Page 1

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

BUJ ATE LEMEL B R MOTORDA BENZ N-METANOL KARI IMLARININ MOTOR PERFORMANSI VE EGZOZ EM SYONLARI ÜZER NE ETK THE EFFECT OF GASOLINE-METHANOL BLENDS ON THE ENGINE PERFORMANCE AND EXHAUST EMISSION IN A SPARK IGNITION ENGINE a

Abdullah ÇALI IRa,* ve Metin GÜMÜ b Marsan Makine Otomotiv San. ve Tic. Ltd. ti., stanbul, Türkiye, E-posta: abdullah_calisir@hotmail.com.tr b Marmara Üniversitesi, stanbul, Türkiye, E-posta: mgumus@marmara.edu.tr

Özet çten yanmal motorlarda petrol esasl yak tlara alternatif olarak kullan labilecek yak tlardan biride metanoldür. Biokütle, kömür ve do algazdan elde edilebilen metanol, buji ate lemeli motorlarda önemli de iklikler yap lmadan saf olarak veya benzinle kar larak kullan labilmektedir. Bu çal mada metanol-benzin kar n buji ate lemeli motorlarda kullan incelenmi metanol oran n farkl ate leme avanslar nda motor performans na ve egzoz emisyonlar na olan etkileri ara lm r. Anahtar kelimeler: Metanol, Ate leme avans , Motor performans , Egzoz emisyonu

Abstract Methanol is one of the alternative fuels for petroleum based fuel used in spark ignition engines. Methanol can be derived from biomass, coal and natural gas and be used in spark ignition engines with minimum modifications as pure methanol or methanol-gasoline blends. In this study, the using of methanol-gasoline blends in a spark ignition engine was investigated. The effects of methanol using ratio were also examined in different ignition advance. Keywords: Methanol, Ignition performance, Exhaust emissions

advance,

Engine

1. Giri Günümüzde petrol kökenli yak tlar n h zla tükenmesi ve bu yak tlar n çevreye olan zararl etkilerinin önemli boyutlara ula mas alternatif yak t aray lar na h z kazand rm r[1]. Günümüz dünyas nda enerji politikalar , çevre bilinciyle birlikte insanlar n refah için kullan lacak ekilde ve ulusal karlar göz önüne al narak belirlenmelidir. Petrole olan ba ml n azalt lmas , gelecekte ya anabilecek petrol krizlerinin en az s nt yla atlat labilmesi ve çevrenin zararl etkilerden korunabilmesi için alternatif yak t aray lar ve bunlar n içten yanmal motor yak olarak kullan labilirliklerinin ara lmas zorunlu hale gelmi tir. Bunun nedenle, içten yanmal motorlardan de ik yap sal ve i letme ko ullar nda talep edilen gücün en ekonomik ve çevreye en az zararla alabilmek için yap lan çal malar h z kazanm r[2]. Petrole alternatif olarak alkoller (etanol, metanol), biyodizel, do algaz, hidrojen ve biyogaz kullan lmaktad r. Alkol ve alkol-benzin kar mlar bunlar n

ba nda gelmektedir. Petrol kökenli yak tlara alternatif olarak kullan lan alkollerin petrole olan ba ml azaltmas yan nda, kirletici egzoz emisyonlar da azaltmaktad r[3]. çten yanmal motorlarda alternatif yak t olarak kullan lan en yayg n alkol metanoldür. Biokütle kaynaklar ndan üretilmesi nedeniyle metanol bir tar m ülkesi olan ve zengin linyit rezervlerine sahip Türkiye için oldukça önemlidir. Bu nedenle ülkemizde metanol üretiminin devlet taraf ndan desteklenmesi gerekti i dü ünülmektedir. Günümüzde alkol fiyatlar n benzine göre yüksek olmas na ra men, petrol kaynaklar n tükenebilir kaynak olmas ndan dolay gelecekte petrolden daha ucuz olaca dü ünülmektedir. Metanolün benzin motorlar nda direkt kullan lmas ile pratikte birçok problem ortaya kabilmektedir. Bu problemlerin ana sebebi yanman n tam olarak sa lanamamas r. Saf metanolün kullan sonucu, karbüratör ayarlar n bozulmas , a motor birikintisi, ya lama ya seyrelmesi, piston segman mas , silindir yüzeylerinde a nt ve motorda ya lama ya n bozulmas gibi ar zalar görülebilir [2]. Belirtilen bu faktörlerin yan nda metanol kullan nda, so uk havada zor çal ma, kötü ate leme, ate leme yap lamamas gibi faktörlerde, uzun süreli çal malarda ortaya ç kmaktad r. Metanolü çe itli oranlarda benzinle kar rarak, benzin yak na yak n özellikler ta yan bir yak t elde edilebilmektedir [3]. Hava kirlili ine sebep olan hidrokarbon (HC) esasl yak tlar n yanmas sonucunda aç a ç kan karbonmonoksit (CO), yanmam hidrokarbon (HC), azot oksit (NOx) ve partikül emisyonlar atmosferi kirleterek ciddi sa k problemleri olu turmaktad r. Yap lan istatistiklerde büyük ehirlerde motorlu ta tlarda kullan lan yak tlar n hava kirlili ine etkisi %50’lere kadar ula tespit edilmi tir. Literatürde, metanolün benzinle kar larak içten yanmal motorlarda kullan lmas yla ilgili çal malarla kar la lmaktad r [4–6]. Bir çal mada de ik oranlarda metanol benzin kar mlar kullan lm ve elde edilen sonuçlarda NOx de erlerinin artt ve CO ve HC de erlerinin azald görülmü tür [7]. Bir di er çal mada da yine de ik kar m oranlar için deneyler yap lm ve motor performans incelenmi tir. Ç kan sonuçlardan da motor performanslar n artt gözlenmi tir [8]. Yap lan çal malar incelendi inde buji ate lemeli motorlarda farkl benzin-metanol kar mlar n motor performanslar ve egzoz emisyonlar n farkl avans de erlerinde incelenmedi i görülmektedir. Yap lan bu çal ma ile hem literatürdeki eksiklik giderilmi hem de metanol-benzin kar mlar n optimum ate leme avans de erleri belirlenmi tir.

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1894


Çal

2. Deneysel Çal ma

3. Deneysel Bulgular ve Tart ma

Deneysel çal mada buji ate lemeli motorda önce benzin kullan lm r. Deneyler sabit motor devrinde ve farkl yüklerde gerçekle tirilmi tir. Her yük durumunda avans de tirilerek yak t tüketimi, motor ya s cakl , egzoz cakl ve egzoz emisyon (CO, NOx) de erleri ölçülmü tür. Ölçümler s ras nda motor çal ma artlar n ayn olmas ve çal ma artlar n uygunlu u için ya cakl n belirli aral klarda kalmas sa lanm r. Deney öncesinde motor benzin ve benzin-metanol kar mlar ile uygun çal ma s cakl na gelene kadar çal lm r. Deneylerde yak t kar mlar metanol ve benzinin %95 Benzin-%5 Metanol, %90 Benzin-%10 Metanol, %85 Benzin %15 Metanol olacak ekilde kar lmas yla elde edilmi tir. Yak t kar mlar ve saf benzin buji ate lemeli motorda farkl ate leme avans de erlerinde teste tabi tutulmu tur. Deneylerde kullan lan yak tlar n özellikleri Tablo 1. de verilmi tir [9].

3.1. Motor Performanslar

Tablo 1. Metanol ve Benzinin özellikleri

Benzin C6H14-C7H16 86–100 727 305–490 493–573

Donma noktas (K)

175

243–263

Buharla ma

1167,7

490

20110

39800–44345

34 6,46 112 90

41-103 14,5 91–100 82–92

(kJ/kg)

M0

30 M5 M10

25

(%)

Metanol CH30H 32.04 796 338 743

Metanol, benzin ve de ik metanol-benzin kar mlar yla yap lan deneyler sonucunda yap lan incelemelerde, metanol ve yüksek metanol oranl kar mlar kullan ld nda, motorun ilk hareke geçi inin zorla , yüksek devirlerde motorun daha düzensiz çal tespit edilmi tir. Deneyler, benzinle kar lan metanol oran n artmas yla motor torkunun artt göstermi tir. Metanol ilavesiyle emme dolgusunun s cakl dü mekte ve yo unlu u artmakta bu da motor verimini ekil 1’de görüldü ü gibi artt rmaktad r. Motor verimi artt kça tork da artmaktad r. Torkun artmas yla birlikte, ayn devir için güç de onunla orant olarak artmaktad r. Kar mdaki metanol miktar artt kça özgül yak t tüketimi de artm r. Metanolün alt l de erinin benzininkinin yakla k yar kadar olmas sebebiyle, kar mdaki metanol miktar art ld kça yak t tüketimi artm ve bunun sonucunda özgül yak t tüketimi de artm r.

M15

20

MOTOR VER

Kimyasal formül Mol a rl Yo unluk (kg/m3) Kaynama noktas (K) Tutu ma s cakl (K)

r, A. Gümü , M.

15 10 5

Alt

l de eri (kJ/kg)

Buhar bas nc (kPa) Hava/yak t oran Ara . oktan say (ROS) Motor oktan say

(MOS)

0 0

Brigs & Stratton, 243431

Çal ma prensibi

4 zamanl , Karbüratörlü

Silindir adedi

1

Silindir çap

77,79 mm

Strok

82,55 mm rma oran

2400 d/d ’da 30 N.m

Maksimum güç

3600 d/d ’da 7.35 kW

60

80

100

ekil 1. Farkl benzin-metanol kar mlar n 20° KMA avans de erinde ve sabit motor devrinde motor veriminin yükle de imi.

12:1

Maks. moment

40

Y ÜK(%)

Tablo 2. Deney motorunun teknik özellikleri Marka ve modeli

20

Teknik özellikleri Tablo 2. de verilen buji ate lemeli motor elektrikli bir dinamometreyle test edilmi tir. Elde edilen kuvvet dinamometrenin merkezinden 0,25m mesafe de bulunan ve kalibre edilebilen yük hücresi yard ile ölçülmü tür. Egzoz emisyonlar n ölçümü, QUINTOX Kane-May emisyon analizörü ile gerçekle tirilmi tir [10].

ekil 2-4’ ten görüldü ü gibi farkl benzin-metanol kar mlar standart avans de erinde (20°KMA avans de erinde) en yüksek verim M15 de elde edilmi tir. M5’de ise en yüksek verime 22.5° KMA avans nda ula lm sonra s ras yla 17.5° ve 20° KMA avans de erlerinde verimlerin dü tü ü gözlenmi tir. M10’la yapt z deneylerde 17.5° KMA avans de erinde en yüksek verime ula lm 22.5° ve 20° KMA avans de erlerinde daha dü ük sonuçlar al nm r. M15’le yapt z deneylerde ise en yüksek verime 17.5° KMA avans nda ula lm ve 22.5° ve 20° KMA avanslar nda daha az verim de erleri elde edilmi tir.

1895


Çal

Benzin oran edilmi tir.

17.5° 20° 22.5°

40 (%) MOTOR VER

ve 22.5° KMA avans de erinde elde

3.2.Motor Emisyon De erleri

35 30

3.2.1. Karbon monoksit (CO) Emisyon De

25 20 10 0 0

50

100

YÜK(%)

ekil 2. %5 Metanol %95 Benzin kar yak t kullan nda farkl avans de erlerindeki motor veriminin yüke ba de imi

M0

17.5°

(%)

CO(%)

20° 22.5°

35

imi

Benzin motorlar nda karbonmonoksit olu umu oksijenin yetersiz oldu u veya silindirin içindeki baz bölgelerde kar n homojen olmay ndan kaynaklanmaktad r. Oksijenin yetersiz olmas durumunda tam yanma gerçekle emedi inden yak n içindeki karbon tam yanma ürünü olan karbondioksite (CO2) dönü emez ve karbonmonoksit olarak kal r[10]. Karbonmonoksit emisyonlar ndaki azalman n nedeni, metanolün benzine göre daha az karbondan olu mas ve yap nda oksijen bulundurmas r.

15 5

MOTOR VER

r, A. Gümü , M.

30 25 20 15

M5

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

M10 M15

0

10

20

40

60

80

100

Y ÜK(%)

5 0 0

50

100

ekil 5. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki CO emisyonlar n 17.5° KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi

YÜK(%)

ekil 3. %10 Metanol %90 Benzin kar yak t kullan nda farkl avans de erlerindeki motor veriminin yüke ba de imi

M0 M5

0,8

C O(%)

(%) MOTOR VER

M15

0,6

20° 22.5°

35

M10

0,7

17.5°

30 25

0,5 0,4 0,3

20

0,2

15

0,1

10

0 0

5

20

40

60

80

100

Y ÜK(%)

0 0

50

100

YÜK(%)

ekil 4. %15 Metanol %85 Benzin kar yak t kullan nda farkl avans de erlerindeki motor veriminin yüke ba de imi

ekil 6. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki CO emisyonlar n 20° KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi

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

1896


Çal

r, A. Gümü , M.

M0

M5

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

M10 M15 N Ox(ppm )

C O(%)

M0

0

20

40

60

80

M5

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

M10 M15

0

100

20

60

80

100

Y ÜK(%)

Y ÜK(%)

ekil 7. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki CO emisyonlar n 22.5° KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi

ekil 8. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki NOx emisyonlar n 17.5° KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi

ekil 5-7’den görüldü ü gibi sabit devir dü ük yükte M0’da 17.5° KMA avans nda en yüksek CO de erine ula lm sonra s ras yla 20° ve 22.5° KMA avans de erlerinde daha az CO olu umu gözlemlenmi tir. M5’le yapt z deneylerde en yüksek CO de erine 17.5° KMA avans nda ula lm 20° ve 22.5° KMA avans de erlerinde daha dü ük CO olu umu gözlemlenmi tir. M10’da CO miktar en fazla 17.5° KMA avans nda gözlenmi 20° ve 22.5° KMA avans de erlerinde daha az CO de erleri elde edilmi tir. M15’le yapt z deneylerde yine 17.5° KMA avans nda en yüksek CO de erine ula lm 20° ve 22.5° KMA avans de erlerinde daha az CO gözlemlenmi tir. Tüm bu sonuçlara bak ld nda CO emisyonu 20° ve 22.5° avans de erlerinde daha dü ük ç km r. Buna göre CO emisyonlar için en ideal kar m %15 Metanol-%85 Benzin oran ve 20° KMA avans de erinde elde edilmi tir. imi

Benzin motorlar ndaki azot oksit olu umundaki en önemli etkenlerden biri s cakl kt r. Motor içindeki yanmada olu an yüksek s cakl klarda, havan n içerisindeki azotun oksijenle reaksiyona girmesi sonucu azot oksitler meydana gelmektedir. Silindirde oksijen konsantrasyonun yüksek olmas da NOx emisyonlar art rmaktad r. Bu nedenle metonol içerisinde bulunan oksijen, NOx emisyonlar n olu umunu art rmaktad r[1].

M0 M5

500

M10

N Ox(ppm )

400

M15

300 200 100 0 0

20

40

60

80

100

Y ÜK(%)

ekil 9. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki NOx emisyonlar n 20° KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi

M0 M5

600

M10

500 N Ox(ppm )

3.2.2. Azotoksit (NOx) Emisyon De

40

ekil 8-10’dan görüldü ü gibi sabit devir dü ük yükte M0’da, 17.5° KMA avans nda en dü ük NOx de erine ula lm r. Daha sonra içinde %5 Metanol-%95 Benzin, %10 Metanol-%90 Benzin, %15 Metanol-%85 Benzin bulunan kar mlarla yapt z tüm deneylerde 17.5° KMA avans nda en dü ük NOx olu umu gözlenmi ve 20° ve 22.5° KMA avans de erlerinde daha yüksek oranda NOx olu mu tur. Tüm bu sonuçlardan elde edilen verilere göre NOx emisyonlar için en ideal sonuçlar saf benzin olan yak tta ve standart avans de erinde (20°KMA avans de erinde) elde edilmi tir.

M15

400 300 200 100 0 0

20

40

60

80

100

Y ÜK(%)

ekil 10. Farkl Benzin-Metanol kar mlar ndaki NOx emisyonlar n 17.5° KMA avans nda ve sabit motor devrinde yükle ba de imi

1897


Çal

r, A. Gümü , M.

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

4. Sonuçlar Yap lan çal malarda avans de erleri ve benzin-metanol oranlar de tirilerek motor verimleri ile egzoz emisyonlar incelenmi ve u sonuçlar al nm r; Motorun standart avans de erinde en iyi verim %15 metanol %85 benzin kar nda elde edilmi tir. Farkl avans de eri ve farkl kar m oranlar yla yap lan deneylerde ise en yüksek verime %5 metanol %95 benzin 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 n azald gözlemlenmi tir. En iyi CO emisyon de eri %15 metanol %85 benzin kar nda 20°KMA avans de erinde elde edilmi tir. NOx de erlerine bak ld nda kar mdaki metanol oran n artmas yla birlikte yanma s cakl artm r. cakl n artmas yla NOx olu umunun artt gözlenmi tir. En iyi NOx emisyon de eri saf benzinden olu an yak tta ve 20°KMA avans de erinde minimum seviyede gözlemlenmi tir. Deney sonuçlar , metanol-benzin kar mlar n benzinli motorlarda önemli bir de iklik gerektirmeden kullan labilece ini göstermi tir. Motor verimi ve emisyon de 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 Yanmal Motorlar. 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 Benzin Motorlar nda Yanma ve Motor Çevrimi Üzerindeki Etkilerinin 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 Ratio Consuption in Gasoline Engines Using MethanolGasoline Blends, International Energy and Environment Symposium, Trabzon, s. 1189-2000, 1997. [5] Çetinkaya,S., Çelik,B., ‘’Buji Ate lemeli Motorlarda Yak t Olarak Benzin-Metanol Kar mlar n Kullan lmas ’’, 5. Uluslar aras Yanma Sempozyumu, s. 255-266, 1997. [6] lker,Ö., Necmettin, T., Murat, C., ‘’Etanol-Benzin Kar Yak tlar n Ta t Performans na ve Egzoz Emisyonlar na Etkisi’’ 10. Uluslararas Yanma Sempozyumu, 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 lemeli Motorlarda performans ve Emisyon Karekteristiklerinin ncelenmesi, Doktora Tezi, .Ü. Fen Bil. Ens. Trabzon, 1996. [9] Tüpra A. ., Yak t Özellikleri Test Sonuçlar Tablosu, zmit, 1999.

1898

Engine


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

FARKLI OKTANLI YAKITLARIN TAM YÜKTE PERFORMANS VE EM SYONLARININ DE MLER THE INVESTIGATION OF THE EFFECT OF DIFFERENT OCTANE NUMBER FUELS ON PERFORMANCE AND EXHAUST EMISSIONS smet ÇEL KTEN*,a, Selçuk KORKMAZa a

Gazi Üniversitesi Ankara, Türkiye, E-posta: celikten@gazi.edu.tr, yukselisselcuk@hotmail.com

Özet

1. Giri

çten yanmal motorlarda termik verimlerinin art lmas motorun s rma oran artt rmakla gerçekle tirilebilir. rma oranlar n art ld nda ise kullan lan benzinin oktan say art lmas gerekir. Yap lan bu deneysel çal mada piyasada sat lan de ik oktan say benzinler buji ile ate lemeli bir motorda test edildi. Testlerde 95–97– 100 oktanl benzinler kullan ld . Deneyler tam yükte ve 1500–4500 1/min aras nda 500 er devir aral klarla 4 silindirli, 4 zamanl ve 8,8 s rma oranl buji ate lemeli bir motor üzerinde gerçekle tirildi. Motorun teknik özelliklerinde de tirme yap lmadan, günümüz ta tlarda kullan ld gibi, motorun ihtiyaç duydu undan daha yüksek oktanl benzinler kullan larak motor performans ve emisyon de imleri bulundu. Deneyler sonunda motorun standart yak olan 95 oktanl benzinin en iyi performans de erlerine sahip oldu u tespit edildi. Ayr ca ayn motorda yüksek oktanl benzinlerin kullan lmas durumunda, CO ve HC emisyonlar artar iken, NOx emisyonlar n da azald belirlendi.

Motorlar n s rma oran ve benzinli motorlarda kullan lan yak tlar n kimyasal ve fiziksel özellikleri, benzinli motorlar n verimini ve performans önemli derecede etkiler. deal benzin motorunun verimi incelendi inde, motor l veriminin direkt olarak s rma oran na ba oldu u bilinmektedir. Motorun s rma oran n artt lmas ile motor performans ve verimini artt rmak mümkün olmaktad r. Kullan lan yak n kimyasal ve fiziksel özelli i nedeniyle motorun s rma oran , belli bir rma oran na kadar yükseltilebilmektedir. Çünkü ayn yak t numunesi için, motorun s rma oran giderek artt rsa belli bir s rma oran nda vuruntulu yanma meydana gelmektedir.

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

Abstract The increasing of thermal efficiency can be possible with increasing compression ratio in internal combustion engines. When the compression ratio is increased, the gasoline octane number has to be increased. In this experimental study, different octane number fuels, which are selling nowadays, are tested in a spark ignition engine. In the tests, 95, 97 and 100 octane gasoline fuels were used. The experiments were performed at full load and different engine speeds between 1500-4500 1/min with 500 1/min intervals. A four cylinder, four stroke spark ignition engine having 8,8 compression ratio was used in the tests. Engine performance and exhaust emission variations were obtained using higher octane number fuels, without modification of the engine. The results were showed that maximum performance characteristics were obtained with 95 octane number standard fuels. In addition to this, CO and HC emissions were increased, NOx emissions were decreased when higher octane number fuels are used. Key words: Engine, Combustion, Octane number, Performance, Emissions.

