmaktad r. Buteknolojilerin kullan i letmenin tüm faaliyetlerinietkilemektedir. Bu nedenle i letme sahip ya da yöneticileriihtiyaç duyulan bilgi teknolojilerini transfer etme ihtiyacduymaktad rlar. Otomotiv sektörü de bilgi teknolojilerininen üst düzeyde kullan ld alanlardan biridir. Buteknolojiler sadece ana üretim fabrikalar nda de il, sat ,tamir-bak m ve yedek parça ihtiyaçlar n kar landyetkili servislerde de kullan lmaktad r. Bu çal ma,Türkiye’de faaliyet gösteren farkl otomotiv firmalar nyetkili servis yöneticilerine yönelik bir ara rmayiçermektedir. Ara rmada yetkili servis yöneticilerinin bilgiteknolojilerini kullanma durumlar ele al nm r.

Anahtar kelimeler: Bilgi teknolojisi, Otomotiv yetkiliservisleri, Yönetici.

Abstract

Information technologies are intensively used nowadays inall departments of the enterprises. Usage of thesetechnologies affects all activities of the enterprise. Theowner or the manager of the enterprises, therefore, needsthe transfer of the information technologies that arenecessary. Automotive sector is also one of the areas thatthe knowledge technologies are used in high levels. Thesetechnologies are used not only in the main productionfactories but also in the authorized services that coversale, maintenance-care and spare part need. This studyincludes the research that is made directed to theauthorized service managers of different automotive firmsin Turkey. The condition of knowledge technology using ofthe authorize service managers is considered in theresearch.

Keywords: Information technology, Automotive authorizedservices, Manager.

1. Giri

Otomotiv endüstrisi olu turdu u katma de er bak ndanen önemli sektörlerdendir. A rl kl olarak farkl yerlerdeüretilmi parçalar n bir bant üzerinde montaj eklinde olanüretim, yan sanayi ile birlikte dü ünüldü ünde önemli biristihdam ve teknoloji yat meydana getirmektedir.Dünyada 1000 ki iye dü en otomobil say ortalama105’tir. Avrupa Bölgesi’nde 345, Amerika Bölgesi’nde 231adet iken, Türkiye’de 92 adet gibi dü ük bir de erde

bulunmaktad r [1]. Bu rakam dünya ortalamas n bilealt ndad r. Türkiye bu rakamlara göre geli mekte olanpazar özelli ini devam ettirmektedir.

Türkiye’de üretim, iç pazardaki talep dü üne ra men,ihracat art n deste i ile yükseli ini sürdürmektedir.2007 y ndaki toplam ta t üretimi, 2006 y na göre %11,3artarak 1,1 milyon adet olmu tur. 2007 y nda otomotivsanayinin ihracat ise geçen y la göre %34 art la 19,2milyar $’ geçmi tir. Türkiye ihracat nda birinci s rada yeralan otomotiv sanayinin toplam ihracattaki pay ise%20,1’dir [2].

Otomotiv sektörü yasal olarak trafik tescil belgesine sahipolma yükümlülü ü ta yan motorlu ta tlar üreten anafirmalar ile ilgili kurulu lardan olu maktad r. Detaylincelendi inde sektörün a daki bile enlerden olu tu uifade edilebilir [3]:1. malat yapan ana firmalar,2. Ana firmalara parça temini yapan yan sanayi firmalar ,3. malat tamamlanm ürünlerin sat sonras

hizmetlerini yapan servis firmalar ,4. Ürün da m/sat yapan ana ve bayi firmalar.

Otomotiv sektörünün ülke ekonomisine katk lar sadeceüretim ve ihracat rakamlar ile ölçülmemelidir. Aynzamanda; üretim sonras pazarlama, bak m, tamir gibihizmetler de dü ünüldü ünde olu an katma de er daha daartmaktad r. Üretim sonras hizmetlerin en önemli ayahiç ku kusuz yetkili servisler olu turmaktad r. Sat , rutinbak m, yedek parça tedariki ve tamir gibi hizmetleri sunanyetkili servisler, lokal olarak önemli istihdam ve yat mkaynaklar r. Yetkili servislere gelen otomobillerinperiyodik bak m a amas nda, ta t birçok süreçtengeçmektedir. Bu süreçlerde; insan, makine, malzeme,çevre ve metot kaynakl hatalar olu abilmektedir. Hatalar nazalmas nda yeterli e itimin verilmesi, çal ma artlar niyile tirilmesi, uygun makine, malzeme ve metodunkullan lmas gibi faktörler en önemli etkenlerdir. Bufaktörlerin yerine getirilmesinde amaç, ta n amaçlananekilde bak m ve onar n yap larak mü teri

memnuniyetinin sa lanmas r.

Otomotiv yetkili servislerinin fonksiyonlar aras nda, sat lantüm ta tlara onar m ve bak m servisi yapabilmeninyan nda, güçlü mü teri ili kileri kurarak tam bir mü terimemnuniyeti olu turmakta bulunmaktad r. Bu fonksiyonlarsa layabilmenin en önemli göstergesi ise mü teribeklentilerinin yerine getirilmesidir. Marka de eri veimaj n mü teri üzerindeki etkisinin sürekli olmas servissa lamaktad r [4]. Son y llarda kalite ve mü teri tatmini,

2017

mailto:ssemiz:@pau.edu.tr

mailto:akbiyik:@pau.edu.tr

mailto:ysekmen:@karabuk.edu.tr

Semiz, S., Akb k, A., Sekmen, Y.

yetkili servis hizmetlerinde öncelikli konular aras nagirmi tir. Artan rekabet ortam bu konular n kaç lmaz birekilde gündemde olmas n sebebi olarak belirtilebilir.

Bununla birlikte üretim sektöründeki kalite anlay nyetkili servislere do ru devam etmesi ürünün sonkullan daki tatmin düzeyini art rmas bak ndanzorunluluk haline gelmi tir [5].

Yetkili servislerde servis müdürü, yedek parça müdürü,yedek parça dan man , servis dan man , vezne,telefonist (mü teri temsilcisi), ba teknisyen, uzmanteknisyen, vb unvanlarla görev yapan farkl pozisyonlardabirçok çal an bulunmaktad r [6]. Di er taraftan yetkiliservislerde randevu, mü teri kabul, i planlama, parça, iizleme ve kontrol, kalite, garanti, teslimat ve mü teri takipgibi birçok sistemden bahsetmek mümkündür [7]. Bazyetkili servisler bu sistemleri birle tirerek organize olsa dayap lan i lemler ayn kalmaktad r. Bu sistemlerin sa kl

leyebilmesi için yöneticilerin yeterli bilgi teknolojisikullan m düzeyine sahip olmas gerekmektedir. Sektördeartan yetkili teknik servis ihtiyac na paralel olarakmü terilerin beklenti ve isteklerinde de art görülmektedir.Mü terilerin bilinçlenmesine paralel olarak yetkili teknikservisler üzerindeki yükümlülüklerde artm r. Yöneticiler,rekabetçi piyasa artlar nda mü teri memnuniyeti ileservisin i leyi ini verimli bir ekilde yürütmekdurumundad rlar. Yöneticiler ancak üzerinde bulundurdu uliderlik ve teknik yeteneklerini kullanarak bu süreci sa kl

letebileceklerdir.

2. Otomotiv Yetkili Servis Yöneticilerinde BilgiTeknolojisi Kullan

Yetkili teknik servislerde genel olarak, ta tlar n bak mveya onar mlar için verilen fiyat n uygun olmas , ta nzaman nda teslim edilmesi, ta t kontrolünde do rutespitlerin yap lmas ve böylece profesyonel düzeydemü terilere ilgi gösterilerek beklentilerinin kar lanmasamaçlanmaktad r. Bilgi teknolojileri ile donat lm birsistemle i lemlerin yürütülmesi için, bu teknolojilerikullanabilen yöneticilere ihtiyaç oldu u bir gerçektir. Yetkiliservis yöneticilerinin bilgi teknolojisi e itimlerini alarak,servisleri için uygun sistemlerin kurulmas ve i letilmesinisa lamalar gerekmektedir. Bu çal mada, Türkiye’deOtomotiv Sektöründe faaliyet gösteren yetkili servislerdekiyöneticilerin bilgi teknolojisi kullan de erlendirilmi tir.Farkl marka ve büyüklükteki firmalara ait yetkiliservislerdeki yöneticilere uygulanan bir anket çal mas nadayal bir alan ara rmas yap lm r. Ara rmada, yetkiliservislerdeki yöneticilerin bilgi teknolojisi kullan mdurumlar , alm olduklar e itimler, internet kullan mdurumlar gibi konular ele al narak i letmelerin genelindebu konuya bak n de erlendirilmesi amaçlanm r.

Otomotiv yetkili servislerinde farkl kademelerde yöneticilerbulunmaktad r. Bunlar n ba nda servisin genel i leyi i ilepersonel ve fiziksel ko ullardan sorumlu olan servismüdürü gelmektedir. Servis müdürü ayn zamanda servisinbütçesi, politika ve hedeflerin takip edilmesi gibigörevlerden de sorumludur. Yedek parça müdürü, yedekparça bölümünün idari k sm ndan sorumludur. Ayr ca,yedek parça problemlerini takip eder ve mü terimemnuniyetini sa lamak için de yedek parçan n uygunzamanda temin edilmesini sa lar. Yedek parçaverimlili inin ve karl n en üst düzeyde olmas için,do ru zamanda do ru sipari verilmesi ve at l stok

olu umunun engellenmesi gerekmektedir. Sat müdürüise tayin edilen periyotlarda yapt pazarlama faaliyetleriile yetkili servis için en üst düzeyde sat rakamlar naula maya çal maktad r.

Yetkili servis yöneticileri planlama, kontrol, karar vermegibi en temel yönetim i levlerini yerine getirirken bilgiteknolojilerinden faydalan rlar. Yöneticiler, sat takibi,pazar ara rmas , tamir bak m süreçlerinin takibi, yedekparça temini gibi operasyonel i lemlerde bilgi teknolojilerinietkin kullanarak verimlili i art rmay hedeflemektedirler.Bilgi teknolojilerinin kullan , sat sonras hizmetler vemü teri ili kileri ile verileri h zl , ekonomik, esnek ve do ruyönetme imkân sa lamaktad r [8]. letmenin yenidenorganize edilmesi ile birlikte yap lan bilgi teknolojisiyat mlar n olumlu etkilerinin yüksek seviyede oldu ugörülmektedir [9]. Yap lan bir ara rmada 200 i letmeyetkilisi ile görü ülerek bilgi teknolojilerinin örgütünverimlili ine etkisinin yüksek seviyelerde oldu ubelirlenmi ve bu oranlar Çizelge 1’de gösterilmi tir [10].

Çizelge 1. Bilgi teknolojilerinin verimlili e etkisi [10].Bilgi teknolojisi türü Verimlili e etkisi (%)nternet 90ntranet 78E-mail 75Kablosuz ileti im 64Ta nabilir bilgisayar 60Fax 11

Ford firmas kurdu u intranet sistemi ile dünyadaki 80000’in çal an ile i birli ine gitmi ve verimlili in artmas ,

hatalar n azalmas ve pazara daha k sa sürede araçlar nsürülmesini sa lam r [11]. Bilgi teknolojisi kullan

letmenin temel yeteneklerinin güçlendirilmesi vedevaml n sa lanmas nda önemli bir ko uldur. Bilgiteknolojisi kullan bir i letim sistemi ile yapan yetkiliservisler ta t çe idi, ta t k mlar , rutin bak mlar, tamirgibi problemleri daha rahat çözebilmektedirler. Ayr ca, bilgiteknolojisi kullan ile karl k, verimlilik ve mü teri tatminigibi ölçütlerin istenen düzeyde gerçekle mesinde önemlimesafeler al nabilmektedir [12].

Geli en bilgisayar teknolojisi ile de en mü teri taleplerinecevap verebilmek için birçok bilgisayar yaz üretilmi tir.Bu yaz mlar servis ihtiyaçlar na göre ekillenmi vegeli mi programlard r. Programlar uygulamaya yönelikihtiyaçlara kar k verebilmektedir. Farkl programlararas nda k yas yap ld nda birbirlerinden üstün ya da zay folduklar durumlar ortaya ç kabilmektedir. Ancak yetkiliservis için önemli olan verimli olmas , yönetici ve personeltaraf ndan kolayca ö renilerek uygulanabilmesidir

3. Yetkili Servis Yöneticilerinde Bilgi TeknolojisiKullan na Yönelik Bir Ara rma

Çal mada, Türkiye’de Otomotiv Sektöründe faaliyetgösteren yetkili servislerdeki yöneticilerin bilgi teknolojisikullan de erlendirilmi tir. Farkl marka ve büyüklüktekifirmalara ait yetkili servislerdeki yöneticilere uygulanan biranket çal mas na dayal bir alan ara rmas yap lm r.

3.1. Ara rman n Amac :

Otomotiv yetkili servisleri esas olarak yönetim vepazarlama faaliyetlerinin görüldü ü i letmelerdir. Bu

2018


nedenle yöneticilerinin bilgi teknolojisi kullan ndan uzakolmas dü ünülemez. Ara rmada, farkl üretici firmalar nüretim sonras hizmetlerini yürüten yetkili servislerdekiyöneticilerin bilgi teknolojisi kullan na yakla mlar nbelirlenmesi amaçlanmaktad r.

3.2. Ara rman n Kapsam ve S rl klar :

Ara rma Türkiye’de Otomotiv Sektöründe üretim,pazarlama ya da her iki faaliyeti birlikte yürüten anafirmalara ba 49 yetkili servisi kapsamaktad r. Hedef kitleolarak 224 i letme seçilmesine ra men bunlardan 49tanesinden olumlu cevap al nabilmi tir. Yöneticilerin bilgiteknolojileri ile ilgili alm olduklar e itimler, internetkullan m durumlar gibi konular de erlendirilmi tir.

3.3. Ara rmada zlenen Yöntem:

lk olarak Türkiye’deki Otomotiv ana firmalar na baolarak faaliyet gösteren yetkili servisler ara ld . Dahasonra anket haz rlanarak yetkili bir serviste bir pilot çal mayap ld ve ankette gerekli düzeltmeler yap ld . Yetkili servisyöneticilerinin anketinde posta, internet ya da yüz yüzegörü me yöntemleri kullan lm r. Cevaplanan anketformlar ndaki veriler SPSS (Statistical Package for SocialScience) 11.01 for Windows program ile analiz edilmi tir.

3.4. Ara rmadan Elde Edilen Bulgular:

Elde edilen bulgular grafik olarak düzenlenerek, yorumlaryap lm r.

3.4.1. Ö renim durumu:

Yöneticilerin ö renim durumu ile ilgili da m ekil 1’degörülmektedir.

24%

41%

2% 4%

29%

lkö retim Mezunu Lise MezunuYüksek Okul (Ön Lisans) Mezunu Fakülte (Lisans) MezunuYüksek Lisans (Master) Mezunu

ekil 1. Yöneticilerin ö renim durumu ve da

ekil 1’e göre, yönetim kadrosunun ö renim durumu %2’siyüksek lisans, %41’i fakülte, %24’ü yüksekokul, %29’u liseve %4’ü ilkö retim eklindedir. Yönetici kadrosunun

rl kl olarak (%67) ön lisans, lisans ve yüksek lisansmezunlar ndan olu mas , yetkili servislerde üniversitemezunlar n a rl kl olarak görev ald göstermektedir.

3.4.2. Bilgisayar kullanabilme durumu:

Yöneticilerin bilgisayar kullan na ait da m ekil 2’degörülmektedir.

98%

2%

Evet Hay r

ekil 2. Yöneticilerin bilgisayar kullanabilme durumu

letme yöneticileri çok büyük bir oranda (%98) bilgisayarkullanabilmektedirler. Sektörün genel yap olarak da busonucun ç kmas n do al oldu u ifade edilebilir.

3.4.3. Bilgisayar e itimi al nan kaynaklar:

ekil 3’te yöneticilerin bilgisayar ö reniminigerçekle tirdikleri kaynaklar n da görülmektedir.

26% 28%

57%

30%

0

5

10

15

20

25

30

Okuldan Kurstan yerinden Kendi kendime

ekil 3. Bilgisayar e itimi al nan kaynaklar

ekil 3’de görüldü ü gibi; yetkili servis yöneticileri farklyerlerden, farkl zamanlarda ve birden fazla e itimalabilmektedirler. yerlerinden e itim alma oran n (%57)yüksek olmas , mesleki alanla ilgili programlar n anafabrikalarca verilen e itimler nedeniyle oldu udü ünülmektedir. Kendi kendine (%30) ve kurstan (%28)

itim alma oranlar n önemli düzeyde yüksek olmas dasektördeki yöneticilerin bilgi teknolojilerini alma e ilimindeolduklar n bir göstergesi olarak de erlendirilebilir.Okuldan e itim alma ise %26 düzeyinde gerçekle mi tir.

3.4.4. Bilgisayar e itimi al nan alanlar:

Yöneticilerin bilgisayar e itimi ald klar alanlara ait da mekil 4’te görülmektedir. Yöneticiler birden fazla konuda

bilgisayar e itimi almaktad rlar. Bunlar n içerisinde en çokal nan e itim mesleki alan programlar r (%67). Servis

leyi inin sa kl olabilmesi için bu do al bir sonuçtur.ekil 3’e göre de bilgisayar e itimi al nan kaynaklar

içerisinde i yerinden e itim alman n yüksek olmas , busonuçla paralellik olarak ifade edilebilir. Ayr ca, bilgisayar

itiminde al nmas zaruri olan Office programlar n %59oran nda gerçekle mesi ba lang ç düzeyinde bilgisayar

renmenin i yerinde oldu unun göstergesi olarakde erlendirilebilir. Muhasebe (%22) ve sistem yöneticili i(%22) gibi özel konumdaki programlar n daha az düzeydeal nmas ilgili ki ilerin bu e itimleri ald klar eklindeyorumlanabilir.

2019


22%

59%

22%

6% 6%

67%

05

1015

2025

3035

Muhasebe Office programlarSistem yöneticili i Programc kWeb tasar Mesleki alan programlar

ekil 4. Bilgisayar e itimi al nan alanlar

3.4.5. nternet-bili im teknolojilerini kullan m alanlar :

Yöneticilerin internet ve bili im teknolojilerini hangiamaçlarla kulland klar ile ilgili da m ekil 5’tegörülmektedir.

57% 51%

63%

80%

0

10

20

30

40

Randevu alma-verme Dan manl kMü terilere geri bildirim Mesleki yay n takibi

ekil 5. yerlerinde interneti kullanma alanlar

ekil 5’te görüldü ü gibi; yöneticiler internet-bili imteknolojilerini %80 gibi büyük bir oranda mesleki yay ntakibi amaçl olarak kullanmaktad rlar. Buna neden olarakmarka içinde kulland klar paket programlarda bu türbilgilerin verilmesi ifade edilebilir. letmelerin %63’ümü terilerine geri bildirimde, %57’si test sürü ü ve ta tbak mlar için randevu alma-vermede ve %51’i isedan manl k hizmetinde kullanmaktad r.

3.4.6. Bayili ini yapt klar firman n verdi i e itimlernda sektörel geli meleri takip etme yollar :

Yöneticilerin bayili ini yapt klar firman n verdi i e itimlernda sektörel geli meleri takip etme yollar ekil 6’da

görülmektedir.

ekil 6’de görüldü ü gibi; yöneticiler ald klar e itime ekolarak sektörlerindeki geli melerin takibini büyük biroranda (%87) internet yoluyla yapmaktad rlar. Ayr ca, dergiyay nlar (%63), fuarlar (%57) ve seminer/konferanslarda(%49) önemli oranlara sahiptir. Yine, dan man firmalardanal nan e itimlerle, di er bayi ve markalarla yapt klar birebirdiyaloglarla sektörü takip ettiklerini de belirtmi lerdir.Burada internetin yüksek oranda kullan lmas bilgiteknolojilerinin önemli bir sonucu olarak de erlendirilebilir.

63%

87%

49% 57%

6%

05

1015202530354045

Dergi yay nlar ile nternet ileSeminer/Konferanslar ile Fuarlar ileDi er :

ekil 6. Firma e itimleri d nda sektörü takip etmeyöntemleri

3.4.7. Al nan hizmet içi e itimler:

Yöneticilerin ald klar hizmet içi e itimler ekil 7’degörülmektedir.

49%

82% 82%

24%

73%

42%

10%

0

10

20

30

40

Pazarlama Mü teri ili kileri Sat sonras hizmetlerFinansman Yönetim Bilgi TeknolojisiDi er:

ekil 7. Al nan hizmet içi e itimler

ekil 7’de görüldü ü gibi; yöneticiler, servis i letmelerininfonksiyonlar ndan olan pazarlaman n yerine getirilmesindeen önemli süreçler olan mü teri ili kileri ve sat sonrashizmetleri ile ilgili e itimleri (%82) yüksek düzeylerdeald klar belirtmi lerdir. Yönetimle ilgili e itimde (%73)önemli ve yüksek düzeyde gerçekle mi e itimlerdendir.Pazarlama e itimi (%49) ve bilgi teknolojileri e itimi de(%42) yöneticilerin en çok ald klar e itimlerdendir.Finansman e itimini ise %24’lük bir bölüm ald ifadeetmektedir. Di er seçene ini i aretleyen yöneticiler (%10)teknik konularda e itim ald klar belirtmi lerdir.

4. Sonuçlar ve De erlendirme

leri teknolojilerle üretim yapan otomotiv sektöründe servishizmetlerinin verilmesinde de bilgi teknolojilerindenfaydalan lmaktad r. Üretici ya da ihracatç firmalarlaentegre bir ekilde çal an yetkili servisler, bilgiteknolojilerinin kullan ile daha h zl , verimli ve kalitelihizmet vermeye ba lam lard r. Bununla birlikte yöneticilerde bu geli imden pay alarak bilgi teknolojilerini ö renmeve kullanma da önemli mesafeler alm lard r. Bu ara rmasonunda elde edilen sonuçlarla ilgili de erlendirmeler

da belirtilmi tir.

2020


1. Yöneticilerin a rl kl olarak e itim düzeyleri üniversiteseviyesindedir (%67). Bu durum bilgi teknolojilerindegeli im için uygun bir ortam n oldu u eklindede erlendirilebilir.

2. Yöneticilerin büyük bir oranda (%98) bilgisayarkullanmalar , bilgi teknolojilerinin farkl türlerini

renmede önemli bir altyap haz rl olarak ifadeedilebilir.

3. Yöneticiler farkl yerlerden bilgisayar e itimi alsalar da,servis ya da ana üretici-da firma merkezli (%57)bir e itim sürecinin var oldu u ifade edilebilir.

4. Yöneticilerin en fazla ald klar bilgisayar e itimikonular nda; mesleki alan e itimlerinin (%67) ç kmas ,ana üretici-da firman n e itimleri düzenli vemesleki e itim merkezli olarak verdi i eklindede erlendirilebilir.

5. Yöneticilerin interneti daha çok mesleki yay n takibi(%80), geri bildirim (%63), randevu alma-verme (%57)ve dan manl k (%51)’ta kullanmalar , internetin servis

lemlerinin yürütülmesinde ve yeniliklerin takipedilmesinde önemli bir gösterge olarakde erlendirilebilir.

6. Yöneticiler ana üretici-da firman n verdi i e itimlernda sektörle ilgili geli meleri a rl kl olarak internet

(%87), dergi yay nlar (%63) ve fuarlar (%57) yoluylatakip etmektedirler. Bu durum yöneticilerin farklkanallar kullanarak geli melerden haberdar olduklareklinde ifade edilebilir.

7. Yöneticilerin ald hizmet içi e itimlere göre, mü terihizmetleri ve sat sonras hizmetlerle ilgili e itimler(%82) öne ç kmaktad r. Ayr ca yönetim (%72),pazarlama (%49) ve bilgi teknolojisi (%42) e itimleri deyüksek düzeylerdedir. Bu da m farkl e itim türlerininbelli aral klarla düzenli olarak verildi i eklindeyorumlanabilir.

Kaynaklar

[1]. http://www.osd.org.tr/2007dunyavetrkyepark.pdf[2]. http://www.osd.org.tr/2007yilidegerlendirme.pdf[3]. Sar soy, E., Otomotiv Sektörü Sat Sonras

Hizmetlerde Kurumsal Kaynak Planlama, Y ld zTeknik Üniversitesi Sosyal Bilimler EnstitüsüYay mlanmam Yüksek Lisans Tezi, stanbul, 2004.

[4]. Güne , A., Otomotiv Sektöründe Sat SonrasHizmetler ve Ak Üzerine Bir Ara rma, GaziÜniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yay mlanmamYüksek Lisans Tezi, Ankara, 2006.

[5]. Özer, S. ve çimen, E., Otomotiv YetkiliServislerinde nsan Kaynaklar n ncelenmesi,Yay mlanmam Lisans Tezi, Pamukkale ÜniversitesiTeknik E itim Fakültesi, Denizli, 2006.

[6]. Ford Sat Sonras Saha Operasyonlar , Örnek BayiOrganizasyon Yap ve Görev Tan mlar , FordOtosan, 2005.

[7]. Cinemre, Ç., “Servis Yönetimi”, Panel Matbaac k,stanbul, 2003.

[8]. Vural, Z. B. A., “Bilgi leti im Teknolojileri veYans malar ”, Nobel Yay n Da m, Ankara, 90,2006.

[9]. Adam, M. and Garry, M. J., “Impacts of InformationTechnology Investment on OrganizationalPerformance”, Journal of Management InformationSystems, 16 (4), Spring 2000.

[10]. Telephony, “Which Technologies Are Critical to anOrganization’s Success?”, August 21, v.239 (8), p.34,2000.

[11]. McCreary, L., “Superior Interiors”, WebmasterMagazine, http://www.cio.com. 1997.

[12]. Ak n, B., “Bili im Teknolojilerinin Evrimi ve Bili imTeknolojilerinin Ça da letmelerde StratejikYönetim Üzerindeki Etkileri”, Çukurova Üniversitesiktisadi ve dari Bilimler Fakültesi Dergisi, 239-253,

1998.

2021

http://www.osd.org.tr/2007dunyavetrkyepark.pdf

http://www.osd.org.tr/2007yilidegerlendirme.pdf

http://www.cio.com./



AMORT SÖR SÖNÜMLEME KAREKTER ST NE GÖRE D NAM KTEKERLEK YARIÇAPI DE N ABS KONTROL PARAMETRES

OLAN KAYMA DE NE ETK LER N DENEYSEL ANAL

THE EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE EFFECTS OF DYNAMICWHEEL RADIUS VARIATIONS ON SLIP VARIATION BEING ABS

CONTROL PARAMETER WITH RESPECT TO SHOCK ABSORBERDAMPING CHARACTERISTICS

Hakan KÖYLÜ a*, Ali ÇINARb

a Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli,Türkiye, E-posta: [email protected] b Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli,Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Ani frenlemelerde, lastik üzerinde meydana gelen ani veiddetli yük sal mlar , tekerlek h nda meydana gelen

de imleri iddetli sal ma dönü türmektedir. Busal mlar, rijit olmas nedeniyle ABS sensörününüzerinden h z ölçtü ü tekerlek jant n hareketineyans mamaktad r. Bu nedenle, ABS sensörlerinden kontrolünitesine gelen h z sinyalleri, frenlenen tekerle in gerçekartlardaki dönü ü ile ilgili eksik bilgi içermektedir. Bu eksik

bilgi ile tahmin edilen kayma de imi, ABS devrede ikentekerleklerin kilitlenmesine neden olabilmektedir. Bueksikli i gidermek için yük de imlerinin iddetinibelirleyen dinamik tekerlek yar çap de imi, tekerlek

na ve dolay yla kayma de imine yans lmal r. Buamaçla, pürüzlü yolda ABS yol testleri yap lm r. Butestlerde, farkl sönümleme karakteristi ine sahipamortisörler için tekerle in dinamik yar çap ndakide imler ve tekerle in dönme h ndaki de imlerölçülmü tür. Elde edilen ölçüm verileri ile tekerlek h nave dinamik tekerlek yar çap na ba kayma de imlerihesaplanm ve kar la lm r. Deneysel çal masonucunda, amortisörün sönümleme özeli i azald kçadinamik tekerlek yar çap ndaki de imlerin, özelliklekaygan yollarda kayma de imleri aras ndaki farkartt rd ve bunun frenleme süresini belirledi i tespitedilmi tir.

Anahtar kelimeler: ABS, kayma, amortisör, dinamiktekerlek yar çap

Abstract

During sudden braking, sudden and violent loadfluctuations have transformed the variations at wheelspeed to violent fluctuations. These fluctuations haven’treflected to wheel rim rotation of which is measured byABS sensor because of the fact that it is rigid. For thisreason, the wheel speed signals coming from ABS sensorshave contained the lack of knowledge concerning rotationof braked wheel. The slip variation estimated by this lackknowledge can cause locking of wheels. To compensatethis worse case the dynamic wheel radius determining themagnitude of the load variations should be reflected towheel speed and indirectly slip variation. For this purpose,ABS road test was performed on rough road. At these roadtests, the variations at dynamic radius of wheel and

rotation of wheel were measured with shock absorbershaving different damping characteristics. The slipvariations depending on wheel speed and dynamic wheelradius were calculated and compared by using measureddatas. In the end of experimental study, as the damping ofshock absorber decreases, it was determined that thevariations at dynamic radius of wheel have increaseddifference between slip variations particularly on slipperyroads and this difference has determined braking time.

Keywords: ABS, slip, shock absorber, dynamic wheelradius

1. Giri

ABS fren sistemleri, klasik fren sistemi elemanlar na ekolarak tekerlek h z sensörleri, elektronik kontrol birimi vehidrolik modülatörden olu maktad r. Tekerlek h zsensörlerinin ölçtü ü sinüs formundaki tekerlek h zsinyalleri, elektronik kontrol biriminde kare dalgayadönü türülür, filtre edilir ve i lenir. Bu i lemler sonucundaelde edilen tekerlek h zlar ndan ta t h tahmin edilerek,her bir tekerlekteki kayma de imi ve buna uygun bas nçde erleri belirlenir. Bu bas nç de erlerine göre elektronikkontrol birimi, hidrolik modülatörde bulunan selenoid valf naç lmas , kapanmas veya ayn konumda kalmassa layarak tekerleklerin frenleme bas nc ayarlar.Gönderilen frenleme bas nc , tekerleklerin maksimumtutunma kapasitesini kullanarak kilitlenmeden, ta nmümkün olan en k sa mesafede durmas sa lamal r.Bu nedenle, kayma de imine ba olarak bas nç de imnoktalar n do ru tespit edilmesi, ABS’nin frenlemeperformans için oldukça önemlidir. Buna kar n, gerçektutunma artlar n yans lmam oldu u tekerlek h iletahmin edilen kayma de imi, ABS’nin frenlemeperformans kötüle tirmektedir.