Benzin motorlar nda vuruntulu yanma istenmeyen bir yanma türü olup, k sa bir sürede motor elemanlar nda büyük tahribatlara neden olabilmektedir. Ayn zamanda vuruntulu yanma sonucunda motor verimi ve gücünde önemli derecede dü lere sebep olmaktad r. Bu nedenle; yak tlar n oktan say artt lmas , motorun s rma oran n ile motorun veriminin ve performans n artt lmas önündeki en büyük engeldir. Vuruntulu yanman n olu mas nda en önemli etken, motorun s rma oran oldu u için, yak tlar n oktan say lar , s rma oran na göre ölçülmektedir. Vuruntulu yanma olay nda, henüz yanman n ba lamad bölgelerdeki kar n kendi kendine tutu ma s cakl na gelerek bir veya daha fazla noktada alev çekirde i olu turarak yanmaya ba lamas tam olarak bilinememektedir. Fakat yanman n ba lamas vuruntu ve zincir 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 nç dalgas n ses h ile ilerlemesi olay na vuruntu denilmektedir. Burada ilerleyen bas nç dalgalar , ula klar noktalardaki s cakl klar yükselterek kimyasal reaksiyonlar zland r ve dolay yla alev cephesinin h , ses h na getirmesine neden olmaktad r. Fakat içten yanmal motorlarda, ince ve uzun tüp eklinde bir yan na odas bulunmad ndan, bu teoriyi geçersiz k lmaktad r. Benzin motorlar n l verimlerini, s rma oran yükselterek vuruntuya yol açmadan art rmak (r 12 ye kadar), tetraetil kur unla kar lm benzin gibi daha uygun yak tlar kullanarak yap lm r. 1920’li y llardan itibaren 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 giderek azalt lm r. 1975’ten sonra yap lan otomobiller kur unsuz

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1899


Çelikten, . ve Korkmaz S.

benzin kullanacak biçimde tasarlanm r. S rma oranlar 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 buhar bas nc , sülfür miktar , kinematik viskozite gibi özellikleri inceleyerek dünyadaki yak t standartlar yla kar la lmas yap lm r. Oktan say ve reid buhar bas nc özelliklerinin hemen hemen hiç de medi i, sülfürün ise yak n kimyasal yap nda yap lan de im sonucu normal benzinde %30 süper benzinde %7 oran nda azald belirtilmi tir [2]. ki farkl yak t (izo oktan ve n-heptan)’ n de ken oranlarda kar lmas yla elde edilen yak t kompozisyonunun motor ve ara rma oktan say n belirlenmesi için matematiksel bir model olu turulmu tur. Oktan say n performans, yak t tüketimi, egzoz emisyonlar üzerine etkileri deneysel ve teorik olarak incelenmemi tir [3,4]. 1990 model tek silindirli, iki zamanl , 245 cc’lik benzin motoru üzerinde yap lan deneysel çal malarda oktan say art rmak için polimerler de kullan lm r. Motor gücünün %2 artt , özgül yak t tüketiminin %4 azald , HC emisyonlar nda %61 ve CO emisyonlar nda %84 dü me oldu u grafiksel olarak gösterilmi tir [5]. Karbüratörlü araçlarla ilgili yap lan istatistiksel ara rmada araç sahiplerinin hangi tip yak tlar tercih etti i sorgulanm ve araç sahiplerinin %55’inin araçlar na uygun yak t seçimi konusunda yeterli bilgiye sahip olmad klar görülmü tür. Yap lan istatistikî çal mada tüketicilerin hangi tip yak tlar tercih etti i grafiksel olarak sunulmu tur [6]. Oktan say ve yak t kalitesini art rmak için kullan lan metanol, etanol, tetra bütil alkol, isopropil alkol, metil tetra ve bütil eter’in araçta kullan m ko ullar ve emisyon etkileri üzerine ara rma yap lm r. Yap lan çal mada, yak t kalitesini art rmak için kullan lan kimyasallar n sadece egzoz emisyonlar na ve motor performans na etkileri incelemi tir [7]. Benzin motorlar nda yak t kalitesi oktan say n motor performans ve egzoz emisyonlar üzerindeki etkileri 8/1 rma oran na sahip bir motorda teorik ve deneysel olarak ayr nt bir ekilde ara lm r. Ara rmada 91– 93–95–95,3 oktanl benzinler kullan lm ve en iyi performans de imlerinin 91 oktanl benzinden ve en dü ük egzoz emisyonlar n ise 95,3 oktanl benzinden elde edildi 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) ve karbon (C) atomlar n ba lant ekillerine ba r. Zincir grubu yap na sahip olan yak tlar n parçalanmalar zor ve tutu ma e ilimleri dü ük oldu undan vuruntuya kar dirençleri yüksektir. Örne in izo-oktan (C8H18) gibi yak tlar çatall zincir grubu yap nda olduklar ndan parçalanmalar zor, tutu ma e ilimleri dü ük ve vuruntuya kar dirençli yak tlar olup, benzin motoru yak olarak kullan rlar. Düz zincir grubuna sahip olan yak tlar n parçalanmalar kolay

ve tutu ma e ilimleri yüksek oldu u için bu yap daki yak tlar n vuruntuya kar dirençleri çok azd r [9,10]. Normal-heptan (C7H16) yak kolayca parçalanabilir bir yak t olup, vuruntuya kar direnci dü üktür. Bu nedenle tek ba na benzin motoru yak olarak kullan lamamaktad r. Zincir grubuna sahip izo-oktan (C8H18) ve düz zincir grubundaki normal heptan (C7H16) yak tlar n aç k kimyasal formülleri ekil 1.’de gösterilmi 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 verimini ve performans önemli derecede etkilemektedir, deal Otto motorunun verimi, totto=1-(1/ k-1) olup, s rma oran na ( ) ba r. Bu yüzden motorlar n yap nda rma oranlar hesaplan rken kullan lacak yak tlar n oktan say lar n da dü ünülmesi ve buna göre yap lmas gerekir. Oktan say birçok hallerde benzini tam ay rt edemez. Buna benzinin özelliklerini belirleyen e rilerle benzinin de erlendirilmesi yoluna gidilir. Otomobillerde kullan lan motorlarda benzinin oktan say 85–95 aras nda de ir. S rma oranlar na göre oktan say ihtiyac Tablo 1’de verilmi tir [12]. Tablo 1. S [12]. rma oran Oktan say

rma oranlar na göre oktan say

ihtiyac

5

6

7

8

9

10

11

12

68

78

85

91

96

100

103

106

nsan ve çevre sa na zararl emisyonlar, içten yanmal motorlardan yanma sonucu olu an egzoz gazlar r. Egzoz gazlar ndaki kirleticilerin olu umunu ve miktarlar etkileyen en önemli faktör hava fazlal k katsay (HFK) veya ile de gösterilmektedir. , yanmaya kat lan hava miktar n teorik hava miktar oran na denir. Oktan say , yak tlar n vuruntuya kar direncinin bir ölçüsüdür. Oktan say , yak tlar n vuruntulu yanmaya kar göstermi olduklar vuruntu meyline göre düzenlenmektedir. Genel olarak karbon atomlar , çatall zincir eklinde ba lanm yak tlar n oktan say lar yüksektir. Çünkü karbon atomlar aras ndaki ba lar n ya kar mukavemetlerinin yüksek olmas nedeniyle kolayca parçalanamazlar ve bu tip yap daki yak tlar n vuruntu meyilleri azd r. Karbon atomlar düz zincir eklinde ba lanm yak tlar n ise oktan say lar dü üktür. Bu yak tlar n karbon atomlar aras ndaki ba lar n ya kar mukavemetleri zay f olup kolay parçalanabilirler. Düz zincir grubundaki yak tlar, vuruntuya kar e ilimli olup oktan say lar da dü üktür.

1900


Çelikten, . ve Korkmaz S.

Günümüzde benzin üretici firmalar farkl oktan say lar nda benzinler üreterek kullan ma sunmaktad rlar. Ülkemizde yayg n kullan lan benzinler 95–97 oktanl benzinlerdir. Zaman zaman bu oktan say lar n artt ld ve yüksek performans yak olarak 100 oktanl benzinin de kullan ld görülmektedir. Bu çal mada da benzin motorlu otomobillerde otomobil üreticilerinin tavsiyeleri sonucu kullan lan benzinin haricinde petrol üreticisi firmalar n üretmi oldu u yüksek veya dü ük oktanl benzinlerin motorlarda kullanmalar durumunda motor performans ve egzoz emisyon de imleri ara lm r.

2. Materyal Metot Deneyler Gazi Üniversitesi Teknik E itim Fakültesi Otomotiv Anabilim Dal , çten Yanmal Motorlar Laboratuar nda Cussons marka P8602 çok silindirli motor dinamometresinde yap ld . Dinamometre 160 kW’a kadar güç ve 3500–8000 devir aras nda 475 Nm’ye kadar tork ölçülebilmektedir. Cihaz yüklemeyi “Eddy Ak ” ile yapmaktad r. Cihaz n çal ma gerilimi 240 V ± %10 olup, (50 Hz) ve çekti i ak m 16 A’dir. Dinamometreye ba 1300 cc’lik, tek nokta enjeksiyonlu buji ile ate lemeli Ford motoru bulunmaktad r. Tablo 2’de deney motorun teknik özellikleri ve ekil 2’de ise test cihaz n basitle tirilmi emas ve k mlar görülmektedir. Tablo 2. Deney motorunun teknik özellikleri Motorun Markas Ford VSG 413 Yak t Sistemi Tek nokta enjeksiyonlu Motor gücü 43 kW 5000 1/min Motor torku 98 Nm 2500 1/min Silindir çap 73,96 mm Kurs boyu 75,48mm Silindir hacmi 1297 cc rma oran 8,8/1 Ate leme s ras 1—2—4—3 Kompresyon bas nc 13—16 bar Rölanti devri 750 rpm Egzoz emisyonlar n ölçümünde Sun MGA 1500 egzoz gaz analiz cihaz kullan lm r. Analiz cihaz , CO, HC, NO, O2, CO2, gazlar , AFR ve LAMBDA de erini infrared yöntemiyle ölçmekte ve yaz na aktarmaktad r. Cihaz n giri inde cihaz koruma amaçl iki yollu filtre bulunmakta ve filtreleri doldu u veya hortumunun t kand durumlarda az hava ikaz , uyar vermektedir. Periyodik kalibrasyonlarda, cihaz n içini açmadan kalibrasyon gaz ile otomatik kalibrasyon yap lmaktad r. Bu cihaz, motorun egzozundan kan de ik gazlar n ölçümünü dijital olarak göstermektedir. Ölçüme ba lanmadan önce cihaz 220 V ehir ebekesine ba lanarak 15 dakika beklendi. Cihaz haz r hale geldikten sonra motor egzoz borusu ç na bir aparat yard ile emisyon cihaz n egzoz giri i ba land . Dinamometre ölçümlerine paralel olarak tüm emisyon de 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 parametreleri görülmektedir.

1) 2) 3) 4) 5)

Kuvvet göstergesi 6) Devir göstergesi 7) Kontak anahtar 8) Acil stop dü mesi 9) Yük ayar dü mesi 10) ekil 2. Test cihaz

Yak t ölçme tüpü Hava ak metresi Ya bas nç göstergesi Manifol vakum göstergesi S cakl k göstergesi

n basitle tirilmi

emas ve k

mlar .

Tablo 3. Sun MGA 1500 egzoz gaz analiz cihaz ölçüm aral klar ve hassasiyet de erleri PARAMETRE ÖLÇME ARALI I HASSAS YET CO 0 – 15 % 0,001 % HC 0 – 9999 ppm 1ppm NOx 0 – 5000 ppm 1 ppm CO2 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 olarak bir petrol firmas ndan temin edildi. Kullan lan bu benzinlerden al nan numuneler laboratuarda test edildi inde oktan say lar n k smen farkl k gösterdi i belirlendi. Bu sonuçlara göre 95 Oktan olarak sat lan benzinin 96 Oktan oldu u, 97 Oktan olarak sat lan benzinin 96,9 oktan oldu u, 100 Oktan olarak sat lan benzinin ise 100,6 Oktan oldu u tespit edildi. Deneylere ba lamadan önce benzin motoru dinamometreye tabana olan ba lant lar ile cihaz ile ilgili yak t borusu gaz kelebe i, hava metresi gibi di er ba lant lar da kontrol edildi. Motor ya ve radyatör suyu uygun seviyeye getirildi ve elektrik ba lant yap ld . Deneylere ba lamadan yükleme yap lmadan önce motorun çal ma s cakl na gelmesi için bir süre bo ta “rölantide”

1901


Çelikten, . ve Korkmaz S.

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

95 OKTAN 97 OKTAN

40

100 OKTAN

35

imleri (kW)

Deneyler s ras nda ortam bas nç ve s cakl k de erleri al narak motorun normal artlar alt ndaki tork de imlerinin daha do ru olmas tespit edebilmek için tork düzeltme katsay kullan ld . Belirtilen tork düzeltme katsay 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 ortam bas nc P=91,1 kPa, ve ortam s cakl ise T=36oC ölçüldü ve bu sonuçlara göre tork düzeltme katsay Kd=1,066 olarak bulundu.

45

30 25

Güç de

çal ld . Yükleme esnas nda motorun titre imli çal mamas için devrinin 1500 1/min alt na dü memesine dikkat edildi. Deneyler tam yükte ve 1500–4500 1/min aras nda 500 1/min aral klarla her bir yak t yedi kademede gerçekle tirildi. Deney sonuçlar n do rulu unu artt rmak amac ile testler üçer kez tekrarlanarak ortalamas al nd .

20 15

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

97 OKTAN 100 OKTAN

95

90

85

80 1000

3. Deney Sonuçlar

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

1902

5000

95 OKTAN 97 OKTAN

400

100 OKTAN

350 300 250 200 1000

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 elde edildi. Buna göre maksimum torka benzer ekilde 95 oktanl benzine göre 97–100 oktanl benzinlerden %1,4%3,3 oran nda daha az güç üretildi. Ayr ca, test edilen

2000 3000 4000 Motor devri (1/m in)

450 Özgül yak t tüketimi (g/kWh)

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

5000

95 OKTAN

imleri (Nm)

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

2000 3000 4000 Motor devri (1min)

100

Tork de

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

10 1000

2000 3000 4000 Motor devri (1/m in)

5000

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


Çelikten, . ve Korkmaz S.

Performans ve emisyonlardaki art ve azal oktan say n art na ba olarak genelde [8] ile uyum içerisinde seyrederken kullan lan yak t karakteristiklerine ba olarak da k smen de mektedir.

Motorun ihtiyac ndan yüksek oktanl benzin kullan ld nda ise ate leme ile yanman n ba lamas aras nda geçen süre uzad ndan yanma sonu maksimum bas nç istenen zamandan daha geç ortaya ç kmaktad r. Bu gecikmede piston geni leme zaman na ba layaca ndan motor ç gücü azalmaktad r. Grafiklerden de görüldü ü gibi 95 oktanl benzin, motorun ihtiyaç duydu u oktan say na en yak n oktan say oldu undan maksimum tork de eri en yüksek elde edilmi tir ( ekil 4).

1,2 95 OKTAN 97 OKTAN

1,0

100 OKTAN

0,8 CO (%)

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

0,6 0,4 0,2 0,0 1000

Tam yükte deney motorunun egzozdan kaynaklanan kirletici emisyonlar n test edilen benzinleri için kar la rmal grafikleri ekil 5’de görülmektedir.

2000 3000 4000 Motor devri (1/min)

5000

160 95 OKTAN

95 oktanl benzinin 97 ve 100 oktanl benzinlere göre daha iyi yanmas ndan dolay yanmam HC ve CO emisyonlar daha dü ük de erlerde bulunur iken, yanma sonu s cakl kullan lan di er yak tlardan daha yüksek olmas sebebiyle NOx emisyonlar di erlerinden daha yüksek elde edildi. Bunun yan nda 95 oktanl benzinin ölçülen bütün test devirlerinde HC ve CO miktar n 97 ve 100 oktanl benzinlere göre daha dü ük de erlerde ve NOx emisyonlar miktar da daha yüksek de erlerde bulundu.

1903

100 OKTAN

120 100

Ayn tork devrinde HC de imleri 95–97–100 oktanl benzinlerde s ras yla 67–80–86 ppm olarak belirlendi ve 95 oktanl 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 devirlerinin aritmetiksel 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 .

80 60 40 1000

2000 3000 4000 Motor devri (1/m in)

5000

500 400 NOx (ppm)

Yine ayn tork devrinde NOx de imleri 95–97–100 oktanl benzinlerde s ras yla 350–286–147 ppm olarak belirlendi ve 95 oktanl benzine göre 97–100 oktanl benzinlerde ras yla %22-%138 oran nda azald tespit edildi. Bununla birlikte, ayn oktanl benzinlerin test edilen motor devirlerinin aritmetiksel ortalamas dikkate al nd nda NOx de imleri s ras yla 351–243–132 ppm olup, 97–100 oktanl benzinlere göre de ortalama olarak %44-%165 oran nda azald bulundu.

97 OKTAN

140

HC (ppm)

Maksimum tork devrinde CO de imleri 95–97–100 oktanl benzinlerde s ras yla 0,39–0,70–0,82 olarak belirlendi ve 95 oktanl benzine göre 97–100 oktanl benzinlerde CO lar s ras yla %45-%53 oran nda artt tespit edildi. Bununla birlikte, test edilen motor devirlerin aritmetiksel ortalamas dikkate CO de imleri s ras yla %44-%56-%67 olup, 97–100 oktanl benzinlere göre ortalama rat oran ise %21-%34 oran nda art belirlendi.

300 200 100

95 OKTAN 97 OKTAN 100 OKTAN

0 1000

2000

3000

4000

5000

Motor devirleri (1/m in)

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

n


Çelikten, . ve Korkmaz S.

rma oran yüksek olamayan motorlarda yüksek oktanl benzin kullan ld nda oktan say na ba olarak yak n tutu mas için gerekli olan s cakl k artmakta ve tutu ma daha geç gerçekle mektedir. Tutu man n geç gerçekle mesi sonucu yanma sonu maksimum bas nç ise daha geç olu maktad r. Bu da pistonun geni leme zaman nda yanman n hala devam etmesine neden olmaktad r. Piston geni leme zaman na ba lad nda yanma tam tamamlanamadan sönümleme ba lamakta ve yanmam HC ve CO emisyonlar artar iken NOx emisyonlar da azalmaktad r.

4. Sonuçlar ve Öneriler Yanma h n ve bas nc n ani yükselmesi, piston ve yatak malzemelerinin yorulmas na sonucu meydana gelen bas nç dalgalar motorda titre imlere neden olur. Titre imler kay plar ve yak t sarfiyat artt rarak verimi ve gücü dü ürür. Verimi artt rmak için s rma oran yüksek olan motorlarda yüksek oktanl benzinler gerekir. Yüksek oktanl benzinler vuruntuya kar daha dirençli oldu undan dü ük oktanl benzinlere göre daha yava yanmaktad r. Yava yanma yüksek devirlerde vuruntu olu mas engeller. Motor vuruntusuz çal sürece daha yüksek oktanl benziler kullan labilir. Motor performans bak ndan tam yükte, 95 oktanl benzinin motor torku 97–100 oktanl benzinlere göre maksimum tork devrinde s ras yla %1,4-%3,8 oran nda daha az ölçülmü tür. Ayn gaz kelebe i aç kl nda motor gücü ise 4500 1/min de %1,4-%3,3 oran nda daha az ve özgül 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 tork devrinde, 95 oktanl benzine göre %CO de imleri 97–100 oktanl benzinlerde s ras yla %45-%53 oran nda ve %HC de imleri de ayn ekilde %16-%22 oran nda artmakta iken, NOx de imleri de s ras yla %22-%138 oran nda azalmaktad r. Elde edilen bu bilgilere ve bulgulara göre motorda normal olarak kullan lmas gereken 95 oktanl benzinin üstünde daha yüksek oktanl benzinlerin kullan lmas , tork ve güç de erlerinin azalmas na, özgül yak t tüketim de erlerinin artmas na, CO ve HC emisyonlar ndaki art ve NOx lerdeki azal ise yak n iyi yanmamas sonucu yüksek s cakl a eri ememesi eklinde ifade edilebilir. Motor performans ndaki bu olumsuz de imler emisyonlarda da olumsuzluklara neden olmaktad r.

Kaynaklar [1]

Çengel. A. Y., Boles. A. M., “Mühendislik Yakla yla Termodinamik”, .T.Ü. Makine Fakültesi, stanbul, 413-416,(1996). [2] Nagai, K., Seko, T., “Trends of Motor Fuel Quality in Japan”, JSAE Review, 21: 457-462, (2000). [3] Chong, T., Coon, J., “A Generalized Interaction Method for The Prediction of Octane Numbers for Gasoline Blends” Simulation Sciences Inc., USA, (CA 92621):1-18, (2000). [4] Wusz, T., “How Much Octane.” Reprinted with Permission from National Dragster, USA, 1-3, (1997). [5] Waters, P., Thrippe, C., ”New Concept in Octane Boosting” Fuels for International Conference on Reactive Processing of Polymers, Pittsburgh,11-22, (1982). [6] Sakaguchi, T., “Influence of Diffusion of Fuel-Efficient Motor Vehicles on Gasoline Demand for Individual User Owned Passenger Cars.” Energy Policy, The Institute of Energy Economics, 895-903. (2000). [7] Setting National Fuel Quality Standards, ”Proposed Management of Petrol Octane Enhancing Additives/Products”, Australia, 7-26 (2000). [8] Say n, C., “Oktan Say ve LPG Kar n Buji Ate lemeli Bir Motorun Performans ve Emisyonuna Etkisinin Deneysel ncelenmesi”,Doktora Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, 2-4 (2004). [9] Taylor, C.F., “The Internal Combustion Engine in Theory 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 and Practice”, The M.I.T. Press, Cambridge, Massachusetts, 2:34-85, (1984). [12] Safgönül, B., “Pistonlu Motorlar Cilt 1”, .T.Ü. Makine Fakültesi, stanbul, 82-83 (1989).

Yap lan teorik çal malarda motorun ihtiyaç duydu u oktan say n motorun s rma oran na ba oldu u görülmektedir. S rma oran artt kça yak n oktan say n da art lmas gerekti i bilinmektedir. Yap lan testler için kullan lan 8,8/1 s rma oran na sahip Tablo.2.1 teknik de erleri verilen motorun s rma oran na göre ihtiyaç duyulan benzinin oktan say 95 oktan d r. Otomobil kullan lar otomobillerinin motorlar için üretici tavsiyesi olan oktan say benzini kullanmal rlar. Daha fazla bedel ödenerek temin edilen yüksek oktanl benzinlerin motor performans ve emisyonlar yönünden herhangi bir avantaj n bulunmad görülmektedir.

1904


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

MOTORLU TA ITLARDA YAKIT EKONOM VE LETME ARTLARININ PERFORMANSA ETK LER THE EFFECT OF OPERATING CONDITIONS AND FUEL ECONOMY ON VEHICLE PERFORMANCE a

Recep YEN TEPE a* Bar

AKDEN Zb

Marmara Üniversitesi, stanbul,Türkiye, E-posta: ryenitepe@marmara.edu.tr b Yüce Auto A. ., stanbul, Türkiye, E-posta: b.akdeniz@yuceauto.com.tr

Özet Bu çal mada motorlarda yak t ekonomisini geli tirmeye yönelik yap lan çal malar ile yak t ekonomisine etki eden faktörler incelenmi tir. Ta tlarda yak t ekonomisi geli tirmek amac yla tasar m teknolojisi, malzeme ve elektronik sistemler, a rl ktaki azalmalar, hava direncinin azalt lmas gibi çal malar yap lmaktad r. Yak t tüketimini azaltman n bir yolu ta tlardaki güç ihtiyac azaltmak, di eri ise gerekli gücü daha verimli bir ekilde sa lamak ve etkin bir ekilde kullanmakt r. Otomotiv sektöründeki aray lar la lm petrol gaz (LPG)’nin araçlarda alternatif yak t olarak kullan gündeme getirmi tir. Deneysel çal mada yeni nesil LPG Dönü üm Sistemlerinden SGI (Sequential Gas Injection) sisteminin benzinli motorlara uygulanmas yla elde edilen yak t ekonomisi ve alternatif yak t olarak LPG kullanan iki otomobilin motor performans üzerine olan etkisi deneysel olarak incelenmi tir. 4 silindirli, 4 zamanl benzin ve LPG dönü ümlü motorlar n yak t tüketimi ölçülmü tür. Yap lan deneylerde otomatik anz manda over drive’ n ve kliman n, düz vitesli araçta ise kliman n yak t tüketimine etkisi tespit edilmi tir. Yap lan bu testler LPG’nin maliyet olarak yakla k %40 yak t ekonomisi sa lad göstermi tir. Anahtar kelimeler: yak t ekonomisi, LPG dönü üm sistemleri, SGI, yol testi, alternatif enerji.

Abstract In this study, improvement of fuel economy and the factors affecting fuel economy were investigated on motor vehicles. Investigations on the engine vehicles’ fuel economy improvement studies specially focused on weight reduction, design technologies, material and electronic systems, reduction in air resistance. In cars there are two ways of decreasing the fuel consumption, the first one is limiting the need for power and the other one is maintaining and using the needed power more efficiently. Inquiries on automotive sector have lead to the use of Liquefied Petroleum Gas (LPG) as an alternative fuel. In the experimental study, alternative fuels and LPG transformation systems were investigated. LPG, which enables the drivers to use their vehicles with the help of an additional device, but without any significant change in the present system, is a more environmentally friendly fuel when compared with other alternatives. In this study, fuel economy which is maintained through the application of SGI, one of the newest LPG transform systems to the gasoline engines. At the same time the effect of LPG usage on the engine performance of the two cars. The fuel consumption of a four-cylinder four-stroke petrol and LPG

system fitted engine were measured. In the performed tests, the effect of over-drive and air conditioner on automatic transmission is compared to the effect of air conditioner on manual transmission in terms of fuel consumption. As a result of all these studies it is established that the use of LPG leads to a 40% reduction in 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 büyük bir k sm kar layan motorlu araçlarda kullan lan yak t ve bu yak t çe itlerinin gün geçtikçe azalmas , otomobil üreticilerini ve devlet yöneticilerini yak t ekonomisi çal malar h zland rmaya yöneltmektedir [1–5]. Motorlu ta tlar n fonksiyonlar yerine getirebilmeleri için gerekli olan enerji bugün için büyük ölçüde petrole ba ml r. Petrolün tükenebilir bir yak t kayna olmas nedeniyle fiyat n sürekli artmas , petrol türü yak t kullanan otomotiv sektöründe yak t ekonomisinin iyile tirilmesini ve yak t tüketiminin azalt lmas zorunlu hale getirmi tir. Bundan dolay yak t tüketimindeki h zl art a ba olarak yak t temininde kar la lan güçlükler de giderek artmaktad r. Ayr ca motorlu ta tlardan kaynaklanan hava kirlili i ve gürültü düzeyi özellikle büyük ehirlerimizde ciddi bir problem olarak insan sa tehdit edecek boyutlara ula r. Hava kirlili inin ortadan kald lmas veya minimum düzeye indirilmesi, yak t tüketimini azaltmakla ve motorlu ta tlar n verimlili ini art rmakla mümkündür[6–8]. Bilimsel ve teknolojik geli melere paralel olarak motorda bulunan sistemlerin daha etkin hale getirilerek verimin artt lmas na çal lmaktad r. Motor parametrelerinin çal ma ko ullar na uygun ekilde otomatik olarak de tirilmesiyle motor performans artmaktad r. Ayr ca yak t tüketimi üzerinde ta ta ait parametrelerin de önemli etkileri bulunmaktad r. Ta t güç aktarma organlar n veriminin artt lmas yan nda sürücü davran lar n da olumlu yönde geli tirilmesiyle yak t ekonomisi iyile mektedir. Otomotiv sektöründeki firmalar n yapt ara rma ve geli tirme çal malar n büyük bölümünü güvenlikten sonra yak t ekonomisine harcad yap lan ara rmalar göstermektedir [9–10]. Yak t ekonomisini iyile tirmek için; motor, ta t ve ta n kullan ile ilgili olarak birçok ara rmalar yap lmaktad r. Yak t tüketimine etki eden parametrelerin motor ve ta t kullan m artlar na göre de tirilmesi ile yak t sarfiyat n azalt lmas na çal lmaktad r. Bu çal malar; tasar m

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1905


Yenitepe, R. ve Akdeniz, B.

teknolojisi, malzeme ve elektronik sistemler, a rl ktaki azalmalar, hava ve yol direncinin azalt lmas gibi çal malard r. Motorlarda bugüne kadar yak t tüketimini azaltman n bir yolu ta tlardaki güç ihtiyac azaltmak di eri ise gerekli gücü daha verimli bir ekilde sa lamak ve etkin bir ekilde kullanmakt r [11–17]. Otomotiv sektöründeki aray lar LPG (S la lm Petrol Gaz )’n n araçlarda alternatif yak t olarak kullan gündeme getirmi tir. Alternatif yak t kullan ve LPG dönü üm sistemleri incelendi inde, benzinli araçlarda mevcut sistemde herhangi bir de iklik yapmadan ek bir sistemle kullan sa lanan LPG, di er yak tlara nazaran daha güvenli bir çevre dostudur [18–21]. Bu çal mada yeni nesil LPG Dönü üm Sistemlerinden SGI (Sequential Gas Injection) sisteminin benzinli motorlara uygulanmas yla elde edilen yak t ekonomisi ve alternatif yak t olarak LPG kullanan iki otomobilin motor performans üzerine olan etkisi deneysel olarak incelenmi tir. 4 silindirli, 4 zamanl benzin ve LPG dönü ümlü motorlar n yak t tüketimi ölçülmü tür. Yap lan deneylerde otomatik anz 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 benzin enjeksiyon ve LPG SGI (Sequential Gas Injection) S ral Gaz Enjeksiyon yak t sistemine sahip Hyundai Getz marka iki otomobil üzerinde yap ld . Bu çal mada, alternatif yak t olarak kullan lan LPG’nin enjeksiyonlu araçlarda uygulanmas yla düz ve otomatik viteslerdeki yak t tüketimi testi ve LPG dönü ümünün yak t ekonomisi üzerindeki etkileri incelenmi tir. Deneyde kullan lan motorlar ve araç bilgileri Çizelge 1 ve Çizelge 2 ‘de verilmi tir. Motorlar n her ikisine de Voltran marka Vogas LPG SGI kiti monte edilmi tir. Deneylerde devir say , tüketilen yak t miktar , benzin ve LPG enjeksiyon zaman , manifold bas nc , regülatör bas nc , regülatör s cakl ölçülmü tür. Ölçülen de erlere ba olarak yak t tüketimi de erleri hesaplanm ve sonuçlar grafikler eklinde sunulmu tur. Motorlarda kullan lan yak tlar n fiziksel ve kimyasal özellikleri de Çizelge 3’te verilmi tir. Deneyde kullan lan LPG yak Avrupa standard k a özel propan oran %50 seviyelerine ç kart lm EN 589’a uygun Aygaz Euro LPG dir. Benzin ise 100 oktan Shell V-Power Racing’dir. LPG yak t tank olarak Türk Standartlar na uygun 35 lt’lik tank bulunmaktad r. Benzin deposu hacmi ise 45 lt.dir. Motorun tüketti i LPG miktar ölçmek için %1 hassasiyetinde Voltran V-SGI sürüm M06 yak t sistemi kontrol yaz kullan lm r. LPG dolumunda kullan lan pompalar n ak debileri ortalama 12 lt/dk d r. ECU ile ba lant yap p bilgisayar ile motor ayarlar n yap ld bilgisayar 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.

1906

Çizelge 1. Test Motorlar Teknik Bilgileri MOTOR

BENZ NL 1.3 L

Motor Tipi Silindir çap × Strok Silindir hacmi Maksimum güç (hp/ dev/dak) Maksimum tork (kgm / dev/dak) Supap say Ate leme s ras / Enjeksiyon ras Buji Buji aral Rölanti devri (d/dak) Ate leme avans (temel) / Enjeksiyon zamanlamas

4 – silindirli, s ral , SOHC 71,5 × 83,5 3 1341 cm 82 / 5800 11 / 3200 12 1–3–4–2 NGK BKR5ES–11 1,0 – 1,1 mm 700 ± 100 ÜÖN öncesi

Çizelge 2. Test Araçlar Teknik Bilgileri Toplam boy

3,810 mm

Toplam geni lik

1,665 mm

Toplam yükseklik

1,495 mm

Dingil mesafesi z geni li i Yak t deposu kapasitesi(benzin) Lastikler Düz rl k Otomatik

2,455 mm 1,440 mm

Fren tipi kili hidrolik, fren takviyeli

45 litre

Ön fren tipi Arka fren tipi

175/65R 14 1050 kg 1102 kg Havaland rmal disk Kampana

Çizelge 3. Benzin, Propan ve Bütan n Baz Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Yak t özellikleri Stokiyometrik H/Y Oran A Fiziksel Hali 15°C’de Yo unluk (kg/lt) Alt Is l De eri (Mj/kg) Buharla ma Gizli Is (kj/kg) A Stokiyometrik Orandaki Kar yakmak için gereken tutu ma enerjisi (Mj) Kaynama Noktas (°C) Ara rma Oktan Say (RON) Motor Oktan Say (MON)

Benzin*

Propan**

Bütan**

14,6:1

15,1:1

15.0:1

Gaz

Gaz

0,82–0,86

0,508

0,584

44

46,4

45,6

300

426

385

1

0,3

0,3

30–225

—43

—0,5

96–98

111

103

100

97

89

*) Yak t Shell V-POWER Racing /Bilgi -Y lmaz NUR LU Shell Türkiye Technical Sales Support Shell & Turcas Petrol A.A ’den al nm r. **) Yak t Aygaz /Bilgi Genel Müdürlük Zincirlikuyu/ STANBUL 0.212.354 15 15 Teknik Departman’dan al nm r.


Yenitepe, R. ve Akdeniz, B.

ekil 7. Otomatik Vitesli Otomobil

ekil 8. Düz Vitesli Otomobil.

3. Deney Yöntemi

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

ekil 2. SGI Yaz

ekil 3. Otomatik Vitesli motor.

Enjeksiyon Zamanlar

ekil 4. Düz Vitesli motor.

Motorlar n performanslar belirlemek amac yla, en az 6 saat beklemi durumda çal lm lard r. Ta tlar temizlenmi durumda, düz vites olan araç 25.000 km’de otomatik olan araç ise 6100 km’ dedir. Ön düzen ayarlar fabrikasyon olarak yap lm durumda ve her iki araç önden çeki li hareket kabiliyetine sahiptir. Lastikler Kumho marka 175/65 R14 ebad ndad r. Test öncesi lastik hava bas nçlar standartlar çerçevesinde önler 30 psi, arkalar 30 psi olarak ayarlanm r. Test sürecinde araçta sürücüyle beraber bir ki i bulunmu tur. Yakla k a rl k 180 kg’ geçmemi tir. Otomobillerin ya , imalatç iste i do rultusunda Shell Helix Plus 10W–40 yar sentetik motor ya ’d r. Test süresince otomobillerin pencereleri kapal olarak test yap lm r. Otomobillerin benzin enjeksiyon ve gaz enjeksiyon ayarlar test öncesi Voltran Yetkili servisi taraf ndan ideal de erlerinde ayarlanm ve bak tam olarak yap lm r. Teste ba lamadan önce Meteoroloji Genel Müdürlü ünden al nan bilgiler do rultusunda yol testi yap lacak güzergâhlardaki hava s cakl klar n çok de ken olmad gün belirlenmi tir. A, B, C bölgelerinin hava s cakl klar n standart test s cakl (278K~ 293K)(4,85ºC ~ 19,85ºC ) aras oldu u tespit edilmi tir. A yolu hava s cakl 288,15 K (15ºC). B yolu hava s cakl 288,15 K (15ºC). C yolu hava s cakl 286,25 K (13,1ºC) olarak ölçülmü tür. Rüzgâr h ise özellikle ehirleraras ölçümü yap lacak A–B-C yollar nda standart de erler (3–8 m/s) aras olan 4,4 m/s olarak belirlenmi tir. Bas nç ise standart ortam (91 kPa ~ 104 kPa) aras 101,3 kPa olarak tespit edilmi tir. Testte otomobillerin bulundu u yüksekli in motor performans na olan etkisi, bir bölümünde de kliman n yak t tüketimine olan etkisi hesaplanm r. Otomatik vitesli arac zda ise Over Drive’ n yak t ekonomisine olan etkisi hesaplanm r. Yol testi s ras nda ehirleraras güzergâh nda yol e imi %5’i geçmedi. Bu de erler yard yla performans de erleri olarak belirlenen yak t tüketimi hesaplanm r. Testteki artlar Çizelge 4, 5, 6 ve 7’de verilmi tir. Yap lan testlerde sürücü ayn ki i olup 10 y ll k B s sürücü belgesine sahip, direksiyon usta reticisidir. Çizelge 4. Otomatik Vites Yol Testi (Klima Aç k)

ekil 5. LPG Yak t Tank .

A yolu =100km V= 90 km/h T= 15 °C P= 101,3 kPa Over Drive On Klima Aç k im %0

ekil 6. LPG Enjektörleri.

1907

B yolu=100 km V=90 km/h T= 14°C P= 101,3 kPa Over Drive On Klima Aç k im %3

C yolu =100km Vort=71 km/h T= 14°C P=101.3kPa Over Drive On Klima Aç k im %5


Yenitepe, R. ve Akdeniz, B.

Çizelge 5 Otomatik Vites Yol Testi (Klima Kapal )

A yolu =100km V= 90 km/h T= 15 °C P= 101,3 kPa Over Drive On Klima Kapal im %0

B yolu=100 km V=90 km/h T= 14°C P= 101,3 kPa Over Drive On Klima Kapal im %3

yo unla bir bölgedir. Bu nedenle otoyoldaki h n ortalama 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 , öndeki trafi i iyi bir ekilde izleyerek ve mümkün oldu unca az gaz vererek fren yapma ihtiyac en aza indirmeye çal lm r. lk testte hedef A-B-C yolu boyunca arac Over Drive (On) aç k konumda 2500 – 3000 d/d civar nda tutmak olmu tur. Otomatik anz man 4 ileri vitese sahiptir. Optimum yak t tüketimini elde etmek için, arac n h yava yava artt lm r. Over Drive dü mesi A-B-C yolu boyunca On (aç k) konumunda tutulmu tur, anz man otomatik olarak ikinci, üçüncü, dördüncü ve Over Drive viteslerine yükselmi tir. A yolundaki e im % 0 oldu undan Over Drive bir alt vitese geçmemi tir. Bunun d nda, en yüksek h zla en dü ük tüketim hedefine uygun olarak anz man hep Over Drive aç k (O/D On) ve klima kapal konumunda tutulmu tur.

C yolu =100km Vort=71 km/h T= 14°C P=101.3kPa Over Drive On Klima Kapal im %5

Çizelge 6- Düz Vites Yol Testi (Klima Kapal )

A yolu =100km

B yolu=100 km

C yolu =100km

V= 90 km/h T= 15 °C P= 101,3 kPa Over Drive On Klima Kapal im %0

V=90 km/h T= 14°C P= 101,3 kPa Over Drive On Klima Kapal im %3

Vort=71 km/h T= 14°C P=101.3kPa Over Drive On Klima Kapal 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 T= 15 °C P= 101,3 kPa Over Drive On Klima Kapal im %0

V=90 km/h T= 14°C P= 101,3 kPa Over Drive On Klima Kapal im %3

Vort=71 km/h T= 14°C P=101.3kPa Over Drive On Klima Kapal im %5

ekil 7. A Yolundan Bir Görüntü.

5. Deney Uygulama Yol testine A yolundan ba lanm r. A yolu ve B yolu ehirleraras yol testi yap lan güzergâht r( ekil 7). lk testte otomatik vites araç seçilmi tir. Bu test a yava giderek yap lm bir test olmam r. Her eyden önce, gerçek trafik ko ullar nda yap ld için, trafik kurallar na ve daha genel olarak trafik güvenli ine uygun bir ekilde kullan lm r. Bu nedenle testin ilk bölümünde A yoluna kmadan depo doldurduktan sonra otoyolda sabit h z 90 km/s ile A ve B yollar nda testler gerçekle tirilmi tir. lk testimizin ba lang nda otomatik vites Over Drive dü mesi On konumunda ve klima aç k konumda rak lm r. Testin her a amas için ilk testler LPG ikinci testler Benzin ile yap lm r. Yak t litre fiyatlar Ekim ay itibar ile LPG* 1.41 YTL, **Benzin 2.72 YTL ‘dir. B yolundan C yoluna ç ld nda ilk yak t ikmalini LPG tank doldurarak yap lm r ( ekil 8) Buraya kadar yap lan yol 210 km. ve LPG tank n ald yak t 14.82 litredir. Bu tüketim 100 km' de ortalama 7,4 litreye kar k gelmektedir. C yolunun ba lang nda depoyu doldurup yola ç kt ktan sonra 310,4 km. nin ard ndan yolun sonuna hedeflenen sürede ve hedeflenen yak t tüketimiyle ula lm r. B noktas ndan C yolunun sonuna kadar ise hedef h z 90 km/s olmu tur. Sonuçta, C yolunun sonuna var p kilometre hesapland nda ortalama h n 71,2 km/s oldu u görülmü tür. C yolu % 5 e imli ve trafi in

ekil 8. B Yolundan Bir Görüntü Fabrika rakamlar na göre ehir d benzin yak t tüketimi benzin ile 6.2 litre/100 km dir. Deneyde A yolunda elde edilen rakam LPG ile 6.8 litre/100 km, benzin ile 6.1 litre/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 testte yak t tüketimi LPG ile 7.0 litre/100 km, benzin ile 6.3 litre/100 km olarak ölçülmü tür ( ekil 17). Buradaki yak t tüketimini etkileyen en önemli faktör kliman n kapal olmas olmu tur. Ayn artlar alt nda A yolunda Over Drive kapal (O/D Off) ve klima kapal konumda elde edilen de erler ise LPG 7.0 litre/100km, Benzin 6.3 litre/100km olmu tur. Burada Over Drive’ n yak t tüketimini artt rmas n sebebi vites geçi lerinin yüksek devirlerde gerçekle mesi ve Over Drive aç kken motor devri 2300 d/dak iken Over Drive kapal konumda motor devri 2700 d/dak’da kalmas r. C yolunda yap lan testlerde ise yak t tüketiminin artmas n en 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


Yenitepe, R. ve Akdeniz, B.

direncinin olu mas r. Otomatik vites arac n ehir içi yak t tüketimi fabrikasyon verilere göre benzin ile 9.9 litre/100 km’dir. Yap lan testlerde, test arac bu de erlere yak n de erlere ula r ( ekil 17). Bu ölçümler esnas nda Voltran V-SGI Version M06 yak t kontrol sistemi, yak t tank seçici anahtar ve tam dolum yap ld ndaki pompan n gösterdi i (no flo) ikaz ve istasyon pompas n litre göstergesinin de erleri baz al nm r. Benzin de eri ölçümlerinde arac n yol bilgisayar , yak t göstergesi ve depo doldurdu unda al nan de erler baz al nm r. Bu testlerde 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 = Ekonomik Tüketim.

iki grupta toplanabilir. Mekanik kay plar genellikle sürtünmeden, hidrolik kay plar ise pompalama ve tork konvektöründeki kaymadan kaynaklan r. Kayma ile meydana gelen kay plar oldukça fazlad r. Kayma konvektör yap na, ta t h na ve iletilen momente ba r. Motor, aktarma organlar n özellikleri, ta t büyüklü ü ve ta t performans karakteristikleri konvektör yap etkiler. Çizelge 8. Standart Yol Testleri Yak t Tüketim Tablosu Ta n Özelli i ve Çal ma Ko ulu

A yolu

Otomatik Vites O/D On Klima Aç k

7.0 litre/100 km LPG 6.3 litre/100 km Benzin

Otomatik Vites O/D On Klima Kapal

6.8 litre/100km LPG 6.1 litre/100km Benzin

Otomatik Vites O/D Off Klima Kapal

7.0 litre/100km LPG 6.3 litre/100km Benzin

Düz Vites Klima Aç k

6.3 litre/100km LPG 6.0 litre/100km Benzin

Düz Vites Klima Kapal

6.0 litre/100km LPG 5.6litre/100km Benzin

ekil 9. C Yolu yak t ikmalinden bir görüntü. Ayn artlar alt nda düz vitesli otomobil ile de A, B, C yollar nda testler gerçekle tirilmi tir. Düz vites otomobil için ehir d yak t tüketimi fabrikasyon verilere göre benzin ile 5,4 litre/100 km.dir. A yolunda 90 km/h sabit h zda yap lan testte 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 yolunda yine 90 km/h sabit h zda klima kapal yap lan testte bu de er LPG ile 6.0 litre/100 km, benzin ile 5,6 litre/100 km olmu tur(Çizelge 8). Bu ölçümlere göre kliman n yak t tüketimi art na etkisi her yol için, artma de erlerinin ortalamas al nd nda %10,3 olmu tur. Modern ta tlarda klimalar gittikçe yayg nla makta ve güvenli bir sürü için ihtiyaç haline gelmektedir. Kliman n çal mas için gerekli moment, sistemin kapasitesine, hava s cakl na ve ta t na ba olarak de mektedir. Yüksek h zlarda hava ak n artmas ndan dolay kondanser verimli çal maktad r (kondanser: kompresör taraf ndan lm yüksek s cakl k ve yüksek bas nçl so utma gaz ndan al p so utarak bu gaz s hale dönü türmek için kullan lan klima eleman ). Dolay yla buna ba olarak moment ihtiyac azalmaktad r. Ayr ca yüksek zlarda motor momenti daha ekonomik bir özgül yak t sarfiyat yla elde edilmektedir Düz vitesli otomobilin yak t tüketiminin daha dü ük oldu u bütün otomobil firmalar n teknik kataloglar nda belirtilir. Otomatik transmisyon ta tlarda kullan m kolayl art ran sistemler olarak kabul edilebilir. Otomatik vitesli araçta Over Drive’ n yak t ekonomisine etkisi özellikle A ve B yollar nda, h n sabit oldu u ve Over Drive Aç k konumda kald nda gerçekle mi tir. Ayr ca testin e imli yolu olan C yolunda yak t ekonomisini sa layan etken Over Drive’ n kapal oldu u testtir. Burada otomatik anz man, motor devrini sabit tutarak ve gerekti inde vites geçi lerini seri yaparak yak t tüketimini azaltm r. Otomatik transmisyonda güç kayb mekanik ve hidrolik olmak üzere

B yolu

C yolu

7.8 litre/100km LPG 7.2 litre/100km Benzin 7.5 litre/100km LPG 6.9 litre/100km Benzin

10.8 litre/100km LPG 10.05 litre/100km Benzin 10.4 litre/100km LPG 9.7 litre/100km Benzin 10.2 litre/100km LPG 9.6 litre/100km Benzin 8.3 litre/100km LPG 8.0 litre/100km Benzin 7.1 litre/100km LPG 6.2 litre/100km Benzin

7.4 litre/100 km LPG 6.7 litre/100km Benzin 6.9 litre/100km LPG 6.5 litre/100km Benzin 6.2 litre/100km LPG 5.7 litre/100km Benzin

Dü ük h zlarda kayma yüksektir bu da yak t ekonomisini kötüle tirir. Yüksek h zlarda kayma oldukça azal r bu nedenle otomatik transmisyon düz vites kutular na göre yüksek h zlarda üstünlük sa layabilir. Otomatik transmisyonlu bir ta t motorunda tork konvektörü burulma titre imlerini yok etti inden silindirlere daha fakir kar m gönderilebilir. Ayr ca tork konvektörü belli bir moment art sa lad ndan diferansiyel di li oran küçültülebilir. Kolay devir yapmaya istekli olan motor, bu amac geleneksel yap daki otomatik anz man izin verdi ince gerçekle tirmi tir. Otomobilin genel sürü performans , küçük bir ehir otomobilinden tüm beklentileri kar layabilir düzeyde olmu tur. Sars nt z de imleriyle sürü konforunu yükselten otomatik anz man n sahip oldu u tek geli mi özellik ‘Over Drive’ fonksiyonu idi. anz man n zl ‘kickdown’ tepkileri, sürü ak kesmemesi aç ndan çok olumlu olmu tur. Test süresince 100km'de ortalama 8,32 litre/100km (LPG) (otomatik vites), 6.8 litre/100km (LPG) (düz vites) yak t tüketen otomobil, 35 lt’lik LPG yak t tank hacmi ile 411 km (otomatik vites) 492 km (düz vites) menzil yapm r. Yüksekli inin artmas ve bunun sonucu olarak atmosfer bas nc n azalmas yla motor performans azalm r. Motor yüksekli indeki 200 m'lik bir de im atmosfer bas nc nda yakla k 3000 Pa'l k bir de ime kar gelmekte olup buna ba olarak yak t tüketimi ve hacimsel verimde % 40'a varan bir de ime neden olabilmektedir.

1909


Yenitepe, R. ve Akdeniz, B.

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

Yak t T üketimi (YT L )

18,0

15,0

12,0

9,0

6,0

6. Deney Sonuçlar

3,0

0,0

Yap lan deneylerde ölçülen de erlere göre LPG’ nin yak t ekonomisi yönünden kullan lara sa lad avantaj sadece litre baz nda maliyetinin % 48,2 ucuz olmas r. Litre baz ndaki ölçümlerde ise LPG’nin benzine göre kar mda % 8,6 (düz vites) %12,9 (otomatik vites) fazla yak t harcad görülmektedir. Buna göre s ral sistem LPG düz vites otomobilde % 44,5, otomatik vites otomobilde % 41,6 ekonomi sa lad deneysel olarak ortaya konulmu tur. LPG’nin dezavantajlar bir kenara konulursa avantajlar n r bast ve çevreye gösterdi i sayg da göz ard edilemez. Y lda ortalama 25.000 km yol yapan düz vites ve otomatik vites bir irket arac nda ortalama yak t tüketimlerini al nd nda benzine y lda 5.750 YTL ödemek yerine ayn araca LPG dönü ümü yap ld nda bu rakam 3.000 YTL gibi ciddi bir rakama dü ebilmektedir ( ekil 18). Ayr ca bu de erlendirme düz ve otomatik vitesli araçlar için ayr ayr ele al nd ndaki maliyet analizleri ekil 17 ve ekil 18’de verilmi tir. Yol testleri s ras nda elde edilen en önemli sonuç, s ral sistem LPG sisteminin sürü esnas nda hiçbir ekilde performans dü ürmedi i ve motorun benzinli sistemle çal ndan hiçbir fark olmadan çal r. Yak t ekonomisi sa lamak için çal ma artlar ve sürücü deneyiminin önemi de ortaya km r. LPG’nin alt l de erinin yüksek olmas , gaz faz nda silindir içerisine girmesi, benzine göre daha homojen bir kar m olu turmas ndan dolay olumlu etkileri görülmektedir. LPG’nin gaz faz nda olmas motorun volümetrik verimi üzerinde olumsuz etkide bulunmaktad r. LPG dönü ümünde dikkat edilmesi gereken noktalardan biri LPG kar seçerken dikkat edilmesi ve belirli periyotlarla yak t hava kar n LPG servisi taraf ndan kontrol edilmesidir.