Literatürde bu konuda yap lm olan baz çal malarbulunmaktad r. Satoh ve Shiraishi çal malar nda, pürüzlüyollardaki tutunma katsay ndaki ani art ve azal larnedeniyle tekerlek h z de imlerinin, h z sal mlar nadönü tü ünü tespit etmi lerdir. Bu h z sal mlar netkisinde ABS kontrol biriminin, gerekmedi i halde frenbas nc azaltt ve böylece durma mesafesinin arttbelirlemi lerdir [1]. Watanabe vd. çal malar nda, kararltekerlek h ile hesaplanan kayma sayesinde uygunbas nç de im noktalar n belirlenebildi ini, karars z h z

2022

mailto:hkoylu:@kocaeli.edu.tr

mailto:alicinar:@kocaeli.edu.tr

Köylü, H. ve Ç nar, A.

de imi nedeniyle hidrolik modülatöre gere inden fazlafren bas nc gönderilebildi ini ve bunun sonucunda ABSdevredeyken tekerleklerin kilitlenebildi ini belirtmi lerdir[2]. Guntur çal mas nda, ABS kontrol biriminde bulunansinyal i leme biriminin, tekerlek h z sinyallerini i lemesi içinbelirli bir süre gerekti ini ve bu nedenle fren bas nçlarde irken bir gecikme meydana geldi ini tespit etmi tir.Bu gecikme süresinin, kayma de imlerine ba oldu unuvurgulam r [3]. Müler vd. çal malar nda, kaymade erinin artmas ile birlikte lasti in yere iyi tutunmamassonucunda tekerleklerin ivme sal mlar n daiddetlendi ini ifade etmi lerdir. Bunun sonucunda, kontrol

biriminde tahmin edilen kayma de erleri, gerçek tekerlekkayma de erlerinden çok farkl oldu undan tekerleklerinkilitlenebilece i sonucunu ç karm lard r [4]. Weida vd.çal malar nda, kaymada büyük sal mlar meydanageldi inde ABS kontrol biriminin, kayma de imlerini farklde erlerde sabitlemesi gerekti ini ifade etmi lerdir. Buekilde farkl yol pürüzlülüklerinde ortaya ç kan farkl

karakteristikteki kayma de imlerinin de kontroledilebilece ini ve bunun sonucunda kayma de imlerininkontrolünün daha kolay olaca belirlemi lerdir [5].

Bu literatür çal mas n nda, lastik ile yol aras ndakitutunmay maksimum seviyede tutabilecek bas nç de imnoktalar elde etmek için, kayma de imlerinin lastik-yoletkile imindeki de imleri yans tmas gerekti i tespitedilmi tir. Bu nedenle çal man n amac , dinamik tekerlekyar çap ndaki de imleri tekerle in çizgisel h zde imlerine yans tmak ve bunun kayma de imlerineetkilerini tespit etmektir. Ani frenlemelerde, aks üzerinegelen yük sal mlar na göre dinamik tekerlekyar çap ndaki de imleri belirleyen en önemli faktör,amortisörün sönümleme oran r. Bu nedenle, yap landeneysel çal ma ile dinamik tekerlek yar çap ndakide imler farkl sertliklere sahip amortisörler kullan larakara lm r.

2. Deneysel Çal ma

2.1. ABS Test Yolu

Sal ml dinamik tekerlek yar çap de imleri elde etmekiçin, deneysel çal mada yap lan ABS testleri, ekil 1’degörülen pürüzlü test yolunda gerçekle tirilmi tir. Test yolu,80m uzunlu unda ve 6m geni li inde olup, her noktas ndasürtünme katsay sabit olan özel bir örtü ve yolpürüzlülü ünü sa lamak için tahta kalaslar kullan lm r.

ekil 1. Pürüzlü ABS test yolu

Test yolunu pürüzlü hale getirmede kullan lan tahtakalaslar, ekil 1’de görüldü ü gibi yola monte edilmi tir.

Tahta kalaslar aras ndaki mesafe, süspansiyon sisteminizorlayabilecek aral kta seçilmi tir. Bu ekilde normaldendaha iddetli dinamik tekerlek yar çap sal mlar eldeedilmi tir. Erzi, çal mas nda süspansiyon sisteminin baoldu u aks kütlesinin rezonans frekans n 11-17 Hzaras nda oldu unu belirtmi tir [6]. Bu frekans aralreferans al narak yolun dalga boyu tespit edilmi tir. Bununiçin a daki denklemler kullan lm r. Bu denklemlerde,

süspansiyon sisteminin aç sal frekans , V ta t h , yolun dalga frekans ve L yolun dalga boyudur.

= V (1) = V/L (2)

2.2. Test Ta

ABS testleri ekil 2’de görülen tekil kontrollü ve 4 selenoidvalfl Bosch marka ABS kontrol sistemine sahip RenaultSafrane 2.0 RXE ta ile yap lm r.

ekil 2. Test Ta

2.3. Deneysel Çal mada Ölçülen Veriler ve ÖlçümCihazlar n Tan lmas

Bu çal man n amac , dinamik tekerlek yar çap ndakide imlerin, tekerle in çizgisel h z de imine yans lmasve bunun kayma de imlerine etkilerini tespit edilmesi ilehem tekerlek h na ba hem de dinamik tekerlek yar çapde imine ba kayma de imlerini kar la rmakt r. Vxta t h , Vtekerlek tekerle in çizgisel h , Re dinamiktekerlek yar çap ve ABS sensörü ile ölçülen tekerle inaç sal h olmak üzere, tekerlek h z de imine bakayma ve dinamik tekerlek yar çap na ba kaymade imleri s ras yla denklem (3) ve (4) ilehesaplanmaktad r.

(3)

(4)

Kayma oran S’nin de imi, denklem (3) ve (4)’e göre uekilde olmaktad r.

Vx > Re veya Vx > Vtekerlek için S = 1 olur ve budurum tekerle in kilitlendi ini göstermektedir. Yani,tekerle e frenleme momenti uyguland nda tekerle inaç sal h s r iken, ta t durmam ise tekerle indönme merkezinin h (ta t h ) s r olmayacakt r.

Vx Re veya Vx=Vtekerlek için S = 0 olur ve bu durumtekerle in kaymadan yuvarland göstermektedir.

x e

x

V RSV

x

lektex

VVV

S ker

2023


Tekerle e frenleme momenti uygulanmad nda tekerle inaç sal h na ba çizgisel h , tekerle in dönmemerkezinin h na yani ta t h na e it olacakt r. Frenlememomenti uyguland kça tekerle in aç sal hazalaca ndan, tekerle in çizgisel h ta t h na göreazalm olacakt r. Böylece, frenleme an ndaki kayma,0<S<1 aral nda de ecek ve 1 de erine yakla kçatekerlek kilitlenmeye yakla acakt r. Bu duruma göre kaymade imlerinin de eri artt kça tekerlek kilitlenme e ilimindeolmakta ve kuvvet ba lant katsay de imi azalaraktekerlek yere daha az tutunmaktad r. Kayma de imlerininde eri azald kça da tekerlek yere daha iyi tutunmaktad r.Bu denklemlere göre kayma de imlerini deneysel verilerile elde etmek için ta t h , tekerlek aç sal h ve dinamiktekerlek yar çap n ölçülmesi gerekmektedir.

2.3.1. Ta t h

Ta t h uydu kontrollü h zölçer ile ölçülmü tür. ekil 3’degörülen bu ölçüm cihaz n manyetik tabanl GPS anteniarac n üzerine yerle tirilir. Antenden gelen h z bilgileri

CROSAT isimli veri toplama ünitesine aktar lmaktad r.Bu bilgiler içerde bulunan haf zada depolanmaktad r. H zölçüm hassasiyeti, 0.1 [km/saat]’d r. Ölçüm aral , her testiçin h z de im verilerini seri halde toplama imkansa lamaktad r. Ölçülen ta t h birimi [km/saat] olup bude erler [m/s] birimine çevrilerek tekerlek çizgisel h ilekar la lm r.

ekil 3. GPS antenli h z ölçüm cihaz ve araç içindekikurulumu

2.3.2. Tekerlek aç sal h

Tekerlek jant n aç sal h z bilgileri için, tekerlek jant nyere göre aç sal h ölçen ABS sensörlerinin sinyallerikullan lm r. Ölçülen aç sal h n birimi [1/s]’dir. Bu aç sal

z verilerinden, (3) e itli ine ba kayma de imini verenkayma de erleri hesaplanm r.

2.3.3. Dinamik tekerlek yar çap

Dinamik tekerlek yar çap de imlerini ölçmek için ekil4’de görülen lazer güdümlü deplasman ölçüm cihazkullan lm r. Dinamik tekerlek yar çap n birimi [m]’dir.Bu cihaz, ekil 4’de görüldü ü gibi aparatlar ile birliktetekerle e monte edilmi tir. Aparatlar, tekerlek göbe ineba lanabilen 5 bijona uygun kanall disk ve direksiyonhareketlerine cevap verebilecek oynar mafsall çubuktur.

2.4. Test Ta n Deneylere Haz rlanmas

Arac teste haz rlamak için öncelikle tüm bak mlaryapt lm r. Daha sonra ABS sensörlerinden al nacak h zsinyalleri için sensöre bir kablo ba lanm ve bu kablovas tas yla ekil 5’de görülen veri toplama ünitesiüzerinden h z sinyalleri al nm r. Araç h ölçmek için,ekil 3’de görülen h zölçerin GPS anteni arac n d

tavan na, kontrol ünitesi ise arac n içine yerle tirilmi tir.

Tekerlek deplasman de imlerini incelemek için sol öntekerle e ekil 4’de görülen aparatlar ba lanm r. Tümölçümler ekil 5’de görülen veri kazan m merkezisayesinde e zamanl yap lm r.

ekil 5. Veri kazan m merkezi (solda) - veri toplama ünitesi(sa da)

2.5 ABS Testinin Yap lmas

ABS testlerinin en önemli unsurlar ndan birisi deneyartlar n belirlenmesidir. Bunun için öncelikle ta n

frenlemeye ba layaca h n tespit edilmesigerekmektedir. ABS testlerinde frenleme ba lang ç h ,ABS’nin test yolunun ba lang nda devreye girmesinisa layacak ekilde seçilmelidir. Bunun için yap landenemelerde test arac , 80 m. lik test yolunda en etkinfrenlemeyi 95 km/sa. de gerçekle tirmi tir. Bu nedenle tümtestler için frenleme ba lang ç h sabit 95 km/sa. olarakseçilmi tir. Farkl dinamik tekerlek sal mlar sa lamakiçin ölçümler normal, yumu ak ve sert olmak üzere üçfarkl amortisör sertli i kullan larak tekrarlanm r.

ABS testlerinin di er önemli bir unsuru ise yol tipininbelirlenmesidir. Literatürde birçok ABS yol tipleribulunmaktad r. Bu çal mada, tüm tekerleklerin ayntutunma özelli ine sahip oldu u karl yolu temsil edenkaygan yol tipi ve her bir aks n bir tekerle i kuru zemindedi er tekerle i kaygan zeminde olan slak-kuru yol tipiolmak üzere farkl iki yol tipi kullan lm r. Her iki tip testyolu da ekil 1 de görüldü ü gibi tahta kalaslar kullan larakpürüzlü yol haline getirilmi tir. Islak-kuru yol tipi testinde,tekerlek verileri kuru zemin üzerindeki tekerlektenal nm r. Testler, bu artlara uygun olarak olu turulmuçizelge 1 deki test matrisine göre yap lm r. Testesnas nda ta t 95 km/sa. te kadar h zland larak testpistine girilmi ve bu anda frenlemeye ba lanarak ta tduruncaya kadar ilgili veriler kaydedilmi tir.

ekil 4. Dinamik tekerlek yar çap de imininölçümü için kullan lan lazer güdümlü ölçüm cihaz ve

aparatlar

2024


Çizelge 1. Test Matrisi

3. Deneysel Bulgular n De erlendirilmesi

ki farkl pürüzlü yol tipinde ( slak-kuru pürüzlü ve kayganpürüzlü) ve üç farkl sertlikteki amortisör (Normal, sert veyumu ak) için tekrarlanan testlerde ölçülen ta t h [m/s],çizgisel tekerlek h [m/s] ve dinamik tekerlek yar çap [m]sonuçlar de erlendirilmi tir. Önce her bir amortisör içinfarkl yol tiplerindeki kayma de imleri ayr ayr analizedilmi , daha sonra ayn yol tipi için farkl amortisörsertliklerinde meydana gelen dinamik tekerlek yar çapde imleri analiz edilmi tir.

ekil 6’daki grafiklerde görüldü ü gibi frenleme süreleri;normal amortisör ile 4,9 saniye, sert amortisör ile 6 saniyeve yumu ak amortisör ile 6,35 saniye olmu tur. Frenlemesüresindeki bu farkl klar, (3) e itli i ile de en tekerlek

na ba kayma ve (4) e itli i ile de en dinamiktekerlek yar çap na ba kayma aras ndaki farklar namortisör sertli ine göre de mesi ile aç klanabilmektedir.

ekil 6 (a)’da görüldü ü gibi normal amortisör ile her ikikayma neredeyse birbirine paralel de im göstermektedir.

ekil 6 (b)’de ise sert amortisör ile frenlemenin ba ndakayman n dü ük de erlerde oldu u görülmektedir. Ancak,frenlemenin sonuna do ru kayma de eri kademeli birekilde maksimum de ere ula p daha sonra yine

kademeli olarak azalmaktad r. Bu anlarda her iki kaymade imi paralellik göstermektedir. Bu durum ani yükde imlerinde özellikle ta t gövdesinin yukar do ruhareketinde sert amortisörün, dinamik tekerlek yar çap nde mesini k tlad göstermektedir. Bu sönümlemeözelli i sayesinde tekerlek dönü ündeki de im, kaymade imine yans labilmi ve kayman n kademeli olarakdü mesi sa lanm r. ekil 6(c), yumu ak amortisörkullan lmas durumunda dinamik tekerlek yar çap ndakide imin, kayma de imine yans lmas n oldukçagüçle ti ini göstermektedir. Bunun sonucunda özelliklefrenlemenin ilk 4 saniyesinde kayma de imlerindeki farkartmakta ve bu fark, tekerlekleri kilitlenme e ilimineyakla rmaktad r. Frenlemenin sonuna do ru kaymade imleri ani olarak azal p daha sonra iddetli bir ekildeartmaktad r. Bu art , frenlemenin 6. saniyesi civar ndatekerlek h n ta t h ndan daha önce s r de erietraf nda küçük sal mlar yapmaya ba lam olmas ileaç klanabilir. Bu sonuca göre sert amortisör ile telafi edilenkayma de erindeki art yumu ak amortisör ile telafiedilememi hatta tekerleklerin kilitlenmesine sebepolmu tur.

(a) (b) (c)ekil 6. Islak–kuru pürüzlü yolda olu an h z ve kayma de imleri a) Normal amortisör ile b) Sert amortisör ile

c) Yumu ak amortisör ile.

DENEYNO

YOL T/YAPISI

PEDALKUVVET

TA ITINFRENLEMEBA LANGIÇ

HIZI

TEKRARSAYISI

AMORT SÖRSÖNÜMLEME

1

KAYGANYOL /

(PÜRÜZLÜYOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN 95 [km/sa] 5

NORMAL

2

ISLAK-KURU ( –

SPL T)PÜRÜZLÜ

YOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN95 [km/sa] 5

3

KAYGANYOL /

(PÜRÜZLÜYOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN95 [km/sa] 5

SERT

4

ISLAK-KURU ( –

SPLIT)(PÜRÜZLÜ

YOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN95 [km/sa] 5

5

KAYGANYOL /

(PÜRÜZLÜYOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN95 [km/sa] 5

YUMU AK

6

ISLAK-KURU ( –

SPL T)PÜRÜZLÜ

YOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN95 [km/sa] 5

2025


(a) (b) (c)ekil 7. Kaygan pürüzlü yolda olu an h z ve kayma de imleri a) Normal amortisör ile b) Sert amortisör ile

c) Yumu ak amortisör ile.

ekil 7’deki tüm grafiklerde görüldü ü gibi kaygan yoldakikayma de imleri slak-kuru yoldaki kayma de imlerinegöre daha sal ml r. Bu nedenle frenleme süreleriuzam ve normal amortisör ile 6,3 saniye, sert amortisörile 6 saniye ve yumu ak amortisör ile de 6,55 saniyeolmu tur. Frenleme performans , dinamik tekerlek yar çapde iminin kayma de imine yans labilme kabiliyeti ilebelirlendi inden, kaygan zeminlerde en iyi frenlemeperformans sert amortisör ile elde edilmektedir. ekil7(b)’de görüldü ü gibi sert amortisör ile frenlemeninba lang nda dinamik tekerlek yar çap ndaki de imlerkayma de imi üzerinde daha etkilidir. Ancak frenlemenin3.saniyesinden sonra dinamik tekerlek yar çap n etkisi,telafi edilerek her iki kayma birebirine paralel halegelmi tir. Bu ekilde tekerlek h ndaki sal mlar azalt lmve tekerlek h , ta t h ile birlikte azalm ve tekerleklerkilitlenmeden frenleme sona ermi tir. Buna kar n ekil 7(c)’de görüldü ü gibi yumu ak amortisörler, dinamiktekerlek yar çap de iminin kayma de imineyans mas çok fazla güçle tirmektedir. ekil 7(c)’ninikinci grafi inde görüldü ü gibi, ölçülen tekerlek hdinamik tekerlek yar çap na ba tekerlek h ndan farkloldu undan tekerle in gerçek artlar yans tamam vebunun sonucunda fren süresi daha uzun olmu tur. Normalamortisörde ise frenlemenin orta bölümünde dinamiktekerlek yar çap ndaki de imler kayma de imineyans lamam r. Bunun sonucunda frenleme süresi, sertamortisöre göre daha uzun olmu tur.

4. Sonuçlar

Bu çal mada normal, yumu ak ve sert olmak üzere üçfarkl sertlikte amortisör kullan larak pürüzlü yollardakidinamik tekerlek yar çap ndaki de imler ölçülmü tür. Buölçüm sonuçlar ile tekerlek h na ve dinamik tekerlekyar çap na ba kayma de imleri belirlenerekaralar ndaki farklar ortaya ç kar lm r. Bu farklar n analiziile dinamik tekerlek yar çap n tekerlek h na ve kaymayayans lmas nda amortisör sertliklerinin etkili oldu ugörülmü tür.

Amortisörün sönümleme özelli inin azalmas yani,amortisörün yumu amas , dinamik tekerlek yar çapde imlerinin kayma de imlerine yans mas oldukçagüçle tirmektedir. Bu kötü durum, yumu ak amortisörlerintekerle in dinamik yar çap nda iddetli sal mlar meydanagetirmesi nedeniyle ortaya ç kmaktad r. Buna kar n sertamortisörlerin sönümleme özelli i sayesinde her iki kaymade iminin, birbirine paralel oldu u ve bu paralelli inözellikle frenlemenin sonuna do ru kademeli kaymade imi sa layarak tekerle in kilitlenmesini önledi i tespitedilmi tir.

Tüm bu sonuçlara göre sert amortisörün ta t gövdesininve aks kütlesinin dü ey hareketini sönümlemesi sayesindeABS sensörlerinden al nan h z bilgisi, dinamik tekerlekyar çap de imlerini içermektedir. Bu nedenle elektronikkontrol birimi taraf ndan tahmin edilen kayma gerçek yolartlar yans tmakta ve bunun sonucunda tekerle in

kilitlenmeden yava lamas sa layan bas nç de imlerielde edilebilmektedir. Buna kar n yumu ak amortisörünsönümleme özelli inin az olmas nedeniyle iddetlisal mlar yapan ta t gövdesi ve aks kütlesi, dinamiktekerlek yükü de imlerini ABS sensörlerininalg layamayaca ekilde bozmaktad r. Bu da dinamiktekerlek yar çap de imlerinin kayma de imlerineyans mamas na ve kontrol biriminin, tekerle in gerçekartlardaki dönmesine uygun bas nç de im noktalar

tespit edememesine neden olmaktad r.

5. Te ekkür

Bu çal ma, 107M188 numaral TÜB TAK ve 2007/31numaral Kocaeli Üniversitesi Bilimsel Ara rma Birimiprojeleri kapsam nda yap lm r. Bu projeler, Frenteknik veHurmo lu E itim Dan manl k firmalar taraf ndan dadesteklenmi tir. Bildirinin yazarlar olarak katk lar ndandolay ad geçen kurumlara ve firmalara te ekkür ederiz.

2026


Kaynaklar

[1] Satoh, M and Shiraishi., Excess operation of Anti LockBrake System on a Rough Road, I Mech. E., C18/83,1983.

[2] Watanabe, M and Noguchi, N., A New Algortihm forABS to Compensate for Road – Disturbance, SAEPaper, No.900205, 1990.

[3] Guntur, R.R., Design Considerations of Adaptive BrakeControl Systems, SAE Paper, No: 741082, 1974.

[4] Muler,S., Uchanski,M and Hedrick,K.,Estimation ofMaximum Tire-road Frcition Coefficient, ASME –Journal of Dynamic systems, Measurement andControl, Vol 125, pp 607-617, 2003.

[5] Weida,W., Nengen,D and Xiangyang.,An ImprovedSelf-Adaptive of Vehicle Reference Speeds for ABS,IEEE,pp 98-102, 2006.

[6] Erzi,A.I.,”Cadde ve Ray Ta tlar n Dinami i DersNotlar VI, TÜ, 2000.

2027



FARKLI KARAKTER ST E SAH P OLAN DÜ EY VE BOYLAMSALDO RULTUDAK AKS T TRE MLER N ABS FREN S STEM N

PERFORMANSINA ETK LER N DENEYSEL ANAL

THE EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE EFFECTS OF DIFFERENTCHARACTERISTICS VERTICAL AND LONGITUDINAL AXLE

ACCELERATIONS ON ABS PERFORMANCEHakan KÖYLÜ a*, Ali ÇINARb

a Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli,Türkiye, E-posta: [email protected] Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli,Türkiye E-posta: [email protected]

Özet

Pürüzlü yolda yap lan ani frenleme, ta n dü ey veboylamsal do rultusunda iddetli aks titre imleri meydanagetirebilmektedir. Bu aks titre imleri, ABS sensörünün bilgiald tekerlek jant n dönü karakteristi ini sal ml halegetirmektedir. Bu durum h z sinyallerinin, lastik yolaras ndaki tutunma ile ilgili eksik bilgi içermesine nedenolmaktad r. Bu eksik h z bilgisine göre hesaplanan kaymave tekerlek ivme de imleri nedeniyle de en yol ve yükartlar na uygun bas nç de imleri elde edilememektedir.

Bu nedenle aks titre imlerinin etkilerinin, ABS kontrolparametrelerine etkileri tespit edilmelidir. Bu amaçlapürüzlü yollarda ABS yol testleri yap lm r. Bu testlerdefarkl frekans ve genlikler ile farkl karakteristikte akstitre imleri elde etmek için farkl sönümlemekarakteristi ine sahip amortisörler kullan lm r. Budeneysel çal ma sonucunda aks ivmelerinisönümleyebilen amortisör sönümleme karakteristiklerisayesinde ivme sal mlar n, kayma, tutunma katsayve tekerlek ivme de imlerini daha az etkiledi ibelirlenmi tir. Bunun sonucunda tekerlek h zlar ndan eldeedilen kayma de imleri ile tutunma katsay ve tekerlekivme de imleri aras nda uyumun bozulmad tespitedilmi tir.

Anahtar kelimeler: ABS, aks ivmeleri, amortisör.

Abstract

On the rough road, sudden braking has produced largevariations at the axle vibrations occurring at vertical andlongitudinal direction of the vehicle. These axle vibrationsfluctuate the rotation characteristics of wheel rim whichABS sensors obtained knowledge. This case has causedcontaining lack of knowledge related to adhesion betweentire and road. Because of slip and wheel accelerationscalculated with these lack speed knowledge, the pressurevariations corresponding to road and load conditionshaven’t been obtained. For this reason, the effects of axlevibrations on ABS control parameters should bedetermined. For this aim, ABS test was performed onrough roads. To obtain different characteristics axlevibrations with different frequency and magnitude, differentdamping characteristics shock absorbers were used.

As a result of this experimental study, thanks to the shockabsorber characteristics to damp the axle vibrations, it wasdetermined that the acceleration fluctuations have affected

slightly slip, adhesion coefficient and wheel acceleration.Therefore, it was revealed that the adaptation betweenslip variations obtained from wheel speeds and adhesioncoefficient and wheel acceleration.

Keywords: ABS, axle accelerations, shock absorber.

1. Giri

Frenleme an nda ABS fren sistemleri, fren bas nç de imgenli ini ve frekans , kayma, tutunma katsay vetekerlek ivmesine göre belirlemektedir. Bu bas nçde imlerinin tekerlekleri kilitlememesi için lastik ile yolaras ndaki etkile imin, kayma, tutunma katsay vetekerlek ivmesine yans lmas gerekmektedir. Bunuzorla ran en önemli faktörler ABS di lisinin farkl genlikve frekansta titre im hareketi yapmas na neden olan akstitre imleridir. Bu titre imler, ABS sensörlerinin, lasti ingerçek artlardaki tutunmas na uygun olmayan h z bilgilerialmas na neden olmaktad r. Bu durum özellikle pürüzlüyollarda etkisini çok daha fazla göstermektedir. Bu konu ileilgili olarak birçok bilim adam çe itli çal malar yapm r.Bunlardan Jian vd. yapt klar çal mada, pürüzlü yollardayap lan frenlemelerde gerçek tekerlek h n eldeedilmemesinin nedeninin, aks üzerine ba lanan ABS h zsensörlerinin bilgi ald di lilerin titre imleri oldu unu ifadeetmi lerdir. Bu nedenle, ABS kontrol birimindeki sinyal

leme biriminde bu titre imlerin filtre edilmesi gerekti inivurgulam lard r [1].

Van DerJagt vd., aks sal mlar n ABS’nin performanskötüle tirdi ini özellikle süspansiyon rezonans bölgesindebunun daha belirgin oldu unu tespit etmi lerdir. Ayr ca,süspansiyon rezonans genliklerini art rabilecek nedenlerin,ABS performans daha fazla kötüle tirebilece inibelirtilmi lerdir. Bu kötüle meye neden olan hususlar n,ta n frenleme ivmesindeki ani de imler nedeniyletekerlek üzerindeki dü ey yükte meydana gelen iddetlisal mlar ve bu sal mlar n parametre de imlerindemeydana getirece i bozulmalar olabilece inivurgulam lard r [2]. Mauer vd. çal malar nda, ABSkontrolünün kalitesini belirleyen en önemli parametrelerin,kuvvet ba lant katsay , kayma oran ve tekerleküzerindeki yük sal mlar oldu unu ifade etmi lerdir [3].Kapitaniak çal mas nda, süspansiyon sistemlerinin yataytitre imlerinin, hem ta t gövdesinin merkezinin hem detekerlek merkezinin h z de imlerini bozabildi ini ifadeetmi tir. Buna ek olarak, tekerlek titre imlerinin tekerlekaç sal h z de iminde karars zl klar meydana getirdi ini de

2028

mailto:hkoylu:@kocaeli.edu.tr

mailto:alicinar:@kocaeli.edu.tr

Köylü,H. ve Ç nar,A.

belirtmi tir. Küçük sönümleme katsay yani yumu akamortisörler ile tekerleklerin yatay ve torsiyoneltitre imlerinin rezonansa sebep olabilece ini devurgulam r [4]. Bogdevicius ve Vladimirovçal malar nda yol ve lastik aras ndaki dinamik etkile imintan mlanamamas n, ABS’nin yetersiz çal mas na sebepolabilece ini tespit etmi lerdir [5]. Sharp vd.çal malar nda, tekerlek h sinyalinin kalitesinin daha çoksensör ile di li aras ndaki hava bo lu u miktar na vedi linin ba land tekerlek merkezinden olan kaç kl aba oldu unu ifade etmi ler ve hava bo lu unuetkileyebilecek aks titre imlerinin tekerlek h nölçülmesinde yetersizliklere neden olaca belirtmi lerdir[6].

Literatüreden elde edilen bu sonuçlar nda akstitre imlerinin, ABS di lisinin dönmesinde karars zde imlere ve sensör ile di li aras ndaki bo lu unbozulmas na neden oldu u tespit edilmi tir. Bununsonucunda tüm tahmin algoritmalar , sadece tekerlek h zbilgisine ve bu h z bilgisinin filtre edilmesine dayal olanelektronik kontrol birimi, lasti in gerçek artlardaki kayma,tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerini tespitedememektedir. Bunun için aks titre imlerinin lastik-yoletkile iminde sebep oldu u karas zl klar n bu büyüklüklereyans lmas gerekmektedir. Bu çal man n amac , akstitre imlerini deneysel olarak tespit ederek bu titre imlerinkayma, tutunma katsay ve tekerlek ivmelerine etkilerinibelirlemektir. Aks titre imlerinin genli ini ve frekansde tirmek için farkl sertliklerde amortisörler ile deneylertekrar edilmi tir.

2. Deneysel Çal ma

2.1. ABS Test Yolu

iddetli aks titre imleri olu turmak için, deneyselçal mada yap lan ABS testleri, ekil 1’de görülen pürüzlütest yolunda gerçekle tirilmi tir. Test yolu, 80muzunlu unda ve 6m geni li inde olup, her noktas ndasürtünme katsay sabit olan özel bir örtü ve yolpürüzlülü ünü sa lamak için tahta kalaslar kullan lm r.

ekil 1. Pürüzlü ABS test yolu

Tahta kalaslar aras ndaki mesafe, süspansiyon sisteminizorlayabilecek aral kta seçilmi tir. Böylece normaldendaha iddetli aks titre imleri elde edilmi tir. Erzi,

çal mas nda süspansiyon sisteminin ba oldu u akskütlesinin rezonans frekans n 11–17 Hz aras ndaoldu unu belirtmi tir [7]. Bu frekans aral referansal narak yolun dalga boyu tespit edilmi tir. Bunun için

daki denklemler kullan lm r. Bu denklemlerdesüspansiyon sisteminin aç sal frekans , V ta t h , yolun dalga frekans ve L yolun dalga boyudur.

= V (1) = V/L (2)

2.2. Test Ta

ABS testleri ekil 2’de görülen tekil kontrollü ve 4 selenoidvalfli Bosch marka ABS kontrol sistemine sahip RenaultSafrane 2.0 RXE ta ile yap lm r.

ekil 2. Test Ta

2.3. Deneysel Çal mada Ölçülen Veriler ve ÖlçümCihazlar n Tan lmas

Bu çal man n amac , aks titre imlerinin tekerlek h zde imlerinin bozulmas na katk belirleyerek bununkayma, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerinenas l yans tespit etmektir. Bu nedenle tekerlek h ,ta t h , aks n dü ey ve boylamsal do rultudaki ivmeleriölçülmü tür. Bu ölçülen de erlerden kayma, tutunmakatsay ve tekerlek ivmeleri hesaplanm r.

2.3.1. Ta t h

Ta t h uydu kontrollü h zölçer ile ölçülmü tür. ekil 3’degörülen bu ölçüm cihaz n manyetik tabanl GPS anteniarac n üzerine yerle tirilir. Antenden gelen h z bilgileri

CROSAT isimli veri toplama ünitesine aktar lmaktad r.Bu bilgiler içerde bulunan haf zada depolanmaktad r. H zölçüm hassasiyeti, 0,1 [km/saat] d r. Ölçüm aral , her testiçin h z de im verilerini seri halde toplama imkansa lamaktad r. Ölçülen ta t h birimi [km/saat] olup bude erler [m/s] birimine çevrilerek tekerlek çizgisel h ilekar la lm r.

ekil 3. GPS antenli h z ölçüm cihaz ve araç içindekikurulumu

2029


2.3.2. Tekerlek aç sal h

Tekerlek jant n aç sal h z bilgileri için, tekerlek jant nyere göre aç sal h ölçen ABS sensörlerinin sinyallerikullan lm r. Ölçülen aç sal h n birimi [1/s]’dir. Bu aç sal

z verilerinden, (3) e itli ine ba kayma de imini verenkayma de erleri hesaplanm r.

2.3.3. Dü ey ve boylamsal aks ivmesi

Pürüzlü yollarda ani frenleme s ras nda ABS devreyegirdi inde aks titre imlerinde meydana gelen ivmesal mlar ölçebilmek için ekil 4’de görülen 3 yönlüivmeölçer kullan lm r. Bu ivme sal m de erlerinin birimi[g] dir. Bu de erler 9,81 ile çarp larak [m/s2] birimi eldeedilmi tir. vmeölçerin aks do rultusunda bir noktayayerle tirilmesi gerekti inden ekil 4’de görüldü ü gibiaparatlar ile birlikte tekerle e monte edilmi tir. Aparatlar,tekerlek göbe ine ba lanabilen 5 bijona uygun kanall diskve direksiyon hareketlerine cevap verebilecek oynarmafsall çubuktur.

Bu ekilde ba lanan ivme ölçer ve deplasman ölçersayesinde ayn aks hareketlerine ait de erler eldeedilmi tir. Bu çal mada sadece (x-z) yönünde ölçümal nm r. vmeölçer, 0-10g aral nda ölçüm yapmaktad r.

ekil 4. Aksa ba lanm ivmeölçer

2.3.4. Kayma

Vx ta t h , Vtekerlek tekerle in çizgisel h olmak üzeretekerlek h z de imine ba kayma de imi denklem (3)ile hesaplanabilmektedir.

(3)

Kayma oran S’nin de imi, denklem (3)’e göre u ekildeolmaktad r.

Vx > Vtekerlek için S = 1 e itli i tekerle in kilitlendi inigöstermektedir. Yani, tekerle e frenleme momentiuyguland nda tekerle in aç sal h s r iken, ta tdurmam ise tekerle in dönme merkezinin h (ta t

) s r olmayacakt r.

Vx=Vtekerlek için S = 0 e itli i de tekerle in kaymadanyuvarland göstermektedir.

Tekerle e frenleme momenti uygulanmad nda tekerle inaç sal h na ba çizgisel h , tekerle in dönmemerkezinin h na yani ta t h na e it olacakt r. Frenlememomenti uyguland kça tekerle in aç sal hazalaca ndan, tekerle in çizgisel h ta t h na göreazalm olacakt r. Böylece, frenleme an ndaki kayma,0<S<1aral nda de ecek ve 1 de erine yakla kçatekerlek kilitlenmeye yakla acakt r. Bu duruma göre kaymade imlerinin de eri artt kça tekerlek kilitlenme e ilimindeolmakta ve kuvvet ba lant katsay de imi azalaraktekerlek yere daha az tutunmaktad r. Kayma de imlerininde eri azald kça da tekerlek yere daha iyi tutunmaktad r.

2.3.5. Tekerlek vmesi

ABS sensörlerinin ölçtü ü tekerlek aç sal h zlar n sabittekerlek yar çap ile çarp lmas ile elde edilen tekerlekçizgisel h zlar n, (4) e itli inde oldu u gibi türevi al naraktekerlek ivmeleri hesaplanm r. Ancak bu ekildeelektronik kontrol biriminin elde etti i tekerlek ivmeleriincelenebilmektedir.

(4)

2.3.6. Tutunma katsay

Tutunma katsay de imlerini elde edebilmek içindenklem (5) kullan lm r.

(5)

Denklem (5)’de görüldü ü gibi tutunma katsay , ta nfrenleme ivmesinin yerçekimi ivmesine oran ile ifadeedilebilmektedir ve birimi yoktur.

2.4. Test Ta n Deneylere Haz rlanmas

Arac teste haz rlamak için öncelikle tüm bak mlaryapt lm r. Daha sonra ABS sensörlerinden al nacak h zsinyalleri için sensöre bir kablo ba lanm ve bu kablovas tas yla ekil 5’de görülen veri toplama ünitesiüzerinden sinyaller al nm r. Araç h ölçmek için ekil3’de görülen GPS antenli h zölçer, arac n tavan nayerle tirilerek kontrol ünitesi arac n içine yerle tirilmi tir.Tekerlek deplasman de imlerini incelemek için sol öntekerle e ekil 4’de görülen aparatlar ba lanm r. Tümölçümler ekil 5’de görülen veri kazan m merkezisayesinde e zamanl yap lm r.

ekil 5. Veri kazan m merkezi (solda) - veri toplama ünitesi(sa da)

x

lektex

VVV

S ker

gV

dtVda lekte

lekte)( ker

kerZ

X

2030


2.5 ABS Testinin Yap lmas

ABS testlerinin en önemli k sm deney artlar nbelirlenmesidir. Bunun için öncelikle ta n frenlemeyeba layaca h n tespit edilmesi gerekmektedir. ABStestlerinde frenleme ba lang ç h , ABS’nin test yolununba lang nda devreye girmesini sa layacak ekildeseçilmelidir. Bunun için yap lan denemelerde test arac z,80 metrelik test yolunda en etkin frenlemeyi 95km/sa’degerçekle tirmi tir. Bu nedenle tüm testler için frenlemeba lang ç h sabit 95 km/sa olarak seçilmi tir. Farkldinamik tekerlek sal mlar sa layaca için ölçümlernormal, yumu ak ve sert olmak üzere üç farkl sertlikteamortisör kullan larak tekrarlanm r.

ABS test artlar belirleyen di er bir k m ise yol tipidir.Literatürde birçok ABS yol tipleri bulunmaktad r. Buçal mada tüm tekerleklerin ayn tutunmaya sahip oldu ukarl yolu temsil eden kaygan yol ve her bir aks n birtekerle i kuru zeminde di er tekerle i kaygan zemindeolan slak-kuru yol tipleri kullan lm r. Islak-kuru testindeölçülen tekerlek kuru zemin üzerindedir. Tüm testler ekil1’de görülen pürüzlü yolda gerçekle tirilmi tir. Tüm buartlara uygun olu turulmu test matrisi, çizelge 1’de

görülmektedir.

Çizelge 1. Test Matrisi

DENEYNO

YOL T/YAPISI

PEDALKUVVET

TA ITINFRENLEME

BA LANGIÇ HIZITEKRARSAYISI

AMORT SÖR

SÖNÜMLEME T

1KAYGAN

YOL /(PÜRÜZLÜ

YOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN 95 [km/sa] 5

NORMAL

2

ISLAK-KURU ( –

SPL T)PÜRÜZLÜ

YOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN95 [km/sa] 5

3KAYGAN

YOL /(PÜRÜZLÜ

YOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN95 [km/sa] 5

SERT

4

ISLAK-KURU ( –

SPLIT)(PÜRÜZLÜ

YOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN95 [km/sa] 5

5KAYGAN

YOL /(PÜRÜZLÜ

YOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN95 [km/sa] 5

YUMU AK

6

ISLAK-KURU ( –

SPL T)PÜRÜZLÜ

YOL)

FRENLEMEANINDA

DE KEN95 [km/sa] 5

3. Deneysel Bulgular n De erlendirilmesi

Islak-kuru pürüzlü ve kaygan pürüzlü olmak üzere iki farklyol tipinde ve üç farkl sertlikte amortisör için tekrarlanantestlerde ta t h [m/s], çizgisel tekerlek h [m/s] ve aksivmeleri [m/s2] olarak ölçülmü ve bu ölçüm sonuçlarde erlendirilmi tir.

Bu de erlendirmelerde, aks titre imlerinin kayma, tutunmakatsay ve tekerlek ivme de imlerine etkileriincelenerek ABS’nin frenleme performans analiz edilmi tir.Bu analizlerde, kaygan yolda farkl amortisörler ve slak-kuru yolda farkl amortisörlerin kullan ld iki farkl durumde erlendirilmi tir. Daha sonra bu de erlendirmelerkar la larak farkl yollardaki frenleme performans daincelenmi tir.

Bu analizleri gerçekle tirmek için u ölçütler kullan lm r:

Kayma de imlerinin de eri artt kça tekerlek kilitlenmeiliminde olup tekerle in yava lama ivmesi artmakta ve

kuvvet ba lant katsay de imi azalarak tekerlek yeredaha az tutunmaktad r. Bunun telafisi, kaymade imindeki sal mlara ba olarak modülatörün,frenleme bas nc önce sabit tutup daha sonra ivmede imini takip etmesi ve yava lama ivmesinin ani olarakartmas yla fren bas nc azaltmas gerekmektedir. Aynekilde kayma de iminin de erleri azald kça tekerlek

yere daha iyi tutunmakta ve tekerle in h zlanma ivmelerinikullanmas için de fren bas nc artt rmas gerekmektedir.

ekil 6’daki tüm grafikler incelendi inde boylamsal aksivme de imlerinin ve tekerlek ivme de imlerinin ekside er ald görülmektedir. Çok nadiren dü ey aksivmelerinin de eksi de er ald görülmektedir. Boylamsalaks ivmelerinin eksi de er almas , frenleme etkisinin, aksta n gerisine do ru hareket etmeye zorlad ve aks ngeriye do ru h zland göstermektedir. Aks, ileri do rugiderken aniden geriye do ru h zlanmas tekerlek temasalan n küçülmesine ve lasti in yol temas n azalmas naneden olmaktad r. Buna göre boylamsal ivme de imi nekadar çok eksi de er al rsa aks titre imlerinin, tekerle indönme hareketini zorlamas ve lasti in yol ile temasbozma etkisi o kadar fazla olacakt r. Tekerle in aç salivmelerinin negatif de er almas , tekerle in yava ladpozitif de er almas ise tekerle in h zlandgöstermektedir. Negatif de er etraf nda çok fazla sal myapmas tekerle in sürekli kilitlenme e iliminde oldu unuifade etmektedir.

Bu sonuçlara göre ekil 6’daki grafikler incelendi indeamortisör yumu ad kça boylamsal aks ivmesinin daha çoknegatif de er almaya ba lad ve genliklerinin çok dahayüksek oldu u görülmektedir. Bu durum, ta t gövdesininfrenleme etkisinin aks üzerinde çok fazla yo unla veaks geriye do ru hareket etmeye zorlad ifadeetmektedir. Bu zorlaman n etkisinde tekerlek ivmede imlerinin sürekli negatif de ere yakla vetekerleklerin kilitlenme e iliminde oldu u ç kart labilir. Budurum, yumu ak amortisöre ait kayma de iminin artmasve tutunma katsay n aniden azalmas ileanla lmaktad r.

ekil 6 (b) incelendi inde amortisör sertle tikçe boylamsalaks ivmesinin ve tekerlek ivmesinin daha az negatif de erald görülmektedir. Bu de imin etkileri, kaymade iminin frenlemenin ço unda dü ük de erler almassonucunda tekerleklerin kilitlenme e iliminden çok uzaktaolmas ile kendini göstermektedir. Buna kar n frenlemeninsonuna do ru aks ivmelerinde de im olmamas nara men tekerlek ivmelerinin sürekli eksi de er almas ,kayma de imini aniden artt rmaktad r. Ancak sertamortisörün sönümleme özelli i sayesinde akstitre imlerini artt rmamas ile bu ani art , telafi edilerektekerlek ivmesinin s ra yak n bir de ere oturmassa lanm r. Bu özellik sayesinde kayma ve tutunmakatsay de imi kademeli bir ekilde azalaraktekerleklerin kilitlenmeden durmas sa lanm r.

Normal amortisör sertliklerinde frenlemenin sonuna do ruboylamsal aks ivmesinin negatif de er almas na kar ntekerlek ivme de imleri azalarak s r de erineoturmaktad r. Bu durum, aks ivmesinin amortisör ilesönümlenerek tekerlek temas alan na yans lmadgöstermektedir.

2031


(a) (b) (c)

ekil 6. Islak –kuru pürüzlü yolda elde edilen sonuçlar a) Normal amortisör ile b) Sert amortisör ilec) Yumu ak amortisör ile

ekil 7’deki tüm grafikler incelendi inde boylamsal aksivmelerinin kaygan yollarda slak-kuru yollardakinden dahafazla negatif de er ald ve bunun etkilerinin kayma,tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerine yansaç kça görülmektedir.

Ayr ca, ekil 7’deki tüm grafikler kar la ld ndaamortisör yumu ad kça hem boylamsal aks ivmesi hem dedü ey aks ivmesinin daha iddetli ve daha sal ml oldu uve bunun sonucunda tekerlek ivmesinin daha fazla negatifde er ald ve kayma de imlerinde ani art lar nmeydana geldi i görülmektedir. ekil 7 (c) incelendi indedü ey ivmedeki iddetli sal mlar n, tutunma katsayde erlerini azaltt görülmektedir. Bu durumdan yumu akamortisörlerin sönümleme özelli i nedeniyle lasti in yol iletemas n özellikle frenlemenin sonuna do ru kaybolmaküzere oldu u sonucu ç kar labilir. Buna kar n kaymade erlerinin azalmas na ra men tekerlek ivmelerinin pozitifde er almas , tekerlek ivme de imlerinin kaymade imlerine yans mad göstermektedir. Bu nedenlesadece kayma de imini kontrol eden ABS’ler içinyumu ak amortisör tekerleklerin kilitlenmesine nedenolabilir.

Amortisör sertle tikçe aks ivmeleri, kayma, tutunmakatsay ve tekerlek ivme de imleri aras ndaki uyumkolayl kla tespit edilebilmektedir. Kayma de imininazald durumlara, tutunma katsay artarak ve tekerlekivmesi de pozitif de erler alarak cevap vermektedir. Bununyan nda ekil 7(b)’de aks ivmelerinin negatif de erler ald

2-3 saniye zaman aral incelendi inde sert amortisörünsönümleme özelli i sayesinde aks ivmelerinin, parametrede imlerini etkilemedi i görülmektedir. Ayn ekilde aksivmelerinin negatif de er almas yani; aks n aniden geriyedo ru hareket etmeye zorlanmas n etkilerinin, kaymade imlerine ve tutunma katsay de imine yans madgörülmektedir.

ekil 7(a)’da görüldü ü gibi normal amortisörler ile dü eyaks ivmesindeki ani art , tutunma katsay nda ani birdü e sebep olmu ve dü ük de erlerde sal myapmas na neden olmu tur. Buna kar n dü ey ivmelerdeart olmas na ra men frenlemenin 1,5. saniyesindensonra tutunma katsay , kayma de imlerinikar layabilmi tir. Sonuç olarak normal amortisör ilekaygan yollarda frenlemenin ba lang ndaki dü ey yüksal mlar sönümlemedi inden tutunma katsay , kaymade iminden farkl la r. Ancak daha sonra aksüzerindeki yük sal mlar n azalmas ile bu durum telafiedilebilmi tir.

ekil 7(c)’de dü ey ivme de imlerinin etkileriincelendi inde iddetli dü ey ivmelerinin etkisinde kaymade iminin dü ük de erde olmas na ra men tutunmakatsay n yükselmedi i tam tersine dü ük de erdekald görülmektedir. Bu sonuca göre yumu akamortisörler, dü ey yük sal mlar n artmas na nedenoldu undan lastik ile yol aras ndaki tutunma azalmakta vebu azalmalar aks titre imlerinnedeniyle kayma de imineyans mamaktad r.

2032


(a) (b) (c)ekil 7. Kaygan pürüzlü yollarda elde edilen sonuçlar a) Normal amortisör ile b) Sert amortisör ile

c) Yumu ak amortisör ile4. Sonuçlar

Bu çal mada, iki farkl yol tipi ve farkl sertliklerdekiamortisörler için aks ivmelerinin kayma, tutunma katsayve tekerlek ivme de imlerine etkileri kullan larak farklkarakteristi e sahip aks ivmelerinin, ABS fren sistemininperformans na etkileri analiz edilmi tir. Bu analizlersonucunda aks ivmelerini sönümleyebilen amortisörsönümleme karakteristiklerinde, ivme sal mlar nkayma, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerindendaha az etkilendi i belirlenmi tir. Amortisör sertli ininazalmas ile tüm de kenlerin genlik ve frekansartmaktad r. Bu da ta t gövdesinin ve aks kütlesininhareketlerinin kontrol edilmesini zorla rd ndan kayma,tutunma katsay ve tekerlek ivme de imleri aras ndakiuyumu bozmaktad r.

Amortisörlerin sönümleme karakteristi indeki de imegöre aks ivmelerinin bu parametreler üzerindeki etkileri uekilde olmaktad r:

Yumu ak amortisörler ile frenlemede, hem dü ey hem deboylamsal aks ivmeleri, daha sal ml hale gelmektedir.Bu sal mlar, aks ivmelerinin etkilerinin, tutunma katsayve tekerlek ivme de imlerine yans mas na nedenoldu undan tutunma katsay ve tekerlek ivme de imi,kayma de imlerini takip edememektedir. Bununsonucunda elektronik kontrol birimi, tekerleklerin ihtiyaçduydu u bas nç de imini sa layamayabilir.

Sert amortisörler ile frenlemede, aks ivmelerinin etkisiazalmaktad r. Bu ekilde aks ivmelerindeki de imin di erparametrelere yans mad ve bunun sonucunda tekerleksinyalleri ile tahmin edilen kayma ve tekerlek ivmede imlerinin bozulmad tespit edilmi tir.

5. Te ekkür

Bu çal ma, 107M188 numaral TÜB TAK ve 2007/31numaral Kocaeli Üniversitesi Bilimsel Ara rma Birimiprojeleri kapsam nda yap lm r. Bu projeler, Frenteknik veHurmo lu E itim Dan manl k firmalar taraf ndan dadesteklenmi tir. Bildirinin yazarlar olarak katk lar ndandolay ad geçen kurumlara ve firmalara te ekkür ederiz.

Kaynaklar

[1] Jian,Z., Neng-Yen,D and Gui-Zhen., Research on ABSWheel Speed Processing Approaches Based on80C196 Singlechip,IEEE, pp 372-375, 2006.

[2] Van Der Jagt, P., Pacejka H. B. and Savkoor A. R.,Influence of Tyre and Suspension Dynamics on theBraking Performance of an Anti-lock System onUneven Roads, Institution of Mechanical Engineers,Paper No. C 382/047, pp. 453-460, 1989.

[3] Mauer, G., Gissinger,G and Chamaillard,Y.,FuzzyLogic Continuous and Quantizing Control of an ABSBraking System, SAE Paper, No:940830,1994.

[4] Kapitaniak,T., The Influence of Vehicle SuspensionDisplacements on the Working of Anti-Lock BrakingSystems, I Mech. E., C178/85,1985.

[5] Bogdevicius,M and Vladimirov,O.,Efficiency of aBraking Process Evaluating The Roughness of RoadSurface,Transport, vol 21,No:1,pp 3-7, 2006.

[6] Sharp,R,S and Allison,D,J.,On the Measurement ofvariations in the spin velocity of a Wheel, IMECH E,vol 214, part 1, pp 149-156, 2000.

[7]. Erzi,A.I.,”Cadde ve Ray Ta tlar n Dinami i DersNotlar VI, TÜ, 2000.

2033



SIKI TIRMA ORANININ BETA T B R ST RL NG MOTORUNUNGÜCÜNE ETK

EFFECT OF COMPRESSION RATIO ON THE POWER OF A BETA TYPESTIRLING ENGINE

Ya ar Önder ÖZGÖRENa*, Selim ÇET NKAYAb

a*Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyonkarahisar, Türkiye, E-posta: [email protected] Üniversitesi, Ankara, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Stirling motorlar n gücüne etki eden en önemliparametrelerden biri de s rma oran r. Bu çal mada,de ik s rma oranlar n beta tipi Stirlig motorununperformans na etkisi ara lm r. Bu amaçla tek silindirlibeta tipi bir Stirling motoru kullan lm , motorun s rmaoran 1,36/1 ile 1,96/1 aras nda de tirilmi tir. Farkl

rma oranlar , krank mekanizmas ndaki ba lantnoktalar de tirilerek elde edilmi tir. Yap lan tüm ölçümleraras nda, motor en yüksek gücü 1,42/1 s rma oran ndaüretmi tir.

Anahtar Kelimeler: Stirling motoru, S rma oran

Abstract

Compression ratio is one of the most important parameterson Stirling engine performance. In this study, a beta typeStirling engine performance was evaluated by usingdifferent compression ratios. Compression ratio haschanged between 1,36/1 and 1,96/1. Differentcompression ratios obtained by using different crankshaftconnection points. Among all measurements, maximumengine power values were obtained with 1,42/1compression ratio.

Key Words: Stirling engine, Compression ratio

1. Giri

Enerji konusunda yap lmakta olan çal malar, mevcutyak tlara alternatif olabilecek yenilenebilir, çevreye zararvermeyecek, kolay elde edilebilir ve tehlikelerdenar nd lm enerji kaynaklar n ke fedilmesido rultusundad r. Hali haz rda birçok ülkede farkl enerjikaynaklar kullan lmaktad r. Bu alandaki uygulamalarda enyayg n olan güne enerjisidir. Stirling motorlar güneenerjisi ile ilgili enerji dönü üm sistemlerinde ve di ertermal sistemlerde makinesi olarak kullan labildi i gibi,

ar dan hareket verilerek pompas veya so utmamakinesi olarak da kullan labilmektedir.

Stirling motorlar ile ilgili yap lan birçok çal mada, l vemekanik kay plar n motor verimini dü ürdü üne i aretedilmi tir. Bu kay plar n en aza indirilmesi ile ilgiliçal malar günümüzde de devam etmektedir [1].

Erbay B, ve Yavuz H. (1999), Stirling motorlar ndarma artlar ndaki verimsizlik ile motorun geni leme

ve rejenerasyon a amas ndaki teorik artlar

de erlendirmi lerdir. Yap lan analizde, motorun maksimumve minimum hacimleri aras ndaki oran 1,0/1’den 1,20/1’ekadar 0,05 aral klarla de tirilmi ve boyutsuz ç gücüde erleri elde edilmi tir. Buna göre, en dü ük hacimoranlar nda en yüksek güç de erleri elde edilmi tir. Sonuçolarak motor ölçülerinin özellikle hacim oranlar nbüyümesi durumunda güç de erlerinde önemli azalmaoldu u belirlenmi tir [2].

Parlak N. ve arkada lar (2008), Urielli ve Berchowitz’inçal malar yla temeli olu turulan termodinamik bir analizyapm lard r. Motorda ölü hacim ve hacim oranlarde iminin motor performans na etkileri de erlendirilmi tir.Ölü hacim art n motor performans azaltt ve ölühacmin yerindeki de ikliklerin de motor performansetkiledi i sonucuna var lm r [3].

Senft J. R. (2002), Stirling motoruyla ilgili yapm oldu utermodinamik bir analizde, güç pistonunun süpürme hacmive yer de tirme pistonunun süpürme hacmi aras ndakioranlar n de imine ba olarak özgül motor ç gücü,özgül indike güç ve mekanik verimdeki de imleriincelemi tir. Süpürme hacim oran n art na ba olarak,mekanik verimde azalma belirlenmi tir. Süpürme hacimoran n 0,2/1’den ba lay p 0,8/1’e kadar artt bölgedeözgül motor ç gücünün artt , süpürme hacim oran n0,8/1’den 1,9/1’e kadar artt bölgede ise özgül motor

gücünün azald sonucuna var lm r. Süpürmehacim oran n art na ba olarak özgül indike gücünartt ancak 1,4/1’lik orandan sonra da çok de medi ibelirtilmi tir [4].

Kongtragool B. and Wongwises S (2007), bir dü ükcakl k farkl (LTD) Stirling motorunda iki ve dört adet güç

pistonu kullan n motor performans na etkileriniara rm lard r. Dört adet güç pistonunun kullan ld ve

rma oran n 5,54/1 oldu u motorda maksimum çgücü 42,1 1/min’lik motor devrinde 32,7 W, iki adet güçpistonunun kullan ld ve s rma oran n 7,5/1 oldu umotorda 133 1/min’de 11,8 W olarak ölçülmü tür [5].

Karabulut H. ve arkada lar (2008), gama tipi bir Stirlingmotorunda çal ma maddesi olarak hava kullanm lar ve4578 1/min’lik motor devrinde en fazla 43,8 W güç eldeetmi lerdir. Güç pistonunun süpürme hacmi 138 cm3,

rma oran 1,82/1 ve kurs 55 mm olarak belirlenmi tir[6].

Karabulut H. ve arkada lar (2009), beta tipi bir Stirlingmotorunda Novel ve Rhombic krank mekanizmalar nkar la rmas yapm lard r. Novel mekanizmas ndadaha fazla transferi yüzey alan elde edilmi tir. Yap lan

2034

mailto:yasarozgoren:@aku.edu.tr

Özgören Y.Ö. ve Çetinkaya S.

izotermal analiz sonucunda Rhombic mekanizmas nda ölühacmin Novel mekanizmas na göre daha az oldu ubelirtilmi tir [7].

nar C. ve Karabulut H. (2005), süpürme hacmi 276 cm3

olan gama tipi bir stirling motorunda helyum gazkullanarak de ik arj bas nçlar ve de ik

cakl klar nda motor performans testleri yapm lard r. Bumotorun s rma oran 1,82/1 ve maksimum gücü 8911/min’de 128,3 W olarak ölçülmü tür [8].

nar C. ve arkada lar (2005), beta tipi bir Stirlingmotorunun atmosferik arj bas nc nda testleriniyapm lard r. Bu motorda s rma oran 1,65/1 olarakbelirlenmi tir. Yap lan testler sonucunda en yüksek motor

gücü 1000°C s cakl nda, 208 1/min motordevrinde 5,98 W olarak ölçülmü tür [9].

Meijer R. J. (1960), s rma oran 2,0/1 olan Rhombicmekanizmal beta tipi bir Stirling motorunda en yüksek 140kg/cm2 arj bas nc nda 1500 1/min motor devrineula r [10].

Walker G. (1980), Stirling motorlar nda s rma oran n2,5/1 de erinden daha fazla art lmas nda güçlüklerinoldu unu, aerodinamik ve mekanik sürtünmeler nedeniyleve özellikle transferi ve bas nç kay plar n artmasnedeniyle s rma oran n daha fazla art lmas n güçkayb na neden olaca bildirmi tir [11].

Bu çal man n amac Stirling motorlar n önemliproblemlerinden biri olan mekanik kay plar en azaindirebilmek için, de ik s rma oranlar uygulayarak eniyi performans de erlerini elde etmektir.

2. Materyal ve Metot

2.1 Motor özellikleri ve s rma oran nde tirilmesi

Denemeler Gazi Üniversitesi Teknik E itim FakültesiOtomotiv Bölümü Laboratuar nda yap lm r. Deneylerde,daha önce yap lan bir doktora çal mas için imal edilmibir motordan yararlan lm r. [1, 12, 13]. Motor üzerinde

rma oran n de tirilmesi, krank üzerinde farklmesafelerde pim deliklerinin aç lmas ve güç pistonumerkezleme yata n uygun ölçülerde yeniden imalat vebuna uygun ba lant lar n yap lmas yoluylagerçekle tirilmi tir. ekil 1’de farkl s rma oranlar nsa lanmas için üzerinde de iklikler yap lan beta tipiStirling motoru görülmektedir.

Güç pistonu merkezleme yata üzerinde bulunan biyelpimi deli i yerinden 6mm yukar ve 6 mm a gelecekekilde merkezleme yataklar üretilmi , ayr ca krankta

merkezden kaç k ve merkezleri aras nda 13 mm’lik aral kbulunan iki adet pim deli i sayesinde de ik s rmaoranlar sa lanm r.

ekil 1. mal edilmi olan beta tipi Stirling motoru

Tablo1’de, yap lan de iklikler sonucunda elde edilenfarkl s rma ve süpürme hacim oranlar görülmektedir.

Tablo 1. Motorda elde edilen de ik s rma vesüpürme hacim oranlar

2

1

VV

1,36 1,42 1,48 1,7 1,83 1,96

D

G

VVK 0,34 0,5 0,71 0,74 0,92 1,12

: S rma oran : Süpürme oran

VG: Güç pistonununsüpürme hacmi

V1: Maksimum hacimV2: Minimum hacim

VD: Yer de tirmepistonunun süpürmehacmi

Tablo 1’deki s rma oran de erlerine bak ld nda, e itaral kta de imlerin olmad görülmektedir. Bununnedeni, motorun tasar m artlar r. Motorun tasar m vedayan m artlar n istenildi i gibi de tirilememesinedeniyle, de im e it aral kta yap lamamaktad r. Yap lanperformans testleri sonucundaki de erlerin düzgünde imleri, olumsuzluk gibi görünen bu durumu ortadankald rm r. Morun krank üzerinde bulunan iki ayr pimdeli i ve güç pistonu merkezleme yata üzerinde bulunanüç ayr noktadaki biyel pim deliklerinin birbiri ile entegrekullan lmas sonucunda Tablo 1’de oranlar verilen altde ik s rma oran sa lanm r.

2.2 Deney artlar ve kullan lan test aletleri

Deneylerde olarak 5 °C s cakl k tolerans na sahip1200 °C s cakl a kadar tma yapabilen dijital kontrollübir f n kullan lm r. Motor torkunu ölçmek için dijitalterazili sürtünmeli bir dinamometre kullan lm r. Motordevri ise dijital takometre ile ölçülmü tür. arj bas nc nkontrolü manometre ve manometre üzerinde bulunan birvalf ile sa lanm r. Deneyler, 900 °C s cakl ndagerçekle tirilmi tir. arj bas nc 1,0 ile 4,5 bar aral nda0,5 bar’l k farklarla de tirilmi tir. Testlerde çal maak kan olarak helyum gaz kullan lm r.