Otomatik Vites L PG O/D

Otomatik Vites B enzin

On

O/D On

Düz Vites L PG

Düz Vites B e nzin

ekil 11. A Yolu Düz ve Otomatik Vites(O/D on), LPG ve Benzin Maliyet (YTL). Yak t Tüketimi (Litre/100km) 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0

Otomatik Vites LPG O/D Off

Otomatik Vites Benzin O/D Off

Düz Vites LPG Klima Düz Vites Benzin Klima Aç k Aç k

ekil 12. B Yolu Otomatik O/ D Off ve Düz Vites Klima Aç k, LPG ve Benzin Tüketim (Lt/100km) Yak t Tüketimi (YTL) 20,0

17,5

15,0

12,5

10,0

7,5

5,0

2,5 Yak t Tüketimi

0,0 (L itre /100km)

Otomatik Vites LPG Otomatik Vites Benzin Düz Vites LPG Klima O/D Off O/D Off Aç k

8 ,0

Düz Vites Benzin Klima Aç k

7 ,0 6 ,0

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

5 ,0 4 ,0

Yak t Tüketimi

3 ,0

(Litre/100 km)

11,0

2 ,0

10,0

1 ,0

9,0 8,0

0 ,0 Otomatik Vites LPG O/D

Otomatik Vites Be nzin

On

O/D On

Düz Vites L PG

Düz Vites B enz in

7,0 6,0 5,0 4,0

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

3,0 2,0 1,0 0,0 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 Klima Kapal , LPG ve Benzin Tüketim (Lt /100km)

1910


Yenitepe, R. ve Akdeniz, B.

Yak t Tüketimi

Yak t Tüketimi

(YTL)

LPG (Litre/100 km)

28,0

24,0

11,0

20,0

10,0

16,0

9,0

12,0

8,0

8,0

7,0

4,0

6,0

0,0 Otomatik Vites LPG O/D Off

Otomatik Vites Benzin O/D Off

Düz Vites LPG Klima Kapal

5,0

Düz Vites Benzin Klima Kapal

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

4,0 3,0

Yak t Tüketimi

2,0

LPG (Litre/100 km)

11,0

1,0

10,0

0,0 A YOLU

9,0

B YOLU

C YOLU

ekil 18. Otomatik Vites Over Drive Etkili Yak t Tüketim

8,0 7,0

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

6,0 5,0 4,0 3,0 2,0

YTL

1,0 6000

0,0 A YOLU

B YOLU

C YOLU

5000

ekil 16. Düz Vites Klima Etkili Yak t Tüketim 4000

Yak t Tüke timi LPG (Litre /100 km) 11,0

3000

2000

10,0 9,0

1000

8,0 7,0

0

6,0

LPG

5,0

BENZ N

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

4,0 3,0

YTL

2,0

6000

1,0

5000

0,0 A YOLU

B YO LU

C YO LU

4000

ekil 17. Otomatik Vites Klima Etkili Yak t Tüketim

3000

2000

1000

0

LPG

BENZ N

ekil 20. Otomatik Vites LPG ve Benzin Y ll k Maliyet Analizi

1911


Yenitepe, R. ve Akdeniz, B.

8. Tart ma ve De erlendirmeler

YTL 9000

En modern içten yanmal motorlar bile yak ttaki enerjinin sadece üçte birini yararl bir i e dönü türmektedir. Kalan enerji ise , hareketli parçalar n sürtünmesi motordan içeri giren ve d ar ç kan havan n yaratt sürtünme eklinde kaybedilmektedir. Enerjinin kay p olarak atmosfere at ld bu alanlar n her biri yak t ekonomisini geli tirmek için büyük bir f rsatt r.

8000 7000 6000 5000 4000

Depoya konulan yak n büyük bir k sm arac yolda ilerletmek veya klima ve yönlendirme sistemleri gibi yararl aksesuarlara harcanmaktad r. Enerjinin geri kalan kaybolmaktad r. Bu sebeple yak t ekonomisinin teknolojik yöntemlerle artt lma potansiyeli oldukça yüksektir.

3000 2000 1000 0

LPG

BENZ N

ekil 21. LPG ve Benzin Ortalama Y ll k Maliyet

7. Sonuçlar Endüstride otomotiv teknolojisinden gelecek y llarda h zl bir geli me göstermesi beklenmektedir: Yak t ekonomisi bugüne oranla daha da iyile ecektir. Daha çok plastik, alüminyum ve seramik malzeme kullan sonucu, çelik malzeme miktar % 70' den % 50' ye azalacakt r. Güç kayna olarak daha çok gaz türbini, elektrik ve petrol motoru kombinasyonu (hybrid) kullan lacakt r. Gaz türbini performans, hybrid ise emisyon bak ndan avantajl görülmektedir. Sürekli de ken transmisyon ve ayr ca otomatik stop-start sistemleri kullan lacakt r. Ta n biçimi, bugünküne benzer, ancak daha aerodinamik olacakt r. En az direnç; hafifçe öne do ru e imli, hatlar yuvarlat lm , arkas hatcback ya da fastback olan ta tlarla sa lanmaktad r. Daha çok dizel ve LPG yak t kullan lacakt r. Dizel ekonomi, LPG ise düzgün çal ma ve emisyonlar bak ndan avantajl r. Bu çal madaki deneyde üzerinde yo unla lan, LPG’nin yayg nla mas yla, uygulamas sona eren sübvansiyonun ortadan kald lmas yla araçlarda, LPG’ yi yaln zca ekonomik yönü nedeniyle tercih eden kitleler daha dikkatli olmak zorundad r. LPG’nin benzine göre daha ucuz bir yak t oldu unu varsayarak yayg nla lmas ileride ülke ekonomisine olumsuz etkiler yapabilir. Ayr ca LPG kullan yla ilgili teknolojik olarak gerekli altyap n olu turulmas ve denetimle ilgili önlemlerin titizlikle al nmas gerekmektedir. Alkol ya da kar k yak tlar n kullan , petrolün bulunabilirli i ve fiyat na ba ml r. Motorlarda yanma odas ve yak t sistemlerinin yüksek teknolojiyle donat lmas , egzoz gaz temizleme sistemlerinin bütün ta tlarda uygulanmas için önlem al nmas gerekmektedir. Yak tlar n kalitesinin art lmas , kullan lm ta tlar n kontrolü, bireysel ta mac ktan kaç p, toplu ta mac n yayg nla lmas ve tercih edilmesi te vik edilmelidir. Araçlar n, yolcu ve yük olarak maksimum kapasiteleri kullan lmal ancak a yolcu ve yük ta nmas ndan kaç lmal ve çok s olarak bunlar n kontrolleri yap lmal r. Ta n kapasitesine göre yükleme derecesi, seyir h , manevra yetene i ve özellikle teknik ar za üzerindeki önemli rolü unutulmamal r. Motorlu ta tlarda üretim a amas nda al nacak tedbirlerin yan s ra halen trafikte seyreden eski teknoloji ile üretilmi araçlar n düzenli bak ma ve denetime tabi tutulmas gibi önlemler al nmal r.

Depoda bulunan yak n sahip oldu u enerjinin % 62'si motor sürtünmesine, pompalama kay plar na ve kaybedilen 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 mas için gerekli olan aksesuarlar (örne in su pompas ) ve yolcu konforu için gereken sistemler (örne in klima) bu enerjiden % 2 daha al r. Böylece hareket için enerjinin %18'den biraz daha fazla k sm kalm olur. Güç aktar m organlar ndaki sürtünmeye de % 5'lik bir k m harcand dü ünülürse arac n yolda ilerlemesi için kalan enerji sadece % 13 olur. Fizik kanunlar tüm bu kay p enerjilerin ortadan kald lmas na izin vermese de bunlar n oldukça önemli oranlarda 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 yuvarlanma direncine gider. Dur-kalk hareketinin s kl kla yap ld ehir içi kullan mda h zlanma en önemli ihtiyaçt r ve bunu yuvarlanma direnci ve hava sürtünmesi takip eder. ehir yüksek h zda kullan mda ise (otoyollarda) bu s ra tersine döner ve en önemli etken hava sürtünmesi olur. Yüksek dayan ma sahip hafif metallerin kullan lmas yla araç a rl n azalt lmas , arac n eklinin hava sürtünmesini dü ürecek ekilde tasarlanmas ve geli mi lastik tasar mlar ile yuvarlanma direncinin azalt lmas ile % 20-30'lara varan oranlarda enerji tasarrufu sa lanmas mümkündür.

Kaynaklar [1]

[2]

[3]

[4] [5] [6]

1912

Batmaz, . :“Benzin Motorlu Ta tlarda Yol-Yak t Ekonomisi li kisinin Deneysel Olarak ncelenmesi”, Doktora Tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Ankara (1999) 1–50. Çelik. M. B.: “Metanol-Benzin Kar mlar n Motor Performans na Ve Egzoz Emisyonlar na Etkisi” Yüksek Lisans Tezi, G. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (1994) 10–45. Çelik. M. B.: “Buji le Ate lemeli Bir Motorun rma Oran n De ken Hale Dönü türülmesi ve Performansa Etkisi”, Doktora Tezi, G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (1999) 22–43. Yolaçan, F. :“Otomobil Motorlar nda Yak t Sistemleri”, T.E.V. Yay nlar Ankara, (1990) 34- 56. Yelkencio lu, A., "Ta tlarda Yak t Sarfiyat na Etki eden Faktörler ve Yak t Sarfiyat n Belirlenmesi”, TÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, stanbul, (1991)12- 43. Stone, R, “Motor Vehicle Fuel Economy”, Macmillan


Yenitepe, R. ve Akdeniz, B.

[7] [8] [9]

[10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]

[20] [21]

Educational Ltd., Houndmills, 4. HEYWOOD, J. B.: “The Internal Combustion Engine Fundamentals”. Mc Graw - HIU Book Company, (1988)5- 45. Çetinkaya, S., “Motorlu Ta tlar n Yak t Ekonomilerini yile tirme Çal malar ". G.Ü. Teknik E itim Fakültesi Dergisi, Ankara, (1990) 8- 27. Çetinkaya, S., “Ta t Mekani i”, Nobel Yay nevi, Ankara,(1999) 3- 58. 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. BORAT. O, BALCI. M, SÜRMEN. A."Benzin Motorlar nda Yak t Ekonomisi". G.Ü. Teknik E itim Fakültesi Dergisi. Haziran (1987) 6- 70. Kutlar, O.A.”Dört Zamanl Otto Çevrimli Motorlarda smi Yükte Yak t Tüketimini Azaltmak çin Yeni Bir Yöntem”; Doktora Tezi, stanbul,(1998)10- 47. Yüce, A., ”Günümüzde Otomotiv Teknolojisi” Ankara.(1997). Borat,O., Balc , M., Sürmen, A.,” çten Yanmal Motorlar” Cilt 1,G.Ü.T.E.F., Ankara, (1994) 12- 65. “Otomotiv Sanayi Derne i” Panel, Taslak (2002). “AYT, Alternatif Yak t Teknolojileri Tan m Paneli” Prezentasyon (2006). “Araçlarda LPG Dönü ümü” Mühendis El Kitab , Yay n No: 217, (1999) 1- 21. Akkan, E., “Dünya ve Türkiye’de LPG” Makale, (2000). www.voltranlpg.com Ekim (2006). Bayraktar, O.,Durgun,O., “Investigating The Effects Of LPG on an Spark Ignition Engine Combustion and Performance”Energy Conversion and Management 46 (2005) 2317- 2333. Johnson, E.”LPG: A Secure, Cleaner Transport Fuel? A Policy Recommendation for Europe” Energy Policy (2003) 31- 32. Bayraktar, H., Durgun, O., “Theoretical Investigation of Using LPG in Spark Ignition Engines” The First Energy Symposium and Exhbition (2003) 284-286.

1913


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

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

N

COMPARISON OF LPG AND NATURAL GAS FUEL SYSTEMS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES a

Fatih AYDINa, * ve Mustafa ACARO LU a Selçuk Üniversitesi, Konya, Türkiye, E-posta: faydin@selcuk.edu.tr, acaroglu@selcuk.edu.tr

Özet Hava kirlili inin artmas na paralel çevre sorunlar na büyük yük getirmesi, küresel nman n had safhalara ula mas ve bunun paralelinde petrol fiyatlar n artmas , içten yanmal motorlarda LPG ve do algaz önemli bir destekleyici yak t olarak kar za ç karmaktad r. Buji ile ate lemeli motorlarda LPG ve do algaz yak tlar na ba olarak, yak t sistemlerindeki geli melerde yukar da belirtilen nedenlerden dolay önem kazanmaktad r. Bu çal mada LPG ve do algaz sistemlerinin, günümüzdeki mevcut jenerasyonlar aras ndaki ortak özellikleri ve farkl klar ortaya konulmaya çal lm r. çten yanmal motorlarda günümüze kadar kullan lan LPG ve do algaz sistem çe itleri kar la lm r. Birinci, ikinci, üçüncü ve dördüncü ku ak LPG sistemlerine sahip ta tlarda yap lan deneylerde egzoz emisyonlar ve performans de erleri tespit edilmi tir. Do algaz sistemlerinin benzinli ve dizel motorlarda uygulanmas ele al nm r. Do algaz n ta tlarda uygulamalar ülkemiz için yeni olmas na ra men, özellikle LPG sistemleri içerisinde dördüncü ku ak olarak bilinen s ral otogaz sistemlerinin, performans dü üklü üne sebep olmad belirlenmi tir. LPG ve do algaz n içten yanmal motorlarda temiz ve verimli yanma sa lamas , s yak tlara göre ekonomik bir yak t olmas da di er avantajlar eklinde s ralanabilir. Anahtar Kelimeler: LPG sistemleri, Do algaz sistemleri, çten yanmal motorlar

implementation of Natural Gas in the vehicles is a recent case for our country, it was carried out that particularly sequential autogas systems that are known as the fourth generation among the LPG systems do not cause a low level performance. Providing an efficient and clean combustion in the internal combustion engines and being an economical fuel than the other liquid fuels can be also listed as the other advantages of LPG and Natural Gas. Key Words: LPG systems, Natural Gas systems, Internal combustion engines.

1. LPG’nin Tan LPG (Liquefied Petroleum Gas) s la lm petrol gaz r. Yakla k olarak % 70 bütan ve % 30 propan gazlar n kar r. Renksiz ve kokusuz bir gazd r. Ancak, tüketicinin gaz kaçaklar alg layabilmesi amac yla rafineriler taraf ndan Etilmerkaptan ile belirgin bir ekilde kokuland lm r. LPG normal artlarda gaz halindedir, ancak depolama tanklar na doldurulmas esnas nda bas nç alt nda s la lm halde bulunmaktad r. Bu s halinden gaz haline geçi s ras nda hacmi yakla k olarak 25 0C’de 240 – 270 kat artar. LPG zehirli de ildir. Fakat havadan r bir gaz oldu u için s nt ve kaçaklarda yere çökerek zeminden itibaren yukar ya do ru birikir. LPG’nin s halden gaz haline geçerken çevreden ald , donmalara ve yan k etkisine sebep olur [3].

Abstract

1.1. LPG’nin Çe itleri

In addition to increase in the air pollution, being a heavy burden on the environmental issues, reaching of Global Warming to the exorbitant limits and apart from this because of rise in petrol prices, LPG and Natural Gas turn out to be an advantage for us as a considerable supportive type of fuel in the internal combustion engines. In the ignition plugged engines as result of LPG and Natural Gas fuels, the developments in the fuel systems become important because of the reasons that are mentioned above. In this study, the common features and differences of LPG and Natural Gas systems are tried to be signposted with their existent generations at the present time. The types of LPG and Natural Gas systems which are used up to the our present time in the internal combustion engines are compared. Exhaust emissions and performance values were determined in the experiments which were done in the vehicles that have the first, second, third, and fourth generation LPG systems. Implementations of Natural Gas in the fuel and diesel engines were discussed. In spite of the fact that the

Türk Standartlar Enstitüsü iklim ve kullan m artlar na göre üretilecek olan LPG yak , bile iminde bulunmas gereken ana hidrokarbon oran na göre s fland lm r. fland lmas yap lan gazlara ait özellikler Çizelge 1’de verilmi tir.

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1914

Ticari Propan: Esas olan propan ve propilenden meydana gelen fiziki metotlarla s la labilen gaz kar r. Uçuculu u yüksek olan bir hidrokarbondur. So uk iklimli bölgelerde daha homojen bir kar m olu turur. Evlerde, ticari ve endüstriyel amaçl yerlerde kullan lan ticari propan, kütlece % 95 safl ktad r [13]. Ticari Bütan: Esas olarak bütan ve bütilenden meydana gelen fiziki metotlarla s la labilen gaz kar r. Uçuculu u dü ük olan bir hidrokarbondur. Il man iklimli bölgelerde yak t olarak kullan lan ticari bütan kütlece % 95 safl ktad r [13].


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

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

Ticari Propan – Bütan Kar : Ticari propan – bütan kar n uçuculu u orta seviyededir. Kar m oranlar geni aral klarda olabilece inden belirli ihtiyaçlar kar layabilecek özellikte yak t elde edilmesi mümkündür. Bu kar m evlerde, ticari ve endüstriyel 1.2. LPG’nin Özellikleri

Çizelge 1. LPG’nin Yakla k Özellikleri [13,3]. Genel Özellikler

Birim

Ticari Propan

bar bar bar bar

Ba ca propan, propilen, etan, etilen ve bütandan meydana gelen hidrokarbon kar r. Orjinali kokusuzdur. Etilmerkaptan ile kokuland lm r. 9.2 15.3 17 20.4

Bile imi

Kokusu

Buhar Bas nçlar

*

0 20 C 40 0C 45 0C 55 0C

lk Kaynama Noktas

0

3

1m s n A rl Halinde Suya Göre Yo unlu u Gaz Halinde Havaya Göre Yo unlu u Molekül A rl Gaz Hacmi / S Hacmi ** *** Alt Is l De eri Tutu ma S cakl (havada) Buharla madan Sonra Toplam Is tma De eri Maksimum Alev cakl Yanma Ürünleri

C

Ba ca bütan, bütilen ve propandan meydana gelen hidrokarbon kar r. Orjinali kokusuzdur. Etilmerkaptan ile kokuland lm r. 1 2.8 3.4 4.6

Ticari Bütan – Propan Kar Ticari propan ve ticari bütandan meydana gelen hidrokarbon kar r. Orjinali kokusuzdur. Etilmerkaptan ile kokuland lm r. 3.5 6.6 7.5 9.3

- 42

-9

- 18

509

582

547 - 573

0.509

0.582

0.560

kg/m3

1.5

2.01

1.84

g/mol

44.1

58.1

53.5

272

238

248

11.100

10.900

10.960

C

493 - 549

482 - 538

482 - 549

kCal/kg

11.950

11.740

11.800

C

1980

2008

2000

% % %

11.6 72.9 15.5

12 73.1 15

11.9 73 15.1

kg kg/m

3

kCal/kg 0

0

CO2 N2 H2O

Ticari Bütan

Maksimum Kükürt mg/kg 185 140 140 Miktar 100 ml Buharla mas yla En Çok 0.05 0.05 0.05 Kalan Miktar Hava Gaz Alt Limit % 2.15 1.55 1.55 Kar nda Patlama Üst Limit % 9.6 9.6 9.6 rlar * : 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 tank üzerinde bulunan multivalf, tank n % 80 doldurulmas sa layacak ekilde ayar edilmelidir.

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

1915

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


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

LPG elektro valfindeki filtre temizlenmelidir.

1.4.3.

Ba lant bile enleri kontrol edilmelidir.

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 sistem otomatik olarak LPG enjeksiyonlu çal maya geçer. Çok yeni model araçlara tak lmalar halinde yine de geri tepme riski bulunmaktad r [7].

Havaland rma olmamal r.

hortumlar

y rt k,

kopuk

ve

ekli

LPG montaj nda kullan lan elemanlar n tamam ECR67R ve TSE standartlar na uygun olmal r [4].

Üçüncü Ku ak LPG Enjeksiyonlu Sistem

1.4. LPG Sistemleri LPG, güç kayb önlemek ve egzoz emisyon de erlerini yeni normlara uygun hale getirmek için, benzinli sistemlerdeki geli meye paralel geli me ve yenilenmelere göre kendini sistem olarak yenilemi tir. 1.4.1.

Birinci Ku ak Basit Kar

Sistem

Birinci nesil LPG dönü üm sistemleri en basit olan sistemlerdir. Yak t deposundan s halde al nan yak t, bir regülatör ve buharla yard yla emme manifoldunda yer alan bir gaz kar ya gönderilerek hava ile kar ld ktan sonra silindirlere yollanmaktad r. Bu sistem karbüratörlü motorlar n dönü ümünde kullan lmaktad r [8]. ekil 3. Üçüncü Ku ak LPG Enjeksiyonlu Sistem [2]. 1.4.4.

ekil 1. Birinci Ku ak Basit Kar 1.4.2.

Dördüncü Ku ak S ral Enjeksiyonlu Sistem

Gaz

Faz

LPG

ral LPG enjeksiyon kontrollü sistemlerdir. Sistem kontrol sinyallerinin ço unu ECU (Elektronik Kontrol Ünitesi) dan almaktad r. S ral sistemleri klasik dönü üm sistemlerinden ay ran en önemli parçalar ; Benzinli araçlarda kullan lan ECU benzeri bir kontrol ünitesi, LPG Buharla / Regülatör, Gaz Enjektörleri, enjektörlerin s raland bir kolektör ve özel kablo gruplar r. Gaz Elektronik Kontrol Ünitesi (ECU), her enjektörün püskürtme zaman her bir silindir için büyük bir hassasiyetle tek tek hesaplamaktad r. Ayr ca ihtiyaç duyulan gaz miktar n di er enjektörlerden ba ms z olarak emme supab n aç k oldu u bir s rada silindirlere püskürtülmesini sa lamaktad r [9].

Sistem [2].

kinci Ku ak Elektronik Kontrollü Sistem

kinci nesil LPG dönü üm sistemlerinde egzoz gaz içinde bulunan oksijen miktar ölçülerek, elektronik kontrol ünitesi yard yla yak t miktar regülatörde uygun ekilde düzeltilmektedir. Böylece hava fazlal k katsay stokiometrik de erde tutabilmekte ve egzoz sisteminde katalitik konvertör yard yla dü ürülen emisyon artlar sa lanabilmektedir [7].

ekil 4. Dördüncü Ku ak S ral Gaz Faz LPG Enjeksiyonlu Sistem [11]. ekil 2. kinci Ku ak Elektronik Kontrollü Sistem [2].

1916


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

1.5. Deneyler De ik tip LPG sistemlerinin motor performans ve emisyonlara etkisi ile ilgili yap lan testler tablolarda verilmi tir. Deneylerde kullan lan motorlarda, motor çal ma s cakl klar na ula ld ktan sonra testlere ba lanm r. Motorlar hem LPG, hem de benzin ile ayn artlarda çal larak sonuçlar incelenmi tir. Çizelge 2 incelendi i zaman 1991 model Mercedes 190 E 1800 cc enjeksiyonlu motorunun süper benzin ile rölantide zengin 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 çok büyük bir dü oldu u görülmektedir. Bu durum püskürtmenin çok iyi oldu u anlam na gelir. Araç 3.viteste 80 km/h h zda en ideal emisyon oranlar yakalamaktad r. Bu durum 4.vites 100 km/h h zda biraz yükselmi , 4.vites 120 km/h h zda ise tekerlek gücünün ve hava – yak t oran n artmas sonucu emisyon oranlar biraz daha yükselmi tir.