2035


3. Deney Sonuçlar

Motor deneyleri, de ik s rma oranlar nda, de ik arjbas nçlar yla motor devrinin de imine ba olarak eldeedilen motor torku de erlerinin ölçülmesinedayanmaktad r. Elde edilen motor devri ve motor torkde erlerine ba olarak motor güçleri hesaplanm r.De ken say n fazla olmas nedeniyle, sonuçlar dahabelirgin bir ekilde de erlendirmek amac yla sadece hertest a amas ndaki maksimum motor gücü de erlerial nm r.

ekil 2’de s rma oran de imine ba maksimummotor gücü de erleri görülmektedir. ekil incelendi inde,

rma oran n art na ba olarak maksimum motorgücü de erlerinde genel olarak azalma görülmektedir.

rma oran n 1,36/1 ile 1,42/1 oldu u aral ktamaksimum motor gücü de erlerinde hafif bir art olmu tur.Manometrik arj bas nçlar yönünden de erlendirmeyap ld nda, 1,0 bar de erinden 3,5 bar de erine kadarmaksimum motor gücü e rilerinde yükseli , 3,5 bar’dan 4,5bar de erine kadar olan arj bas nc e rilerinde ise azalgörülmü tür. E rilerden de anla laca gibi 3,0 ve 3,5 bararj bas nçlar nda di er arj bas nçlar na göre daha

yüksek maksimum ç gücü de erleri ölçülmü tür.

En dü ük motor gücü de erleri 1,0 bar arj bas nc nda ve1,9/1 s rma oran nda al nm r. Belirtilen artlardamaksimum motor ç gücü de erinden en dü ü 6001/min motor devrinde 25,73 W olarak ölçülmü tür.Maksimum motor gücü ise 3,5 bar arj bas nc nda, 1,42/1

rma oran nda ve 600 1/min motor devrinde 59,97 Wolarak ölçülmü tür. Buna en yak n de er 3,0 bar arjbas nc nda, 1,42/1 s rma oran nda ve 700 1/min motordevrinde 58,42 W olarak ölçülmü tür.

20

30

40

50

60

1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2

rma Oran

Mak

sim

um M

otor

Güc

ü (W

)

1.0 bar 1.5 bar 2.0 bar

2.5 bar 3.0 bar 3.5 bar

4.0 bar 4.5 bar

ekil 2. s rma oranlar de imine ba maksimummotor gücü de erleri

ekil 3’te, arj bas nçlar n de imine ba ve farklrma oranlar ndaki maksimum motor gücü de erleri

görülmektedir. E riler incelendi inde genel olarak 3,0 ile3,5 bar arj bas nc aral na kadar maksimum motor gücü

de erlerinde art , 3,5 bar ile 4,5 bar aral nda ise azalmagörülmektedir. E rilerden, en yüksek motor gücüde erlerinin 1,36/1 ile 1,42/1 s rma oranlar nda al ndanla lmaktad r. hgw

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

arj Bas nc (bar)

Mak

sim

um M

otor

Güc

ü (W

)

1,36 1,42 1,48 1,7 1,83 1,96

1

ekil 3. De ik arj bas nçlar nda maksimum motor gücüde erleri

ekil 2 ve ekil 3’ün birlikte de erlendirilmesinden,maksimum motor performans de erlerinin 1,36/1 ile 1,42/1

rma oranlar aral nda, 3,0 ile 3,5 bar arjbas nçlar nda al nd görülmektedir.

4. Tart ma

Motor performans testlerinden elde edilen tüm verilerdo rultusunda, 900°C s cakl nda ve helyumgaz n kullan ld testlerde maksimum motor gücüde erleri 1,36/1 ile 1,42/1 s rma oranlar nda, 3,0 ile 3,5bar arj bas nc aral nda elde edilmi tir.

rma oran art na ba olarak güç de erleri 1,42/1rma oran ndan sonra azalm r. Bu durum Erbay ve

Yavuz (1999) taraf ndan yap lan ara rma sonuçlar yla dauyu maktad r. Erbay ve Yavuz’da da en dü ük hacimoranlar nda en yüksek güç de erlerinin elde edildi ibelirtilmektedir. Motor ölçülerinin özellikle hacimoranlar n büyümesi durumunda güç de erlerinde önemliazalma oldu u belirtilmi tir [2]. Bu çal mada da deneyselolarak s rma oran art na ba olarak güçde erlerinde azalma oldu u belirlenmi tir. ki ayrçal madaki “hacim oran ” ve “s rma oran ” terimleriayn anlama gelmektedir.

Güç pistonu ve yer de tirme pistonu aras nda süpürmehacim oranlar yününden de erlendirme yap ld nda,Tablo 1’den de anla laca gibi s rma oran nart na ba olarak süpürme hacim oranlar n da arttgörülmektedir. Motor gücü de erleri süpürme hacimoranlar yününden ele al nd nda, s rma oran nde imindekine benzer bir de im gösterecektir. Senft’inçal mas nda, süpürme hacim oranlar n art na baolarak özgül motor ç gücü de erlerinin azaldbelirtilmektedir. Süpürme hacim oran n 0,2/1’den

2036


ba lay p 0,8/1‘e kadar de ti i bölgede özgül motor çgücünün artt , süpürme hacim oran n 0,8/1’den 1,9/1’ekadar de ti i bölgede ise özgül motor ç gücününazald belirtilmektedir [4]. Bu çal mada ise süpürmehacim oran n 0,34/1 ile 0,5/1 oldu u aral kta motor gücüde erlerinin sabite yak n bir de im gösterdi i, 0,71/1 ile1,12/1 de erleri aral nda ise motor ç gücüde erlerinin azald söylenebilir. S rma oran vesüpürme hacim oran n art na ba olarak motor çgücünün azalaca önceki çal malarda da vurgulanm r[2,4,10,11].

De en arj bas nc na ba maksimum motor güçlerikar la ld nda; 1,0 ve 3,0 bar arj bas nc aral ndahacim bölgelerinde yeterince çal ma ak kan nolamamas , dolay yla istenilen bas nç ve transferiartlar na ula lamamas nedeniyle maksimum motor gücü

de erleri dü ük olmu tur. 1,0 ile 3,0 bar aral ndamaksimum motor gücü de erlerinin art da bunudo rulamaktad r. Bu motorda 3,0 ile 3,5 bar bas nçaral nda yeterli miktardaki ak kan en iyi çal maartlar n gerçekle mesini sa lam r. Meijer‘in

deneylerinde kullan lan motorun arj bas nc karterdende il güç pistonunun üstünde kalan bölgeden verildi i ve

zd rmazl k artlar daha iyi oldu undan 140 bar’a kadararj bas nc uygulanabilmi tir [10]. Bu ara rmadaki

motorun çal mas için gerekli arj bas nc motorunkarterinden sa land için, güç pistonunun alt nda daimamotor gücünü azalt bir kar bas nç olu turmaktad r. 3,5ile 4,5 bar aral nda arj bas nçlar nda kar bas nc netkisi ile motor gücü azalm r. Ayr ca yüksek devirlerdeartan mekanik sürtünmeler ve titre imler de motor gücününazalmas na neden olmaktad r.

rma oranlar kar la ld nda; s rma oran n1,36/1 ile 1,42/1 oldu u aral kta sabit s cakl ktaki s rma

leminde pistonun hareketini yava lat kar bas nç,di er s rma oranlar na göre daha dü üktür. Ba ka birdeyi le, s rma oran artt kça pompalama kay plar artgösterecektir. S rma oran n 1,36/1 oldu u durumdagüç pistonu kursunun k sa olmas , silindir ve güç pistonuaras ndaki sürtünme direncinin de 1,9/1 s rmaoranl dakine göre daha az olmas na neden olmaktad r.

Ayr ca, 1,36/1 ile 1,48/1 s rma oranlar aral nda güçpistonu biyeli ve bilyeli yata dönü yar çap 17 mm iken,1,7/1 ile 1,96/1 s rma oranlar aral nda 30 mm’dir.Dönü yar çap büyüdükçe krank milini etkileyen ataletkuvvetleri artmaktad r. Olu an atalet kuvvetleri kar

rl klarla tam olarak dengelenemedi inden, titre imlerartmakta ve bu da motor gücüne olumsuz yönde etkietmektedir.

5. Sonuç

Helyum gaz n çal ma ak kan olarak kullan ld betatipi Stirling motorunda en yüksek güç, 3,0 - 3,5 bararas ndaki arj bas nçlar yla, 900°C s cakl nda ve

rma oran n 1,36/1 ile 1,42/1 aras nda oldu ubölgede 600 1/min motor devrinde 59,97 W olarak eldeedilmi tir. S rma oran n de imine ba olarakmotorun süpürme hacim oran da de mi , motordan enyüksek güç de erlerinin al nd bölgede süpürme hacimoranlar 0,34/1 ve 0,5/1 olmu tur.

arj bas nc karterden uyguland için, 3,5 ile 4,5 bar’l karj bas nc aral nda, arj bas nc n kar bas nç

etkisine ba olarak motor gücünde dikkate de erazalmalar olmu tur.

rma oran art ld nda, motorun so uk hacmindesabit s cakl kta gerçekle en s rma i lemindepompalama kay plar artm , motor ç gücü azalm r.

rma oran n art lmas için uygulanan yöntemdegüç pistonunun kursu artm r. Kursun artmas ile güçpistonu ve so uk bölge silindiri aras ndaki sürtünmekay plar da artm ve bunun sonucunda güç azalm r.

Kaynaklar

[1] Özgören Y.Ö., Stirling motorlar nda kay plar nazalt lmas için termal bariyer kullan , Doktora tezi,Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara,Eylül-2004.

[2] Erbay L. B. and Yavuz H., Optimization of theirreversible Stirling heat engine, International Journalof Energy Research, 23, 863}873,1999.

[3] Parlak N., Wagner A., Elsner M. and Soyhan S.,Thermodynamic analysis of a gamma type Stirlingengine in non-ideal adiabatic conditions, RenewableEnergy 34 (2009) 266–273, 2009.

[4] Senft J. R., Optimum Stirling engine geometry,International Journal of Energy Research, 26: 1087–1101 (DOI: 10.1002/er.838), 2002.

[5] Kongtragool B. and Wongwises S., Performance oflow-temperature differential Stirling engines,Renewable Energy 32 (2007) 547–566, 2007.

[6] Karabulut H., Ç nar C. and Aksoy F., The investigationof the effect of thermal barrier coating on theperformance of Stirling engine, International Journal ofEnergy Research, Published online in WileyInterScience (www.interscience.wiley.com). DOI:10.1002/er.1467, 2008.

[7] Karabulut H., Aksoy F and Öztürk E., Thermodynamicanalysis of a beta type Stirling engine with a displacerdriving mechanism by means of a lever, RenewableEnergy 34 (2009) 202–208, 2009.

[8] Ç nar C. and Karabulut H., Manufacturing and testing ofa gamma type Stirling engine, Renewable Energy 30(2005) 57–66, 2005.

[9] Ç nar C., Yucesu S., Topgul T. and Okur M., Beta-typeStirling engine operating at atmospheric pressure,Applied Energy 81 (2005) 351–357, 2005.

[10] Meijer R. J., Philips Stirling Thermal engine,Technische Hogeschool Delft, Thesis, 88-89,November, 1960.

[11] Walker G., “Stirling Engines”, Clarendon Press,Oxford, 77, 1980.

[12] Özgören Y. Ö., Çetinkaya S., Is l bariyer kaplaman nbir Stirling motorunun performans na etkilerinindeneysel olarak incelenmesi, 8. Uluslar aras YanmaSempozyumu, 595-605 Ankara, 8-9 Eylül-2004.

[13] Özgören Y. Ö., Stirling motorunda termal bariyerkaplaman n motor performans na etkilerinin deneyselolarak incelenmesi, Selçuk Üniversitesi, Teknik OnlineDergisi, Cilt-4, Say -3-2005, 122-133, 2005.

2037

http://www.interscience.wiley.com)./



OTOMOT V BAKIM ATELYELER N ERGONOM K AÇIDANNCELENMES

ERGONOMIC VIEW OF THE AUTOMOTIVE REPAIR WORKSHOPS

Selami SA IRO LUa*

a Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Günümüzde oto bak m atelyelerinde insan-makina-çevre aras ndaki uyum, çal anlar n performansetkilemektedir. Bu ara rmada, oto bak matelyelerinde, otomobilin periyodik bak m içinservise girmesi, bak mdan geçmesi, mü teriyeteslimine kadarki i lemler ve insan-makina-çevrearas ndaki uyum Ergonomik gözlem metodu ileincelenmi tir. çinin performans na tesir edenyorgunluklar n azalt lmas , motivasyonunartt lmas , i güvenli ine riayet edilmesi veservisin insanc l aç dan yeniden düzelti lmesiyle

çilerin optimum düzeyde daha etkili olacaklarbelirlenmi tir. Yöneticilerin, çal anlar n atelye veyöneticiler hakk nda geri döngü (feed-back)bilgilerini elde etmeleri için bir anket örne ihaz rlanm r.

Anahtar Kelimeler: Ergonomi, Atelye

Abstract

Nowadays, the harmony between human, machinesand the environment affect the performannce of theworkers in auto repair workshops. In this study, thefunctions taken in workshops for a periyodic serviceof the cars, tested, to taken over by the car ownerare examined with ergonomic view of the matters.Increasing the motivation of the workers,reorganizing the working environment and reducingthe tiresome cutins that effects the performance ofthe workers can help to increase the performannceof the workers.it was prepared a survey instancefor managers to get feed-back information aboutrepair workshops and managers of workers

Key words: Ergonomics, workshops

1. Ergonomi Nedir?

Ergonomi, kelime olarak Yunanca Ergos ( ) veNomos (Yasalar) kelimelerinin birle mesindenolu maktad r. Ergonomi, Türkçeye bilim olarakgeçmi tir. "Ergonomi insanlar n anatomiközelliklerini, antropometrik karakteristiklerini,fizyolojik kapasite ve toleranslar göz önündetutarak, endüstriyel i ortam ndaki tüm faktörlerinetkisiyle olu abilecek, organik ve psiko-sosyalstresler kar nda sistem verimli li i ve insan -makina - çevre uyumunun temel yasalar ortayakoymaya çal an çok disiplinli bir ara rma vegeli tirme alan r" [1]. “A.B.D.’de Ergonomi

uzmanlar n % 80’i ürün ve çal ma yeritasar nda, % 20’si süreç yeri tasar ndaçal maktad r” [2].

“Ergonomi, i i insana, insan i e uyumla rmayaçal maktad r:

in insana uyumu: Üretim araçlar na ve çal ma alan na

yükü, çal ma, mola zamanlar nayeri havas na (psiko-sosyal faktörler) çevresine (iklim, ayd nlatma, gürültü,

zararl maddeler) ba r.nsan n i e uyumu ise:

Ki inin i e, bireysel uygunlu una (ya ,cinsiyeti, fizyolojisi)

Ki inin i e, bilgi, yetenek, kapasite vebeceri yönünden uygunlu una ba r” [3].

2. Materyal Metot

Ara rmada 5 adet servis i çisi yer alm r.çilerin ya lar 26-33 ya ve tecrübeleri 5-18 y l

aras nda de mektedir. çiler nitelikli, saatücretiyle çal an, erkek i çilerdir. çilerin kullandalet ve cihazlar, anahtar tak , araç lift i, motorana test cihaz , avans tabancas , egzoz gazanalizörü, öndüzen cihaz , balans cihaz , ya danl kve ya bo altma varilidir.

Ergonomik gözlemler, Kas m ile Mart aylararas nda Ankara’da G.Ü.T.E.F., Ankara Oto veHuzur Oto yetkili TOFA servislerinde yap lm r.Bu gözlemler, oto bak m atelyelerinde, otomobilinservise girmesi, periyodik bak m i lemlerindengeçmesi ve mü teriye teslimine kadar 131 Grubu veTempra Grubu otomobillere ortak uygulanan bak m

lemlerini kapsamaktad r.

Periyodik bak mda incelenen i lemler: arka frenbalatalar kontrolu, ön fren balatalar kontrolu,motor ya ve fi ltre de imi, otonun alt k sm nda

nt ve seviye kontrollar , gerekirse tamamlama,hava fi ltresi de imi, bujilerin kontrolu, gerekirsede imi, otonun üst k sm nda s nt ve seviyekontrollar , gerekirse tamamlama, ön tekerlekleToe-in kontrolü gerekirse ayar , egzoz gaz analizi,Avans ayar ve Balans ayar i lemleridir.

3. Otomotiv Bak m Atelyelerinin ErgonomikÖzellikleri

2038

mailto:selamisagiroglu:@hotmail.com

Sa ro lu, S.

“Endüstride i , ürünlerde ve çal mateknolojisindeki de melere ba olarak giderekartan bir mekanizasyon ve otomasyon içindedir” [3].Ergonomi, insan esas almakta, i in gerektirdi iözelliklerle insan n vücut ölçüleri, çal maperformans , psiko- sosyal stresleri, i güvenli i,

yerindeki iklim, ayd nlatma, gürültü ve zararlmaddelere kar uygunluk özelliklerini yukar dabelirtilen disiplinlerden faydalanarak tespitetmektedir. “Ergonomi’nin görevi, ayd nlatma, havave gürültü ko ullar na ili kin olarak en iyi ortamgeli tirmek, özellikle s cak ortamlarda fiziksel iyükünü azaltmak, çal ma pozisyonlargeli tirmek, baz hareketlerde çaba derecesiniazaltmak, göstergelerin okunmas nda i çilerinpsiko-duygusal görevlerini kolayla rmak, do al veal lm reflekslerin daha iyi kullan lmassa lamak, gereksiz bilgileri hat rlama çabasönlemek ve makine kollar n çal lmas vedenetimlerini kolayla rmakt r” [4].

nsan n çe itl i çal ma biçimleri vard r. Oto bak matelyelerinde çal ma biçimleri: Kassal çal ma: kaslar, lifler, kan dola ,

solunum, iskelet sistemi ile. Örne in; yükta ma,

Sensomotorik çal ma: Kaslar, lifler, duyuorganlar ile. Örne in; montaj i lemi,

Tepkisel çal ma: Duyu organlar , kaslar ile.Örne in; kontrol i lemi,

Ba lant kurucu çal ma: Duyu organlar ,zihinsel yetenekler kullanarak. Örne in;ar zalar tespit etme,

Yarat çal ma: Zihinsel yeteneklerikullanarak. Örne in, bulu yapma, problemçözme) eklindedir.

3.1. Oto Bak m Atelyelerinde Ergonomi Bilimininnsan n Fizyolojik Unsurlar Üzerindeki

Etkinli i

"Fizyoloji, biyolojik organizmalar n çal malar na, iyapmalar na ili kin bil im dal r" [5]. " nsan

fizyolojisi, insan n kaslar , l ifleri, kan dola ,solumunu, iskeleti, kuvvet uygulama zaman , duyuorganlar yla çal ma ve ani karar vermezamanlar r. Ayr ca insan n biyolojik ritmindenkaynaklanan, performans yetene ini k smen veyatamamen ortaya koyma kapasitesinden tümüyleyararlan lmas için fizyolojik olarak performansahaz r olma düzeyi de vard r" [3]. Çal anlar nsabahlar performansa haz rl k düzeyinin ö ledensonraya oranla yüksek olmas biyolojik ritimdenkaynaklanmaktad r. Biyolojik ritim e risi, ki ileregöre de mekle beraber ortalama durumu gösterenbir e ridir ( ekil 1).

ekil 1. Biyolojik ritim e risi [3].

nsan n fizyolojik aç dan performansa haz r oldu ubölge, fizyolojik performansa haz r olma s nüzerindeki bölgedir. Bu bölge biyolojik ritim

risinde 06-21 saatleri aras nda kalan bölgedir.Saat 21'den sonraki zamandan sabah 06'ya kadarkibölgede insan fizyolojik aç dan performansa haz rde ildir, kaslar çal maya isteksizlikgöstermektedir.

Kaslar, kas p gev eyerek çal makta ve enerjiüretmektedirler. Kan, kaslar için gerekli g day veoksijeni sa lamaktad r. “Çal ma fizyolojisi, kas n iyapabilme yetene ini, dinamik ve statik kassalçal ma olarak ikiye ay rmaktad r” [6]. Dinlenme,dinamik ve statik kassal çal ma durumlar ndakaslar n kan ihtiyac ekil 2.’de görülmektedir.

ekil 2. Dinamik ve statik kassal çal mada kaslardaki kan dola ve kan ihtiyac [3].

2039



Dinlenme durumunda kan gereksinimi ve kandola dü ük seviyededir. Dinamik kassalçal mada kaslar n normal çal malar yapt klarzaman gerekli besin ve oksijen ihtiyac kan dolaile sa lanmaktad r ve kan dola m düzeyi yüksektir.Statik kassal çal mada ise kas sabit durmaktave/veya bir eyi tutma i i yapmaktad r. Kaslar kaskald klar ndan dolay kan damarlar daralmakta vekan dola yetersiz kalmaktad r. Kaslar içingerekli besin ve oksijen ihtiyac kan dolayetersizli inden dolay sa lanamamaktad r. Kaslar

sa sürede yorulmakta ve bitkin dü mektedirler.Özellikle ba üstü çal malarda kol ve boyun kaslarzorlanmaktad r. Statik kassal çal ma, mümkünseçe itli düzeneklerle önlenebilece i gibi ide imiyle de bu çal man n yorucu tesiriönlenmektedir. " de imiyle kaslar ba ka bir i teçal lacak, antrenman yapacak, daha iyi bir halegelecektir" [7].

Oto bak m atelyelerinde çal an i çilerin fizyolojikaç dan özellikleri;

çiler sabah 08:30-17:30 aras çal maktad rlar.çilerin sabahlar fizyolojik olarak performansa

haz rl k düzeyleri yani kaslar n çal mayaisteklili i ö leden sonraya göre yüksektir. Bu dabiyolojik ritimden kaynaklanmaktad r.

Oto bak m atelyelerinde periyodik olarak bak mlemlerinin yap lmas nda balans i lemi d nda

ayakta çal lmas gerekmektedir. Oturarakçal mak mümkün de ildir. Saat 10:00 ve15:00’te 20’ er dakikal k dinlenme (çay) molasile oturarak dinlenilmektedir.

Civata sökme takma i lemlerinde dinamik kassalçal ma olmaktad r.

Motora, motor ya doldurma s ras nda statikkassal çal ma olmaktad r. Bu i lem s ras ndavücut, e ik bir ekilde durmakta, kol ve belkaslar statik çal maya maruz kalmaktad r.Motora 4 litre ya konmaktad r. Motor yakutular 1 litrelik ve 3 litrelik eklindedir.Yorulma i de imi ile önlenebilir.

Araç alt bak m, otonun alt k sm nda s nt veseviye kontrollar s ras nda ba üzerinde statikdurma ve dinamik kassal çal ma olmakta veboyun ile kol kaslar yorulmaktad r; yorulma ide imiyle önlenebilir.

Yedek parça ta ma s ras nda statik kassalçal ma olmaktad r. çinin ayak kaslar yedekparça kuyru unda beklemek ve yedek parçata maktan dolay yorulmaktad r. çi her yedekparça için yedek parça deposuna gitmek yerine,ayr bir i çi taraf ndan servise her yeni araçgeli inde araç tipi ve kilometre bak m durumunagöre o araçla ilgili tüm yedek parçalar yedekparça deposundan ilgili araç lift i yan nata nabilir.

3.2. Oto Bak m Atelyelerinde Ergonomi Bilimininnsan n Antropometrik Unsurlar Üzerindeki

Etkinli i

"Antropometri, Yunanca Antropos (insan) vemetikos (ölçü) sözcüklerinden olu an ve insan

vücudunun ölçülerini konu edinen bir bil im dal r.Bir makina teknik yönden ne kadar mükemmelolursa olsun, e er, onu kullanacak insan nölçülerine uygun de ilse etkin olarak kullan lamaz.Antropometrik aç dan en iyi çal ma yeri düzeni;çal an kimsenin zorlanmadan, istenilen s kl kta el,göz, kol ve ayaklar n koordinasyonunusa layabildi i ve hareketlerdeki ufak sapmalar ngörevin yerine getiri lmesini engellemedi i düzendir"[8].

Otomotiv bak m atelyelerinde antropometriközellikler; Araç alt bak mda araç lift yüksekli i, i çinin boy

ölçülerine, göz ve el uyumuna göreayarlanabilmektedir.

Elektronik motor ana test cihaz , avanstabancas , egzoz gaz analizörü, bilgisayarlöndüzen cihaz , insan antropometrisineuygundur.

Tekerlek balans kontrol ve ayar cihaz n ölçümde erinin gözle okunma aç insanantropometrisine uygundur.

3.3. Oto Bak m Atelyelerinde Ergonomi Bilimininnsan n Psiko-Sosyol Unsurlar Üzerindeki

Etkinli i

Psikoloji, ruh bilimidir. nsan psikolojik olarak ruhenmoralinin iyi olmas halinde çal ma s ras ndayüksek performans gösterecektir. nsan güdüleyenonun psikolojik durumudur. Ergonominin amac ;insana, optimum yüksek performansla çal abilme,

i ve i yeriyle bir aile ortam gibi bütünle ebilme,mal veya hizmet üretim veya tasar yapabilmepsikolojisini kazand rmakt r.

nsan n psikolojik özellikleri heyecan, sevinç,üzüntü gibi duyguya sahip olmas r ki onumakinadan çok farkl k lan en belirgin özellik onunpsikolojisidir. Peki psikolojik sorunlar n kaynanedir? Bu sorunun cevab , uyu mazl k yani

rma, yan lma, unutkanl k, üzüntü, ailevisorunlar, meslek sorunlar , ekonomik zorluklar,güvensizlik olarak gösterebiliriz. Bu psikolojikdurumlar insanda k zg nl k, öfke, isteksizlik,ilgisizlik ve tembellik yapabilir. Bu da insan nyapt i i olumsuz yönde etkiler" [9].

Çal anlar n fikirlerinin al nmas , tecrübelerinindinlenmesi onlar psikolojik yöndengüçlendirmektedir ve çal anlarda i yerine ait olmaduygusu yerle mektedir.

Otomotiv bak m atelyelerinde psiko-sosyalözellikler;

in istikrarl olmas , yönetici ve di er çal anlarlauyumlu ili kiler aç ndan i çiler, kendileriniemniyette hissetmektedirler. çiler atelyenin iyiorganize edildi i dü üncesindedirler. Görev veyetkilerini bilmektedirler.

çiler otomobillerdeki en son geli meleri takipetmek aç ndan servis yöneticisinin talebido rultusunda 6 ayda bir 2 ki i (servisin

2040

Sa ro lu, S.

kapasitesine göre artabilir) Türk OtomotivFabrikas (TOFA ) e itim merkezlerindekurslara tabi tutulmakta ve kat lanlara sertifikaverilmektedir.

çilerin ald ücret asgari ücrettir. Bu ücretyeterli görülmedi i için i çiler i yeriyle kaderbirl i i içinde olduklar hissediyor de ildirler.

nsanlar psikolojik olarak takdir edilmektenho lan rlar ve ba ar olmak onlar sevindirir.Ancak parasal ödüllendirme ile çabalar nkar görmek isterler. "Türkiye’deki ücretler vegeçim standartlar aras ndaki uçurum veenflasyonun y tesirleri aç kt r. Bu durumdaortaya ç kan parasal de erin payla önemkazanmaktad r" [10]. “Ücret ödeme sabit maa ,performansa dayal veya sabit maa yan ndaenflasyon art oran nda üç ayl k ara ödemelereklinde olabilir” [11].

3.4. Oto Bak m Atelyelerinde Çevre Ko ullar nklim, Ayd nlatma, Gürültü, Zararl Maddeler)

nsan Üzerindeki Etkisi

klimin so uk ve s cak olmak üzere insan üzerindeiki çe it etkisi vard r. nsan n so ukta çal mas ylatitreme, so uk alg nl hastal klar , gözlem ve tepkiyetene inde azalmalar görülmektedir. So uktaçal ma durumunda so un etkisinden korunmakiçin uygun tma sistemleri ya da kal n ve koyurenkli giysiler kullan labilir. S cakta çal madurumunda terleme, bunalma olmaktad r. Terlemeile su ve tuz kaybolmaktad r. Çal anlar aç k renkli,ince elbiseler giymelidirler. "Çok s cak havaya karfizyolojik tepki, kalp at n artmas , vücuthararetinin yükselmesi, deri s cakl ve terlemenisbetlerinin de mesi gibi muhtelif ekillerdegörülür" [12]. Normal oda s cakl 21°C'dir.Çal ma ortam n s cakl k düzenlemesi yap lan i egöre de mektedir (Çizelge 1).

Çizelge 1. Almanya'da 1977 y nda ç kanyerlerine ait yönetmeli in 6. paragraf [3].No Yap lan ler cakl k (ºC)1 Ço unlukla oturarak yap lan

ler+19

2 Ço unlukla oturmadan görülenlerde

+17

3 r bedensel çal mada +124 Bürolarda +205 Sat yap lan kapal yerlerde +19

Oto bak m atelyelerinin durumu; GÜTEF TofaYetkili Servisi, k mevsiminde s cak hava üflemeve yanm motor ya yakan soba ile lmaktad r.Servis iklimi k n 11°C ile 15°C aras ndade mektedir.Ankara Oto Tofa Yetkili Servisi, k n kaloriferle

lmaktad r. Normal s cakl k k n 12°C ile 16°Caras nda de mektedir.Huzur Oto Tofa Yetkili Servis, k n kaloriferle

lmaktad r. Normal s cakl k 9°C ile 13°Caras nda de mektedir.

Ayd nlatma için servislerde lamba olarak fluoresanlamba ve/veya c va buharl lambalarkullan lmaktad r. Periyodik bak m atelyelerinde inormal düzeyde görme gerektirmektedir. Zeminbetondur, duvarlar yans beyaz veya aç ksar r.

Gürültü, insan rahats z eden her türlü sestir.Gürültü ölçü birimi desibeldir. "Gürültülerin tahminiölçüleri, mesela 1 metreden duyulan m lt 20desibel, ayn mesafeden normal bir konu ma için60 desibel civar ndad r. E er gürültü 90 desibeli

arsa anla ma imkan kaybolur " [12].

Oto bak m atelyelerinde periyodik bak m s ras nda1 metre mesafeden rahatl klakonu ulabilinmektedir. Bu da servisteki gürültüdüzeyinin 60 desibel düzeyinde oldu unugöstermektedir.

Zararl maddeler, çal ma alan na ba olarakde mekle beraber, genel olarak toz, kir, duman,gaz, buhar ve sistir. Zararl maddeler, solunum,mide ve deri yoluyla vücuda al nmaktad rlar.Bunlardan tozlar, kansorojen etkili, gazlar-dumanlar-buharlar deriyi tahrib ve tahri edici veinsan zehirleyici etkiye sahiptirler.

Oto bak m atelyelerinde zararl madde olarak egzozduman ve kokusu vard r. Bu zararl maddeaspiratörle d ar at lmaktad r.

3.5. Oto Bak m Atelyelerindeki Cihazlar nnsan n Bilgi Alg lamas Aç ndan

Özellikleri

Atelyede analog/dijital cihazlar kullan lmaktad r.Analog cihazlar ; öndüzen toe-in ayar , rot cihaz vedijital cihazlar ; motor ana test cihaz , egzoz gazanaliz cihaz , bilgisayarl öndüzen ve balanscihazlar r. Dijital cihazlar n bilgi alg lamaaç ndan durumu: De erler (%) olarak verilmi tir. Göstergeler büyüklük, uyumluluk ve rakamlar n

okunmas aç ndan görme uzakl na uygunolarak kolayca okunabilecek bir düzendedir.

Kadranl göstergelerde kadran ayd nlatmasyeterlidir.

3.6. Oto Bak m Atelyelerinde Ergonomi Bilimininnsan n Güvenli i Üzerindeki Etkinli i

güvenli i i çilerin i kazalar ve meslekhastal klar na kar korunmalar n sa lanmaseklinde tan mlan r. 1992 Y nda Uluslararas

Ergonomi Birli i’nin (International ErgonomicsAssociation) üyesi bulunan 25 ülkede yapt rdara rmaya göre Ergonominin uygulama alanlararas nda en üst düzeyde (%84) Güvenlik konusugelmektedir. Bunu Endüstri Mühendisli i,biomekanik, i yükü, insan-bilgisayar ara kesiti,mobilya tasar , e itim, antropometri, psikoloji, vbtakip etmektedir [13].

2041

Sa ro lu, S.

Ergonomi bilimi, makina ve çevrenin insanauyumunu sa lamaya çal r. Servis i lemleri içinkullan lan makinalar n, servis iç düzeninin insanauyumu ve çal anlar n i güvenli i mevzuat nauygun olarak çal mas , mesleki riskleri, hata vekazalar azaltacak, i çinin sa k, güvenlik vemutlulu unu koruyacak ve i verimini artt racakt r.

Servislerde i çi sa , i güvenli i, i hijyenikurallar na uyulmaktad r. Servis içinde sürekliiçecek temiz su bulunmaktad r, düzen ve temizli edikkat edilmektedir. Egzoz gazlar , tozlar aspiratörle

ar at lmaktad r. Gürültü düzeyi, çal ma ortamcakl normal seviyededir.

Serviste çal ma yerleri ve araç yollar düzenlidir,çi hareketleri uygundur, çal anlar aras nda

çal ma s ras nda birbirini rahats z etmek, dikkatinida tmak gibi bir durum görülmemektedir, servisiçinde ve servis d nda yol denemesi s ras ndatrafik kurallar na uyulmaktad r. Ancak servislerde

aret ve uyar levhalar eksik bulunmaktad r;ihtiyaca göre düzenlenebilir.


Servislerde çal an insanlar n kulland klarmakinalar ve atelye ortam ; insan n fizik fizyolojik,antropometrik ve psiko-sosyal özelliklerineuygundur. Oto bak m atelyelerinde çal anlar, a

yüklenmeleri, insan – makine – çevreuyumsuzluklar ndan dolay i te aksamalar, i eisteksizlikten dolay yava çal mak, i kazalar gibiproblemlerle kar kar ya de ildirler. Ücret ödemesabit maa yan nda performansa dayal veya sabitmaa yan nda enflasyon art oran nda üç ayl k araödemeler eklinde olabilir. Atelyelerde uyar ve ikazlevhalar eksiktir ve tamamlanmal r.

Ku kusuz ara rmalar, otomobil in yak t ekonomisi,kullan , konforu yan nda, bak m-onar m ayar

lemlerinin de daha kolay bir ekilde yap labildi iErgonomik tasar ml otomobiller do rultusundadevam edecektir.

Yöneticiler, çal anlar n atelye ve yöneticilerle ilgilibilgilerini almak için Ek 1’de sunulan anket örne inialt ayda bir oto bak m atelyelerinde uygulayabilirler[10].

Kaynaklar

[1] ÖZOK, Ahmet. F., Ergonomi Alan ndaki sonGeli meler ve Türk Sanayii’nin Bu Aç danDesteklenmesi, 5. Ergonomi Kongresi, s:5,1995

[2] ERKAN, Necmettin, Ergonomi, M.P.M.yay nlar , No:373, 2003

[3] M.P.M.-REFA, i Etüdü Yöntem Bilgisi: Kitap 1,M.P.M. yay nlar , 1998

[4] AKAL, Zühal, Etüdü, M.P.M. yay nlar ,No:29, s:73, 1991

[5] M.P.M.-REFA, Etüdü Yöntem BilgisiSözlü ü, M.P.M. yay nlar , 1998

[6] ROHMERT, W and T.H. Hettinger, Çev: HamzaDinçer, Çal ma ekli Kas Yorgunlu u, M.P.M.yay nlar , No: 137, 1974

[7] EDHOLM, O.G., Çev.: Sacit Adal , Çal malmi (Ergonomie), Sakarya D.M.M.A. yay nlar ,

No: 3, 1980[8] ÖZOK, Ahmet, Ergonomik Aç dan Çal ma Yeri

Düzenleme ve Antropometri, 1988[9] COGHLAN, Andy, Çev: (New Scientist, 24

Nisan 1993)'ten Zeynep TOZAR, Verimli veGüvenli Bir Ya am Ergonomi: Bilim Teknikdergisi, Nisan say , 1994

[10] ÖZKAZANÇ, M.O., Barutsan'da MotivasyonÇal malar , 5. Ergonomi Kongresi, s:677,stanbul, 1995

[11] BIZE, Rene , MILHAUD, Jean, Çev:MehmetYazgan, Sanayi Psikolojisi, 1990

[12] GATE, Albert - KNIGHT, Sbridge, Çev.:GünerSümer, Etüdü El Kitab , 1972

[13] D ZDAR, Ercüment N., Güvenli i, AcademicBook Production Yay nevi Matbaac k, Trabzons:97-98, 2006

2042



EK-1 B R ANKET ÖRNE

BÖLÜM 1:

(Uygun seçene e "X" koyarak i aretleyiniz.)

1. Cinsiyetiniz:Bay ( ) Bayan ( )

2. Do um tarihiniz, (gün,ay,y l olarak):............3. E itim durumunuz:

lkokul ( ) Ortaokul ( )Lise ( ) Meslek Lisesi( )Yüksek Okul ( ) Üniversite ( )Yüksek Lisans ( ) Doktora ( )

4. Kurulu taki hizmet süreniz:5 y ldan az ( ) 5-9 y l ( )10-14 y l ( ) 15-19 y l ( )20 y ldan çok( )

5. Ortalama ayl k ücretiniz:500-1000 ( ) 1000-1500 ( )1500-2000 ( ) 2000’den çok ( )

6. Kurulu taki göreviniz:Müdür ( ) Ustaba ( )Formen ( ) Memur ( )

çi, ( ) Geçici i çi ( )

BÖLÜM 2:

Bu bölümde, size i inizle ilgili istekler sunulmu tur.stek sorular n kar ndaki özlemler kolonuna, o

iste i ne kadar arzulad belirten ve 1'den 5'ekadar olan numaralardan size uyan birini yazman zbeklenmektedir. Gerçek durum kolonuna ise YetkiliTOFA servisindeki gerçek durumu belirten ve1'den 5'e kadar olan numaralardan sadece biriniyazman z beklenmektedir.

ÖRNEKLER:

Özlemler Gerçek Durumlar1. Terfi etme olana olan bir i im olsun isterim (5)

(1)(E er terfi etmek sizin için çok önemli ise özlemlerkolonuna 5 ve i inizde böyle bir olanak yoksagerçek durum kolonuna 1 yazman z beklenmektedir)2. yükümün çok olmas isterim

(2) (5)(E er i yükünüzün çok olmas istemiyorsan z,özlemler kolonuna 2 ve i inizde i yükünüz çokfazla ise gerçek durum kolonuna 5 yazman zbeklenmektedir.

De erlendirme NumaralarÖzlemler Gerçek DurumÇok sterim = 5 Tamam yla var = 5sterim = 4 Var = 4

Biraz sterim = 3 Biraz Var = 3stemem = 2 Çok az var = 2

Hiç istemem = 1 Hiç yok = 1

A. VE YER ÖZLEMLER MÖzlemler Gerçek

Durum

1. Sabah i imehevesle gelmekisterim

( ) ( )

2. lgi alan ma veyeteneklerimeuygun bir iisterim

( ) ( )

3. yükümün çokolmas isterim

( ) ( )

4. Yeniliklere aç k birim olsun isterim

( ) ( )

5. imde dahaba ar olmak,yeni teknolojileri

renmek içinzaman zaman

itim almakisterim.

( ) ( )

6. imin toplumayararl oldu unainanmak isterim

( ) ( )

7. Yeterli i aletlerimolsun isterim

( ) ( )

8. yerinde müzikdinlemek isterim

( ) ( )

9. yerinde te vikve ödüllendirmesistemininolmas isterim

( ) ( )

10. imle ilgiligörü lerimiaç klad mdarahats zedilmeyece imbir i im olsunisterim

( ) ( )

11. Cezaland rmayönteminin

lemesini isterim

( ) ( )

12. yükümün, aynücreti alanarkada mla aynolmas isterim

( ) ( )

13. Terfi etmeolana olan bir

im olsun isterim

( ) ( )

B. ÜCRET M1. Ücretimin, gelece imi güvence

alt na almas isterim( ) ( )

2. Ücretimin, zaruri ihtiyaçlarkar lamas isterim

( ) ( )

3. Ücretimin, beni zaruri ihtiyaçlarnda rahatça ya atmas

isterim

( ) ( )

4. Performans ve ba ar durumumagöre ücretlendirmek isterim

( ) ( )

C. YETKi VE SORUMLULUKLAR1. imdeki yetki ve sorumluluklar n

dengeli olmas isterim( ) ( )

2. imde bana verilen yetkileri tamolarak kullanmak isterim

( ) ( )

2043

Sa ro lu, S.

3. Görevimin hangi i leri içerdi iniaç k seçik bilmek isterim

( ) ( )

4. imle ve i yerimle ilgilikonulardan haberdar olmakisterim

( ) ( )

5. imin, kurum içinde ve d ndabana sayg nl k kazand rmasisterim

( ) ( )

6. imle ilgili kararlarda benim defikrimin al nmas isterim

( ) ( )

D. YER SA LIK H ZMETLER1. kazas tehlikesinin en aza

indirgendi i bir i im olsunisterim

( ) ( )

2. Temiz ve düzenli bir çal maortam m olsun isterim

( ) ( )

3. Ayd nl k ve gürültüsüz çal maortam m olsun isterim

( ) ( )

4. yerinde kar la abilece im ikazalar konusundabildilendirilmek isterim

( ) ( )

5. Çal rken temas etmek zorundakald m, sa m için riskta yan ko ullar hakk ndabilgilendirilmek isterim

( ) ( )

6. Aile fertlerimin de i yerimdekisa k ko ullar ndan benimyararland m kadaryararlanmas isterim

( ) ( )

7. Daha iyi sa k hizmeti almakisterim

( ) ( )

E. YER BESLENME KO ULLARI1. Ö le yemeklerinin daha

doyurucu olmas isterim( ) ( )

2. Ö le yemeklerinin daha çe itl iolmas isterim

( ) ( )

3. Yemekhanelerin daha bak ml vetemiz olmas isterim

( ) ( )

4. Tepsi, çatal-b çak vebardaklar n el de medentemizlenmesini isterim

( ) ( )

F. SOSYAL VE KÜLTÜREL ETK NL KLER1. Çe itli kültürel faaliyetler

düzenlenmesini isterim( ) ( )

2. Sinema salonunda sinemagösterimi yap lmas isterim

( ) ( )

3. Sinema salonunda tiyatrooynat lmas isterim

( ) ( )

4. Halk müzi i konserleridüzenlenmesini isterim

( ) ( )

5. Sanat müzi i konserlerinindüzenlenmesini isterim

( ) ( )

7. Sportif faaliyetlerin yap lacauygun tesislerin düzenlenmesiniisterim

( ) ( )

8. Sosyal ve kültürel etkinliklerkomitesinde faal olarak görevalmak isterim

( ) ( )

9. Yap lacak tüm faaliyetlere(izleyici olarak) kat lmak isterim

( ) ( )

10. Çocuklara yönelik faaliyetlerdüzenlenmesini isterim

( ) ( )

11. Bilgi, beceri, ruh ve bedensa geli tireceketkinliklerin düzenlenmesiniisterim

( ) ( )

G. AM RLER M1. Amirimin i le ilgili sorunlar ma

ilmesini isterim( ) ( )

2. Amirimin gerekti inde özelsorunlar ma da e ilmesini vebana yard mc olmas isterim

( ) ( )

3. Amirimin bana güvenmesiniisterim

( ) ( )

4. yi bir i yapt m zaman amirimtaraf ndan ba ar n takdiredilmesini isterim

( ) ( )

5. Gerekti inde bana yolgösterebilecek yetenekli vebilgili bir amirim olmasisterim

( ) ( )

6. Bana kar anlay olan biramirim olsun isterim

( ) ( )

7. Fikirlerime, görü lerime de erveren bir amirim olsun isterim

( ) ( )

8. im oldu unda rahatl kla izinisteyebilece im bir amirimolsun isterim

( ) ( )

9. Gerekti inde amirimin beniüçüncü ah slara karkorumas isterim

( ) ( )

H. BANA BA LI OLAN PERSONEL(Emrinizde personel çal rm yorsan z bir sonrakibölüme geçiniz)

1. Personelin i le ilgili sorunlarlabenim kadar ilgilenmesini isterim

( ) ( )

2. Personelimin özel sorunlar na dailmek isterim

( ) ( )

3. Personelimin bana güvenmesiniisterim

( ) ( )

4. Personelimin verdi im i izaman nda yapmas isterim

( ) ( )

5. yi bir i yapt klar zamanonlar n ba ar lar takdiretmek isterim

( ) ( )

6. Personelimin kalifiye olmasisterim

( ) ( )

7. Personelimin i lerde söz sahibiolmas isterim

( ) ( )

8. Personelime i ile ilgili konulardayol gösterici olmak isterim

( ) ( )

BÖLÜM 3

Soru: I ya am za yeni ba yor olsayd z yinebu kurulu u seçermiydiniz? (Sadece bir seçene e"X" koyarak i aretleyiniz.)

a) ya am ma yeni ba yorolsayd m yine buradaçal maktan mutlulukduyaca rahatl klasöyleyebilirim

( )

2044

Sa ro lu, S.

b) Çal abilece im en iyi kurulu unyine bu kurulu olabilece inidü ünüyorum

( )

c) Bu kurulu veya bir ba kasbenim için farketmez

( )

d) ya am ma yeni ba yorolsayd m yine bu kurulu taçal mak isteyece imi pekdü ünmüyorum

( )

e) Böyle bir ey dü ünmemimkans z. Ba ka bir kurulu ta ibulabilece imi bilsem, burada birsaniye bile durmazd m

( )

f) Bu serviste çal maktanmutluyum, ancak bulundu umbölümü de tirebilirsem dahaba ar olaca ma inan yorum

( )

BÖLÜM 4

1. Kurulu a katk z ve çal malar z bak ndanba ar düzeyinizi nas l de erlendirirsiniz? (Sadecebir seçene e "X" i areti koyarak i aretleyiniz.)Çok yüksek ( ) Yüksek ( ) Orta( )Dü ük ( ) Çok dü ük ( )Birinci soruya orta, dü ük, çok dü ük cevaplar ndanbirini verdiyseniz, ikinci soruyu cevaplay z.2. Ba ar n orta, dü ük, çok dü ük olmas nnedenleri nelerdir? 5 adet seçene e X koyarak

aretleyiniz.Teknik imkâns zl klar ( )Çal anlar aras ndaki kötü arkada kili kileri

( )

Bilgi yetersizli i ( )itim yetersizli i ( )

Kültür düzeyi farkl klar ( )Ekonomik tatminsizlik ( )Fazla bürokrasi ( )Cazip sosyal imkânlar n yoklu u (kamp,ula m, konut, v.b)

( )

e te vik ve ödüllendirme sistemininyoklu u

( )

Benimle ayn görevi yapanlar nperformans dü üklü ü

( )

Amirlerimin yard mc ve anlayolmamalar

( )

Çal an say n azl ( )Varsa di er nedenler (yaz z):------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

BU ÇALI MAYA EKLEMEK STEDI INIZ KONULARVARSA LÜTFEN YAZINIZ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------

2045



OTOMOT V YETK SERV S YÖNET LER N L DERL K ANLAYI LARIÜZER NE B R ALAN ARA TIRMASI: ZM R, AYDIN, DEN ZL ÖRNE

A FIELD RESEARCH ON LEADERSHIP UNDERSTANDINGS OFAUTOMOTIVE AUTHORIZED SERVICE MANAGERS: EXAMPLE OF

IZMIR, AYDIN, DENIZLI PROVINCESenol OKAYa*

a Pamukkale Üniversitesi, Denizli, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Ülke sanayisinde önemli bir yere sahip otomotivsektörünün mü teriye aç lan kap lar ndan olan yetkiliservislerin, mü teri memnuniyetini sa layarak, markan npazar pay n artmas nda ya da azalmas nda büyük etkisiolmaktad r. Servislerdeki memnuniyetin sa lanmas nyolu da al nan hizmetlerin memnuniyet art ekildeverilmesinden ve yönetilmesinden geçmektedir.Günümüzde “insan” odakl yönetim alg lar nyayg nla arak, i letmelerde tak m ruhu olu turup, sinerjimeydana getirerek, motivasyonu yükseltme amaç edinenliderlik davran n uyguland görülmektedir. Bununlaberaber çal anlar n “aidiyet” duygular art rarak çal maortam nda mutlu olmalar sa lamay hedefleyen yöneticianlay yayg nla maktad r. Yap lan bu çal malarsonucunda iyi yönetilen bir servisten hizmet alanlar nmemnuniyet düzeyleri de yükselmektedir.

Bu çal mada, otomotiv yetkili servis yöneticilerininyönetim anlay lar ve davran lar na etki eden faktörlertespit edilerek, “liderlik” davran lar ile kar la lmasyap lmaktad r. Ara rma örneklemini, zmir, Ayd n veDenizli illerindeki yetkili servislerde yöneticilik yapan 92 ki iolu turmu tur. Yüz yüze anket yöntemi uygulanarakyap lan ara rmada elde edilen bulgular SPSS 12 paketprogram nda analiz edilerek yorumlanm r.

Anahtar kelimeler: Yönetici, Lider, Otomotiv YetkiliServisi, Çal an Memnuniyeti, Aidiyet Bilinci.

Abstract

Authorized services of automotive sector which has animportant position in country economy are one of theopening doors to customer. The authorized services havea big effect the increasing or decreasing to market share ofmark by customer satisfaction. The way of supplyingsatisfaction at services passes from gave and managed asincreasing satisfaction of the received services. Nowadays,it has been aimed to increase of motivation as develop thesynergy and to form team spirit at enterprises as becomewidespread of management system based on “human”. Inaddition, it become widespread manager understandingwhich aims to supply being happy of them on work field asincreasing to “loyalty” feeling of works. At the result ofthese studies, it increases satisfaction levels of anybodyreceived service from a service which is managed well.

In this study, it has been performed a comparison with“leadership” behaviors by determined the factors which

effect of management understanding and behaviors atautomotive authorized services. The research range formsfrom 92 persons which are manager at authorized servicesin zmir, Ayd n and Denizli provinces. The results of theobtained data from researches which were made with faceto face questionnaire method were commented byanalyzing at SPSS 12 computer program.

Keywords: Manager, Leader, Automotive AuthorizedService, Satisfaction of Worker, Loyalty

1. Giri

Küreselle en dünyada, teknolojinin ve bilimin h zlailerlemesi, rekabetin uluslar aras hale gelmesi,

letmelerde de imlere ve dönü ümlere nedenolmaktad r. De im ça olarak da adland langünümüzde, i letmelerin sahip olduklar kaynaklar etkinkullanmalar önemini giderek art rmaktad r. Kaynaklar nverimli kullan lmas nda yönetimin rolü oldukça yüksektir.Bu ortamda gerek çal anlar n gerekse mü teriihtiyaçlar n ön plana ç kmas “insan” faktörünün öneminiyükseltmektedir. letmelerde çal anlar n iyi yönetilmesi,

letmenin verimini, kalitesini ve mü teri memnuniyetiniart sonuçlar vermektedir. Bu durum yönetici kavramçok daha önemli hale getirmektedir.

Bu çal mada, otomotiv yetkili servis yöneticilerininyönetim anlay lar ve davran lar na etki eden faktörlertespit edilerek, “liderlik” davran lar ile kar la lmasyap lmaktad r.

2. Liderlik Kavram Tan ve Özellikleri

Yöneticilik ve liderlik olgular y llard r sorgulanan, de iköneri ve yakla mlarla ortaya konulan iki kavramd r. lkdönemlerde “yönetim” kavram , uygulamalar ve yöneticiözellikleri irdelenirken, daha sonra “liderlik” kavram veliderlik özellikleri belirlenmeye ba lanm r. lk dönemlerdesadece dini, politik ve askeri konular çerçevesinde eleal nan liderlik kavram , h zl sanayile me ve i gücününfarkl la mas ile beraber bu alanda da tart ma konular nadahil edilmi tir. Yönetici ve lider birbirinden farkl ikikavramd r [1].

Son y llarda i letmelerde liderli in ön plana geçmesi ileara rmalar artm , vas flar ve faaliyetleri de daha iyitan mlanmaya ba lam r. Bu tan mlar neticesinde, liderve yönetici aras nda ay m oldu u iddias ortaya at lmve yöneticinin, karma a ile ba ederken liderin de im ileba eden ki i oldu unu belirtilmi tir. Ça z büyük

2046

mailto:senolokay:@pau.edu.tr

Okay, .

de imlerin ya and ça oldu u için, art k örgütlerdeyöneticilere de il, daha çok lidere ihtiyaç oldu u iddiaedilmektedir [2].

Yönetim biliminin öncülerinden P. Drucker liderli i;“Japonlar liderli in sadece iki art n oldu unu kabul eder.Birincisi, rütbenin insana ayr cal k vermeyip sorumluluklaryükledi ini kabul etmektir. Di eri ise, bir kurulu takiliderlerin, yapt klar ile söylediklerini, davran lar ile beyanettikleri inançlar ve de erler aras ndaki tutarl yaninamus dedi imiz eyi önce bizzat kendilerinin ya amaykabul etmesidir” eklinde tan mlamaktad r [3].

Di er bir tan ma göre; liderlik, belirli artlar alt nda belirliki isel ve grup amaçlar gerçekle tirmek üzere birkimsenin, ba kalar n faaliyetlerini etkilemesi veyönlendirmesi sürecidir. Lider ise; ba kalar belirli amaçdo rultusunda davranmaya sevk eden ki idir [4]. Liderlik,bir vizyon olu turma ve ilham verme sürecidir. Oysayöneticilik, ya anan güne ili kin sorunlar n çözülmesiyleilgili bir i levdir [5].

Arkas nda izleyici kitlesi bulunan, vizyonunu bu izleyicikitleye enjekte edip payla an, tasar üzerine plan yap pyapt plan çerçevesinde çal anlar seferber eden, do ruve etkin standartlara imzas atarak k lavuzluk misyonunasoyunan ve dü ünceleriyle heyecan yaratan lider profili,enformasyon ça nda geçerli prototipini çizmektedir [6].Özellikle enformasyon devriminden sonra bir dönü ümya an yor olmas ndan dolay da, bu büyük dönü ümlerigerçekle tirecek, karizma sahibi “dönü ümcü lider” lereihtiyaç vard r. Dönü ümcü lider, vizyon sahibi, bir misyonuolan, olumlu örgüt kültürü olu turup yenilik ve yarat aönem vererek tak m çal mas ile güçlendirme yap p, örnekbir model olu turan, çal anlarda entellektüel istekolu turan, çal anlar motive eden ve çal anlarla tekerteker ilgilenen ki idir. Dönü ümcü liderin özellik vedavran lar u ekilde s ralanabilir [2]: Takipçileri üzerinde, daha önce yapt klar i lerini yeni birperspektiften görecek ekilde yeni ilgiler uyand rmak,

Örgütün ve örgüt içinde olu turulan tak mlar n vizyonuveya misyonu hakk nda bilinç uyand rmak,

Takipçilerinin, içlerinde var olan yetenekleri farketmelerini sa layarak, bu yeteneklerden daha yüksekseviyeli yetenek potansiyelleri geli tirmek,

Takipçileri s rf kendi menfaatlerini dü ünmekten kurtar p,ki isel menfaatlerin üzerinde grup menfaatlerinigözetecek bir bak aç geli tirmeye motive etmek.

yi liderler, mü terileri memnun etmeye odaklanmak içininsanlar güdüleyerek ve serbest hareket etmelerinisa layarak uzun dönemde sonuçlar al rlar [7]. Mü teriodakl liderli in özellikleri unlard r [8]:

Bir vizyonu benimsemek ve bunu da çal anlar ylapayla mak,

De ikli e aç k olmak ve yeni projeleri yönetebilmek, Mü teri ihtiyaçlar na yönelik çal mak,

nsanlarla bireysel olarak ilgilenmek, Ekipleri ve gruplar desteklemek, Bilgiyi payla mak, Sorun çözmek ve karar vermek,

lerin ak yönetmek, Projeleri yönetmek, Teknik beceri sergilemek, Zaman ve kaynaklar do ru yönetmek,

Sorumluluk alabilmek, Beklenenin üstünde inisiyatif kul anmak, Duygular na hakim olabilmek, Profesyonel ahlaka sahip olmak, Merhametli olmak, Güvenilir olmak.

Gerek imalat gerekse hizmet üretimi olsun her hangi birkurulu ta kalitenin geli tirilebilmesi üst yönetimden ba lar.Bu nedenle üst yönetime büyük bir sorumlulukdü mektedir. Yönetim kademesi artt kça sistem geli tirmeyetki ve sorumlulu u da artmaktad r [9]. Warren Bennis delider ve yönetici aras ndaki ayr Tablo 1 de

fland rm r [10].

Tablo 1. Bennis’e Göre Lider Ve Yönetici Özellikleri

YÖNET DERYönetir Yenilik yaparBir kopyad r OrijinaldirMuhafaza eder Geli tirirSistem ve yap yaodaklanm r nsanlara odaklanm r

Kontrole güvenir Güven a larsa görü lüdür Uzun görü lüdür

Nas l ve ne zaman olacasorar Ne ve neden oldu unu sorar

Gözü alt çizgidedir. Gözü ufuktad rTaklit eder Orijinalle tirirStatükoyu kabul eder Statükoya meydan okurKlasik iyi askerdir ahsiyetli, kendi kendisidir

lerin do ru gitmesini sa lar Do ru i leri yapar

Gelecekte kar la lacak zorluklarla ba edebilmek için,izole edilmi cesur liderler art k yeterli olmayacakt r;günümüz normlar , yeni ve farkl yönetim yöntemleri iledonanm liderli i üstlenecek bir grup insana, gereksinimduymaktad r [11]. Liderlik kavram n belirgin özellikleri uekilde tan mlanabilmektedir [12]:

1. Yönlendirme: Liderler, ileriye götüren yollar bulmakta,kararl bir yönelme ve yön aray yarat lmas ylailgilenirler. Bu, yeni hedeflerin, yeni hizmetlerin veyap lar n tan mlanmas içerebilir.

2. Esin Kayna Olma: Liderler çal ma tak mlar içingüçlü güdüleyici i levi gören dü üncelerini, yönlendiricibir enerji yaratarak aç kça ortaya koyarlar.

3. Tak mlar Olu turma: Liderler, tak mlar en do al veetkili yönetim biçimi olarak görürler, zamanlar tak molu turma ve çal malar te vik etme; onlara koçlukyapma ile geçirirler.

4. Örnek Olma: Liderlik bir örnek olu turmakt r;kurumlarda di erlerini etkileyen, liderlerin yaln zca neyapt klar de il, nas l yapt klar r.

5. Kabul Edilme: Yöneticilerin resmile tirilmesi tayinler veunvanlarla gerçekle ir; ancak bu yöneticilerinliderliklerinin onay yeri ise, çal ma arkada lar nkalpleri ve beyinleridir.

3. Ara rman n Amac , Modeli, Alan ve Yöntemi

Bu çal man n amac , otomotiv yetkili servis yöneticilerininyönetim anlay lar ve davran lar na etki eden faktörlertespit edilerek, “liderlik” davran lar ile uyumunubelirlemeye çal makt r. Ara rma örneklemini, zmir,Ayd n ve Denizli illerindeki yetkili servislerde yöneticilikyapan 92 ki i olu turmu tur. Çal mada tarama modeli

2047

Okay, .

yöntem olarak kullan lm r. Ara rmada kullan lan ölçmearac 92 yönetici tam ve eksiksiz bir ekilde cevapvermi tir. Ölçek otomotiv yetkili servis yöneticilerininyönetim anlay lar tespite yönelik maddelerdenolu mu tur. Ölçe in ön uygulanmas 40 yönetici üzerindengerçekle tirilmi tir. Ölçe in güvenilirlik çal mas içinCronbach Alfa katsay hesaplanm r.

Yap lan güvenilirlik çal mas nda, motivasyon faktörüneyönelik Cronbach Alfa katsay .80 olarak bulunmu vemadde toplam korelasyonlar .32 ile .68 aras ndagerçekle mi tir. kinci faktöre (yönetim) ili kin CronbachAlfa katsay .74 iken, madde toplam korelasyonlar .44 ile.76 aras nda ç km r. Üçüncü faktöre (ki isel geli im)ili kin Cronbach Alfa katsay .76 iken, madde toplamkorelasyonlar .42 ile .78 aras nda ç km r. Buna göre, önuygulama sonucu ölçekten elde edilen ölçümlerin güvenilirsonuçlar verdi i söylenebilir. Ara rmada kullan lan Likertölçe inde aral klar n geni li i “dizi geni li i/yap lacak grupsay ” say formülü ile hesaplanm r. Buna görearal klar olu mu tur ve s flama bu ölçe e göreyap lm r. “1,00-1,80 hiç kat lm yorum”, “1,81-2,60kat lm yorum”, “2,61-3,40 karars m”, “3,41-4,20kat yorum”, “4,21-5,00 tamamen kat yorum” eklindede erlendirmeler yap lm r [13]. Çal mada elde edilenveriler ‘SPSS for Windows 12.0’ istatistik program ndaanaliz edilmi tir. Otomotiv yetkili servis yöneticilerininyönetim anlay lar analiz etmek için yüzde, frekans,aritmetik ortalama ve standart sapma kullan lm r.

4. BulgularBu bölümde ara rma bulgular tablolar yard ylaaç klanmaya çal lacakt r.

4.1. Ara rmaya Kat lanlar Hakk nda GenelBilgiler

Ankete cevap verenlerin cinsiyet da incelendi inde,% 81.5’nin erkek ve % 18.5’nin kad n oldu u

görülmektedir. Yöneticilerin e itim durumu daincelendi inde, % 54.3’nün üniversite, % 25’nin lise ve %14.1’nin ön lisans mezunudur. Yöneticilerin e itimseviyelerinin yüksek olmas , servislerde yeniliklere,de ime uyum konusunda daha süratli bir sürecinya anmas na neden olabilir. Ankete cevap verenlerin yada incelendi inde, % 45.7’sinin 26-35, %35.9’nun 36-45 ya aral nda olduklar görülmektedir. Servislerdehizmet süreleri incelendi inde % 34.8’nin 2-4 y l, % 25’nin5-7 y l ve % 26.1 ise 8 y l ve üstü servislerde yöneticiolarak görev yapmaktad rlar. Yöneticilerin büyükço unlu unun orta ya aral nda olduklar ve servislerdebelli bir yöneticilik tecrübesine sahip olduklar ifadeedilebilir.