Çizelge 2. 1991 Model Mercedes 190 E 1800 cc (K Jetronik) Otomobilinin Test Sonuçlar [6]. CO % 4,20 3,60 0,44 3,46 0,36 0,54 0,51 0,63 0,98 0,20

CO2 % 13,42 10,69 15,51 10,10 15,53 12,42 15,45 12,53 14,88 13,04

HC ppm 158 219 193 773 202 631 272 781 390 413

O2 % 3,1 3,9 0,6 2,4 0,6 1,7 0,4 1,5 0,4 1,1

AFR 15,33 16,34 14,78 14,99 14,83 16,09 14,62 15,80 14,34 15,99

Tekerlek Gücü (kW) 0 0 40 38 28 28 22 22 28 27

Ayn araç LPG ile çal ld nda rölanti devrinde CO emisyonu benzin kadar olmasa da yinede yüksektir. Bu durum 2. viteste 60 km/h h zda da devam etmektedir. Bu bize enjeksiyonlu sistemlerin ortalama 40 – 60 km/h zlardan sonra otomatik olarak LPG’ye geçtiklerini göstermektedir. 3.vites 80 km/h h zda emisyon de erlerinde gözle görülür bir de me olmaktad r. Buradan LPG sistemi tam olarak devrede ve tam yanma sa lanabiliyor sonucuna var r. Tabloda LPG ile çal rken 4.vites 120 km/h h zda CO de erinin minimum oldu u görülmektedir. Buradan yüksek h zlarda LPG’nin daha iyi atomize oldu u ve h n artt bilinmektedir [6]. Çizelge 3. incelendi i zaman 2000 model Hyundai Accent 1.5 GLS enjeksiyonlu motorunun kur unsuz benzin ile rölantide ideal kar m ile çal görülmektedir. Bunun

Araç H

(km / h)

Rölanti Devri Rölanti Devri 2. Vites 60 km / h 2. Vites 60 km / h 3. Vites 80 km / h 3. Vites 80 km / h 4. Vites 100 km / h 4. Vites 100 km / h 4. Vites 120 km / h 4. Vites 120 km / h

Yak t Süper Benzin LPG Süper Benzin LPG Süper Benzin LPG Süper Benzin LPG Süper Benzin LPG

sonucu CO % 0,04 gibi uygun bir de er ç km r. 2.viteste 60 km/h h za ç ld zaman CO de erinde bir miktar art olmu tur. Bu durum arac n 2. vitese göre fazla zorland motor devrinin 4120 d/d da oldu u görülmektedir. Di er vites durumlar nda da CO de eri ideal artlardad r. H z artt kça HC de erlerindeki azalma ve di er de kenlerde ki uyumluluk arac n kur unsuz benzin modunda lambda sondas verilerini düzenli ald ve ECU ile tüm sensörlerin uyumlu çal n göstergesidir. Lambda sondas yanm yak t içerisindeki oksijen miktar na göre ölçüm yapt ndan araç kur unsuz benzin ile çal rken devrede olup, araç LPG moduna geçti inde LPG ECU’su lambda sondas ndan bilgi alamamaktad r. Bu durum LPG modunda 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 %

HC ppm

O2 %

Lambda

0,04 0,03 0,09 0,06 0,07 0,16 0,10 0,06 0,07 0,07

15,73 13,82 15,59 13,78 15,57 13,76 15,61 13,78 15,50 13,75

94 156 43 94 41 108 41 100 35 84

0,10 0,16 0,09 0,12 0,09 0,13 0,09 0,16 0,09 0,21

0,998 1,005 0,999 0,999 0,998 0,999 0,998 1,001 1,002 1,004

Motor Devri (d/d) 810 820 4120 4060 3680 3720 3460 3480 4210 4210

Tekerlek Gücü (kW) 0 0 22,35 23,75 32,50 32,85 41,75 40,75 50,65 50,15

1917

Araç H

(km / h)

Rölanti Devri Rölanti Devri 2. Vites 60 km / h 2. Vites 60 km / h 3. Vites 80 km / h 3. Vites 80 km / h 4. Vites 100 km / h 4. Vites 100 km / h 4. Vites 120 km / h 4. Vites 120 km / h

Yak t Kur unsuz Benzin LPG Kur unsuz Benzin LPG Kur unsuz Benzin LPG Kur unsuz Benzin LPG Kur unsuz Benzin LPG


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

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

LPG ECU’sunda kay tl olan çal ma parametrelerinin, benzin ECU’sunun parametreleriyle ayn do rultuda olmas , LPG enjektörlerinin püskürtme sürelerinin diagnostic cihazla e itlenmesi sebebiyle, araç LPG modunda iken lambda verileri ideal ç kmaktad r. Giren hava miktar n de memesi de bu durumu do rulamaktad r. Ayn zamanda CO miktar da ideal oranlardad r. CO’yu etkileyen di er bir faktörde, benzin modunda kur unsuz benzinin enjektörlerden s halde püskürtülmesi, LPG modunda ise LPG’nin gaz halde püskürtülmesidir. Bu durum LPG modunda CO’lar n benzine göre dü ük ç kmas na sebep olmu tur. S ral gaz faz LPG enjeksiyon sisteminde di er LPG sistemlerinde bulunan mikser olmad için hava / yak t oran ideal verilerde olmu , bu durum güç verilerinin de yükselmesini sa lam r [5].

2. Do algaz

Gaz Metan Etan Propan Bütan Pentan ve di er a r hidrokarbonlar Karbondioksit Oksijen Azot Hidrojen sülfür, Karbonil sülfür Argon, Helyum, Neon, Xenon

Bile enler CH4 C2H6 C3H8 C4H10

Aral k (%) 70-90

C5H12

0–10

CO2 O2 N2

0–8 0–0,2 0–5

H2S, COS

0–5

A, He,Ne,Xe

Az miktarda

0–20

2.2. Do algaz sistemleri

Do algaz yeryüzünün alt katmanlar nda ba ta Metan (CH4) ve Etan (C2H6) olmak üzere çe itli hidrokarbonlardan olu an yan bir gaz kar r. Birincil enerjidir, yani kar ld haliyle kullan labilir. Do algaz renksiz ve kokusuz bir gazd r. Bu sebeple, kullan n herhangi bir gaz kaça kolayl kla fark edebilmesi için gaza koku verici bir madde eklenir. Çürük sar msak kokusu veren THT (Tetra Hidro Teafon) maddesi kat lmaktad r. Do al gaz n enerji yo unlu u dü üktür. Enerji yo unlu unun yükseltilmesi amac yla do algaz s r veya la r. Do al gaz ta tlarda 200 bar’ da kullan 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 m 3 do algaz 1,1 litre benzine veya 1,0 litre motorine e it olmaktad r. Araç motorlar nda kullan lan yak tlar n kar la rmas yap rken motorun verimlili i de dikkate al nmal r. Do al gaz n enerji verimlili i genel olarak benzinden daha iyi, motorinle ise ayn r [10]. 2.1. Do algaz’ n Tercih Sebepleri

2.2.1. Birinci Nesil Gaz Yak t Sistemleri Katalitik dönü türücüsü olmayan, mikser ünitesiyle mekanik 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. Mikser ünitesinin yan nda kapal devre otomatik kar m ayar ve lambda sensörü içerir [1].

Do algazl araçlar n desteklenmesinin en önemli nedeni çevresel avantajlard r. Lokal seviyede emisyonlarda (HC, CO ve NOx) kükürt ve partiküllerde çok büyük bir dü sa lamaktad r. Ayr ca sera etkisi gazlar nda da % 20 oran nda bir azalmaya sebep olmaktad r. Yeni nesil do al gazl araçlar n benzinli ve dizel yak tl araçlara göre emisyon 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 temiz yak tt r, Do al gaz temiz yanan bir yak t oldu undan araç bak mlar azalt r [10].

1918

ekil 6. kinci Nesil CNG Ekipmanlar [1].


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

2.2.3. Üçüncü Nesil Gaz Yak t sistemleri Kapal devre çok nokta enjeksiyonlu (MPI) motorlar olup Euro 2/3’ü kar lamaktad r. Sistemde mikser yoktur, gaz enjektörleriyle direkt emme manifolduna püskürtme yap r. Regülatör bir sensör vas tas yla manifold bas nc takip eder. ECU bir mikro i lemciyle çal r ve de ik yüklerde ani cevaplar verebilir [1].

LPG sistemi tak lan ta tlardan daha iyi sonuçlar al nabilmesi için, LPG dönü üm sistemi seçilirken motor teknolojisine göre en geli mi olan seçilmeli ve kullan lan parçalar n tamam n orijinal olmas na dikkat edilmelidir. Ayr ca seçilen dönü üm sisteminin yedek parça durumu göz önünde bulundurulmal , sistemin montaj ve ayar ehliyetli ki ilerce yap lmal r. Dördüncü Nesil Gaz Yak t Sistemleri do algaz sistemlerinin ta tlara uygulanmas nda gelinen son noktad r. Çevre sorunlar nda ta tlar n fonksiyonlar ele al nd nda do algaz, yak t olarak tercih sebebi olacakt r. Do algaz sistemi tak lacak ta t için, motor teknolojisine uygun olan sistem seçilmeli ve alan nda uzman ki ilerce sistem montaj yap lmal r. Ancak, do algaz yak t sistemlerinin ta tlara uygulanmas yayg n bir kullan m alan na sahip de ildir. Dolum istasyon say yetersizdir. Türkiye’de Ankara ve stanbul illerinde sadece birer adet dolum istasyonu bulunmaktad r. Bu istasyonlar belediyelere aittir. Do algaz istasyonlar n kurulum maliyetlerinin yüksek olmas ve bu maliyeti kar layacak amortisman süresinin uzamas , özel sektörün bu i e girmemesine sebep olmaktad r. Vergiler yeniden düzenlenir, sistem cazip hale getirilirse ta tlarda do algaz kullan da uygulama alan bulabilecektir.

ekil 7. kinci Nesil CNG Ekipmanlar [1].

Kaynaklar

2.2.4. Dördüncü Nesil Gaz Yak t sistemleri

[1]

Kapal devre s ral çok noktal gaz enjeksiyon sistemi olup Euro 3/4 ‘ü kar lar. Di er enjeksiyon sistemlerinden fark ECU ünitesi enjektörlerin açma ve püskürtme zaman her silindirde ba ms z olarak kontrol eder. Mikser olmad ndan, mikserin olu turdu u olumsuzluklar yoktur [1].

[2] [3] [4] [5]

[6]

[7] [8] [9] [10] [11]

ekil 8. Dördüncü Nesil CNG Ekipmanlar [1]

3. Sonuç [12] 4. Ku ak S ral Gaz Faz LPG Enjeksiyon Sisteminde eski sistemlerde olan performans dü üklü ü ya anmad sonucuna var lm r. LPG’nin kur unsuz benzine göre en az % 40 ekonomik oldu u da bilinmektedir. LPG’nin l de erinin ve yanma h n kur unsuz benzine yak n olmas , benzin sistemine sahip araçlarda LPG sistemlerin uygulanmas na olanak sa lamaktad r.

[13] [14]

1919

Acaro lu, M., 2007. Alternatif Enerji Kaynaklar , Nobel Yay n Da m, Ankara. Anonim, 1998. Ta tlarda Yak t Olarak LPG Kullan , Selçuk Üniversitesi, Teknik E itim Fakültesi, 1998, Konya. Anonim, 2002. LPG’nin Özellikleri ve Emniyetli Kullan , TMMOB, Kimya Mühendisleri Odas , LPG itim Yay , 2002, stanbul. Anonim, 2005. Makine Mühendisleri Odas , LPG Sistemli Araçlar n Güvenli Kullan m K lavuzu, El Kitab , 2005, Konya. Ayd n, F., Acaro lu, M., 2006. S ral Gaz Faz LPG Enjeksiyon Sisteminin Deneysel Olarak ncelenmesi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2006, Konya. Ayd n, F., Ka ta , Y., 1999. çten Yanmal Motorlarda la 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. Ayhaner, M., 1995. Araçlarda LPG ve CNG Uygulamas , Mühendis ve Makine, Cilt : 35, Say : 1429, Ekim 1995, Ankara http://selimcetinkaya.tripod.com http://www.2a.com.tr http://www.igdas.com.tr Lovato, 1999. Autogas LPG System Manual, Vicenza, ITALY. Speight, J., 2007. Natural Gas A Basic Handbook, Houston, Texas. TSE, 1991. T.S. 2178, S la lm Petrol Gaz (LPG), Nisan 1991, Ankara. Yücesu, H.S., 1991, Do al Gaz n Benzin Motorlar nda Kullan Amaca Uygun Gaz Kar n Tasar ve malat , G.Ü. Fen Bil. Ens. Doktora Tezi, 1991, Ankara.


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: keskin_a@ibu.edu.tr

Özet

of diesel particulate filters, and particulate matter emission control methods are investigated.

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 NO x 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.

Keywords: Particulate matter, diesel particulate filter, oxidation catalyst, diesel emission control

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). Dieselpowered vehicles, because of their high thermal efficiency, emit less CO and unburned hydrocarbons than gasolinefueled 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

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

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

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.

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].

Tablo 1. Dizel motorlu binek araçlar için AB emisyon değerleri (g/km) [10].

Euro 1

Tarih

CO

1992.07

2.72 (3.16)

HC -

HC+ NOx 0.97 (1.13)

NOx -

PM 0.14 (0.18)

Euro 2, 1996.01 1.0 0.7 0.08 ıIDI Euro 2, 1996.01a 1.0 0.9 0.10 ıDI 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].

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

3. Dizel Motor Maddenin Yapısı

Emisyonlarının

ve

Partikül

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.

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

1921

Şekil 2. Dizel partikül madde kompozisyonu [15].


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 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 3. Silikon karpit (solda) ve kordierit (sağda) DPF’leri [18]. Şekil 6. Partial DPF’nin şematik şekli [22].

Şekil 4. Bosch tarafından yapılmış bir sinterlenmiş metal DPF [19]. Bu çeşitli filtrelerin biriktirme verimleri kütlesel olarak %3090 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.

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)

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

1922

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


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

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

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 100,000200,000 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 o C’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 sıcaklığıyla

teknolojilerinin sınırlandırılır.

uygulaması egzoz gaz Çoğu dizel motor

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 on- board veya çeşitli off-board biçimleriyle yapılabilir. Araç güç kaynağına bağlı elektrikli bir ısıtıcı vasıtasıyla yapılan onboard 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] [2] [3]

[4] [5] [6]

Fino, D., and Specchia, V., Open issues in oxidative catalysis for diesel particulate abatement, Powder Technology, 180 (1-2) 64-73, 2008. Şahin, R., Erman, C., Emissions reduction techniques for non-road diesel engines, 3rd Automotive Tech. Congress, BURSA, 2006. Jian Liu, J., Zhao Z., Xu, C., Duan, A., Simultaneous removal of NOx and diesel soot over nanometer LnNa-Cu-O perovskite-like complex oxide catalyst, Applied Catalysis B: Environmental 78, 61–72, 2008. AECC Response to EC for 2008 HDD NOx Review (12.01.2009). Maricq, M. M., Chemical characterization of particulate emissions from diesel engines: A review, Aerosol Science , 38, 1079–1118, 2007. 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, 165170, 2004. [13] http://www.sae.org/ohmag/techinnovations/102007/11-15-7-6.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-itworks.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-itworks.shtml, (12.01.2009). [35] http://ect.jmcatalysts.com/technologies-dieselccrt.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


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

YOD ZEL KULLANIMININ OTOMOB L YAKIT S STEM NDEK PARÇALARA ETK N NCELENMES THE INVESTIGATION OF BIODIESEL USE in AUTOMOBILE FUEL SYSTEM COMPONENTS a

N. Sinan KÖKSALa* ve Mesut YAVUZa Celal Bayar Üniversitesi, Manisa,Türkiye, sinan.koksal@bayar.edu.tr, mesut.yavuz@bayar.edu.tr

Özet Bu çal mada, dizel araçta biyodizelin kullan n, yak t sistemindeki plastik ve metal parçalarda olu turdu u etkiler ara ld . Deneylerde kullan lan biyodizel be farkl yerel üreticilerinden temin edildi. Biyodizele %1’den %5’e kadar metil alkol %1’den %5’e kadar gliserin eklenerek kar mlar elde edildi. Dizel araca ait yak t hortumundan 30 mm boyutunda plastik numuneleri haz rlanan her bir kar n içine konuldu. Ayr ca %5 metil alkol, %5 gliserin ve %100 biyodizel kar mlar n her birinin içine yak t deposundan al nan 120x35x1 mm ölçülerinde metal numuneler konuldu. Bu kar m içindeki numuneler ayl k periyotlarla 24 ay süresince incelenmi tir. Deney süresince bu malzemelerin özelliklerinde görünüm (yüzey bozunmas ) ve sertlik (yumu ama, peltele me) yönünden bir de iklik olmam r. Metal numunelerin yüzey özelliklerinde de bir de im gözlenmemi tir. Sonuç olarak, dizel bir otomobilin yak t sisteminde biyodizel kullan mda, plastik ve metal parçalarda bir de iklik gözlenmemi tir. Anahtar kelimeler: Biyodizel, gliserin, plastik malzeme

Abstract In this study, effects of biodiesel use in metallic and plastic parts of fuel system were investigated. Biodiesel samples in experiments were obtained from five different local producers. The fuel mixtures were obtained by either adding methyl alcohol (1-5%) to biodiesel or adding glycerin (1-5%) to biodiesel. A 30 mm length plastic samples coming from the fuel pipe of diesel vehicle was put into each prepared mixture. Metal samples of fuel tank (120x35x1 mm) were put into glass jars having methyl alcohol (5%), glycerin (5%) or biodiesel (100%). Samples were evaluated every month for a period of 24 months. No change in surface properties and hardness (softening and gelling) was observed in plastic samples. Similarly, no change in surface properties of metal samples was seen. In conclusion, biodiesel use in the fuel system of a diesel vehicle does not harm metal or plastic parts. Keywords: Biodiesel, glycerin, plastic material

1. Giri Almanya, talya, Avustralya ba ta olmak üzere tüm Avrupa ve Amerika'da biyodizel üretim ve tüketimi h zla ço 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 bir çok ülkede biyodizelin vergiden muaf yasala r [1]. Biyodizel üretiminde kullan lan bitkisel ya lardan en favori ürün soya fasulyesidir. Elde edilen bitkisel veya biyolojik ya lar metanol ile kar p sodyum hidroksitle tepkime zland r ve sonuç olarak ester ve gliserin olu ur. Ester yak t olurken yan ürün gliserin ise di er sektörlerde kullan r. Biyodizel, kolza (kanola), ayçiçek, soya, aspir gibi ya tohum bitkilerinden elde edilen ya lar n veya hayvansal ya lar n bir katalizatör e li inde k sa zincirli bir alkol ile (metanol ve ya etanol ) reaksiyonu sonucunda aç a ç kan ve yak t olarak kullan lan bir üründür. Evsel k zartma ya lar ve hayvansal ya lar da biyodizel hammaddesi olarak kullan labilir [1]. Biyodizel üretimi kolay, yerel olarak üretilebilmesi ve büyük boyutlarda nakliye problemleri ortadan kalkmas gibi nedenlerle di er alternatif yak t kaynaklar na göre daha erken, geni çapl kullan labilecektir. Asl nda bitkisel ya lar n yak t kayna olarak kullan lma fikri yeni de ildir. Bu fikri ilk olarak dizel motorlar n mucidi Rudolph Diesel ortaya atm ve 1900 nda ilk bitkisel ya ile çal an motoru Paris’te sergilemi tir. Yak t olarak do rudan bitkisel ya kullan labilmekle beraber bunun baz sorunlar vard r. En büyük sorun ya viskozitesinin çok yüksek olu u nedeniyle, so uk motorun ba lat lmas nda ve yak t iletiminin sa lanmas ndad r. Bu sorunun çözümü için, arabalara monte edilebilecek ön tma sistemleri baz firmalarca üretilmektedir. Bitkisel ya kullan ndaki di er sorunlar ise tam yanmadaki aksakl klar ve ya pirolizi sonucunda olu abilecek gliserin ve türevlerinin t kanmalara neden olma tehlikesidir. Ya , biyodizele dönü türüldü ünde, viskozite yakla k petrodizel seviyelerine dü er. Ayr ca, biyodizelin yap nda gliserin bulunmaz. Dizel için gerekli da m ve depolama yöntem ve kurallar biyodizel için de geçerlidir. Biyodizel temiz, kuru, karanl k bir ortamda depolanmal , a s caktan kaç lmal r. Depo tank malzemesi olarak yumu ak çelik, paslanmaz çelik, florlanm polietilen ve florlanm polipropilen seçilebilir. Depolama, ta ma ve motor malzemelerinde bak r, kur un, çinko kullan lmamas önerilmektedir [1]. Baz elastomerlerin, do al ve butil kauçuklar n kullan da sak ncal r; çünkü biyodizel bu malzemeleri parçalamaktad r. Bu gibi durumlarda biyodizelle uyumlu Viton B tipi elastomerik malzemelerin kullan önerilmektedir. Depolama tanklar n bile iminde aluminyum, çelik, florlanm polietilen, florlanm polipropilen ve teflon bulunabilir ancak; bak r, pirinç, kur un, kalay ve çinko bulunmamas na dikkat edilmelidir. Biyodizelin alevlenme s cakl dizel yak ta nazaran daha yüksektir. Bu nedenle ta nmas ve depolanmas daha güvenli bir yak tt r [2, 3].

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1927


Köksal N.S., ve Yavuz M.

Biyodizel, dizel yak t kullanan motorlarda herhangi bir teknik de iklik yap lmadan veya küçük de iklikler yap larak kullan labilir. Ancak biyodizel, 1996 y öncesinde üretilen baz araçlarda kullan lan do al kauçuk ile uyumlu de ildir. Çünkü biyodizel, do al kauçuktan yap lan hortum ve contalar tahrip eder. Ancak bu problemler % 20 biyodizel/% 80 dizel ve daha dü ük oranl biyodizel/dizel kar mlar nda görülmez. Bununla birlikte, biyodizelin çözücü özelli i nedeniyle dizel yak n depolanmas ndan kaynaklanan yak t deposu duvarlar ndaki ve borulardaki kal nt lar ve tortular çözdü ü için filtrelerin t kanmamas na yönelik önlemler al nmal r. Ayr ca yak t istasyonlar ve araç tamirhanelerinde herhangi bir de ikli e gerek yoktur. Almanya'da 1996 y ndan itibaren piyasaya sürülen VW ve AUDI motorlu araçlar n hepsinde ve Mercedes kamyonlar nda biyodizel kullan tamam yla serbest rak lm r. Taksi amaçl kullan lan Mercedes otomobiller de kullan mda serbesttir. Di er Mercedes ve BMW 5 serisi için ek 300 DM' l k bir dönü üme ihtiyaç vard r. Fransa'da Sofiproteol, Rouen, Novaol gibi biyodizel üreticileri, Peugeot, Citroen, Renault gibi otomotiv üreticileri ve Elf, Total gibi petrol firmalar genelinde Avrupa Birli i politik deste i ile gerçekle en biyodizel üretimi kolza ya ndan sa lanmaktad r [1-4]. Biyodizel gliserinin ya veya bitkisel ya dan ayr ld transesterle 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 ve di er ürünlerde kullan lmak üzere sat lan de erli bir yan ürün). Biyodizel motorda ya da yak t sisteminde çok az de iklikle ya da herhangi bir de iklik yapmadan da çal abilir [1]. Biyodizelde yak t deposunun iç duvar nda ve daha önceki dizel yak t kullan ndan gelen borularda toplanan birikintileri serbest b rakabilecek bir çözücü etkisi vard r. Bu birikintilerin serbest b rak lmas sonucunda bunlar yak t filtrelerine inebilir, bu yüzden ilk zamanlarda filtreler daha da s k kontrol edilmelidirler. Biyodizel modifiye edilmemi tüm dizel motorlarda çal r. Di er alternatif yak tlarda çal anlar için motoru dönü türmeye gerek yoktur. Dizel motor biyodizelle çal abilir, çünkü havan n önce s ld , sonra da yak n ultra-s cak, ultra-bas nçl yanma bölümüne püskürtüldü ü s rma ile ba latma ilkelerine göre çal r. Yak t/hava kar ate lemek için bir k lc m kullanan benzinli motorlar n tersine dizel motorlarda s cak havay ate lemek için yak t kullan r. Bu basit i lem sayesinde de dizel motorlar kal n yak tlarda çal abilir [4]. Biyodizel uzun zincirli ya asitlerinin metil veya etil esterlerinden olu ur. Son y llarda, azalmakta olan petrol kaynaklar ve di er taraftan fosil yak tlar n yaratt çevre sorunlar nedeniyle alternatif, temiz ve yenilenebilen, yeni enerji kaynaklar n bulunmas yönünde büyük çabalar sarf edilmektedir. Biyodizel, tar msal olarak kolayl kla üretilebilen s ya lardan, çok zor olmayan teknolojiler kullan larak üretilebilmektedir ve tek ba na petrodizel yerine kullan labildi i gibi, petrodizel ile çe itli oranlarda kar mlar da iyi sonuçlar vermektedir. Bu nedenle, yak n gelecekte bu yak t, di er yenilenebilen yak t kaynaklar na

oranla daha fazla görülmektedir [5-7].

kullan m

potansiyeline

sahip

Esas olarak kullan lm veya kullan lmam bitkisel ya lardan çok dü ük enerji girdileriyle üretilebilen biyodizel hemen hemen bütün sanayile mi ülkelerde üretilmeye ba lanm r. Ülkemizde de biyodizel üretimi yapmakta olan ve yapmay planlayan çe itli firmalar vard r [1]. Biyodizel normal dizel ile çok benzer yanma özelliklerine sahip oldu u halde daha dü ük karbondioksit emisyonuna sahiptir. Biyodizel kükürt içermedi inden kükürt dioksit emisyonu vermez. Bilindi i gibi kükürt dioksit emisyonu asit ya murlar n en önemli nedenidir. Biyodizel toksik de ildir ve yüksek biyobozunurlu a sahip oldu undan toprak ve su kirlili i aç ndan normal dizele göre büyük avantaj sa lar. Biyodizel petrodizele göre daha kabul edilebilir kokuya sahiptir, yanma gazlar geniz yakan kötü bir koku ne retmez. 1.1. Biyodizel kimyas ve üretimi Biyodizel uzun zincirli ya asitlerinin metil veya etil esterleri oldu una göre üretimleri aç ndan iki ana kimyasal yoldan söz edilebilir. a) Uzun zincirli ya asitlerinin metanol veya etanol ile do 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 lar birçok farkl ya asitlerini içerirler. A daki denklemlerde ya asitlerini temsil etmek üzere oleik asit ve ya lar temsil etmek üzere triolein (oleik asit trigliserit) ve alkol olarak metanol kullan lm r. O

H3C OH

+

H

O Yag asidi

Metanol

Kuvvetli asit kat. O H3C

+

O

H2O

Metilester ekil 1. Metil ester reaksiyonu Ya asitleri, ya lar n asidik veya bazik ko ullarda hidrolizi ile elde edildi inden ya a oranla daha yüksek fiyatl rlar. Do rudan esterle me reaksiyonlar yüksek enerji gerektirir ve ayr ca verimli bir reaksiyon için, reaksiyon s ras nda olu an suyun ortamdan etkili bir ekilde çekilmesi artt r. Katalizör olarak kullan lan kuvvetli asit nedeniyle korozyon kaç lmazd r ve bu nedenle pahal ekipmanlara gerek vard r. Ayr ca, kullan lan alkoller suda sonsuz çözünürlü e sahip oldu undan ve kaynama noktalar suyun kaynama noktas n çok alt nda oldu undan, suyun ortamdan uzakla lmas s ras nda bunlarda ortamdan suyla seyrelmi olarak uzakla rlar. Böylece reaksiyondan ç kan seyreltik alkollerin rektifikasyonu ile tekrar reaktöre döndürülmesi sorunu vard r. Bu nedenlerle bu yöntem pahal ve özel tesisler gerektirir. Bununla beraber ucuz ya asidi kaynaklar mevcut oldu u takdirde, bu yöntem geçerli olabilir [8].