Tablo 2. Demografik BulgularDe kenler f %CinsiyetDa

Bayan 17 18.5Erkek 75 81.5

TOPLAM 92 100.0

itimDurumuDa

lkö retim 2 2.2Lise 23 25.0Önlisans 13 14.1Üniversite 50 54.3Lisansüstü 4 4.3

TOPLAM 92 100

YaDa

25 ve alt 6 6.526-35 42 45.736-45 33 35.946-60 11 12.061 ve üstü - -

TOPLAM 92 100

HizmetSüresiDa

1 y ldan az 13 14.12-4 y l 32 34.85-7 y l 23 25.08 y l ve üstü 24 26.1

TOPLAM 92 100

4.2. Ara rmaya Kat lanlar n Liderlik Özelliklerineli kin Görü ler

Bu bölümde otomotiv yetkili servis yöneticilerinin yönetimanlay lar ile ilgili de erlendirmeleri incelenmektedir.

Tablo 3’de ara rmaya kat lan servis yöneticilerininletmelerde çal anlar n motivasyonunu art rmaya yönelik

yarg lara ili kin de erlendirmeleri incelenmektedir.

Tablo 3. Servis Yöneticilerinin Motivasyonla lgili Yarg lara li kin Görü lerin Da

Yarg larKesinlikle

Kat lm yorum Kat lm yorum FikrimYok Kat yorum Kesinlikle

Kat yorum

f % f % f % f % f %Birlikte çal m ki iler aras nda i birli ine dayalili kiler geli tiririm. 1 1.1 1 1.1 - - 25 27.2 65 70.7

Yetkili serviste bir çal an i ini iyi yapt nda onuöverim. - - 4 4.3 3 3.3 41 44.6 44 47.8

Yetkili serviste ortak de erlere ba k gösteren ki ileri,topluluk önünde takdir ederim. - - 2 2.2 3 3.3 37 40.2 50 54.3

Yetkili serviste grup halinde ba ar için çal anlarte vik ederim. - - - - 2 2.2 25 27.2 65 70.7

Yetkili serviste çal anlar n i le ilgili çabalarartt rmak için onlar motive ederim. - - - - 3 3.3 28 30.4 61 66.3

Yetkili serviste her zaman çal anlarla yöneticileraras nda kar kl sevgi ve sayg ili kisi vard r. - - 3 3.3 7 7.6 30 32.6 52 56.5

Yetkili serviste çal anlar n ki isel istek ve ihtiyaçlargöz önüne al m. - - 1 1.1 6 6.5 43 46.7 42 45.7

Yetkili serviste çal anlarla yöneticiler aram zdaki statüfark en aza indirerek çal anlar n rahatça kendileriniifade etmelerini sa lar m.

- - 4 4.3 7 7.6 38 41.3 43 46.7

2048

Okay, .

Tablo 3 incelendi inde yöneticiler, “Birlikte çal m ki ileraras nda i birli ine dayal ili kiler geli tiririm.” % 70.7,“Yetkili serviste grup halinde ba ar için çal anlar te vikederim.” % 70.7, “Yetkili serviste çal anlar n i le ilgiliçabalar artt rmak için onlar motive ederim.” % 66.3 ve“Yetkili serviste her zaman çal anlarla yöneticiler aras ndakar kl sevgi ve sayg ili kisi vard r.” % 56.5 yarg lar“kesinlikle kat yorum” düzeyinde görü bildirmi lerdir.

De erlendirmeler incelendi inde, otomotiv yetkili servisyöneticilerinin tamam na yak n “liderlik” davran lar n

bilincinde ve fark nda olduklar görülmektedir.letmelerinde bireysel ba ar dan ziyade, tak m halinde

ba ar te vik eden, tak m çal mas yoluyla da bireyselperformanstan daha fazla performans sergilemelerinite vik ettikleri ifade edilebilir. Çal anlar n istek vebeklentilerini kolayl kla aktarabilmeler için sürekli ileti imyollar yöneticiler taraf ndan aç k tutulmakta, çal anlardaböylelikle kendilerini ifade etme imkân bulmalarsa lanmaktad r. Bu durum çal anlar n aidiyet bilinicininyükselmesinde etki etti i dü ünülmektedir.

Tablo 4. Servis Yöneticilerinin Motivasyonla lgili Yarg lara li kin Görü lerin DaYarg lar N X S

Birlikte çal m ki iler aras nda i birli ine dayal ili kiler geli tiririm. 92 4.65 0.65

Yetkili serviste bir çal an i ini iyi yapt nda onu överim. 92 4.35 0.74

Yetkili serviste ortak de erlere ba k gösteren ki ileri, topluluk önünde takdir ederim. 92 4.46 0.67

Yetkili serviste grup halinde ba ar için çal anlar te vik ederim. 92 4.68 0.51

Yetkili serviste çal anlar n i le ilgili çabalar artt rmak için onlar motive ederim. 92 4.63 0.54

Yetkili serviste her zaman çal anlarla yöneticiler aras nda kar kl sevgi ve sayg ili kisi vard r. 92 4.42 0.77

Yetkili serviste çal anlar n ki isel istek ve ihtiyaçlar göz önüne al m. 92 4.36 0.65

Yetkili serviste çal anlarla yöneticiler aram zdaki statü fark en aza indirerek çal anlar n rahatça kendileriniifade etmelerini sa lar m. 92 4.30 0.79

Tablo 4’deki bulgular incelendi inde, bütün yarg lar nortalamalar de erlendirildi inde “tamamen kat yorum”düzeyinde cevaplar vermi lerdir. Ortalamalar içerisinde enyüksek yarg lar =4.68 ile “Yetkili serviste grup halindeba ar için çal anlar te vik ederim.”, =4.65 ortalama ile“Birlikte çal m ki iler aras nda i birli ine dayal ili kilergeli tiririm.” ve =4.63 ortalama ile “Yetkili servisteçal anlar n i le ilgili çabalar artt rmak için onlar motiveederim.” Yarg lar oldu u görülmektedir. Yöneticinin

servislerde i birli ine dayal bir çal ma ortam nolu mas na çok önem verdikleri görülmekle beraberba ar lar n bireysel ve tak m olarak ödüllendirildi i de ifadeedilebilir.

Tablo 5 de, otomotiv yetkili servis yöneticilerinin, yönetimanlay lar tespite yönelik yarg lara ili kinde erlendirmeleri incelenmektedir.

Tablo 5. Servis Yöneticilerinin Yönetim Anlay lar le lgili Yarg lara li kin Görü lerin Da

Yarg larKesinlikle


Kat yorum

f % f % f % f % f %Yetkili serviste belirlenmi prosedürlerinkullan lmas te vik ederim. - - 2 2.2 1 1.1 20 21.7 69 75

Yetkili serviste, i lerdeki gecikmelere vebelirsizliklere kar toleransl davran m. 18 19.6 36 39.1 7 7.6 20 21.7 11 12

Yetkili serviste i lerin h zl bir tempodayap lmas sa lar m. 2 2.2 7 7.6 3 3.3 40 43.5 40 43.5

Yetkili servisteki i ler ile ilgili neyin-nas lyap laca na ben karar veririm. 6 6.5 34 37 6 6.5 29 31.5 17 18.5

Yetkili serviste yapt m i ler ile ilgiliaç klama yapmay reddederim. 36 39.1 34 37 5 5.4 7 7.6 10 10.9

Yetkili serviste yap lan i ler hakk ndakesinlikle bana bilgi verilmesini isterim. - - 1 1.1 2 2.2 25 27.2 64 69.6

Yetkili serviste kararlar n tüm personelinkat yla al nmas na özen gösteririm. 1 1.1 10 10.9 7 7.6 34 37 40 43.5

Yetkili serviste söz verdi im eylerikesinlikle yerine getiririm. - - 2 2.2 2 2.2 36 39.1 52 56.5

Tablo 5 incelendi inde, “Yetkili serviste belirlenmiprosedürlerin kullan lmas te vik ederim.” % 75, “Yetkiliserviste yap lan i ler hakk nda kesinlikle bana bilgiverilmesini isterim.” % 69.6 ve “Yetkili serviste sözverdi im eyleri kesinlikle yerine getiririm.” % 56.5

yarg lar na “kesinlikle kat yorum” düzeyinde görübildirmi lerdir. Di er taraftan “Yetkili serviste yapt m i lerile ilgili aç klama yapmay reddederim.” %76.1 ve “Yetkiliserviste, i lerdeki gecikmelere ve belirsizliklere kartoleransl davran m.” % 58.7 ve “Yetkili servisteki i ler ile

2049

Okay, .

ilgili neyin-nas l yap laca na ben karar veririm.” % 43.5 ile“kat lm yorum ve kesinlikle kat lm yorum” seviyesindecevaplar vermi lerdir. De erlendirmeler incelendi inde;yöneticilerin serviste belirli bir çal ma kültürünün olu masiçin prensipler ve kurallar çerçevesinde hareket etmeyeçal klar görülmektedir. Serviste belirlenmiprosedürlerin kullan lmas n te viki bu aç dan dikkatçekmektedir. letmede al nan kararlar n tüm personelinkat ile al nmas na önem verilmekle beraber, yap lan

ler hakk nda yöneticiler kesinlikle kendilerine bilgi

verilmesini istemektedirler. Serviste neyin-nas lyap laca na % 50 oran nda kendilerinin karar verdi ini,di er taraftan % 44 oran nda çal anlarla beraber kararverdikleri görülmektedir. Bu durum yöneticilerin personeledaha çok sorumluluk da tt klar , yaln z yetkiyi iseellerinden b rakmad klar göstermektedir. Yöneticilerinbüyük ço unlu unun verdikleri sözleri kesinlikle yerinegetirdikleri, bu durum çal anlar n da yöneticilerine olangüven ve itimad güçlendirici etki olu turdu u belirtilebilir.

Tablo 6. Servis Yöneticilerinin Yönetim Anlay lar le lgili Yarg lara li kin Görü lerin DaYarg lar N X S

Yetkili serviste belirlenmi prosedürlerin kullan lmas te vik ederim. 92 4.69 .60

Yetkili serviste, i lerdeki gecikmelere ve belirsizliklere kar toleransl davran m. 92 2.58 1.36

Yetkili serviste i lerin h zl bir tempoda yap lmas sa lar m. 92 4.18 .97

Yetkili servisteki i ler ile ilgili neyin-nas l yap laca na ben karar veririm. 92 3.18 1.29

Yetkili serviste yapt m i ler ile ilgili aç klama yapmay reddederim. 92 2.14 1.31

Yetkili serviste yap lan i ler hakk nda kesinlikle bana bilgi verilmesini isterim. 92 4.65 .58

Yetkili serviste kararlar n tüm personelin kat yla al nmas na özen gösteririm. 92 4.10 1.02

Yetkili serviste söz verdi im eyleri kesinlikle yerine getiririm. 92 4.50 .65

Tablo 6’daki bulgular incelendi inde, servis yöneticilerininyönetim anlay lar tespite yönelik yarg lara ili kin enyüksek ortalama ile =4.69 ortalama ile “Yetkili servistebelirlenmi prosedürlerin kullan lmas te vik ederim.”,

=4.65 ortalama ile “Yetkili serviste yap lan i ler hakk ndakesinlikle bana bilgi verilmesini isterim.” ve =4.50ortalama ile “Yetkili serviste söz verdi im eyleri kesinlikleyerine getiririm.” yarg lar olduklar görülmektedir. Her üçyarg da “tamamen kat yorum” düzeyinde gerçekle mi tir.En az kat m ise =2.14 ortalama ile “Yetkili servisteyapt m i ler ile ilgili aç klama yapmay reddederim.” ve

=2.58 ortalama ile “Yetkili serviste, i lerdeki gecikmelereve belirsizliklere kar toleransl davran m.” yarg lar ndageldi i görülmektedir. Her iki yarg da “kat lm yorum”seviyesinde gerçekle mi tir. Yöneticilerin genellikleçal anlara de er verdikleri görülmekle beraber, servistebelirli bir disiplin içerisinde ve kendilerinin merkezdeoldu u çal ma ortam olu turduklar ifade edilebilir.

Tablo 7 de servis yöneticilerinin ki isel geli imleri ile ilgiliyarg lara ili kin de erlendirmeleri incelenmektedir.

Tablo 7. Servis Yöneticilerinin Ki isel Geli imleri le lgili Yarg lara li kin Görü lerin Da

Yarg larKesinlikle


Kat yorum

f % f % f % f % f %Ya am mda bana yeni eyler ö retecekde ikliklere aç m. 1 1.1 1 1.1 4 4.3 15 16.3 71 77.2

Yetkili serviste olu an hatalar de erlendiririm,nedenlerini ortaya ç kar m ve ayn hatalar birdaha yapmamay kendime bir hedef olarakkoyar m.

- - - - - - 20 21.7 72 78.3

Ya am mda de eri olmayan faaliyetleri s k s kelemeye çal m ve sadece ya amzenginle tirecek, geli tireceklere odaklan m.

2 2.2 3 3.3 8 8.7 37 40.2 42 45.7

Hatalar kabul ederim sonra ayn hatalar tekraryapmamak için amac de tiririm. 1 1.1 2 2.2 5 5.4 30 32.6 54 58.7

Yetkili serviste farkl görü leri dikkatle dinlerim. - - 1 1.1 5 5.4 30 32.6 56 60.9

ler beklendi i gibi gitmedi inde "Bu deneyimdenne ö renebiliriz?" diye sorar m. - - - - 8 8.7 34 37 50 54.3

Tablo 7 incelendi inde, “Yetkili serviste olu an hatalarde erlendiririm, nedenlerini ortaya ç kar m ve aynhatalar bir daha yapmamay kendime bir hedef olarakkoyar m.” % 78.3, “Ya am mda bana yeni eyler ö retecekde ikliklere aç m.” % 77.2, “Yetkili serviste farklgörü leri dikkatle dinlerim.” %60.9 ve “Hatalar kabulederim sonra ayn hatalar tekrar yapmamak için amac

de tiririm.” % 58.7 ile “kesinlikle kat yorum” düzeyindegörü bildirmi lerdir. De erlendirmeler incelendi inde,yöneticilerin hayatlar nda sürekli olarak yeniliklere aç kolduklar ve ki isel geli imlerini sürdürmeye yönelikçal malar içerisinde olduklar görülmektedir. Aynzamanda dinamik bir servis ortaya koymak ç kan hatalar ,sorunlar çözmek ad na çal malar içerisinde olan ve o

2050

Okay, .

hatalar tekrarlamamay kendilerine hedef olarakbelitledikler ifade edilebilir. Rekabettin artt günümüzde,

letme verimini ve karl art etki ortayakabilecektir. Yap lan hatalar n bir daha tekrar etmemesi

için, bu deneyimden neler ö renilebilece i analiz edilerek,hatadan dahi yarar sa lanmaya çal lmas i letmeninverimini art etki olu turabilece i belirtilebilir.

Tablo 8. Servis Yöneticilerinin Ki isel Geli imleri le lgili Yarg lara li kin Görü lerin DaYarg lar N X S

Ya am mda bana yeni eyler ö retecek de ikliklere aç m. 92 4.67 .71

Yetkili serviste olu an hatalar de erlendiririm, nedenlerini ortaya ç kar m ve ayn hatalar bir daha yapmamaykendime bir hedef olarak koyar m. 92 4.78 .41

Ya am mda de eri olmayan faaliyetleri s k s k elemeye çal m ve sadece ya am zenginle tirecek,geli tireceklere odaklan m. 92 4.23 .90

Hatalar kabul ederim sonra ayn hatalar tekrar yapmamak için amac de tiririm. 92 4.61 .78

Yetkili serviste farkl görü leri dikkatle dinlerim. 92 4.53 .65

ler beklendi i gibi gitmedi inde "Bu deneyimden ne ö renebiliriz?" diye sorar m. 92 4.45 .65

Tablo 8 incelendi inde, ara rmaya kat lan yetkili servisyöneticilerinin ki isel geli melerine ili kin yarg larla ilgilide erlendirmelerinin tamam “kesinlikle kat yorum”düzeyinde de erlendirdikler ifade edilebilir. Ortalamalariçerisinde en yüksek yarg lar =4.78 ortalama ile “Yetkiliserviste olu an hatalar de erlendiririm, nedenlerini ortaya

kar m ve ayn hatalar bir daha yapmamay kendime birhedef olarak koyar m.”, =4.67 ortalama ile “Ya am mdabana yeni eyler ö retecek de ikliklere aç m.” ve

=4.61 ortalama ile “Hatalar kabul ederim sonra aynhatalar tekrar yapmamak için amac de tiririm.”Yarg lar oldu u görülmektedir. Servis yöneticilerinin e itimseviyelerinin yüksekli i ya ortalamalar na paralel olarakki isel geli im ve de ime aç k olmalar , servislerindeba ar ve kaliteyi art etki olu turacadü ünülmektedir.

5. Sonuçlar

Otomotiv yetkili servis yöneticilerinin yönetim anlay lartespit amac ile yap lan alan ara rmas nda a dakisonuçlara var lm r: Yetkili servislerde çal an yöneticilerin e itim

seviyelerinin yüksek olmas , de ime ve dönü ümeaç k olmalar na neden olabilmektedir. Ayn zamandabu sürecin h da art etki olu turabilmektedir.

Servis yöneticileri i letmelerinde, çal anlar n i birli iiçerisinde, tak m ruhu ile hareket etmelerine yönelikçal malar içerisinde olduklar görülmektedir.

Çal anlar n ba ar lar yöneticiler taraf ndan takdiredilerek, motivasyonlar n art lmas na yönelikçal malar yap lmaktad r.

Yöneticiler çal anlarla olan ileti im yollar sürekliaç k tutarak, personelin istek ve beklentilerini ifadeetmelerine imkan sa lamaktad r.

Yöneticiler servislerde belirli bir i letme kültürününolu mas ad na belirli prosedürlerin kullan lmaste vik etmektedirler.

Yap lan i lerin h zl bir tempoda yap lmas na dikkateden yöneticiler, i lerdeki gecikmelere ve belirsizliklerekar ise toleransl davranmad klar ifadeetmektedirler.

Çal anlar n serviste al nan kararlarda kat mlar nsa lanmas na önem veren yöneticiler, ayn zamandaverdikleri sözleri de yerine getirmeye özengöstermektedirler.

Yetkili servis yöneticilerinin hayatlar nda ve yönetimya amlar nda sürekli olarak yeniliklere ve de imeaç k olduklar görülmektedir.

letmelerde meydana gelen hatalar nde erlendirilmesi yap larak, bir daha tekrar etmesiniengellemeye çal klar , bunu yaparken de hatan nneden kaynakland sorgulayarak çözmeyiyöneticilerin kendilerine hedef olarak belirlediklerigörülmektedir.

Serviste farkl görü te olanlar da yöneticilerindinledikleri belirtilmektedir.

Kaynaklar

[1] Kon, B., Toplam Kalite Yönetiminde LiderlikAnlay , (Yay nlanmam Yüksek Lisans Tezi),Sakarya Üniversitesi S.B.E., Sakarya, 1996.

[2] Brestrich, T. E., “Modernizmden PostmodernizmeDönü ümcü Liderlik”, Seba Yay nc k, Ankara, 2000.

[3] Demirkan, M.,TKY ve Türk Endüstri li kileri SistemineEtkileri, De im Yay nlar , Sakarya, 1997.

[4] Ard ç, K. ve Yenigün, M. C., Toplam KaliteYönetiminde Liderlik Anlay , 21. Yüzy lda LiderlikSempozyumu, 1997.

[5] Batla , A., De imin çinden Gelece e Do ru EkipÇal mas Ve Liderlik, 5. Bas m, Remzi Kitapevi,stanbul, 2003.

[6] Akdemir, A., Vizyon Yönetimi, Avrupa nsanKaynaklar Merkezi Ya., stanbul, 1998.

[7] Olson, J., Etkili Sunu : Atak Yöneticinin LiderlikRehberi, (Çev.: E. Sabri YAMALI), Hayat Yay nlar ,stanbul, 1999.

[8] Hamzah, A. Ve Zairi, M., People Management: Whereis the evidence of best practice. Part III, Training forQuality, Vol:4 Issue 4, 1996.

[9] Kavrako lu, ., Kalite Cep Kitab , Kalder Yay nlar ,No:3, stanbul, 1996.

[10] Warren, B., “Managing the Dream: Leadership in the21st Century”, Journal of Organization ChangeManagement, 2 (1) :7,1987.

[11] Senge, P., “E itime Aç k Kurumlarda Liderlik”,Executive Excellence, S.10, Nisan, 1997.

[12] Ensari, H., “21. Yüzy l Okullar çin Toplam KaliteYönetimi”, Sistem Yay nc k, stanbul, 2000.

[13] Tekin, H., “E itimde Ölçme ve De erlendirme”, YargYay nlar , Ankara, 1993.

2051



GSM TABANLI TA IT KONTROL UYGULAMASI

VEHICLE CONTROL APPLICATION BASED ON GSMHayri YAMANa* M.Nuri SEYMANa brahim UZUNa Necmi TA PINARb

a kkale Üniversitesi, K kkale, Türkiye,E-posta: [email protected], [email protected], [email protected]

b Erciyes Üniversitesi,Kayseri, Türkiye, E-posta: [email protected]

Özet

Bu bildiride GSM tabanl elektronik devre yard yla içtenyanmal motorlu bir arac n uzaktan kontrolü yap lm r.Araç uzaktan çal larak, motorun ideal çal ma

cakl na getirilmesi sa lanacak ve bu sayede so ukçal mada meydana gelen a nt miktar azalt lacak vemotor ömrü uzat lacakt r. Ayr ca arac n alarm, merkezi kilitve klima gibi sistemleri de kontrol edilecektir.

Anahtar kelimeler: GSM, DTMF, içten yanmal motor.

Abstract

In this paper, the vehicle with internal combustion enginewas remote-controlled with the help of electronic circuitbased on GSM. By teleoperating car, ideal temperature ofthe engine will be provided and thanks to this quantity ofthe abrasion that occurs in cold starting case will bedecreased and engine life will be lengthened. Besides thealarm, the central lock system and the air conditionersystem of the vehicle was controlled as well.

Keywords: GSM, DTMF, internal combustion engine

1. Giri

Motorlarda malzeme teknolojisinin ilerlemesine ra menkullan lan malzemenin genle me miktar n s cakl a baolarak de iklik göstermesi motorun çal ma artlaretkilemektedir. çten yanmal motorlarda so uk çal madurumlar nda meydana gelen a nt miktar motorun idealçal ma s cakl nda meydana gelen a nt miktar ndandaha fazlad r. Bu sebeple özellikle so uk havalarda ta tyola ç kmadan önce motorun önceden belli bir çal ma

cakl na getirilmesiyle motorda meydana gelecek a ntmiktar azalacak ve buna ba olarak motor ömrüartacakt r [1-4]. Motorun önceden çal lmas uzaktanyap lacak kontrol ile mümkün olacakt r. Ayr ca uzun süregarajda bekleyecek olan araçlar n zaman zaman uzaktançal larak uzun süreli beklemeden kaynaklanacak motoriç parçalar korozyonu ve akü de arj problemi ortadankald lacakt r. [5]’deki çal mada radyo frekans (RadioFrequency: RF) sinyalleri kullan larak 200 m lik mesafe dekontrol i lemini sa layan çal ma yap lm r. Bununyan nda kontrol i lemini sa lamak için GSM (GlobalSystems for Mobile Communications) tabanl sistemlerdende faydalan labilir. Bu sayede mesafe s tan maks narac n önceden çal lmas sa lanacak ve hatta arac nklima, alarm, cam otomati i gibi sistemlerinin de kontrolümümkün olacakt r.

Bildirinin s ras yla 2. bölümünde içten yanmal motorunso uk çal ma süreci anlat lacak, 3.bölümünde uzaktankontrolü sa layacak GSM tabanl elektronik kontrol ünitesiaç klanacak ve 4. bölümde ise sonuçlar ve önerilerverilecektir.

2. Motorun So uk Çal ma Süreci

So uk motor ideal çal ma s cakl na gelene kadarsekmen piston ve silindir aras nda a sürtünme meydanagetirmektedir. Motorun gerçek performans verebilmesien k sa sürede çal ma s cakl na getirilmesine ba r.çten yanmal motorlar n ideal verimli çal s cakl k

motor so utma suyu 750C-950C ‘de gerçekle irken en azyak t, en düzgün egzoz emisyonu de eri ve motor

nt n en az oldu u s cakl k aral oldu u bilinen birgerçektir. Bu nedenle motorun mümkün olan en k sasürede çal ma s cakl na ula mas motorunperformans n k sa sürede normale getirilmesi ve motorunso uk çal madan dolay meydana gelecek iç a ntmiktar n en az seviyelere çekilmesi aç ndan önemli birtasar ve sistem planlamas gerektirmektedir. Motorçal ma s cakl na getirilmeden ta t yola ç kacak olursayük alt nda so uk motorda iç a nt miktar artacak, budurum motor ömrünün k salmas n önemli nedenlerindenbiri olacakt r [1-4] .

ekil 1a. Silindir Gömle inin S cakl kla A nmaDe imi [2].

ekil 1a ve 1b’deki grafiklerde çe itli s cakl k de erlerinegöre segman ve silindir a nt de erleri görülmektedir.

ekil 1a’da s cakl n az oldu u de erlerde segmandameydana gelecek a nt de erlerinin motorun s cak oldu uduruma göre daha fazla oldu u görülmektedir. Ancakmotorun ideal çal ma s cakl na gelmesi durumundasegman a nt miktar nda önemli ölçüde azalma meydanagelmektedir. Öyle ki motor s cakl n 30°C’ alt ndaki

2052

mailto:hayriyaman:@kku.edu.tr

mailto:mnseyman:@kku.edu.tr

mailto:iuzun:@kku.edu.tr

mailto:taspinar:@erciyes.edu.tr

Yaman, H., Seyman M.N., Uzun ., Ta nar N.

de erlerinde meydana gelen a nt miktar , motorcakl n 80°C de olmas na göre yakla k olarak 5 kat

fazlad r [2]. ekil 1b’de ideal çal ma s cakl nda 10.000km’de silindir a nt miktar n 0.01 mm’de oldu u ancak40 0C’nin alt ndaki s cakl k de erlerinde ise silindir a nmamiktar n bir hayli fazla oldu u görülmektedir [4].

ekil 1b. Motor S cakl n Silindir A nt ÜzerindekiEtkisi [4]

Dizel motorlar nda hacimsel verimlili i ve dolay ylamotorun verimli çal mas art rmak için kullan lan turbosistemi günümüz araçlar nda neredeyse standart halegelmi tir. Turbo sistemi motorun ya lama sistemi ileya lanmakta ve yüksek egzoz gaz s cakl alt ndaortalama 100.000 devir / dakika ile çal maktad r. Yoldangelen turbo sistemli bir ta n motoru rölanti devrinde bellisüre bekletilmeden stop edilecek olursa motordan ç kanegzoz gaz bas nc ile yüksek devirde çal an turbodönmesine devam edecektir. Bu durumda motor stop edilirise ya lama yap lmaks n turbo tamamen durana kadarçal mas sürdürecektir. Ya laman n kesilmesi turbosisteminin k sa sürede bozulmas na neden olacakt r. Buistenmeyen durumun ortadan kald lmas için araç sabithalde beklerken motorun belli süre rölanti çal mas ndadevam ettirilmesi fayda sa layacakt r. Bu nedenle belli birsüre sonra motorun uzaktan kontrol sistemi ile stopedilmesi turbo ömrünün uzat lmas na katk sa layacakt r.

Ayr ca araç içi tma so utma suyu ss ndanyararlan larak yap ld ndan, ta n yola ç kmadan öncerölantide çal larak motorun so utma suyu s caklyükseltecek; böylece araç kabin iç s cakl n yola

kmadan önce yükseltilmesi sa lanarak yolculu un ilkan ndan itibaren önemli bir konfor sunulmu olacakt r [3].

3. GSM Tabanl Elektronik Kontrol Ünitesi

Arac n çe itli aksamlar uzaktan kontrol etmek için yapekil 2`de görülen devre yap tasarlanm r. Tasarlanan

bu devre ekilde belirtilen noktalardan cep telefonuna,devredeki ç röleleri ise arac n kontrol edilmek istenensistemlerine ba lanacakt r. Uzaktan herhangi bir telefonlaaraca ba lanacak cep telefonunun aranmas ile kontrol

lemi mümkün olmaktad r. Kontrolü ve ifrelemeyisa layacak verilerin telefon hatt ndan iletilmesi için aranantelefondan çe itli tu lara bas lmas durumunda telefon

içerisindeki dahili osilatör taraf ndan üretilen çok tonlufrekans (Dual Tone Multi Frequency: DTMF) sinyallerindenfaydalan r [6].

Tu lara kar k üretilen frekans çiftleri Çizelge-1’degörülmektedir. Örne in telefondan 1 tu una bas lmasdurumunda 697 Hz ve 1209 Hz lik sinyal çiftleri üretilir vehatt n aç k olmas durumunda üretilen bu sinyal çiftlerihattan iletilir. Al tarafta al nan bu DTMF sinyallerininsay sal hale getirilmesi için DTMF kod çözücüsükullan lmaktad r. ekil 2’deki devrede tu lara bas lmasdurumunda üretilen sinyal çiftlerine kar binary kodlarelde etmek için CM8870 entegresi kullan lm r [7].

Çizelge 1. DTMF Frekans Çiftleri.

1209Hz 1336Hz 1447Hz 1633Hz

797Hz 1 2 3 A

770Hz 4 5 6 B

852Hz 7 8 9 C

941Hz * 0 # D

CM8870 DTMF kod çözücü entegresi al nan frekansçiftlerini Çizelge 2’de yer alan ikili (binary) de erleredönü türür.

Çizelge 2. DTMF sinyallerine kar üretilen ikili de erler.

Tu f alt f üst Q4 Q3 Q2 Q1

1 697 1209 0 0 0 12 697 1336 0 0 1 03 697 1477 0 0 1 14 770 1209 0 1 0 05 770 1336 0 1 0 16 770 1477 0 1 1 07 852 1209 0 1 1 18 852 1336 1 0 0 09 852 1477 1 0 0 10 941 1336 1 0 1 0* 941 1209 1 0 1 1# 941 1477 1 1 0 0A 697 1633 1 1 0 1B 770 1633 1 1 1 0C 852 1633 1 1 1 1D 941 1633 0 0 0 0

2053


1

Akü

MarMotoru

KontakAnahtar

ekil 2. Elektronik Kontrol Ünitesi.

Bu sayede çe itli tu lara bas larak kontrol edilmek istenensistemin kontrolünü sa layacak mikrodenetleyici içinsay sal de erler elde edilir. Devrede, kontrolü ve yetki dkimselerin sisteme giri ini engellemek amac yla kullan lanifrelemeyi sa lamak için PIC16F628 mikrodenetleyicisi

kullan lm r [8].

Tasarlanan devredeki cep telefonu numaras aranaraktelefonun 3 defa çalmas n ard ndan PIC yazyard yla telefonun aç lmas sa lanacak ve hat aktif halegelecektir. Telefonun aç lmas ndan sonra ifre girilereksistemin kullan mümkün olacakt r. E er 3 defa hatalifre girilirse hat otomatik olarak kapan r. ifrenin do ru

girilmesi durumunda uzaktan arayan telefonun tu lar nabas larak PIC16F628A’n n ç portlar na ba rölelerinkontrolü yap larak, bu rölelere ba arac n çe itli aksamlarkontrol edilecektir. ekil 3’de verilen mar sistemidevresine RB7 ye ba röle 1 numara ile belirtilen giri eba lanacakt r [9].

ekil 3. Araç Mar Sistemi.

4. Sonuçlar

Bu çal mada, içten yanmal motorlu bir arac n çe itlisistemlerini kontrol etmek için GSM tabanl bir elektronikdevre tasarlanm ve arac n mar -kontak, alarm, otomatikkilit ve klima gibi elektriksel sistemleri, sabit veya ceptelefonu yard yla uzaktan kontrol edilmi tir. Arac nkontrol edilmek istenen çe itli sistemlerine ba ceptelefonu farkl bir noktadan aranmakta arayan telefonunnumara tu lar na bas larak her bir tu için atanm olansistemin uzaktan kontrolü sa lanmaktad r. Her bir sisteminayr ayr uzaktan kontrolünü sa lamak için telefon hatt ndaher bir tu a bas lmas durumunda farkl frekanslardaolu an DTMF sinyallerinden faydalan lm r.

Tasarlanan devrede yer alan mikrodenetleyici ile araçtakisistemlerin kontrolünü sa laman n yan nda ifrelemeyap lmakta ve bu sayede yetkisiz kimselerin arac kontroletmesinin önüne geçilmektedir. Ayr ca bu kontrol sistemiile araç içinde gerekli mekanik düzenlemeler yap larakinsans z olarak arac n uzaktan kontrolü de mümkünolacakt r. Özellikle araçlar n uzaktan kontrol edilmesininnedeni ise; içten yanmal motorlarda so uk çal madurumlar nda motor a nmas üst seviyelerde oldu undan,mesafe s olmaks n motorun uzaktan çal lmas ilearaç harekete geçmeden önce motorun ideal çal ma

cakl na getirilmesi ve bu sayede motor ömrününart lmas sa lanmaktad r. Farkl çal ma s cakl ndaçal an bir motorun a nma miktar da grafiksel olarakverilmi ve bu sistemin önemi vurgulanm r.

2054


Kaynaklar

[1] Demirsoy M. Motorlu araçlar, Kurti Matbaas , Denizli,1998.

[2] Shepart L., Engine independent heaters in heavy dutyapplications: The European experience truck and busmeeting and exposition: Charlotte, North Carolina, USANovember, 6-9, 1989.

[3] ekero lu S.S., Ta tlarda Ön Is lar n Is l KonforaEtkileri ve Ön Is tma Süresi Optimizasyonu, stanbulTeknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek LisansTezi, stanbul 2002.

[4] Staudt W., Motorlu Ta t Tekni i, Milli E itim Bas mevi,stanbul 2000.

[5] Yaman H., Seyman M.N., Ta nar N.,Mikrodenetleyici tabanl çok kanall RF sinyalleri ileta t kontrolü, 1. Mühendislik ve TeknolojiSempozyumu, 136-141, 2008.

[6] Shatnawi, A.M., Abu-El-Haija, A.I., Elabdalla, A.M., Adigital receiver for Dual Tone Multifrequency (DTMF)signals”, IEEE Instrumentation and MeasurementTechnology Conference, vol. 2, p 997-1002, 1997.

[7] Microchip PIC16F628A Microcontroller Data sheet.[8] CM8870 DTMF Decoder Data sheet, California Micro

Devices.[9] www.megep.meb.gov.tr

2055

http://www.megep.meb.gov.tr/



OTOMOT V YETK SERV SLER NDE ISO 9001:2000 KAL TE GÜVENCESTEMLER N ETK LER : B R ALAN ARA TIRMASI

EFFECTS OF QUAL TY GUARANTEE SYSTEMS ISO 9001:2000 ONAUTOMOT VE AUTHOR ZED SERV CES: A SURVEY RESEARCH

Süleyman SEM Za* ve Mustafa BOZDEM Ra

a Pamukkale Üniversitesi, Denizli, Türkiye,E-posta: [email protected], [email protected]

Özet

2000 y nda yap lan revizyonla son hali verilen ISO9001:2000 Kalite Güvence Sistemleri (KGS)’nin üretim vehizmet i letmelerinde kullan artarak devamedilmektedir. KGS, i letmelerin i leyi eklini düzenleyereksistemin daha verimli, etkin ve h zl olmasamaçlamaktad r. Bu amaç gerçekle tirilirken i iletmenintüm varl klar ndan en üst düzeyde faydalan lmas temelal nmaktad r. Otomotiv endüstrisi ana-yan sanayii ve satsonras hizmetler ile birlikte de erlendirildi inde, çok genibir alanda üretim, istihdam ve katma de er sa layan birsektördür. Sektörün son kullan ile en önemli temasnoktas olan yetkili servislerde sat , tamir ve bak mhizmetleri verilmektedir. Yetkili servislerde hedeflenenkalite standard n tutturulmas için ISO 9001:2000 KGSuygulamalar önemli bir araçt r. Bu çal mada Türkiye’defarkl markalara ait ve ISO 9001:2000 KGS belgesinesahip yetkili servislerde yap lan bir ara rma yeralmaktad r. Ara rmada ISO 9001:2000 KGS belgesininyetkili servisler üzerindeki etkileri de erlendirilmektedir.

Anahtar kelimeler: Kalite, ISO 9001: 2000 KGS, OtomotivYetkili Servisleri

Abstract

Using Quality Guarantee Systems (QGS) ISO 9001:2000in the production and the service enterprises that has thelast state after the revision made in the year 2000continues increasingly. QGS aims to make the systemmore efficient, more effective and faster by arranging themanagement form of the enterprises. Benefitting in thehighest level from the all wealth of the enterprise isbasically considered while performing this aim. Automotiveindustry is a sector supplying production, employment andvalue added in very large area as it is evaluated togetherwith the main industry, by- industry and after sale services.Sale, repair and care services are performed in theauthorized services that are the most important contactpoints of the sector with the costumer. QGS ISO9001:2000 applications are important means for catchingthe target quality standard in the authorized services. Inthis study, a research made in the authorized services ofdifferent brands in Turkey that has ISO 9001:2000 QGScertificates is present. In the research, the effects of ISO9001:200 QGS certificate on the authorized services areevaluated.

Keywords: Quality, ISO 9000 QMS, AutomotiveAuthorized Services

1. Giri

Otomotiv endüstrisi, ekonominin önde gelen sektörlerindenolup di er sektörleri de etkileme gücüne sahiptir.Ekonomideki sürükleyici etkisi, di er sanayi dallar vesektörlerle olan yak n irtibat ndan kaynaklanmaktad r.Sektör demir-çelik, hafif metaller, petro-kimya, lastik,plastik, gibi temel sanayi dallar n ba ca sat n alolup, kendi bünyesindeki teknolojik geli melere paralelolarak ad geçen sektörleri de teknolojik geli meyezorlamakta ve katk sa lamaktad r. Turizm, alt yap , in aat,ula rma ve tar m sektörlerinin ihtiyaç duydu u her çe itmotorlu araç otomotiv sektörünün ürünleridir [1]. Sektörayr ca ham madde ve yan sanayi ile otomotiv ürünlerinintüketiciye ula mas sa layan ve bunu destekleyenpazarlama, bayi, servis, akaryak t, finans ve sigortasektörlerinde de geni i hacmi ve istihdamolu turmaktad r [2].

Otomotiv sektörü yasal olarak trafik tescil belgesine sahipolma yükümlülü ü ta yan motorlu araçlar üreten anafirmalar ile ilgili kurulu lardan olu maktad r. Detaylincelendi inde sektörün a daki bile enlerden olu tu ugörülecektir [3]:

1. malat yapan ana firmalar,2. Ana firmalara parça temini yapan yan sanayi firmalar ,3. malat tamamlanm ürünlerin sat sonras

hizmetlerini yapan servis firmalar ,4. Ürün da m/sat yapan ana ve bayi firmalar.

Dünyada 1000 ki iye dü en otomobil say ortalama105’tir. Avrupa Bölgesi’nde 345, Amerika Bölgesi’nde 231adet iken, Türkiye’de 92 adet gibi dü ük bir de erdebulunmaktad r [4]. Bu rakam dünya ortalamas n bilealt ndad r. Türkiye bu rakamlara göre geli mekte olanpazar özelli ini devam ettirmektedir. Türkiye’de otomotivsanayii 1990’l y llarda ihracata yönelik rekabetçi bir sanayiniteli ini kazanm ve 1990’l y llar n sonlar na do ruTürkiye’de dünyan n önde gelen otomotiv firmalar n Türkortaklarla kurduklar tesislerle birlikte önemli bir konumelde ederek bunlardan baz lar ortak olduklar yabancotomotiv firmalar n ihracat üssü haline gelmi tir. Bunedenlerle otomotiv sanayinde uygulanan üretim yöntemve teknolojileri, uluslararas düzeyde, ana firmalar nkulland klar yöntem ve teknolojilerle e de erdedir. Ayr cason y llarda geli en Ar-Ge olanak ve kapasitesi ileTürkiye’deki otomotiv sanayii de üretim yöntemleri ile ürünteknolojisini geli tirme çabalar art rmaktad r [2].Türkiye’de üretim, iç pazardaki dü e ra men, ihracattakiart n deste i ile art sürdürmektedir. 2007 y ndakitoplam ta t üretimi, 2006 y na göre %11,3 artarak 1,1

2056

mailto:ssemiz:@pau.edu.tr

mailto:mbozdemir:@pau.edu.tr

Semiz, S. ve Bozdemir, M.

milyon adet olmu tur. 2007 y nda otomotiv sanayininihracat ise geçen y la göre %34 art la 19.2 milyar $’geçmi tir. Türkiye ihracat nda birinci s rada yer alanotomotiv sanayinin toplam ihracattaki pay %20,1’dir [5].

Otomotiv sektörünün ülke ekonomisine katk lar sadeceüretim ve ihracat rakamlar ile ölçülmemelidir. Aynzamanda; üretim sonras pazarlama, bak m, tamir gibihizmetler de dü ünüldü ünde olu an katma de er daha daartmaktad r. Üretim sonras hizmetlerin en önemli ayahiç ku kusuz yetkili servisler olu turmaktad r. Sat , rutinbak m, yedek parça tedariki ve tamir gibi hizmetleri sunanyetkili servisler, yerel olarak de erlendirildi inde önemliistihdam ve yat m kaynaklar r. Yetkili servislere gelenaraçlar n periyodik bak mlar n yan s ra ar za kaynaklbirçok problemlerine de cevap verilmektedir.

2. Otomotiv Yetkili Servislerinde Kalite

Otomotiv yetkili servislerinin fonksiyonlar aras nda, sat lantüm araçlara onar m ve bak m servisi yapabilmeninyan nda, güçlü mü teri ili kileri kurabilmek ve tam birmü teri memnuniyeti olu turmak da vard r. Bufonksiyonlar sa layabilmek mü teri beklentilerini yerinegetirilmesi ile mümkündür. Marka de eri ve imaj nmü teri üzerindeki etkisinin sürekli olmas servissa lamaktad r [6]. Yetkili servislerde farkl kademelerdebirçok yönetici görev almaktad r. Bu yöneticiler günlükgörevlerini yaparken, sahip olduklar markan n da de er veimaj koruma ad na kalite çal malar yerinegetirmelidirler. A da yetkili teknik servislerde görevyapan personelle ilgili görevler belirtilmi tir [7].

1. Servis müdürü: Servisin genel i leyi i ile personel vefiziksel ko ullar ndan sorumludur.

2. Yedek parça müdürü: Teknik serviste yedek parçabölümünün idari k sm ndan sorumludur.

3. Yedek parça dan man : Yedek parça bilgi donan mlolup yedek parça müdürüne ba çal arak depodüzenini, temizli ini ve do rulu unu sa lar.

4. Servis dan man : Mü terilerden yap lacaklar ile ilgiliald klar do ru bilgi nda i emri açmadanfaturalamaya kadar olan sürecin takibini yapar. Atölye

da ve i i biten araçlar n mü teriye teslimedilmesinden sorumlu olup garanti prosedürlerini bilir.

5. Vezne: Mü terilerin ödemelerine kar k faturalar ndüzenlenmesinden, kasa/hesap takibinin yap lmas ,aç k/cari i emirlerinin takip edilmesi, serviskampanyalar analizi rapor edilmesi gibi i lemlerdensorumludur.

6. Telefonist (Mü teri temsilcisi):. Mü teriye randevuayarlanmas , bak m hat rlatmalar n takibininyap lmas gibi i lemlerden dorumludur.

7. Ba teknisyen: Atölye i düzeni ve çözümü için bilgi vebeceri gereken i lemleri koordine eder.

8. Uzman teknisyen: Atölyede bak m/onar m ve te hisbilgilerini kullanarak araçlar n ana ünitelerinin da ptoplanmas , parça ve sistemlerin ayarlar n yap lmas ,tavsiye edilen ekilde çal mayan parçalar n de im

lemlerinin yap lmas ve araçlar n periyodikbak mlar n yap lmas ile görevlidir.

Otomotiv sektöründe artan yetkili teknik servis ihtiyac naparalel olarak mü teri beklenti ve istekleri de artgöstermektedir. Mü terilerin yetkili servislerden beklentileriaraçlar n do ru ekilde bir kerede onar lmas ve

kendilerine nazikçe davran larak tüm personelinprofesyonel davran göstermesi olarak ifade edilebilir. Bumü teri beklentileri ile birlikte sürekli olarak artan rekabetçibir ortamda yetkili teknik servisler üzerinde baz bask larolu maktad r. Bu bask çe itleri a da belirtilmi tir [8,9]:

1. Pazara yeni girenler: Blok muafiyeti yasas ileözellikle garantili onar mlarda, sat sonras ürün vehizmet sunan daha fazla rakip oldu unu gösterir.

2. Teknolojik ilerlemeler: Bak m aral klar n uzamas naneden oldu undan yetkili servislere daha az araç giri ianlam na gelmektedir.

3. Mevcut rakipler: Birçok markaya ait yetkili servislerveya yetkili olmayan tamirciler sürekli olarakbirbirlerinin pay ndan kapmaya çal maktad rlar.

4. Yerine kullan lanlar: Bireysel karayolu ula nyerine alternatif ula m imkânlar (hava yolu, tren, vb.)toplu ta ma kullan art rmaktad r.

5. Mü teri beklentileri: Mü teri beklentilerini kar lamave bunlar n üzerine geçme, i letmenin etkin olmas ndatemel bir ölçüttür.

Yetkili servislerde randevu, mü teri kabul, i planlama,parça, i izleme ve kontrol, kalite, garanti, teslimat vemü teri takip gibi birçok sistemden bahsetmek mümkündür[3]. Baz yetkili servisler bu sistemleri birle tirerek organizeolsa da yap lan i lemler ayn kalmaktad r. Sektörde artanyetkili teknik servis ihtiyac na paralel olarak mü terilerinbeklenti ve isteklerinde de art görülmektedir. Mü terilerinbilinçlenmesine paralel olarak yetkili teknik servislerüzerindeki yükümlülüklerde artm r. Uluslar arasotomotiv sektöründe geçerli, ana otomotiv üreticileritaraf ndan talep edilen ve standart niteli i ta yan kalitegüvence sistemleri a daki gibidir [11]:

1. ISO 9001:2000 Kalite Güvence Sistemi2. QS 9000 Kalite Güvence Sistemi (Amerika)3. AVSQ Kalite Güvence Sistemi ( talya)4. EAQF Kalite Güvence Sistemi (Fransa)5. VDA Kalite Güvence Sistemi (Almanya)6. ISO/TS 16949 Kalite Güvence Sistemi

Otomotiv ana üretici firmalar ürünlerinin pazarlanmas ndave sat sonras hizmetlerin gerçekle tirilmesinde yetkiliservislere büyük önem vermektedirler. Yetkili servislerdehedeflenen kalite standard n olu mas için bir kurma veyürütme kurallar uygulamaya zorunlu tutmaktad rlar. Buamaçla ana firma kendi içinde kurallar belirleyebilece i gibiuluslar aras bir standard da referans alabilmektedir. ISO9001:2000 KGS bu uluslar aras standartlardan biri olarakyayg n bir ekilde kullan lmaktad r. Burada ISO 9001:2000KGS’nin yetkili servislerdeki uygulamalar na dönük olarakyap lan bir alan ara rmas na yer verilmektedir.

3. Yetkili Servislerde ISO 9001:2000 KGS’yeYönelik Bir Alan Ara rmas

Otomotiv yetkili servisleri farkl kalite yönetim sistemleriniuygulamaktad rlar. Bu farkl k genellikle üretici firman n birstandard zorunlu tutmas nedeniyle olu maktad r. Ancaktüm dünyada oldu u gibi Türkiye’de de ISO 9001:2000KGS en çok uygulanan sistem olarak kar za

kmaktad r. Çal ma ile Türkiye’de ISO 9001:2000KGS’nin otomotiv yetkili servislerindeki etkileride erlendirilmektedir.

2057


3.1. Ara rman n Amac :

Ara rma otomotiv yetkili servislerinde ISO 9001:2000KGS uygulamalar n etkilerini tespit etmeyiamaçlamaktad r. Uygulanan anket ile belgeye sahip

letmelerin belge almaya karar verme süreci, al nmassüreci ve al nd ktan sonraki süreç gibi farkl dönemlerdekidurumlar n belirlenmesi hedeflenmektedir.

3.2. Ara rman n Kapsam ve S rl klar :

Ara rma Türkiye’de faaliyet gösteren farkl markalara aityetkili servisleri kapsamaktad r. Ancak anket uygulamasamaçlar do rultusunda bu yetkili servisler içerisinde ISO9001:2000 KGS belgesine sahip olanlarla s rltutulmu tur. Bilgi almadaki güçlükler de s rlay faktörlerolarak de erlendirilmektedir.

3.3. Ara rmada zlenen Yöntem:

Ara rman n ana hedefi, sat , servis ve yedek parçahizmeti veren otomotiv yetkili servisleridir. Bu sorulardanelde edilen sonuçlarla, sektörün geneli ile ilgili bilgilereula lmas amaçlanmaktad r. Ankette belirtilen sorularirketin finansal ve stratejik bilgileri içermemektedir. Ayn

anda çok say da i letmeye ekonomik ve h zl bir biçimdeula man n en pratik yolunun elektronik posta ile ula makoldu u dü ünülmü tür. Elektronik posta yoluyla da mdaya anan en önemli problem, veri tabanlar na kay tlelektronik posta adreslerinin büyük bir miktar n hatal ,eksik, geçersiz olmas r. Ayr ca e-posta adreslerinin resmiuzant olmad ndan ula lamamas , kullandurdurulmu veya posta al m kapasitesi dolmu hesaplarolmas r. Bu nedenle gönderilen 1000 adet elektronikpostan n sonucunda 670 kadar n uladü ünülmektedir. Cevaplanarak geriye dönen anket sayise 65 (%10)’tir. Bu say analiz yapmak için uygun bir oranolarak de erlendirilmi tir. De erlendirmenin analizindeistatistik hesaplamalar için “SPSS (Statistical Package forSocial Science) for Windows 11.0” paket program ile eldeedilen sonuçlar a da belirtildi i üzere çizelgeler halindegösterilmi tir. Sorulardan elde edilen bulgular n analizindefrekans, ortalama ve standart sapma üzerindende erlendirme yap lm r. Bu de erlendirme ilkesindelikert ölçe ine göre aral klar n da a dagösterilmi tir.

Çizelge 1. Aral k daAral k Anlam1,00-1,80 Hiç1,81-2,60 Çok az2.61-3,40 Orta3,41-4,20 Büyük ölçüde4,21-5,00 Tam

3.4. Anket Verilerinin Analizi ve Bulgular nYorumlanmas

Ara rmaya dâhil edilen 65 adet yetkili servis ISO9001:2000 KGS belgesine sahiptir. Ayn soruya cevapveren yetkili servislerin kendi aralar nda de erlendirmesiyap lm r. Bu i letmelerde uygulanan anketin analizindefrekans da ve toplam da m tekni i kullan larakyorumlamalar yap lm r.

3.4.1. Yetkili Servislerin Yap ile lgili Bulgular

Faaliyete ba lama y llar : Bu soruyu ankete kat lan 65letmeden 62 tanesi cevaplam r. Da m Çizelge 2’de

görülmektedir.

letmeler kurulu y llar bak ndan de erlendirildi inde1996-2000 (%40.5) ve 2001-2005 (%19.3) y llar aras ndayo un bir kurulu döneminin gerçekle ti i ifade edilebilir.Buna göre sektördeki geli imin bir sonucu olarak yetkiliservis i letmelerin kurulu unda da yüksek bir oran nolmas do al bir sonuçtur.

Çizelge 2. Kurulu y llarllar f %

1990 ve öncesi 11 17.71991–1995 11 17.71996–2000 25 40.52001–2005 12 19.32006– 3 4.8Toplam 62 100

Sermaye durumlar : Bu soruyu ankete kat lan 65letmeden 51 tanesi cevaplam r Çizelge 3’de da m

görülmektedir.

Çizelge 3. Sermaye durumlarSermaye aral(YTL)

f %

200.000 – 500.000 19 37.3550.000 – 850.000 17 33.3900.000 – 1.200.000 - -1.300.000 –1.600.000

1 1.9

1.700.000 ve üzeri 14 27.5Toplam 51 100

Yetkili servislerin sermaye yap lar n olu mas nda üreticifirman n beklentileri referans al nmaktad r. Bu nedenle çokfarkl ölçeklerde yetkili servis i letmesi tipleri ilekar la mak mümkündür. Burada a rl k 200.000-850.000aral (%70.6) olarak görülmektedir.

Personelin e itim durumu: Ankete kat lan yetkiliservislerden 61 tanesinin personelinin e itim durumuÇizelge 4’de görülmektedir.

Çizelge 4. Personelin e itim durumuitim durumu f %

lkö retim 576 29.8Ortaö retim 818 42.4Ön lisans 248 12.9Lisans 263 13.6Yüksek lisans 26 1.3Toplam 61 100

Yetkili servislerde çal an personelin önemli bir k sm nilkö retim mezunu (%29.8) oldu u görünmektedir. Ancakortaö retim mezunlar (%42.4) en fazla istihdam edilengruptur. Üniversite mezunu olanlar ise %27.8 gibi önemlibir paya sahiptir.

2058


3.4.2. Yetkili Servislerdeki ISO 9001:2000 KGS Belgesiile lgili Bulgular

KGS belgesini alma y llar : Yetkili servislerin KGSbelgesini hangi y llarda ald klar Çizelge 5’te görülmektedir.Yetkili servisler özellikle 2001-2005 y llar aras nda KGSbelgesine sahip olmada önemli bir oranda (%60.3) artgerçekle tirmi tir. Bunda 2000 y nda yap lan revizyonunetkisinin varl ndan söz edilebilir. Bu durum 2006 vesonras y llarda da (%29.4) devam etmi tir.

Çizelge 5. KGS belgesi alma y llarllar f %

1996–2000 6 10.32001–2005 35 60.32006– 17 29.4Toplam 58 100

KGS’den memnuniyet durumu: KGS belgesine sahipolduktan sonraki süreçte memnuniyet durumu ile ilgilidurum Çizelge 6’da görülmektedir.

Çizelge 6. Memnuniyet durumuDurum f %Evet, memnunum 60 92.4Gereksiz bürokrasi vedokümantasyon oldu 5 7.6

Hay r, memnunde ilim. - -

Toplam 65 100

Yetkili servislerin %92.4’ü KGS uygulamas ndan memnunoldu unu, bu u urda yap lan masraf ve özverinin yerindeoldu u belirtilmi tir. %7.6’l k bir bölüm ise ayn

belgelendirme için gereksiz bürokrasi ve dokümantasyonoldu unu belirtmi tir. Memnuniyet durumunun oldukçayüksek bir oranda olmas yap lan çal malar ile elde edilensonuçlar bak ndan önemli bir göstergedir. KGSbelgesinden memnun olmayan yetkili servis isegörülmemektedir.

KGS belgesi alma sürecinde hizmet alma durumu:Yetkili servislerin belgelendirme sürecinde hizmet ald klarkurum/kurulu larla ilgili da m Çizelge 7’de görülmektedir.

Çizelge 7. Hizmet alma durumuKurulu f %TSE 13 20Üniversite 8 12.3Dan manl k firmas 26 40Ana firma 13 20Çe itli vak f-dernek 4 6.2Di er 1 1.5Toplam 65 100

Yetkili servisler belge alma sürecinde daha çokdan manl k firmalar (%40) tercih etmektedirler. TSE veana firma ise %20 gibi bir orana sahiptir. Üniversitelerdenyard m alma ise daha dü ük bir oranda (%12.3) tercihedilmektedir.

KGS belgesine sahip olunmas nda etkili olan faktörler:Yetkili servislerin KGS belgesine sahip olmalar nda etkiliolan faktörlere ait ortalama ve standart sapmalar Çizelge8’de görülmektedir.

Çizelge 8. KGS belgesine sahip olmada etkili faktörlerFaktörler f X ssMü teri memnuniyetini artt rmak 65 4.67 0.61Hizmet kalitesinin artaca dü üncesi 65 4.52 0.58Rakiplerimizle aram zda bir fark yaratmak iste i 65 4.49 0.73

süreçlerini iyile tirmek 65 4.40 0.63Kurumsalla ma 65 4.36 0.69Uygun ve standart kalitede servis imkân sa lamak 65 4.33 0.79Sektördeki lider i letmelerden biri olmam z 65 4.30 0.80Etkin bir kalite sistemi kurmak 65 4.27 0.76Pazar pay artt rmak 65 4.24 0.91Üretici Firma iste i 65 4.20 1.25Operasyonlarda standartla may art rmak 65 4.20 0.79Tepe yönetimin iste i 65 4.06 1.10Maliyetleri dü ürmek 65 4.00 1.04TKY uygulamas na geçmek 65 3.98 1.08Genel faydan n yan s ra en iyi reklâm arac olmas 65 3.78 1.28Çal anlar n motivasyonu ve i tatmininde art 65 3.78 1.06Sektördeki lider i letmeler bu belgeye sahip olmas 65 3.26 1.37Potansiyel hedef mü terinin belge talebi 65 3.24 1.41

Çizelge 8 incelendi inde, faktörlerin tamam na yak ntam ve büyük ölçüde öneme sahip olduklar görülmektedir.Sadece lider i letmelerin belgeye sahip olmas ve hedefmü terinin belge talebi faktörleri orta düzeyde faktörlerolarak görülmektedir. En etkili faktör olarak mü terimemnuniyetini art rmak ifade edilmi tir. Bu da ikinci yüksek

ortalamaya sahip hizmet kalitesini artt rmak ilemümkündür. Bu amaçlarla belge ile hedeflereula labilece i dü ünülmü tür

2059


KGS belge al nda ya anan güçlükler: Yetkiliservislerin KGS belgesi al nda kar la klar güçlüklerÇizelge 9’da görülmektedir.

Belgelendirme sürecinde ya anan güçlükler in içerisindeen önemli güçlük, “i ile ilgili e itim yetersizli i” olarakgörülmektedir. Bu güçlük yetkili servisin di er zamanlardada ideal verimde çal abilmesi için a lmas gereken birfaktördür. Güçlüklerin tamam n orta düzeydegerçekle mi olmas ise a lmas bak ndan önemli birveri olarak de erlendirilebilir.

Çizelge 9. KGS belgesi al ndaki güçlüklerGüçlükler f X ssKGS ile ilgili e itim yetersizli i 65 3.27 1.49Çal anlar n KGS’yibenimsememesi 65 3.01 1.43

Çal malar için ayr lacakgücü yetersizli i 65 3.01 1.24

Standard n anla lamamasveya yanl yorumlanmas 65 2.98 1.41

Çal anlar n yetki vesorumluluk s rlarbilmemesi

65 2.83 1.38

Maliyet yüksekli i 65 2.69 1.22Yönetimin KGS’yibenimsememesi 65 2.49 1.35

Teknolojik güçlükler(Kalibrasyon, yetersizekipman, vb.)

65 2.24 1.25

Amaçlanan faktörlere ula ma durumu: Çizelge 10’dayetkili servislerin belgelendirme sonucunda hedeflediklerifaktörlerle ilgili ortalama ve standart sapma de erlerigörülmektedir.

Çizelge 10. Amaçlara ula ma durumuFaktörler f X ssHizmet kalitesi 65 4.16 0.89Ana fabrikayla ili kiler 65 4.16 1.03Mü teri memnuniyetindeart 65 4.13 0.88

Servis yönetimi verimlili i 65 4.00 0.91Bak m performans 65 3.98 0.89

letmemizin kalite itibar artt 65 3.98 0.97letme verimlili in art 65 3.93 0.89

Tamir, bak m verimi 65 3.89 0.95Personel aras ndaki ileti im 65 3.84 1.01Hizmet al nan i letmelerleili kilerin geli mesi 65 3.81 1.11

Kapasite kullan m art 65 3.67 1.00letmemizin karl artt 65 3.52 1.10letme maliyetlerinde dü 65 3.20 1.13

KGS belgesi ile amaçlanan faktörlere ula ma düzeylerinde“hizmet kalitesi”, “ana fabrikayla ili kiler”, “mü terimemnuniyetinde art ” ve “yönetimin verimlili i” en yüksekdüzeyde ula lanlar olarak öne ç kmaktad r. Genelde isefaktörlerin orta ve büyük ölçüde düzeyinde gerçekle mesihedeflerin istenen düzeyde gerçekle ti inin göstergesiolarak de erlendirilebilir. Belgelendirme i leminden sonramevcut kapasitenin etkin kullan ile giderlerin azaldsöylenebilir.

4. Sonuç ve De erlendirme

Kalitede en temel hedef, muhtemel hatalar dahakayna nda iken tespit etmek ve mü teriye ula masengellemektir. Bu anlay n yerle mesi yönetimin liderli ineve personelin kat na ba r. ISO 9001:2000 KGSbunu sistematik hale getirerek, hatalar en aza indirmeyiamaçlamaktad r. Çal ma ile elde edilen bulgularla ilgilisonuç ve de erlendirmeler a ya ç kart lm r.

1. Yetkili servislerin en fazla kurulduklar y llar, 1996-2005(%59,8) aras r. Sektörün geli iminin h zland y llarolan bu dönemde yetkili servis say lar n da artmasdo al bir sonuçtur.