1928


Köksal N.S., ve Yavuz M.

b) Bu yöntem birinciye oranla çok daha kolay ve ekonomik olarak 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 lan katalizörler sodyum hidroksit veya potasyum hidroksitin metanol veya etanoldeki çözeltisidir. Kimyasal aç dan pek do ru olmamakla beraber bu çözeltiler s ras yla sodyum metoksit ve potasyum metoksit olarak nitelendirilmektedir. Bir alkali metal hidroksit metanol ile reaksiyona girdi i zaman a daki reaksiyon olu ur.

CH3OH + KOH

K OCH3 + H2O

(1)

Reaksiyonda bir mol de su olu maktad r. Bu nedenle reaksiyon dengesi sol tarafa do rudur. Ancak bu pratik aç dan önemli de ildir. Sodyum veya potasyum hidroksitin (toplam kütlenin %0.5-1 i kadar) metanoldeki çözeltisi reaksiyonu mükemmel bir ekilde katalizler. Kullan lan katalizör miktar çok az oldu undan bu reaksiyonda olu an su, transesterle me reaksiyonunda olumsuz bir etki yapmaz ancak ortamdaki su miktar artarsa veya ortamda tüm katalizörü derhal sabunla racak kadar serbest asit varsa, transesterle me ile yar ma halinde olan sabunla ma reaksiyonu hakim hale gelir ve tüm katalizör sabun haline geçer. Bu durumda reaksiyon h nda azalma ve sonuçta da yetersiz transesterle me olur. Bu durumda ortamda olu acak olan mono ve digliseritlerin kuvvetli emülsiyon olmamas na sebep olurlar ve safs zl klar n kanarak uzakla lmas zorla r. Bu ise ürün kalitesini ve verimi olumsuz etkiler. Biyodizel olarak daha çok metil esterleri kullan r. Bunun sebeplerinden biri sodyum ve özellikle potasyum hidroksitin metanolde daha kolay çözünmesi di eri ise etanolün higroskopik olu u nedeniyle tamamen susuz olarak üretilmesinin zorlu udur. Bu nedenlerle metil esterlerin üretilmesi daha kolay olmaktad r.

bunlardan üretilen metil ve etil esterlerin (biyodizel) donma noktalar , iyot indislerini ve setan say lar göstermektedir. Tablo.2 ise petrodizel, kanola ya ve biyodizelin yo unluk ve viskozite de erlerinin kar la lmas içermektedir. Tablo.1’den görülece i gibi, ya n iyot say azald kça setan say nda art olmaktad r. Ancak, iyot say n azalmas yla da biyodizelin akma özellikleri olumsuz etkilenmektedir. Yak n ak kanl k özelli indeki azalma istenilen bir özellik de ildir. Standartlara göre setan say minimum 47 olmal r. Bu nedenle iyot indisi çok dü ük olan ya lar, setan say lar n yüksek olmas na ra men biyodizel üretimi için çok uygun görülmemektedir. Bununla beraber bu tür ya lar, di er yüksek iyot indisli ya larla kar k olarak kullan labilece i gibi, bunlardan yap lan biyodizel petrodizele kar larak da kullan labilir. Çok yüksek iyot indisine sahip olan keten tohumu ya gibi ya lar ise, polimerle me sonucu viskozite art na neden olabilecekleri gibi, yüksek fiyatlar nedeniyle de biyodizel üretimi için uygun de ildirler. Tablo.1. Baz Ya lar n ve Esterlerinin Özellikleri o

Kolza

Donma Noktas ( C) Ya Metil Etil Ester Ester 5 0 -2

yot ndisi 97- 105

Setan Say 55

Kanola Ayçiçe i Zeytin

-5 -18 -12

-10 -12 -6

-12 -14 -8

110-115 120-135 77- 94

58 52 60

Soya Pamuk Çekirde i r Hind.Cevizi Palmiye

-12 0

-10 -5

-12 -8

125-140 100-115

53 55

-5 20-24 30-38

-10 -9 14

-12 -6 10

115-125 8 - 10 44- 58

53 70 65

Ya Türü

Tablo.2. Yak tlar n baz özelliklerinin kar la Özellik

Transesterle me reaksiyonu oda s cakl ndan 80 °C ta kadar s cakl klarda yap labilir. Optimum s cakl k ve alkol miktar , kullan lan ya ve i lem ko ullar na göre de ebilir. Reaksiyon sonunda olu an, bir miktar sabun içeren gliserin bekletmeyle alt fazda toplan r ve ayr r. Üst faz olu turan ya asidi esteri (metanol kullan ld nda YAME) bol su ile kanarak fazla metanol, sabun ve di er safs zl klardan temizlenir ve kurutulur.

o

Yo unluk kg/L@15.5 C Vizkozite mm2/s@ 20oC Kalorifik De er MJ/L Setan Say Tablo.3. Baz ya kar la lmas

1.2. Biyodizel Üretiminde Kullan labilecek Ya lar Yukar da aç klanan reaksiyon bir çok bitkisel ve hayvansal ya ile yap labilir ancak önemli noktalardan biri, elde edilen ya n ak kanl belirleyen viskozite, bulutlanma noktas ve akma noktas de erleri ile setan say r. Setan say , benzindeki oktan say gibi bir de er olup yak n yanma özelli ini belirler. Viskozite, bulutlanma noktas ve akma noktas de erleri ise yak n, özellikle dü ük s cakl klarda donmamas ve filtreleri t kamamas için önemlidir. Bu noktalar dikkate al nd zaman, özellikle iyot indisi 80-130 aras 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 in Almanya da bu amaçla kanola ya tercih edilmektedir. Palmiye ya da yüksek üretim verimi ve dolay yla ucuzlu u nedeniyle ilgi alan olan ya lar aras ndad r [9]. Tablo.1 biyodizel üretimine uygun baz ya lar n, ve

Dizel

Ester Kayna

Setan say

Pamuk Kolza Soya Ayçiçe i Aspur

51.2 54.4 46.2 46.6 49.8

Kanola Ya

0.84 4-5 38.3 45

0.92 70 36.9 40-50

lmas Biyodizel

0.88 4-6 33-40 47-65

asidi metil esterlerinin özelliklerinin Is l de er (kj/kg) 40449 39800 39800 40060

Vizkozite o

6.8 (21 C) o 6.7 (40 C) o 4.08(40 C) o 4.22(40 C) -

BN

-2 2 0 -

*

**

ALN

-4 -9 -1 -4 -6

171 180

AN

***

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

1.3. Standart Biyodizel Üretimi Biyodizel üretimi her ne kadar kolay olarak görünmekte ise de, dikkatsizce yap lacak üretimler kolayl kla kalitesiz ve kullan mda sorunlar yaratacak sonuçlara yol açabilir. Bu nedenle kullan lan ham maddeler öncelikle titizlikle analiz edilerek uygunluklar saptanmal r.

1929


O H 2C

O

HC

O

O

H 2C

+

O

3 CH3 OH

+ KOH

O T r i o l e in ( y a g ) H 2C

O H

HC

O H

H 2C

OH

O

O 3 H 3C

+

O YAME

K O Sabun

G l i s e r in

ekil 2. Gliserin olu um reaksiyonu Ya tamamen berrak, susuz ve serbest asit oran dü ük olmal r. E er serbest asit oran yüksek ise ön rafinasyon ile bu oran dü ürülmelidir. Baz ya lar n yap nda do al olarak sak ms maddeler bulunur. Bu tür ya lar sak z giderme (degumming) i lemi ile bu safs zl klardan kurtar lm olmal r. E er geri kazan lm ya kullan lacak ise, ya n viskozitesinin çok fazla artmam , kuru ve berrak oldu una dikkat edilmeli ve ask da kat maddeler içermedi i kontrol edilmelidir. Reaksiyona ba lamadan önce, serbest asit miktar ölçülmeli ve gerekirse katalizör miktar artt lmal r. Katalizör miktar gere inden fazla olmamal r. Farkl ya lar için optimum miktar, laboratuar çal malar yla belirlenebilir.

verecektir. Elde edilen ya asidi metil esteri (YAME) çok iyi kan p, su ve metanol içermeyecek ekilde kurutulmal r. Yak tta metanol kald takdirde, alevlenme noktas dü ük kacakt r. Biyodizel ile ilgili standartlar n haz rlanmas ile ilgili çal malar çe itli ülkelerde halen sürmektedir. Amerika Birle ik Devletlerinde u anda uygulanan standart ASTMD6751’dir. Avrupa Birli inde ise bu konuda çe itli çal malar yap larak raporlar haz rlanm r [10]. u anda ülkeler kendi standartlar uygulamaktad rlar ve çal malar devam etmektedir.

2. Deneysel Çal ma Bununla beraber ASTMD-6751 oldukça titiz bir kontrol sa lamaktad r. Bu standart a da Tablo 4’ de verilmi tir. Tablo 4. Biyodizel için ASTM 6751 standard . Özellik De er o o Alevlenme nok (kapal kap) Min. 130 C (ort. 150 C) Su ve çökeltiler

Maks. Hacimce % 0,050 o

2

Kinematik viskozite(40 C)

1,9 – 6,0 mm /saniye

Ramsbottom kal nt , % kütle Sülfatlanm kül

0,10

karbon

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

Maks. 0,80

(mgKOH/g)

Serbest gliserin

Maks. Kütlece % 0,020

Toplam gliserin (serbest gliserin+gliseritler halinde) Fosfor miktar

Maks. Kütlece % 0,240

Distilasyon

360 C’de % 90

Piyasada kullan lan dizel bir otomobile ait yak t sisteminin metalik deposu ve aktarma elemanlar na ait plastik parçalardan numuneler temin edilmi tir. Deney için kullan lan biyodizeller Salihli (2), Afyon, zmir ve Alia a’daki be farkl yerel üreticilerinden temin edildi. Farkl yerlerden al nan biyodizellerden 200 ml al p kar larak sonraki kar mlar için homojenlik sa lanm r. Böylece elde edilen bu homojen biyodizel kar ma Tablo 5 ve Tablo 6’da verilen oranlarda metil alkol ve gliserin ilaveleri yap lm r. Burada biyodizel içerisinde de ik nedenlerle ve oranlarda bulunan metil alkol ve gliserinin sistemdeki parçalarda olu turabilece i etkilerin ara lmas amaçlanm r. Tablo 5. Kar m oran (ml) Biyodizel Metil Alkol 99 1 98 2 97 3 96 4 95 5 Tablo 6. Kar Biyodizel 99 98 97 96 95

Maks. Kütlece % 0,001 o

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

m oran (ml) Gliserin 1 2 3 4 5

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

1930


Köksal N.S., ve Yavuz M.

kesilmi ) arac n yak t numuneler koyulmu tur.

hortumundan

al nan

plastik

3. Deney Sonuçlar Biyodizel içerisine farkl oranlarda kat lan metil alkol ve gliserin ile (Tablo 1 ve Tablo 2) haz rlanm kar mlarda 24 ay süre ile bekletilen numunelerin her ay özellikleri kontrol edilmek ko ulu ile bozunma ve özellik kay plar dikkatle incelenmi tir. Bu ayl k periyotlarla yap lan incelemeler sonucunda ekil 5 ve ekil 6’da görüldü ü gibi plastik parçalarda sertlik de imi (yumu ama) ve plasti in özelli ini kaybetmesi gibi durumlarla kar la lmam r. ekil 7’de görüldü ü gibi metal parçalarda da korozyon veya yüzey bozunmas gibi etkile imler ve özeliklerinde kay plar olmam r.

ekil 3. Deney öncesi haz rlanan plastik numuneler

ekil 4. Deney öncesi haz rlanan metal numuneler. Benzer ekilde, her bir biyodizelden 60 ml al p kar larak homojen bir kar m sa lanm r. Bu biyodizel kar na daha önce haz rlanan oranlardan en yo un oran sa layacak ekilde 5 ml metil alkol ve 5 ml gliserin eklenmi tir. Boyutlar 120x35x1 mm olan, arac n yak t deposundan al nan metal numuneler haz rlanan bu kar mlar n içerisine konulmu tur ( ekil 4).

Dizel bir araca ait yak t sisteminde biyodizel kullan lmas durumunda ve biyodizelin yap ndan kaynaklanabilecek metil alkol ve gliserin içermesine de ba olarak, bu sistemde metal ve plastik parçalarda herhangi bir malzeme özellik kayb olu mam r.

Belirtilen kar mlarda bekletilen numuneler her ay kontrol edilmek ko ulu ile 24 ay süresince kar mlardan ç kar p kontrol edildikten sonra tekrar ayn kar m içerisine konularak incelemeye devam edilmi tir.

ekil 5. Metil alkol oran %1-5 olan kar

ekil 6. Gliserin oran %1-5 olan kar

mlardaki numunelerin deney sonras görüntüleri

mlardaki numunelerin deney sonras görüntüleri.

a)

b)

ekil 7. a) %100 biyodizel, b) %5 Gliserin, c) %5 Metil alkol içeren kar sonras görüntüleri

1931

c) mda bekletilmi metal numunelerin deney


Köksal N.S., ve Yavuz M.

4. Tart ma Biyodizel kimyasal yönden dizele benzer oldu undan do rudan bu motorlarda kullan labilmektedir. Bunun ekonomik, çevresel ve sa k aç ndan birçok avantajlar da vard r. Biyodizelde daha az emisyon bulunmas , üretiminin kolay ve ucuz olmas , motorun performans etkilememesi ve kullan n kolay olmas en önemlileridir Son zamanlarda en önemli sorun olan küresel nmaya da engel olmas ile tercih edilmektedir [1, 11-20]. nsan sa aç ndan, kansere neden olan bile enlerden polisilik aromatik hidrokarbonlar (PAH) ve nitrite PAH bile enlerinin saf biyodizel emisyonlar nda seviyesi daha azd r. Yine biyodizelde tanecikli olarak ast m ve di er hastal klarla ilgili emisyonlar % 47 daha azd r ve zehirli bir gaz olan karbon monoksit % 48 daha da azalt lm r [3-5, 17-20]. Bu avantajlar n yan nda çal mam n sonucunda görüldü ü gibi, dizel motorlarda ve yak t sisteminde sorun olu turmamas da biyodizel kullan tercih edilir hale getirecektir.

Oils as a Biodiesel Fuel Optimization by Factorial Design, Chem. Eng J, Vol. 134, No.1-3, 93-99, 2007. [15] Canakci, M., and Gerpen, J.V., The Performance and Emissions Characteristics of Vegetable Oil-Based and Fat-Based Biodiesel, ASAE Paper No: 01-6050. 2001. [16] lk ç C. Biyodizel Yak n Dizel Motoru Performans na Etkileri, Mühendis ve Makine, Cilt 48, Say 565, 2007. [17 ]Lin, Y.F., Wu, Y.G. and Chang, C.T., Combustion Characteristics of Waste-Oil Produced Biodiesel/Diesel Fuel Blends, Fuel, 86, 1772-1780, 2007. [18] Çetinkaya, M. and Karaosmano lu, F., Optimization of Base-Catalyzed Transesterification Reaction of Used Cooking Oil, Energy and Fuels, 18, 1888-1895, 2004. [19] Murillo, S., Miguez, J.L., Porteiro, J., Granada, E. And Moran, J.C., Performance and Exhaust Emissions in the Use of Biodiesel in Outboard Diesel Engines, Fuel, 86, 1765-1771, 2007. [20] Keskin A. ve Ek i A., Dizel Motorlarda M r Ya Biyodizelinin Yak t Olarak Kullan n Motor Performans na ve Emisyonuna Etkisi, C.B.Ü. Fen Bilimleri Dergisi 2.1 S. 49 55, 2006.

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 Alcohol Transesterifications 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 t Özellikleri Üzerine Etkisinin ncelenmesi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 21, No 2, 367-372, 2006. [7] Kaplan, C., Ayçiçek Ya Metil Esterinin Dizel Motorlar nda Alternatif Yak t Olarak Kullan , Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2001. [8] Haas MJ, Bloomer S, Scott K., Simple, high-efficiency synthesis of fatty acid methyl esters from soapstock Journal Of The American Oil Chemists Society 77 (4): 373-379, 2000. [9] Darnoko D, Cheryan M., Kinetics of palm oil transesterification in a batch reactor Journal Of The American Oil Chemists Society 77 (12): 1263-1267, 2000. [10] Prankl H, Standardization of Biodiesel; Final Report of Non Technical Barriers to the Development of Liquid Biofuels in Europe. Federal Institute of Agricultural Engineering 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 Ya Metil Esterlerinin Dizel Motorda Yak t Olarak Kullan lmas , Teknoloji, Cilt 10, Say 4, 295-302, 2007. [14] Bouaid, A., Martinez, M. and Aracil J., A Comparative Study of the Production of Ethyl Esters from Vegetable

1932


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 a

a

Mehmet AYHAN , Perihan SEKMEN

b,*

Tüvturk Reysaş Taşıt Muayene İstasyonları İşletim AŞ, Karabük, Türkiye, E-posta: mehmetayhan78@hotmail.com b Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: perduranli@yahoo.com

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

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 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.

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. CO (%vol) CO2 (%vol) NOx (ppm) HC (ppm) O2 (%vol) Sıcaklık (°C)

Ölçüm aralığı 0-15,00 0-20,00 0-2000 0-20000 0-25 -40 …+650

Hassasiyet ±%0,06 ±%0,5 ±5 ±12 ±0,1 ±1

Çizelge 2. CNG ve benzin yakıtlarının özellikleri [13,15]. Özellik CNG Benzin Formül CH4 C7H16 Molekül ağırlığı (g/mol) 16,04 100,2 3 Yoğunluk (kg/m ) 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. 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).

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.

3

Deneylerde tek silindirli (196 cm ), 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 © IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 1934


Ayhan, M. ve Sekmen, P.

Benzin CNG

14 12 10 8 6 1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

3250

3500

Motor Hızı (1/min)

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. 4,5

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. 3 2,5

CO (%)

Moment (Nm)

16

Benzin

4

Benzin

1,5

CNG

1 0,5

CNG

0 1500

3,5

1750

2000

3

2250

2500

2750

3000

3250

3500

Motor Hızı (1/min)

2,5

Şekil 5. CNG yakıtının CO emisyonuna etkisi.

2 1,5 1 1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

3250

3500

Motor Hızı (1/min)

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.

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. 180 150

HC (ppm)

Güç (kW)

2

120 Benzin

90

CNG

60

Özgül Yak. Tüket. (g/kW-h)

30 800

0 1500

Benzin CNG

700

2000

2250

2500

2750

3000

3250

3500

Motor Hızı (1/min)

600 500

Şekil 6. CNG yakıtının HC emisyonuna etkisi.

400 300 200 100 1500

1750

1750

2000

2250

2500

2750

3000

3250

3500

Motor Hızı (1/min)

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.

Şekil 4. CNG yakıtının özgül yakıt tüketimine etkisi. © IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 1935


Ayhan, M. ve Sekmen, P.

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.

[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.

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). © IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 1936


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

SOYA YAĞI METİL ESTERİNİN MOTOR PERFORMANS VE EMİSYONLARINA ETKİSİ THE EFFECTS ON ENGINE PERFORMANCE AND EMISSION OF SOYBEAN METHYL ESTER a* a a a Hüseyin BAYRAKÇEKEN ,Hicri YAVUZ , Fatih AKSOY ve Ş. Ayhan BAYDIR a Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyonkarahisar, Türkiye, E-posta: bceken@aku.edu.tr , hicriyavuz@hotmail.com, faksoy@aku.edu.tr, abaydir@aku.edu.tr

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.

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1937


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].

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

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].

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 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 Silindir Sayısı Kurs Hacmi Sıkıştırma Oranı Soğutma Sistemi Maksimum Motor Devri Maksimum Motor Momenti

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,

Yakıt Tipi

Antor 6 LD 400 1 395 cm³ 18/1 Hava Soğutmalı 3600 rpm 2200 rpm’ de 21 Nm

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

1938


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

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.

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].

Özgül Yakıt Tüketimi (gr/kWh)

700 600 500 400 300 200 100

DY 800

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

1200

1600

2000

2400

2800

3200

3600

Motor Devri (rpm)

Şekil 7. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için özgül yakıt tüketimi değişimleri

Şekil 2. Deney Düzeneğinin Şematik Görünümü

3. Sonuçlar ve Tartışma

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. 0,4

24

DY

0,35

B100

0,3 0,25 CO (%)

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].

Motor Momenti (Nm)

B100

0

0,2 0,15

20

0,1

16

0,05

12

0 1200

1600

2000

2400

2800

3200

8

Motor Devri (rpm) 4

DY

Şekil 8. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için CO emisyonu değişimleri

B100

0 800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

3600

Motor Devri (rpm)

800

Şekil 5. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için motor momenti değişimleri NOx (ppm)

6 5 Efektif Güç (kW)

DY

B100

700

4

600 500 400 300

3

200

2

100 0

1

DY

B100

1200

0

1600

2000

2400

2800

3200

Motor Devri (rpm) 800

1200

1600 2000 2400 Motor Devri (rpm)

2800

3200

3600

Şekil 9. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için NOX emisyonu değişimleri.

Şekil 6. Dizel yakıtı ve B100 biyodizel için motor gücü değişimleri

1939


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

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. 400 DY

350

B100

HC (ppm)

300 250 200 150 100 50 0 1200

1600

2000

2400

2800

3200

Motor Devri (rpm)

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].

Duman koyuluğu (%)

70

DY

B100

60 50 40 30 20 10 0 1200

1600

2000

2400

2800

3200

Motor Devri (rpm)

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), 829836, 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


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

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: abaydir@aku.edu.tr, faksoys@aku.edu.tr, bceken@aku.edu.tr, yasarozgoren@aku.edu.tr

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

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1941


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

eterlerin daha düşük buhar basınçlarına sahip olmasıdır [5].

ile kullanımında avantajlar sağladığını tespit etmişlerdir [12].

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].

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.

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.

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 -1 sabit devir ve değişken yük motorda 3250 min 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].

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

Kimyasal Formül Molekül Ağırlığı Bileşimi (Ağırlık % si) Yoğunluk (kg/m3) Özgül Ağırlık Akma Noktası (°C) Kaynama Noktası (°C) Buhar Basıncı (kPa) Viskozite (cSt) Buharlaşma Gizli Isısı (kJ/kg) Parlama Noktası (°C) Alt Isıl Değeri (kJ/kg) Kendiliğinden tutuşma Sıcaklığı (°C) Alevlenme Sınırı (% hacim)

Benzin C4-C12 105 C 88 H 15 780 0,78 -40 30-220 48-103 -

Terebentin C10H16 136 C 88.2 H 11.8 860-900 0,86-0,9 150-180 <1 2,5 (30oC’de)

350

285

-43 43,890

38 44,400

300-450 305 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


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

benzin) ve T20 (%20 terebentin-%80 kurşunsuz benzin) olarak isimlendirilmiştir.