2. Yetkili servislerin kurulumunda büyüklü ü, kuruldu uyer, ana üretici-da , mü teri potansiyeli, gibifaktörlere ba olarak farkl miktarlarda sermayeyeihtiyaç duyulmaktad r. Ancak en dü ük miktar bile ortaölçekte bir KOB kadar sermayeye ihtiyaç oldu unugöstermektedir.

3. Yetkili servislerde a rl kl olarak (%72,2) ilkö retim veortaö retim mezunlar istihdam edilmektedir. Ancakönemli bir oranda da (%27,8) önlisans ve üzeridereceye sahip üniversite mezunlar istihdamedilmektedir.

4. Yetkili servislerde 2001-2005 y llar aras nda yüksek biroranda KGS belgesi al gerçekle mi tir. Yeni revizeedilmi haliyle yetkili servislerin bu y llarda belgeal nda daha istekli davrand klarde erlendirilmektedir.

5. Yetkili servislerin büyük ço unlu unun (%92,8) KGSbelgesinden memnuniyetini ifade etmesi, faydalarkurum içinde görmeleri aç ndan önemli birgöstergedir.

6. Yetkili servislerin KGS belgesi al s ras nda hizmetald klar kurumlar aras nda dengeli bir da mgörülmektedir. Ancak daha çok özel dan manl kfirmalar , TSE ve ana firmadan yard m ald klarbelirlenmi tir.

7. Yetkili servislerin KGS belgesine sahip olmada mü terimemnuniyeti, hizmet kalitesinin artmas , rakiplere karfark olu turma iste i gibi faktörler öncelikle hedeflenenfaktörler olarak dikkat çekmektedir. Ancak genel olarakbirçok faktörü hedefledikleri gözlemlenmektedir.

8. Yetkili servislerin belgelendirme çal malar s ras ndaçal anlar n belgelendirme i lemini benimsememesi ve

itim yetersizlikleri dikkat çekmektedir. Di er taraftanstandartlar n anla lamamas , i gücü yetersizli i,maliyet gibi faktörlerde dikkate de er ölçülerdegüçlükler olarak kar la lmaktad r.

9. KGS belgesine sahip olduktan sonra hizmet kalitesi,ana fabrikayla ili kiler, mü teri memnuniyeti ve servisverimlili i gibi yetkili servisler için önemli olan önemliolan ölçütlerde iyile meler dikkat çekmektedir. KGSbelgelendirme i lemi ile hedeflenen ölçütlerde önemliiyile melerin oldu u ifade edilebilir.

ISO 9001:2000 KGS belgesinin üretim ve pazarlamaletmelerinde al nan olumlu sonuçlar na benzerlerinin

yetkili servislerde de al nd görülmektedir. süreçlerinitan mlama, servislerde verimlili i art rma, personelin görevalanlar belirleme ve mü teri memnuniyeti gibi temelhedeflerde iyile melerin gözlemlenmesi, belgeningeçerlili i aç ndan önemli bir sonuçtur.

2060


Kaynaklar

[1] Yurdakul, M. ve ç, Y. T., Türk Otomotiv Firmalar nPerformans Ölçümü ve Analizine Yönelik TopsisYöntemini Kullanan Bir Örnek Çal ma, Gazi Üniv.Mühendislik Mimarl k Fakültesi Dergisi, Cilt:18, No:1,1-18, 2003.

[2] Devlet Planlama Te kilat 8. Kalk nma Plan , KarayoluTa tlar malat Sanayi Özel htisas KomisyonuRaporu, Ankara, 2001.

[3] Sar soy, E., Otomotiv Sektörü Sat SonrasHizmetlerde Kurumsal Kaynak Planlama, Y ld z TeknikÜniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Yay mlanmamYüksek Lisans Tezi, stanbul, 2004.

[4] http://www.osd.org.tr/2007dunyavetrkyepark.pdf[5] http://www.osd.org.tr/2007yilidegerlendirme.pdf[6] Güne , A., Otomotiv Sektöründe Sat Sonras

Hizmetler ve Ak Üzerine Bir Ara rma, GaziÜniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yay mlanmamYüksek Lisans Tezi, Ankara, 2006.

[7] Ford Sat Sonras Saha Operasyonlar , Örnek BayiOrganizasyon Yap ve Görev Tan mlar , FordOtosan, 2005.

[8] Ford Sat Sonras Saha Operasyonlar , ”Bayi GenelYönetimi”, Ford Otosan, 2005.

[9] Ertan, A. A., Otomotiv Sektöründe Yetkili TeknikServis Elemanlar n nteraktif Servis letim Sistemi

S) Yard ile E itimi, Kocaeli Üniversitesi FenBilimleri Enstitüsü Yay mlanmam Yüksek LisansTezi, Kocaeli, 2006.

[10] Cinemre, Ç., “Servis Yönetimi”, Panel Matbaac k,164, stanbul, 2003.

[11] Özgök, H., Otomotiv Sektöründe Kalite GüvenceSistemleri ve Sistem Denetimi Uygulamas , SakaryaÜniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Yay mlanmamYüksek Lisans Tezi, Sakarya, 2001.

2061

http://www.osd.org.tr/2007dunyavetrkyepark.pdf

http://www.osd.org.tr/2007yilidegerlendirme.pdf



ZEL MOTORLARINDA AZOT OKS TLER N OLU UMU VE KONTROLYÖNTEMLER

NOX FORMATION IN DIESEL ENGINES AND CONTROL METHODSCumali LKILIÇ a*, Rasim BEHÇET b, Selman AYDIN b ve Hüseyin AYDIN b

a rat Üniversitesi, Elaz , Türkiye, E-posta: [email protected] Batman Üniversitesi, Batman, Türkiye,

E-posta: [email protected], [email protected], [email protected]

Özet

Petrol kökenli yak tlar n yanma reaksiyonun sebep oldu uçevre sorunlar do al kaynaklar ve canl ya am tehditetmektedir. Bu yanma ürünlerinden NOx (Azot Oksit)küresel iklim de ikli inin en önemli nedenlerinden biridir.çten yanmal motorlarda NOx olu mas için yanma

odas ndaki s cakl n 1800 °C ve üzerinde olmas gerekir.Bu s cakl kta, yanma odas ndaki kar n içinde bulunanazot ve oksijen kimyasal olarak birle ir ve NOxemisyonlar olu turur. Bu çal mada dizel motorlar ndakaynaklanan ve çevre ile canl lar n sa üzerindeolumsuz etkileri olan NOx emisyonlar n kontrol alt naal narak azalt lmas için yanmadan önce, yanma s ras ndave yanmadan sonra al nabilecek önlemler ele al narakincelenmi tir.

Anahtar kelimeler: NOx, Emisyon, çten yanmal motor,Kirlilik.

Abstract

The environmental problems caused by the combustionreaction of petroleum based fuels threaten the naturalresources and living. One of the most important andcausing climate changes is NOx emissions. NOx emissionformation is initiated at the temperatures above 1800 C ininternal combustion engines. Above this temperature thenitrogen molecules chemically reacts with oxygenmolecules results in NOx formation. In this study, thereasons for NOx formation in diesel engines, the in-cylinder and out-cylinder precautions those should betaken to reduce and controlling NOx formation arepresented.

Keywords: NOx, Emissions, Internal combustion engines,Pollution.

1. Giri

çten yanmal motorlarda fosil kaynakl yak tlar n akullan sonucu atmosferdeki ta t kaynakl hava kirlili igünümüzde insan sa ve çevre bak ndan tehlikeliboyutlara ula r. Ülkemizde oldu u gibi yolcu ve yükta mac n büyük bir bölümünün kara yolu ta tlar ileyap ld ülkelerde bu durum ayr bir önem arz etmektedir.Yolcu ve yük ta mac nda kullan lan ta tlar n büyükço unlu unda dizel motorlar kullan lmaktad r. Bu yüzdendizel motorlar ndan kaynaklanan emisyonlar n azalt lmasgerekmektedir. Dizel motorlar ndan kaynaklanan en önemliiki emisyon; partikül madde (PM) ve azot oksit (NOx)emisyonlar r[3].

NOX, de ik miktarlarda azot ve oksijen içeren fazlacareaktif bir gazd r. Hava yak t kar içindeki NOX, yanmaodas s cakl yakla k 1800 °C ye yükseldi inde azot (N2)ve oksijen (O2) nin birle mesiyle olu ur. E er s cakl k 1800°C’nin üstüne yükselmez ise, N2 ve O2, NO gazmeydana getirmeden egzoz sisteminden d ar at r. Azotve oksijen gazlar n de ik moleküllerinin birle mesi ileNO, NO2, N2O, N2O3 vb. gibi çe itli gazlar ortaya ç kar kibunlar n hepsine birden “Azot oksitler” denir ve NOx olarakifade edilir[2].

Azot oksitler kandaki hemoglobinle birle mektedir.Akci erdeki nemle birle erek nitrik asit olu tururlar.Zamanla birikerek solunum yolu hastal klar bulunan ki ileriçin tehlike olu tururlar[11]. Ayr ca NOx’ler aeresol ve fotokimyasal duman olu umu ile ozon tabakas n tahribine yolaçarlar[10].

Dizel motorlar n hava fazlal ile çal malar benzinmotorlar na göre NOx olu turma potansiyelleriniartt rmaktad r. Benzin motorlar ndan atmosfere at lan birton egzoz gaz n yakla k 18,42 kg' NOx iken, dizelmotorlar nda bu miktar yakla k 123,71 kg'aula maktad r[12].

Bu amaçlarla bu ara rmada dizel motorlar ndankaynaklanan NOx emisyonlar n olu umu ve buemisyonlar n kontrol yöntemleri üzerinde durulmu tur.

2. Azot Oksitlerin Olu um Mekanizmalar

Genelde stokiyometrik orana yak n hava yak tkar mlar nda yanma s ras nda NO olu ur. NO olu umunuart ran parametreler gaz s cakl ve oksijenkonsantrasyonudur. çten yanmal motorlarda yanmaodas ndaki s cakl k 1800 C’nin üzerine ç kt nda, havaiçerisindeki azot ve oksijen kimyasal olarak birle erek, azotoksit denilen, insan sa na ve çevreye zararl bir gazhaline dönü ür. Stokiyometrik kar n bir miktar fakirtaraf nda NO olu umu maksimum iken, kar m zenginle ipfakirle tikçe NO miktar da azal r[1].

Yanma olaylar nda olu an azot monoksit için Zeldovichmekanizmas na göre O2 2O olu unca zincir te kil edenserbest radikallerden NO do maktad r.

O + N2 NO + N (1)

N + O2 NO + O (2)Bu arada alevin son yanma bölgesinde NO te ekkülüba lamadan önce esas yanma reaksiyonlar n dengeyeula kabul edilir. Yukar daki mekanizma AFR’nin (Hava-

2062

mailto:cilkilic:@firat.edu.tr

mailto:rbehcet:@dicle.edu.tr

mailto:saydin72:@hotmail.com

mailto:h-aydin:@dicle.edu.tr

lk ç, C., Behçet, R., Ayd n, S. ve Ayd n, H.

Yak t Oran ) 0,8’den büyük olan zenginlikte veya fakirkar mlar için geçerlidir. AFR 0,8 ise ilave olarak;

N + OH NO + H (3)

reaksiyonu önem kazanmaktad r[5].

NO olu umunun en kritik safhalar ilk yanma ba lang vemaksimum silindir bas nc n olu tu u durumlard r. Olu anilk alev cephesi silindir bas nc yükseltmesi ve dolays yla

cakl yükseltmesi bak ndan oldukça önemlidir.Maksimum silindir bas nc ndan hemen sonra silindiriçindeki s cakl k hacim geni lemesi sonucu dü meyeba lar. Silindir içindeki bas nc n ve s cakl n dü mesi NO(Azot monoksit) olu um reaksiyonlar n durmas na nedenolmaktad r. Bu a amadan sonra NO tekrar geri parçalan r,N2 ve O2 NO gaz meydana getirmeden egzozsisteminden d ar at r[2].

Bu olay dizel motorlar nda benzinli motorlara nazaran dahazl geli mektedir.

3. Azot Oksitlerin Olu umunun Kontrolü

3.1. Yak n kalitesi

ekil 1. Setan Say n NOx’e Etkisi [3].

Dizel yak nda en önemli özellik setan say r. Setansay yak n dizel motorunda s rma sonucu nanhavan n içinde kendi kendine tutu ma özelli ini belirleyenbir say r. ekil 1’de Setan say n NOx’e Etkisigörülmektedir. Setan say n fazla olmas tutu magecikmesi periyodunu azaltmakta ve yanma odas ndabiriken yak n ani yanmas ile olu an h zl bas nç artönlemektedir. Yak t daha erken tutu arak yanmayaba layacakt r. Fakat bu s rada s rma devam etti i içinsilindir içi s cakl k ve buna ba olarak NOx olu umuartacakt r. Bu yüzden yanma ba lamadan önce daha azyak t püskürtülmelidir. Böylece üst ölü nokta (ÜÖN)civar nda yanan yak t miktar azalaca ndan maksimumyanma s cakl dü ecektir[3].

3.2. Yak t Püskürtme Sistemi

Yak t Püskürtme sisteminin özellikleri hava ile yak nkar mas ve yanmas na etkir. Çal ma artlar nda alevinolu umu ve yay lmas , yak n atomizasyonu ve yak tda , Püskürtme sistemi özelliklerinden etkilenir.

Tutu ma gecikmesi süresince püskürtülen yak nazalt lmas NOx emisyonlar azalt r. Bunun için enjektördelik çap küçültülerek, püskürtme süresi uzat lmakta vepilot yak t miktar azalt lmaktad r. Bu durumda yak t ilehava daha iyi kar aca ndan kullan lan hava miktar artar

ve alev daha geni bölgeye yay r. Sonuçta NOxemisyonlar nda art görülür. Püskürtülen yak t miktar nazalt lmas ile NOx emisyonlar nda elde edilen azalma bunedenden dolay dengelenecek ve NOx emisyonlar nda birde im gözükmeyecektir. Bunun için püskürtme bas ncartt larak ve setan say daha fazla olan yak tkullan larak, tutu ma gecikmesi k salt lmal r. Yak nkademeli püskürtülmesi üzerine yap lan çal malarda ilkkademede püskürtülecek olan yak t miktar n önemiüzerinde durulmu tur. Yak n iki kademede püskürtülmesiile PM emisyonlar nda önemli art olmadan NOxazalt laca belirtilmi tir[3].

3.3. EGR (Egzoz Gaz Resirkülasyonu) Sistemi

Yanma s ras nda olu an NOX miktar büyük ölçüdecakl a ba r. Yanma odas içindeki kar n egzoz

gazlar ile seyreltilmesi sonucu yanma sonu s cakl klar ,dolay yla üretilen NOx miktar azalmaktad r. EGR direkpüskürtmeli dizel motorlar nda yak t ekonomisinikötüle tirmeden NOx emisyonlar azaltman n en iyiyollar ndan birisidir. Uzun zamand r hafif hizmet tipidizellerde ba ar ile kullan lmas na kar k, orta ve a rhizmet tipi dizellerde motorun a nt artt rd ndandolay baz sorunlar aç a ç kmaktad r.

Yanm gazlar n s cakl maksimum iken NOx olu maihtimali de artar. Bu maksimum s cakl k, yanma ba langve maksimum silindir bas nc olu mas ndan hemen sonraolu maktad r. Erken yanmaya ba layan kar n s cakl ,piston s rmaya devam etti i için yükselecektir.Dolay yla NOx olu um h da artacakt r [4].

Motorlarda NOx, son alev cephesindeki s cak gazlardaolu ur. NOx’ in ba lang çtaki olu um h k smen s cakl aba r. Oksijen yo unlu unun yüksek olmas da NOxolu um h artt r. EGR ile silindir içindeki oksijenin bir

sm n yerini at k karbondioksit (CO2) ve su (H2O)alaca ndan lokal oksijen yo unlu u azalacakt r. Bu durumyak t ve oksijen moleküllerinin bulu up reaksiyona girmeihtimalini azalt r. Buna ba olarak reaksiyon h ve lokalalev s cakl dü erek, NOx olu umu azalacakt r [4].

EGR oran na ba olarak NOx emisyonlar n de imiüzerine yap lan bir çal mada, standart de erler ile %10 ve%20 EGR uyguland durumdaki de erler aras nda,

ras yla yakla k olarak ortalama %35 ve % 75’lik birazalma oldu u tespit edilmi tir. %30 EGR durumunda iseemisyon ölçüm cihaz nda azot oksit emisyonlar s r olarakölçülmü tür. Bunun nedeninin ise; egzoz gazlar yanmasonucu aç a ç kan n bir k sm absorbe ettiklerindendolay yanma odas ndaki maksimum s cakl k dü mektedolay yla azot oksit emisyonlar da azalmaktad r eklindeaç klanm r. Ayr ca yanma h n dü mesi maksimum

n aç a ç kt noktay geciktirdi inden maksimumsilindir s cakl azalmakta ve buna ba olarak NOxemisyonlar n dü tü ü vurgulanm r. Yüksek EGRoranlar nda yanma h n çok dü mesi ve yüksekdevirlerde ( ekil 2)avans n yetmemesi sonucu yanmaartlar n kötüle mesini azot oksit emisyonlar

dü ürdü ü vurgulanm r [1].

2063


0

50

100

150

200

250

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500Motor Devri (dev./dak.)

Nox

(ppm

)Standart%10 EGR%20 EGR

ekil 2. Motor devir say na ba olarak farkl EGRoranlar nda azot oksit emisyonu de imleri[1]

3.4 Kar m çindeki Oksijen Konsantrasyonu

Oksijen konsantrasyonun artt lmas NOx emisyonlarartt rmaktad r. Oksijen konsantrasyonunun artt lmastutu ma gecikmesini k salt r. Bu durum püskürtmeavans n azalt lmas na imkân sa lar. Avans n azalt lmasile NOx emisyonlar azal r. Avans n 12 'den 6 'ye al nmasve oksijen konsantrasyonunun %21'den %23'e ç kar lmasile NOx emisyonlar artt lmadan partikül emisyonlariyile tirilmektedir[14].

3.5 Püskürtme Zaman Ve Püskürtme Bas nc n Etkisi

Di er parametreler sabit kabul edilirse, direk püskürtmelibir dizel motorunda püskürtme ba lang n bir miktar öneal nmas tutu ma gecikmesini artt raca ndan bu safhadasilindirlere daha fazla yak t püskürtülecektir. Tutu ma ilebirlikte dizel motoru yanma süreçlerinden biri olan aniyanma periyodunda birim krank derecesi ba na dü enbas nç de imi (dp/d ) a derecede artaca ndançevrimin maksimum s cakl ve bas nc da yükselecektir.Buna ba olarak NOx emisyonlar nda bir art olacakt r[3]. ekil 3’te püskürtme avans na ba olarak NOxemisyonlar n de imi görülmektedir.

ekil 3. Püskürtme Avans n NOX emisyonuna etkisi [15].

Püskürtme avans n azalt lmas NOx emisyonlarazaltarak, is olu umunu artt r. Bu durum püskürtmebas nc n artt lmas gerektirir. Dolay yla malzeme

dayan ve yak t sisteminin fiyat n artmas gibi sorunlarortaya ç kacakt r. Avans n azalt lmas silindir içi maksimumbas nc dü ürür, fakat yanmam yak t miktarartaca ndan, yak t tüketimi kötüle mektedir. Ayr caavans n a azalt lmas hafif yüklerde teklemeye sebepolmaktad r Normal çal ma artlar nda püskürtmeavans n ÜÖN’ dan 10 -15 önce olmas durumundatutu ma gecikmesi minimumdur. Bu yüzden uygunpüskürtme avans bu iki nokta aras nda olmal r [15].

Enjektörler yak silindirlere yüksek bas nçta atomizehalde püskürten yak t sistemi elemanlar r. Enjektörpüskürtme bas nc na ba olarak püskürtülen yak ttaneciklerinin çap de mektedir. Püskürtme bas ncartt kça yak n enjektörden ç h da artar ve tanecikçap küçülür. Çap da m aral daral r, daha üniformtanecikler olu ur. Küçük taneciklerin ataleti daha dü ükoldu undan nüfuz mesafeleri daha k sad r. Bununsonucunda tutu ma gecikmesi k salaca ndan NOxolu umu azalacakt r[7].

3.6 E de erlik Oran n Etkisi

Dizel motorlar nda silindir içerisinde s rdan sonsuza kadarde en de erlerde hava yak t oranlar mevcuttur.Dolay yla önemli olan püskürtülen yak t miktar de ilyanma öncesi buharla an yak t miktar r [7].

Dizel motorlar nda güç ayar motora emilen havan n içinepüskürtülen yak t miktar n de tirilmesi ile yap r. Motorgücü azalt lmak isteniyorsa, püskürtülen yak t miktarazalt r. Böylece kar m oran yük durumuna görede tirilmektedir ve motor genelde fakir kar m ileçal maktad r. Emisyonlar bak ndan ana sorun is ve NOxüretiminden kaynaklanmaktad r. NOx emisyonlar artanyüke ba olarak art gösteren s cakl klar nedeniyleartmaktad r. NOx olu umu, e de erlik oran 0,9 ile 1,0aras nda iken maksimum olur [2].

150017001900210023002500270029003100

33003500

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

de erlik Oran

NO

x (p

pm)

NOx

ekil 4. E de erlik Oran na Ba Olarak NOxKonsantrasyonu [2].

ekil 4’te e de erlik oran n NOx konsantrasyonuna etkisigörülmektedir. E de erlik oran artt kça a r yüklerdemaksimum bas nc n dolay yla maksimum s cakl nartmas kar n daha geni bir bölgede stokiyometrikorana yak n bir de erde yanmas sa lar. Bu durumdaNOx olu umu artacakt r. E de erlik oran n azalt lmas ile

2064


NOx emisyonlar azal r. Fakat dizel motorlar nda yak ndüzgün püskürtülememesinden dolay bu azal fazlade ildir [2].

3.7. Dolgu S cakl ve Bas nc n Etkisi

ekilde dolgu bas nç ve s cakl n NOx ve isemisyonlar na etkisi görülmektedir. Dü ük dolgu s caklve bas nc nda NOx ve is emisyonlar da dü üktür. Dolgubas nç ve s cakl n artt lmas tutu ma gecikmesini

salt r. Yak n püskürtülmesi s ras nda silindir içicakl n daha fazla olmas na dolay yla NOx

emisyonlar n artmas na sebep olur. Dolgu havas nso utulmas NOx emisyonlar n azalt lmas sa lar.Dolgu bas nc n artt lmas ile NOx’ler önce artar, dahasonra dü er.

20

21

22

23

24

25

26

27

28

290 300 310 320 330 340 350

Emme Manifoldu S cakl (K)

NOx

- g/h

ekil 5a. Dolgu S cakl n NOx’lere Etkisi [16].

18

19

20

21

22

23

24

25

1,1 1,3 1,5 1,7

Emme Manifoldu Bas nc (bar)

NO

x g

/h

ekil 5b. Dolgu Bas nc n NOx’lere Etkisi [16].

Dolgu bas nc n artt lmas ile NOx olu umunu artt ranfaktörler; lokal oksijen ve azot miktar n ve yak t spreyinin

r tabakalar ndaki da n artmas r. Bu etki alevalan artt rarak birim zamanda yanan kütle miktarartt r. Dolay yla NOx olu umu artar. Di er yandan dolumbas nc n artt larak s cakl n azalt lmas ve yo unlu ufazla olan hava içinde yak t spreyinin da lmas nazalt lmas , yak t spreyinin kar ndaki lokal hava yak toranlar azaltaca ndan NOx olu umu azalt lm olur [16].

3.8. Yanma Odas ndaki Türbülans n Etkisi

Türbülans oran n de tirilmesi yak n buharla mas nave hava yak t kar m i lemine etkir. Türbülans ile motorunilk çal mas s ras nda yüksek buharla ma ve kar m eldeedildi inden bu etki daha önemlidir [18].

Türbülans oran n azalt lmas ile yak t ve havan nkar mas için gerekli zaman artt lm olur. Böylece yak tdamlac klar n etraf ndaki oksijen konsantrasyonu azal r.Sonuçta yanma s cakl a yükselmez. Ancak l verimkötüle ir[19]. ekil 6’de türbülans oran n NOx’lere etkisigörülmektedir. Dolgu hareketinin azalt lmas püskürtülenyak n hava ile kar mas azalt r. Yanan kar mbölgesindeki yanmam kar m miktar artt r. SonuçtaNOx emisyonlar azalacakt r. [20].

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

0,2 0,4 0,6 0,8

Türbülans Oran

NOx

(ppm

)

ekil 6. Türbülans Oran n NOx’lere Etkisi [17].

3.9 S rma Oran n Etkisi

Bu de ken tutu ma gecikmesini kontrol eder. Direkpüskürtmeli dizel motorlar nda NO olu umuna etkiyenönemli faktörlerden biridir. ekil 7 de 1400 devir/dakika'da15:1-27:1 aral nda de en s rma oran n, NOemisyonlar na etkisi görülmektedir.

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

13 15 17 19 21 23 25 27

rma Oran

NO

(ppm

)

ekil 7. S rma Oran De iminin NOEmisyonlar na Etkisi [21].

Püskürtme avans n sabit kalmas art yla, s rmaoran n azalt lmas tutu ma gecikmesini uzatacakt r.Dolay yla bu süre boyunca püskürtülen yak t miktarartaca ndan silindir içi maksimum s cakl k yükselecek vebuna ba olarak NO olu umu artacakt r. S rmaoran n artt lmas ile tutu ma gecikmesi k salaca ndan

2065


NO olu umu azalacakt r. Fakat sürtünme i i artaca ndançevrim verimi kötüle ecektir [21].

4.Sonuç ve Öneriler

Dizel motorlar nda NOx emisyonlar n azalt lmas ndakullan lan yöntemlerden sadece EGR uygulamas ile NOxemisyonlar nda %75’lik bir azalma elde edilmektedir. NOxemisyonlar n azalt lmas nda kullan lan mevcut yöntemleryak t ekonomisi, yanmam hidrokarbonlar ve partikülmadde emisyonlar gibi di er parametrelerikötüle tirebilmektedir. Bu sebeple NOx kontrolyöntemlerinin birkaç beraber kullan larak hem NOxemisyonlar hem de di er parametreler optimizeedilmelidir.

Kaynaklar

[1] Ha imo lu,C., çingür,Y., Ö üt, H., Dizel motorlar ndaEgzoz Gazlar Resirkülasyonunun (EGR) Motorperformans ve Egzoz gazlar na Etkisinin DeneyselAnalizi, Tübitak dergisi, s. 127-135, 2002.

[2] Heywood, J.B., , Internal Combustion EngineFundamentals, McGraw-Hill Publishing Company,NewYork, s.586-592, 1988.

[3] Ha imo lu,C., çingür,Y., Dizel Motorlar nda AzotOksit Kontrol (NOx) Yöntemleri, Selçuk-Teknik OnlineDergisi.

[4] çingür, Y., Salman, M.S., çten Yanmal MotorlardanKaynaklanan Emisyonlar ve Kontrol Yöntemleri, 2.Ulusal Yanma ve Hava Kirlili i Sempozyumu Sayfa:115-130, Anadolu Üniversitesi, Eski ehir, 27-29 Eylül1993.

[5] Borat, O., Balc M., ve Sürmen, A., Hava kirlenmesive Kontrol Tekni i, Teknik E itim Vakf Yay nlar -3,Ankara, 25,1994.

[6] Bilginpek, H., Dizel Motorlar , THK Bas mevi, 1989,Ankara.

[7] Borat, O., Balc , M., Sürmen, A., çten YanmalMotorlar, DAYM Matbaas , Cilt 1, Ankara, 1992.

[8] çingür, Y., Çelikten, ., Salman, M.S., Koca, A., DizelMotorlar nda Servis Ko ullar ndan KaynaklananEmisyonlar n Deneysel Olarak ncelenmesi, 3.Yanma ve Hava Kirlili i Sempozyumu, Sayfa: 156-167, 11-13 Eylül 1995, ODTÜ Çevre Müh., Ankara.

[9] çingür, Y., Balc , M., Çelikten, ., Dizel Motorlar ndaletme Parametrelerinin Motor Performans ve

Egzoz Emisyonlar na Etkisinin Deneysel Olarakncelenmesi, 1. Ulusal Ula m Sempozyumu Sayfa:

521-530, 6-7 May s 1996, stanbul.[10] Kaytako lu, S., Var, F., ve Öcal, S. E., Motorlu

Ta tlardan Kaynaklanan Kirlilik ve GiderilmeYöntemleri , Yanma ve Hava Kirlili i Kontrolü 3.Ulusal Sempozyumu, Ankara, 143-155, 1995.

[11] Ergeneman , M., Arslan, H., ve Mutlu, M., Ta tEgzozundan Kaynaklanan Kirleticiler, Kutlar,O.A.(editör), Birsen Yay nevi, stanbul, 4-8, 1998.

[12] Saraço lu, S., Borat, O., Gönülata, B., HavaKirlenmesi ve Kontrol Tekni i, Marmara BölgesindeÇevre Kirlenmesi Semineri, stanbul Ticaret OdasSeminerler Dizisi No:1, A ao lu Kitabevi, stanbul,27-30 Eylül 1977.

[13] çingür, Y., Salman, M.S., çten Yanmal MotorlardanKaynaklanan Emisyonlar ve Kontrol Yöntemleri, 2.Ulusal Yanma ve Hava Kirlili i Sempozyumu Sayfa:

115-130, Anadolu Üniversitesi, Eski ehir, 27-29 Eylül1993.

[14] Lida, N., Sato, G.T., Temperature and Mixing Effectson NOX and Particulate, SAE Paper No: 880424,1988.

[15] Andreews, G., NOx Formation and Control in DieselEngines, A Short Course on Diesel Particulates andNOx Emissions, University of Leeds, 3-7 April 1995,Leeds, U.K.

[16] Herzog, P.L., Bürgler, L., Winklhofer, E., Zelenka, P.,Cartellieri, W., NOx Reduction Strategies for DI DieselEngines, SAE Paper No: 920470, 1992.

[17] Schafer, F., Basshuysen, R. V., Reduced Emissionsand Fuel Consuption in Automobile Engines,Springer-Verlag Press, Germany, 1995.

[18] Ladommatos, N., NOX Control Using Egr, BrunelUniversity of West London

[19] Newton, K., Steeds, W., Garrett, T.K., The MotorVehicle, Butterworth Heinemann Press, England,1996.

[20] Thien, G.E., Development Work on Intake andExhaust Ports of Four Stroke Diesel Engines,Österreichische Ingenieur-Zeitschrift, Heft 9, 1965.

[21] Middlemiss, I.D., Characteristics of the Perkins‘Squish Lip’ Direct Injection Combustion System,SAE Paper No: 780113, 1978

2066

Documents

buji ateşlemeli bir motorda benzin-metanol karışımlarının motor