Çizelge 3. Gaz Analiz Cihazının Teknik Özellikleri

3. Deney Ekipmanları ve Süreci Deneyler dört zamanlı tek silindirli buji ile ateşlemeli bir motorda yapılmıştır. Test motorunun teknik özellikleri Çizelge 2’de görülmektedir.

CO (%vol.) CO2 (%vol.) HC (ppm vol.) O2 (%vol.)

Çizelge 2. Deney Motorunun Teknik Özellikleri

Ölçüm Aralığı 0-10 0-18 0-9999 0-22

Hassasiyet 0,001 0,01 1 0,01

Marka

Loncin

Model

G200F Benzin motoru

Motor Tipi

Tek silindirli, 4 zamanlı

4.1. Motor Performansı

4.8

Deneyler 3250 min-1 sabit devirde farklı yükler altında yapıldığı için terebentin ilavesinin motor moment ve gücüne etkisi paralel olmuştur.

-1

Max. Tork (Nm/min )

13/3000

Silindir Çapı x Strok (mm)

68×54

Kurs Hacmi (cc)

196

Sıkıştırma Oranı

Soğutma Sistemi

8.3:1 Transistörlü manyetolu ateşleme Hava Soğutmalı

Yağlama Sistemi

Çarpmalı Yağlama

İlk Hareket

Elle

Ateşleme Sistemi

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 -1 dengede tutulduğu 3250 min ’lık sabit devirde %25, %50, %75 ve %100 yük oranlarında gerçekleştirilmiştir. Deney donanımı Şekil 1’de şematik olarak görülmektedir.

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.

Güç (kW )

Max.Güç.(kW/4000 min-1)

4. Sonuçlar Ve Tartışma

4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

Benzin

25

T10

50

T20

Yük (%) 75

100

Şekil 2. Motor yükü ve yakıta bağlı olarak gücün değişimi 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.

M oment (Nm)

12 10 8

Benzin

T10

T20

6 4 2 0 25

50

75

100

Yük (%) Şekil 3. Motor yükü ve yakıta bağlı olarak moment değişimi

1943


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

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.

Yükün artmasıyla CO emisyonundaki artış daha fazla yakıt tüketiminden ileri gelmektedir.

700 600

Benzin

T10

T20

500 Ö.Y.T. (g/ kWh)

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.

Tam yükte volumetrik verimdeki düşüş ile oksijen miktarının azalması sonucu CO emisyonu artmıştır.

400 300

4,0

200

Benzin

3,5

100

T10

T20

3,0

25

50 Yük (%)

75

CO (%)

0 100

2,5 2,0 1,5

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

1,0 0,5

4.2. Egzoz Emisyonları

0,0 25

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. 100 Benzin

T10

T20

50

Yük (%)

75

100

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.

HC (ppm)

80

Ortalama değerler dikkate alındığında terebentin ilavesinin motor performans parametreleri olan güç, moment ve özgül yakıt tüketimine olumlu etkileri olduğu görülmüştür.

60 40 20 0 25

50

75

100

Yük (%)

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

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


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

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, 47814786, 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


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

TA ITLAR N ALTERNET F ENERJ S STEM OLAN POL MER ELEKTROL T MEMBRAN YAKIT P YAPIMI - PROTOT P TASARIMI VE PARAMETR K OLARAK NCELENMES MANUFACTURING - PROTOTYPE DESIGNING AND INVESTIGATING PARAMETRICLY OF POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL MEMBRANE AS AN ALTERNATIVE ENERGY SYSTEM FOR VEHICLES Yakup

NGÜRa,* ve Levent K REÇb

a,*

b

Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, E-posta: yicingur@gazi.edu.tr Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, E-posta: leventkirec@koluman.com.tr

Özet Her geçen gün artan çevre kirlili i kayg lar ve fosil yak tlar n yak n zamanda tükenme ihtimalinin yüksek olmas ndan dolay alternatif enerji kaynaklar na yönelim artmaktad r. Yak t pilleri ise yüksek verimleri, farkl kullan m alanlar n beklentilerine farkl özelliklerdeki modelleri ile kar k verebilmesinden ve Dünya’da en çok bulunan yak t olan hidrojeni, çevreye at k olu turmadan kullanabilmesinden dolay yayg nla maktad r. Yak t pili çe itleri aras nda Polimer Elektrolit Membran yak t pilleri, hafiflikleri, küçük boyutlar , dü ük çal ma s cakl klar ve yüksek verimleri ile ta tlarda kullan en uygun olan modellerdir. Ancak yak t pillerinin çe itli sistemlerde verimli bir ekilde kullan labilmesi için çal ma ko ullar ndaki birçok parametrenin optimum düzeyde ayarlanabilmesi gerekmektedir. Bu çal mada, alüminyum PEM yak t pili ünitesi tasarlanm ve bir prototip olu turularak hem yap sal ve hem de çal ma ko ullar ndaki paremetrelerin de imlerinin yak t pili ünitesinin performans na etkileri incelenmi tir. Anahtar kelimeler: PEM yak t pili, Yak t Pilleri

Abstract With each passing day because of increasing of environmental problems and possibility of consuming of petroleum fuels, people are trying to find alternative energy sources. Fuel cells with high efficiency, different models for different situations and ability of using hydrogen which is the most prevalent energy source in The World without any harmful emission are becoming more common. Most suitable fuel cell model for Vehicles are Polymer Electrolyte Membrane fuel cell because of its lightness, small size, low working temperature and high efficiency. But, to use fuel cell in different systems with high efficiency we must optimize several parameters at working conditions. In this study, built up a aluminium PEM fuel cell and a prototype to test its performance by changing some internal and external parameters. Keywords: PEM Fuel Cell, Fuel Cells

1. Giri

Özellikle bilimdeki geli melerin nda ile birlikte hep yeni ufuklar aç p üstesinden gelinirken ayn zamanda beraberinde yeni problemler ve yeni kmaktad r.

ilerleyen teknoloji birçok zorlu un birçok kez de aray lar ortaya

Odun, kömür gibi enerji kaynaklar n kullan ld dönemlerden petrol ve petrol ürünlerinin kullan lmaya ba land dönemlere gelindi inde uzun süre bu enerji kayna 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 ndaki art lar, çevre kirlili inin artmas ve hatta bir dönemden sonra kar la lan kaynaklar n tükenme ihtimali, insano lunu hem eldeki kaynaklar daha tasarruflu kullanmaya ve hem de farkl enerji kaynaklar na yönelmeye zorlam r. Yak t pilleri de yukar da bahsedilen ihtiyaçlara kar k verebilecek enerji kaynaklar na en iyi alternatiflerden biridir. Yak t pillerinin, özellikle do ada en fazla bulunan hidrojen elementi ile çal yor olmas ve at k olarak çevreye sadece su veriyor olmas , bunun yan nda %70’lere varan hiç de küçümsenmeyecek de erlerdeki verime sahip olmas onu neredeyse ideal bir enerji kayna haline getirmektedir. Bu çal mada ihtiyac kar de inilmekte parametrik çal

gelecekte hemen her alanda birçok enerji lamaya aday olan PEM yak t pillerine ve bir prototip yak t pili haz rlanarak ma yap lmaktad r.

2. Yak t pilleri Yak t pilleri kimyasal enerjiyi do rudan elektrik enerjisine çeviren elemanlard r [7,9]. Yak t pili, fosil yak tlar n veya hidrojen gibi enerji kaynaklar n yak lmas yerine, yak t ile oksijenin elektro-kimyasal reaksiyonu sonucunda enerji üreten bir tür bataryad r. Yüksek verimleri sayesinde enerji tasarrufu sa layan bir güç kayna olarak yak t pilleri, gelecekteki otomotiv kullan için ümit vermektedir. Benzin motorlar n iki-üç kat olan % 60' n üzerindeki termik verimlerine ek olarak dü ük gürültü düzeyi, dü ük egzoz emisyonlar ve dü ük atma talebi bak ndan da avantajl rlar. Yak t pillerinin temiz ta t teknolojisinde devrim yapaca iddia edilmektedir [10]. Ayr ca

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1946


çüngür, Y. ve Kireç, L.

metanolden hidrojen elde edilerek kullan lan sistemlerdeki, metanolden hidrojeni ayr ran reformer gereklili ini de ortadan kald rm r. Direkt metanol yak t pilleri asl nda bir Polimer elektrolit membran yak t pilidir. Sadece metanol ba koparmak için anotta katalizör olarak platinin yan nda rutenyum (Ru) kullan lmas gereklidir. Çal ma s cakl ayn PEM gibi 80100oC civarlar ndad r [12]. 2.1. Polimer elektrolit membran yak t pilleri Gaz yay m plakalar vas tas yla membran üzerinde dola lan hidrojen atomlar n elektronlar membran üzerindeki aktif madde sayesinde hidrojenden kopart larak elektrotlar vas tas yla toparlan p elektrik al na gönderilir. Bu esnada membran hidrojen ve oksijenin geçi ine izin vermezken iyon halindeki hidrojenin geçi ine müsaade eder ve H+ iyonu oksijen(katot) taraf na geçi yapar ( ekil 1). Elektrik al üzerinden i yapan elektron, pilin katot taraf na geçi yapar ve burada u reaksiyon gerçekle ir; 2H+ + ½O2 + 2e-

ekil 2. Yak t pili eleman parçalar Elektrolit-elektrot çiftinin tasar elektrolit ve elektrottur.

H2O

2.3 Ünite Tasar

ndaki de

nda Olu an De

kenler ise;

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 kta çal abilme gibi üstün özellikleriyle alternatif enerji kaynaklar aras nda ilk s ralarda gelen PEM yak t pilileri günümüzde giderek yayg nla maktad r. Bu çal mam zda da alüminyum PEM yak t pili tasar yap lm ve bu tasar n de ik çal ma ko ullar ndaki performans n belirlenebilmesi için bir prototip tasarlanm r. ekil 1. PEM yak t pilinin çal mas 2.2 Yak t pilinin temel parçalar etkileyen parametreler

3.1. Deney Düzene i

ve performans

Yak t pili elemanlar elektrot-elektrolit çifti, gaz difüzyon plakas ve gaz yay m plakalar olmak üzere üç temel parçadan olu urlar ( ekil 2). Elektrolit olarak adland lan m genellikle kat r. Yo un gaz atomlar n geçi ine izin vermeyip iyon halindeki atomlar n elektrotlar aras ndaki geçi ini çok iyi sa lamal r. Elektrotlar ise aktif maddelerin çözeltileri eklinde haz rlan r ve hidrojenden elektron koparma amac yla kullan rlar. Yak t pili performans etkileyen önemli parametreler; bas nç, s cakl k, nemlendirme ve stokiyometrik orand r.

Deney düzene i yak t pili ve prototip olmak üzere iki ana mdan olu maktad r. Yak t Pili Deney düzene inin kalbini te kil eden yak t pili tasar na geçilmeden önce yak t pilinin hangi malzemeden yap laca üzerinde durulmu tur. Yap lan literatür ara rmalar ndan, bu çal mada alüminyum ve paslanmaz çelik malzemelerinin özellikle performans, maliyet ve kolay bulunabilme vb. gibi özelliklerinden dolay kullan öne kartm r. Bu çal mam zda ise alüminyumdan yap lm PEM yak t pilinin parametrik incelemesi ile hem paslanmaz çelik hemde alüminyum plakalar n tasar üzerinde durulmu tur.

1947


çüngür, Y. ve Kireç, L.

PEM yak t pili gaz difüzyon plakalar n malzeme seçiminden hemen sonra, çal malar zda kullan lacak yak t pilinin boyutlar ve say n belirlenmesi amas na geçilmi tir. Bu a amada küçük bir yak t pili paketinin olu turulmas dü ünülmü ve iki adet yak t pilinden olu an bir yak t pili paketi olu turulmu tur. Yak t pili paketi 135x135x20 mm boyutlar nda iki adet tek yönlü ve bir adet çift yönlü bipolar plakadan olu maktad r.

Prototip Yak t pilinin bipolar plaka tasar a amas ndan sonra yak t pili paketinin çal ma ko ullar n performansa etkilerinin 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 RHidrojen nemlendiricisi S- Kuru hava nemlendiricisi T- Is ( erit tip,5m) U- Hidrojen tüpü bas nç kontrol ünitesi (manometre) V- Kuru hava bas nç kontrol ünitesi (manometre) Y- Hidrojen tüpü Z- Kuru hava tüpü X- Kontrol lambas W- PEM yak t pili Q- So utucu fan H- Is ya dayan kl , esnek yak t pili ç borular

J- Hidrojen ve kuru hava manometreleri K- Anahtar (elektrik ak n kontrolü için) L- Hidrojen nemlendirici si s cakl k göstergesi M- Kuru hava nemlendiricisi s cakl k göstergesi N- yak t pili s cakl k göstergesi I- Yak t pilinin anot taraf nemlendirici ve ortam nem ve göstergesi - Yak t pilinin katot taraf nemlendirici ve ortam nem ve göstergesi O- Voltmetre (DC) P- Ampermetre

1948


çüngür, Y. ve Kireç, L.

ekil 4. Deney setinin ematik gösterimi 4. Deney Sonuçlar ve De erlendirme Deney setinin kurulmas ndan sonra alüminyum pil ile yap lan performans testlerinde a daki de erlere ula lm r (Tablo 1). Tablo.1. Bas nca ba gerilim ve ak m de erleri Bas nç Gerilim Ak m (Bar) (Volt) (mAmper) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

0.36 0.45 0.98 1.10 1.75 1.91 2.0

0.60 0.76 0.98 1.01 1.19 1.20 1.25

Pilin çal ma s cakl yakla k 60 °C olarak belirlenmi ve nemlendirici kullan lmam r. Ortam s cakl 21 ºC’ dir. Ortam nemi %25 olarak ölçülmü tür. Tablo 1’de görüldü ü üzere hidrojen ve kuru hava bas nç art na ba olarak gerilim ve ak m de erleri artmaktad r. Elde edilen de erlerin temel nedeni bas nc n kimyasal reaksiyonu zland ran bir etmen olmas r. S zd rmazl k ve optimum hidrojen – kuru hava kar m (yak t) kombinasyonunun sa lanmas problemleri tam olarak giderildi inde, elde edilen de erlerden daha yüksek de erler elde edilebilece i dü ünülmektedir. Tablo.2. S cakl a ba gerilim ve ak m de erleri cakl k Gerilim Ak m (ºC) (Volt) (mAmper) 30 0.80 0.40 35 0.90 0.52 40 1.25 0.61 45 1.33 0.72 50 1.41 0.58 55 1.43 0.51 60 1.15 0.48

Tablo 2’de Pilin çal ma bas nc 2 bar olarak belirlenmi ve nemlendirici kullan lm r. Ortam s cakl 28 ºC’ dir. Ortam nemi %25 olarak ölçülmü tür. Hidrojen gaz %60 kuru hava %25 oran nda nemlendirilmi tir. Nemlendiricilerin s cakl 30 ºC’ dir. Tablodan da görülebilece i gibi s cakl k art na ba olarak kimyasal reaksiyonun h zlanmas ndan dolay elde edilen voltaj de erlerinin yükseldi i görülmektedir. Fakat bu yükseli iliminin belirli noktadan sonra yava lad ve tepe noktas ndan sonra dü me e ilimine girdi i görülmektedir. Belirli bir s cakl k de erinden sonra de erin dü mesinin bir di er nedeni de pilin anot taraf nda elektrolit-elektrot ara yüzeyinde olu an su filminin hidrojen iyonlar ile d devreden gelen elektronlar n ve oksijenin reaksiyona girmesini s rland rmas r. Bu durum pilin anot taraf nda su olu umuna kar direnç olu turmaktad r. Dolay yla hidrojen iyonlar , oksijen ve d devreden gelen elektronlar yeteri oranda birle emeyece i için pil verimi dü mektedir. Tablo.3 Farkl hidrojen ve oksijen bas nç de erlerine ba gerilim ve ak m de erleri Hidrojen Oksijen Gerilim Ak m (Bar) (Bar) (Volt) (mAmper) 1.0 2.5 0.15 0.10 1.3 2.2 0.24 0.12 1.6 1.9 0.89 0.25 1.9 1.6 1.82 0.28 2.2 1.3 0.96 0.32 2.5 1.0 0.34 0.46 Tablo 3’de Pilin çal ma s cakl 52 ºC olarak belirlenmi ve nemlendirici kullan lm r. Ortam s cakl 28 ºC’ dir. Ortam nemi %25 olarak ölçülmü tür. Hidrojen gaz %55 kuru hava %28 oran nda nemlendirilmi tir. Nemlendiricilerin s cakl 30 ºC’ dir. Farkl bas nç de erindeki hidrojen ve kuru hava ile yap lan deneylerde 1.9 bar hidrojen ve 1.6 bar kuru hava bas nç de erlerinde optimum de erler görülmü tür. Bunun ba ca nedeninin içten yanmal motorlardaki zengin kar n performans artt rmas özelli inden kaynakland

1949


çüngür, Y. ve Kireç, L.

dü ünülmektedir. Belirli bir s rdan sonra gönderilen hidrojenin membran n kapasitesinden dolay reaksiyona girmeden d ar at lmas ndan dolay verimi artt rtmaya yönelik bir i lev yapmad dü ünülmektedir. Tablo.4 Sabit hidrojen ve oksijen bas nç de erlerine ba gerilim ve ak m de erleri Hidrojen Oksijen Gerilim Ak m (Bar) (Bar) (Volt) (Amper) 2.5 1,55 0.91 0.03 2.5 1,55 0.88 0.04 2.5 1,55 0.80 0.07 2.5 1,55 0.77 0.10 2.5 1,55 0.75 0.12 2.5 1,55 0.73 0.24 2.5 1,55 0.67 0.29

Yap lan çal malardan s cakl k, bas nç, kar m oran , nemlendirici gibi parametrelerin PEM yak t pilinin çal ma performans pozitif yönde etkiledi i görülmü tür. Optimum bir stokiyometrik oran n da performans artt ran bir etken oldu u sonucuna var lm r. Yap lan deneysel çal malar n bundan sonra yap lacak olan PEM yak t pili performans çal malar na k lavuzluk edece ini dü ünülmektedir.

Kaynaklar

Tablo 4’de ise, Pilin çal ma s cakl 52 ºC olarak belirlenmi ve nemlendirici kullan lm r. Ortam s cakl 28 ºC’ dir. Ortam nemi %25 olarak ölçülmü tür. Hidrojen gaz %55 kuru hava %28 oran nda nemlendirilmi tir. Nemlendiricilerin s cakl 30 ºC’ dir. Tablo 4’ den de görüldü ü üzere proton iletiminin ve oksijen konsantrasyonunun azalmas yüksek de erlere ula lmas engellemektedir. Öte yandan ince film teknolojisine sahip elektrotlar n performans hava bas nc dü tükçe azalmaktad r. Çünkü pil içerisindeki yüksek bas nç ile elektrottaki difüzyon kanallar ndan geçerek elektrolite ula an iyon miktar artmaktad r. Yap lan deneylerde çal ma artlar na ba olarak yakla k 2 V ile 0.3 A de erlerleri görülmü tür. Elde edilen gerilim de erlerinin muhtemelen a direnç, yüzeyde olu an su, gaz debisinin optimize edilememesi gibi nedenlerle yüksek kararl de erler elde edilememi tir. Bunun yan nda 70 ºC cakl k de erlerinin üstüne ç ld nda yüksek debi ve kar m oran ndan kaynakland dü ünülen balon patlamas na benzer patlamalar ve parlamalar görülmü tür. Meydana gelen olay n engellenmesi için gazlar n yüksek debilere ç kar lmamas sonucuna var lm r. Ayr ca PEM plakalar n gaz giri -ç slotlar n modifikasyonu yoluna da gidilmi tir.

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

[1] Kumar, A., Reddy, R.G., “Effect of channel dimensions and shape in the flow-field distributor on the performance of polimer electrolyte membrane fuel cells”, Journal of Power Sources, 113: 11-18 (2003). [2] Wolf, H., Willert-Porada, M. “Electrically conductive LCP-carbon composite with low carbon content for bipolar plate application on polymer electolyte embrane 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 Power Sources, 153: 125-129 (2006). [4] Silva, R. F., Franchi, D., Leone, A., Pilloni, L., Macsi, A., Pozio, A. “Surface conductivity and stability of metallic bipolar plate materials for polymer electrolyte fuel cells”, Electrochimica Acta, (2005). [5] Lasbet, Y., Auvity, B., Castelain, C., Peerhossaini, H. “A chaotic heat-exchanger for PEMFC cooling applications”, Journal of Power Sources, (2005). [6] Sar demir, S. "Gelecekte ta tlarda yayg n olarak kullan lmas dü ünülen PEM yak t pilleri 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 durability of Bipolar plate materials", Handbook of Fuel Cells – Fundamentals, Technology and Applications, volume 3, Wolf vielstich, Hubert A. Gasteiger, Arnold Lamm, John Wiley & 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 and Fuel Batteries”, John Wiley and Sons Inc. (1968). [12] 23. nternet: Amerikan Tarihi Ulusal Müzesi, “Fuel cell history project”. http://americanhistory.si.edu/fuelcells/ (2007).

Yap lan çal malarda PEM yak t pilinin yap incelenmi ve PEM yak t pilinin otomotiv endüstrisinde kullan n uygun oldu u sonucuna var lm r.

1950


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

R D ZEL MOTORDA LPG KULLANILMASI VE FARKLI ÖZELL KTEK LOT D ZEL YAKITININ MOTOR PERFORMANS VE EM SYONUNA ETK N NCELENMES THE USAGE OF LPG IN A DIESEL ENGINE AND THE OBSERVATION OF THE EFFECTS OF DIFFERENT KINDS OF PILOT DIESEL FUEL ON THE PERFORMANCE OF THE ENGINE AND EMISSION a, *

a

a, *

Abdurrazzak AKTA

ve Abdül Y

Tb

Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: a_aktasa@yahoo.com Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, Türkiye, E-posta: abdulyigit@gmail.com

Özet Ta tlardan kaynaklanan emisyonlar n insan sa tehdit etmeye devam etmesi ve petrol esasl yak tlar n tükenece i endi esi, içten yanmal motorlarda biyodizel, metil alkol, etil alkol, biyogaz, do algaz, hidrojen ve LPG gibi birçok alternatif yak t aray zorunlu hale getirmi tir. Bunlardan LPG kendi kendine tutu ma s cakl n yüksek olmas nedeniyle Otto motorlar nda yayg n bir ekilde kullan labilmesine ra men dizel motorlarda pek kullan lmamaktad r. Ancak, bol bulunmas , ucuz olmas , temiz yanmas ve birçok gaz yak ta göre daha kolay ve güvenli depolanabilmesi gibi özellikleri nedeniyle s rma ile ate lemeli motorlarda kullan labilirli inin ara lmas na ilgi artm r. Yap lan s rl say da ara rma, LPG’nin tek ba na dizel motorlarda kullan lamayaca pilot dizel yak ile birlikte kullan labilece ini göstermi tir. Bu çal 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 dizel motor performans ve emisyonlar na etkisi deneysel olarak ara lm r. LPG pilot dizelin kullan lmas ile, tork, güç is ve NOx emisyonunun azald , CO ve HC emisyonunun artt tespit edilmi tir. Anahtar Kelimeler : LPG, Çift Yak t, Dizel, Emisyon, Performans,

Abstract Because the vehicle emissions continue to threaten human health and the concern of running out of petrol depended fuels lead us to need of making new observations on using new kinds of alternative fuels such as biodiesel, methyl alcohol, ethyl alcohol, biogas, natural gas, hydrogen and LPG on internal combustion engines. Due to LPG's high auto-ignition degree among these fuels, LPG commonly is used on Otto engines but is used rarely on diesel engines. However it is generous, cheap, burns without giving much pollutant emission to the atmosphere and relatively can be stored more easily and securely and these characteristics of LPG tend people to make more researches on its utilization on compression engines and ignition engines. A small number of studies showed that LPG fuel cannot be used on diesel motors solely but can be used with diesel fuel together as dual-fuel. In this research, the effects of two kinds of pilot diesel fuels with fixed speed control arm but with different speeds and LPG fuel on the performance and emission of a one cylinder, four-stroke, direct-fuel-

injected, air-cooled diesel engine is investigated experimentally. By using mixed LPG and Diesel fuel, it is seen that torque and power, smoke emission, nitrogen oxide (NOx) are decreased. However specific fuel consumption and carbon monoxide (CO), HC are increased. Keywords : Performance,.

LPG,

Dual-Fuel,

Diesel,

Emission,

1. Giri Kirletici emisyonlar n ana kaynaklar ndan biri olan fosil esasl yak tlarla çal an içten yanmal motorlar n ( YM) çok yayg nla mas ve petrol kaynaklar n giderek azalmas insanlar alternatif çözümler bulmaya sevk etmi tir. Dizel motorlar yüksek s rma oran ve verime sahip olmalar nedeniyle benzinli motorlara göre daha az kirletici emisyonlar yaymaktad rlar. Ancak is ve NOx emisyonlar genellikle yüksektir ve EGR, yak t püskürtme teknikleri ve alternatif yak tlar kullan larak bu emisyonlar dü ürülmeye çal lmaktad r. Yap lan ara rmalar daha temiz yanan yeni yak tlar n kullan lmas n sorunun çözümü için ümit verici oldu unu göstermi ve bu konuda ara rmalar daha da yo unla r. Bol bulunmas , ucuz olmas , yüksek s rma oranlar nda vuruntusuz ve temiz yanmas nedeniyle do al gaz (metan), dizel motorlarda kullan labilecek alternatif yak tlardan birisi olarak görülmektedir. Ancak, yanmas ba latmak için benzinli motorlarda oldu u gibi bir ate leme sistemine veya belirli bir miktar dizel yak n püskürtülmesine ihtiyaç duyulmaktad r [1]. Bir miktar dizel yak püskürtülerek ate lemenin ba lat lmas yöntemi yüksek oranda do al gaz n kullan lmas na imkan vermektedir. Önceki çal malar, dizel yak ve metan (do al gaz) çift yak n birlikte kullan lmas n toplam verimi önemli miktarda de tirmeden NOx ve partikül maddeyi iyile tirdi ini, ancak HC ve CO emisyonunu (bazen de a derecede) artt rd göstermi tir [2-6]. Bu rahats z edici durumun daha çok dü ük yüklerde çok fakir hava-metan kar ndan kaynaklanmakta oldu u ifade edilmi tir [7]. Bu sorunlardan sak nmak için h zl s rmal , do al gazl bir makinada farkl yak t-hava oranlar nda püskürtme zaman n etkisi ara lm r [8]. Testler sonucunda, püskürtme zaman öne al nd nda ilkin yanman n yava oldu u, sonra yanma h n artt tespit edilmi tir. Yazarlar, ayr ca püskürtme devam ederken ate leme

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1951


Akta , A. ve Yi it, A.

ba lat olmas halinde yanman n dizel motorlar ndakine benzer ekilde gerçekle ti ini ifade etmi lerdir. Di er yandan ate leme ba lat n püskürtmenin sonuna rastlamas halinde yanman n en h zl oldu unu gözlemlediklerini bildirmi lerdir. O zaman ate lemenin ba lat lmas ile püskürtme sonu aras ndaki geçici aran n yanman n hem geli mesi hem de fakirlik s için bir kontrol parametresi oldu u sonucuna var lm r. Dizeldo algaz çift yak tla çal an dizel motorlarda püskürtme avans n performans ve emisyonlara etkisinin ara ld bir çok çal mada; püskürtme zaman n öne al nmas ile yanma veriminin artt , CO ve HC emisyonunun azald ve NOx emisyonunun ise bir miktar artt tespit edilmi tir [9-11]. Bol bulunmas , ucuz olmas , temiz yanmas ve birçok gaz yak ta göre daha kolay ve güvenli depolanabilmesi gibi özellikleri nedeniyle LPG dizel motorlarda kullan labilecek di er bir gaz alternatif yak t olarak dü ünüldü ünden dizel motor performans ve emisyonlar na etkisinin ara lmas na ilgi son zamanlarda artm r. Bunlardan baz lar a da özetlenmi tir. Esas yak n metan veya propan ve pilot yak n dizel oldu u çift yak tl tek silindirli bölünmü yanma odal bir ara rma dizel motorunda (Ricardo E6), tam yükte artan pilot dizel yak t miktar n vuruntuya sebep olurken , dü ük yükte dü ük verim ve yüksek emisyonun pilot dizel yak t miktar n artt lmas ile düzeltilebilece i tespit edilmi tir [2]. Ayn yazarlar taraf ndan yap lan çift yak tl bir dizel motorda püskürtme zaman n motor performans na etkisi çal malar nda da dü ük yükte dü ük verim ve kötü emisyonun püskürtme zaman n öne al nmas ile düzeltilebilece i ifade edilmi tir [12]. Tek silindirli direkt püskürtmeli bir dizel motorda a rl ksal olarak %30 LPG ve %70 dizel yak n, performans ve emisyon parametrelerine etkisinin incelendi i çift yak tl çal mada motor torku ve gücünün %5,8 oran nda artt , NOx emisyonda %5,9, is emisyonunda ise tek yak tl çal maya göre iyile me oldu u ortaya konulmu tur [13]. LPG-dizel kar ile çal an s rma ile ate lemeli bir motorun yanma ve egzoz emisyon karakteristiklerinin incelendi i bir di er çal mada, LPG’nin hem NOx emisyonunu hem de is emisyonunu kontrol alt na almak için dizel motorlarda yak t olarak kullan labilece i tespit edilmi tir [14-15]. LPG, saf metan ve CNG gaz-yak t kar mlar için çift yak tl motorun yanma ve vuruntu s rlar na duyarl adl bir çal mada motor h n, yükünün, pilot yak t püskürtme aç n, pilot yak t miktar n ve s rma oran n yanma gürültüsü, vuruntu, termik verim ve maksimum bas nç üstündeki etkisi incelenmi ve yanma gürültüsünün, vuruntu ve ate leme rl klar n gaz çe itleri, motor tasar ve çal ma parametreleriyle ili kili oldu u tespit edilmi tir [16-17]. Ayn yazar ve arkada lar taraf ndan, esas yak t olarak do algaz veya LPG’nin kullan ld bir dizel motorda pilot yak t olarak jojoba biyodizelinin kullan lmas ile motorun performans n artt , gürültü emisyonunun azald , yanma süresinin k sald ve vuruntu limitinin geni ledi i tespit edilmi tir [18]. ndirekt enjeksiyonlu bir dizel motoru ile hem saf dizel hem de dizel LPG ile tam yük ko ullar nda gerçekle tirilen performans testlerinde, çift yak t içersindeki LPG miktar n artt lmas n özgül yak t tüketimini, egzoz

gaz s cakl ve isi dü ürdü ü, ancak yanmam HC ve CO gibi kirleticileri, maksimum silindir bas nc ve bas nç art oran yükseltti i tespit edilmi tir [19]. Bu çal mada, Türkiye ve Avrupa’n n bir çok ülkesinde buji ile ate lemeli motorlarda kullan lan a rl ksal olarak %30 propan+%70 bütandan olu an LPG ve farkl özellikteki pilot dizel yak tlar n s rma ile ate lemeli, tek silindirli, hava so utmal bir motor performans ve egzoz emisyonlar na etkisi deneysel olarak incelenmi tir.

2. Deney Düzene i ve Yöntem Deney düzene i ekil 1’de görüldü ü gibi, elektrikli DC tip dinamometre, s rma ile ate lemeli motor, egzoz gaz analizörü ve duman ölçerden olu maktad r. Deneyler, detaylar Çizelge 1’de verilen tek silindirli bir dizel motor ile gerçekle tirilmi tir. Kullan lan DC dinamometre 4000 d/d’da 10kW güç absorbe edebilmekte ve ayn zamanda deney motoruna ilk hareketi vermek için de kullan labilmektedir. Dinamometre yükü yük hücresi kullan larak ölçülmü tür. S yak t motorun orijinal yak t enjeksiyon sistemi ile silindir içine püskürtülmü ve s yak t tüketimi her çal mada motorun 10ml’lik yak tüketme süresi tespit edilerek ölçülmü tür. Gaz yak t ise ekil 1’de görüldü ü gibi regülatör ve hassas vana ile ayarlanarak sulu güvenlik ve alev tepme emniyet valflerinden geçirilerek emme manifolduna verilmi ve gaz yak t tüketimi ise a rl ksal olarak, 1g hassasiyetle ölçüm yap labilen D KOMSAN JS-B marka elektronik tart cihaz yla tespit edilmi tir. Egzoz gaz s cakl k ölçümleri K tipi termokupl ve dijital termometre ile yap lm r. Egzoz emisyonlar n ölçülmesinde MRU DELTA 1600L egzoz gaz analizörü ve MRU optrans 1600 duman ölçer kullan lm r. Deneysel çal ma s ras nda olas bir LPG gaz kaça tespit etmek için DRAGER MSI SENSIT HXG marka gaz kaçak tespit cihaz kullan lm r. Ayr ca, olas alev tepmesi durumunda, alevin yak t tüpüne ula mas önlemek amac yla sulu güvenlik aparat ve alev geri tepme valfi 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 LPG yak t özellikleri Çizelge 2 ve Çizelge 3’te verilmi tir. Deneysel çal ma, ön denemeler sonucunda belirlenen ve dizel yak na LPG ilave etmeye imkan veren %20 GKK’unda 1800 d/d da ilave yak t olarak LPG verilerek h z art sa lanmas eklinde yap lm r [16,18]. Bunun için %20 GKK’unda, motor D49,8 dizel yak yla yüksüz çal rken, dinamometre ile yüklenerek 1800 d/d’da kararl çal mas sa land ktan sonra kuvvet, s ve gaz yak t tüketimi ve süreleri, egzoz gaz s cakl (EGS), CO, CO2, HC, CO ve NOx emisyonlar kaydedilmi tir. Sonra GKK de tirilmeden D49,8’e 200’er d/d’l k h z art sa layacak ekilde LPG ilave edilerek düzensiz çal ma ba layana kadar çal maya devam edilmi ve her defas nda veriler kaydedilmi tir. D49,8+LPG çal mas tamamland ktan sonra D55,6+LPG ve kar la rma yapmak amac yla D49,8 saf dizel yak için de ayn ekilde deneyler tekrarlanm r.

1952


Akta , A. ve Yi it, A.

ekil 1. Deney tesisat n ematik görünü ü (1- Dinamometre, 2- Deney Motoru 3- LPG Tüpü ve Elektronik Terazi, 4- Sulu Güvenlik, 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) Model Motor Tipi Çap x Strok Silindir hacmi rma Oran Yak t Sistemi Maksimum Ç Gücü Maksimum Motor H So utma Sistemi

Çizelge 1. Deney motoruna ait teknik özellikler. Katana KM 170 F 4 Zamanl , tek silindirli, üstten supapl 70 x 55 mm 224 cm³ 18/1 Direkt püskürtme 3,46 kW 3600 d/d Cebri Hava So utmal

Çizelge 2. Dizel yak tlar n teknik özellikleri. 3 Kükürt (ppm) Tutu ma noktas (°C) Su içeri i (ppm) Yak n ad Yo unluk kg/m a D49,8 0,8425 1670 62 132,18 D55,6 0,828 22 60 87 a. Dizel yak t özellikleri: eyho lu Tic. Ltd. ti.’den al nm r (Shell / Atatürk Bulvar Karabük).

Setan indeksi 49,8 55,6

Çizelge 3. LPG yak n teknik özellikleri. Özellikler Propan-Bütan Miks LPG Kapal Kimyasal Formülü C3H8 - C4H10 %30 C3H8+%70C4H10 Molekül A rl (g/mol) 44,09 – 58,12 53,91 b Likid Halinde Birim Miks LPG Normal Kaynama Noktas °C -13 Normal Erime Noktas °C -154 Normal Parlama Noktas °C -74 Özgül Kütle (15°C’da) kg/dm³ 0,56 1kg gaz n tam yanmas için gerekli hava miktar Nm³/kg 12,06 Üst Is l De eri kJ/kg 49,398 Alt Is l De eri kJ/kg 45,910 b. LPG yak t özellikleri: http://www.ipragaz.com.tr/docs/teknik.pdf yak n iyice azalmas n sebep oldu u dü ünülmektedir. %20 GKK’unda D55,6+LPG çal mas nda 1800 d/d motor 3. Deney Sonuçlar ve Tart ma nda tork 3,63 Nm olmu tur. LPG’nin motora ekil 2’de %20 GKK’unda D49,8 saf dizel, LPG ve pilot verilmesiyle di er çift yak t çal mas na benzer ekilde bir oldu u ve performans n D49,8+LPG’li dizel yak tlar ile artan motor h n tork ve güce etkisi tork art görülmektedir. D49,8+LPG denemesinde, 1800 d/d’da çal madan daha iyi oldu u gözlenmi tir. Daha iyi motor sadece D49,8 dizel yak ile çal rken tork de eri performansa D55,6+LPG’nin di er dizel yak ta göre silindir sa lamas ndan 3,43 Nm’dir. Emme manifolduna LPG verilerek, motor içersinde LPG’nin daha iyi yanmas devri ile beraber motor torku da artm r. Motor h 2400 kaynakland dü ünülmektedir. Görüldü ü gibi, çift yak tl ile d/d oldu unda motor torku 6,13 Nm olmu tur. 2400 d/d çal mada elde edilen tork D49,8 saf dizel yak motor h ve sonras nda motorun düzensiz çal maya sa lanan torktan dü üktür. Bu gaz yak n volümetrik ba lad , ayn zamanda motor torkunun da dü meye verimi dü ürmesinden kaynaklanm olabilir. Torka ba ba layarak 2500 d/d motor h nda 5,8 Nm’ye dü tü ü olarak hesaplanan güç de imi de tork de imine benzer görülmü tür. Buna toplam yak t içerisindeki pilot dizel olmu tur.

1953


Akta , A. ve Yi it, A.

7

1,80

6

1,60 1,40 1,20 Güç (kW)

Tork (Nm)

5 4 D49.8+LPG D55.6+LPG D49,8

3

D49.8+LPG D55.6+LPG D49,8

0,80 0,60

2

0,40

1

0,20

0 1600

1,00

1800

2000

2200

Motor H

(d/d)

2400

0,00 1600

2600

1800

2000

2200

Motor H

(d/d)

ekil 2. %20 GKK’da, sabit dinamometre yükü alt nda, 1800 d/d’da D49,8 veya D55,6 pilot dizel yak LPG ilavesinin motor torku ve gücüne etkisi (LPG oran =%0-94) ekil 3’te %20 GKK’da 1800 d/d sabit h zda D49,8+LPG veya D55,6+LPG ile çal an motora LPG ilave edildi inde artan motor h na ba özgül yak t tüketimi ve egzoz gaz cakl klar (EGS) de imleri görülmektedir. 1800 d/d’da D49,8+LPG çal mas nda, 477,65 g/kWh olan ÖYT, LPG miktar n artmas yla beraber dü göstermi 2400 d/d’da 308,46 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 ÖYT 452,74 g/kWh iken 2400 d/d’da 302,33 g/kWh ve 2500 d/d’da 312,52 g/kWh olmu tur. D55,6 dizel yak n D49,8 dizel yak na göre bir miktar dü ük özgül yak t sarfiyat na sahip oldu u belirlenmi tir. Saf D49,8 dizel yak ÖYT ise LPG pilot dizel yak nkinden dü ük olup bu konuda yap lan çal malarla benzerlik arz etmektedir (18).

600

300

500

250

400

200

300 200

D49,8+LPG D55.6+LPG D49,8

100 0 1600

2600

ile çal an motora

D49,8+LPG çal mas nda tutu ma gecikmesinin daha fazla olmas ve yanman n geni leme zaman na daha çok sarkmas n sebep oldu u dü ünülmektedir. Her iki pilot yak t ve dizel yak t deneylerinde motor h art kça EGS’ nda art oldu u tespit edilmi tir. Bu motor devrinin artmas ile yak n yanabilece i sürenin k salmas nedeniyle yanman n egzoza sarkmas ndan kaynaklanmaktad r. Çift yak tl çal mada devir artt kça, di er bir ifade ile hem yak t miktar hem de çift yak t içerisindeki LPG oran artt kça EGS’ n D49,8 yak na göre artt görülmektedir. Çift yak t ile çal mada EGS’ n özellikle yüksek devirlerde D49,8 yak na göre art göstermesinin toplam yak t içerisindeki LPG oran n artmas ndan ve tutu ma gecikmesi süresi daha uzun olan yak n yüksek h zda yanmas n geni leme kursuna sarkmas ndan kaynakland dü ünülmektedir.

EGS (°C)

ÖYT (g/kWh)

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

2400

150 D49.8+LPG D55.6+LPG D49,8

100 50

1800

2000

2200

Motor H

(d/d)

2400

0 1600

2600

1800

2000

2200

Motor H

(d/d)

2400

2600

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 motora LPG 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 m genelde yerel olarak zengin olsa bile silindir içinde genel olarak kar m oran n fakir olmas , CO emisyonlar n dü ük olmas na neden olmaktad r. ekil 4 incelendi inde, 1800 d/d motor h nda D49,8 veya D55,6 yak tlar ile çal mada nerdeyse birbirine e it olan CO emisyonu, LPG eklenmesiyle yakla k olarak 2100 d/d motor h na kadar artm r. D55,6+LPG di er çift yak ttan bir miktar daha fazla CO yay göstermi tir. 2200 d/d motor h yla birlikte CO emisyonlar nda dü meler oldu u tespit edilmi tir. Motor h 2500 d/d’ya kadar ç kt kça CO emisyonlar ba lang ç devrindeki de erlerin de alt na

inmi tir. Çift yak tl çal malarda motor h art kça, ilave LPG yak n verilmesi H/Y oran iyice dü ürmekte CO emisyonlar art rmaktad r. Ancak elde edilen sonuçlar unu göstermi tir ki, CO emisyonlar ndaki bu art , belli bir motor h ndan sonra dü mektedir. Bunun sebebi, motor devrinin artmas ile türbülans olu mas ve yak n hava ile daha iyi kar arak daha iyi yanmas ve pilot dizel miktar n azalmas CO emisyonlar n dü mesine yard mc olmaktad r. Pilot yak tl dizel motor egzozunda CO emisyonu D49,8 saf dizel yak na göre orta h zlara kadar yüksek oldu u ve bu h zdan sonra dü me e iliminde oldu u görülmektedir. Dü ük h zlarda CO emisyonunun

1954


Akta , A. ve Yi it, A.

yüksek olmas na içeri giren LPG’nin geni leyerek içeri giren hava miktar dü ürmesi ve dü ük türbülans n sebep oldu u dü ünülmektedir. 0,35 0,3 CO (%)

0,25 0,2 0,15

D49.8+LPG D55.6+LPG D49,8

0,1 0,05 0 1600

1800

2000

2200

Motor H

2400

2600

(d/d)

ekil 4. %20 GKK’da, sabit dinamometre yükü alt nda, 1800 d/d’da D49,8 veya D55,6 pilot dizel yak ile çal an motora LPG ilavesinin (LPG oran =%0-94) CO emisyonuna etkisi ekil 5’te görüldü ü gibi %20 GKK’da D49,8+LPG çift yak ile HC emisyonunun D55,6+LPG’den biraz daha yüksek oldu u görülmektedir. D49,8 dizel yak n S de eri D55,6 dizel yak n S de erinden dü üktür. Dolay yla TG süresi daha fazlad r. Ayr ca her iki çift yak tl çal mada HC emisyonunun D49,8 dizel yak ndan bir hayli yüksek oldu u görülmektedir. Çift yak tl dizel motor performans na gaz çe idi ve motor parametrelerinin etkisi adl literatür de erlendirmesi çal mas nda; dizel

yak tla çal an motorlarda yanma dört kademeden olu urken, gaz dizel çift yak tla çal an motorlarda ise gaz yak n da ayr bir tutu ma gecikmesi olmas nedeniyle yanman n be kademeden olu tu u, gaz yak n difüzyon yanma kademesinin geni leme kursuna sarkt ve bu yüzden bir miktar gaz hava kar n oksijen eksikli inden yanma f rsat bulamayarak CO ve HC emisyonunu artt rabilece i ifade edilmi tir [20]. Dolay ile çift yak tl çal mada yüksek HC emisyonunun büyük oranda bu aç klanan sebeplerden kaynakland dü ünülmektedir. Dizel motorunda silindir içinde s halde bulunan yak t damlas n içindeki H2 molekülleri h zl ekilde reaksiyona girmekte, geriye kalan C yeterli miktarda oksijen bulamad ndan yanamayarak is partikülleri eklinde d ar at lmaktad r [21]. s olu umunun ba ca nedeni dizel yak n silindir içinde yeterli hava bulamamas veya zaman nda h zla hava ile kar amamas ve buharla amamas r. %20 GKK’unda 1800 d/d’da saf dizel yak tlar ile çal mada %5-6 seviyesinde olan is emisyonu çift yak tl çal malarda ilave edilen LPG etkisi ile motor devri artt kça (yak t içerisindeki LPG oran artmakta) is emisyonlar n önemli miktarda dü erek %1’in alt na kadar dü tü ü ekil 5’te görülmektedir. D49,8+LPG çift yak di er çift yak ttan biraz fazla de erde is yaym r. Bunda yak tlar n S ’lerinin etkisi oldu u dü ünülmektedir. 7

4500 4000

6 5

D49.8+LPG D55.6+LPG D49,8

3000 2500

s (N)

HC (ppm)

3500

2000 1500

4 3 D49.8+LPG D55.6+LPG D49,8

2

1000 1

500 0 1600

1800

2000

2200

Motor H

(d/d)

2400

2600

0 1600

1800

2000

2200

Motor H

(d/d)

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

2400

2600

ile çal an motora

160 140 120 NOx (ppm)

Dizel motorlar nda azot oksit (NOx) olu umunu gazlar n bile imi ve s cakl klar belirler. NOx’in ekseriyeti, kontrolsüz yanma a amas nda olu maktad r. ekil 6’da çift yak tl çal malarda motor h n art lmas yla silindir içersindeki cakl k ve bas nc n yükselmesiyle NOx olu umu artmaktad r. Burada D55,6+LPG çift yak di er çift yak ta göre daha az NOx yaym r. D49,8+LPG çal mas nda NOx olu umunun daha yüksek olmas bu yak n S ’nin dü ük olmas n tutu ma gecikmesini artt rmas ve ani yanma safhas nda s cakl n artmas ndan kaynakland tahmin edilmektedir.

100

D49.8+LPG D55.6+LPG D49,8

80 60 40 20 0 1600

1800

2000

2200

Motor H

(d/d)

2400

2600

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

1955


Akta , A. ve Yi it, A.

4. Sonuçlar Farkl özellikteki pilot dizel yak tlar ve LPG’nin motor performans ve egzoz emisyonlar na etikisinin ara ld bu çal mada özet olarak a da belirtilen sonuçlara var lm r. Motor torku ve gücü, %20 GKK’unda belirli bir dinamometre yükü alt nda çal an motorun silindir içersine LPG verilerek motora h z kazand ld nda elde edilen tork ve güç D49,8 saf dizel yak ndan genel olarak dü ük olmaktad r. Dizel-LPG özgül yak t tüketimi de dizel yak na göre yüksek olmaktad r. CO ve HC emisyonlar toplam yak t içerisindeki LPG oran artt kça saf dizel yak na göre önemli miktarda artmaktad r. NOx emisyonlar ise LPG oran artt kça artmakla beraber yine de saf dizel yak ndan dü ük kalmaktad r. Dizel yak na LPG ilave edilmesi saf dizel yak na göre EGS’ artt rmaktad r. s emisyonlar , LPG miktar n ve motor artmas yla önemli miktarda azalmaktad r.

devrinin

Kaynaklar [1] Weaver, CS., Natural gas vehicle—a review of the state of the art. SAE 1989, Paper 892133. [2] Abd Alla, GH., Soliman HA., Badr OA and Abd Rabbo MF., Effect of pilot fuel quantity on the performance of a dual fuel engine, Energy Conversion and Management, 41, 559–72, 2000. [3] Nwafor, OMI., Effect of choice of pilot fuel on the performance of natural gas in diesel engines, Renew Energy, 21, 495–504, 2000. [4] Lee, CS., Lee, KH. and Kim, DS., Experimental and numerical study on the combustion characteristics of partially premixed charge compression ignition engine with dual fuel, Fuel, 82, 553–60 2003. [5] Papagiannakis, R.G.and Hountalas, D.T., Experimental investigation concerning the effect of natural gas percentage on performance and emissions of a DI dual fuel diesel engine, Applied Thermal Engineering, 23, 353–365, 2003.s [6] Papagiannakis, R.G.and Hountalas, D.T., Combustion and exhaust emission characteristics of a dual fuel compression ignition engine operated with pilot Diesel fuel and natural gas, Energy Conversion and Management, 45, 2971–2987, 2004. [7] Carlucci, AP., Ficarella, A., Laforgia, D., Experimental comparison of different strategies for natural gas addition in a common rail diesel engine, In: Proceedings of FISITA 2004, Barcelona, Spain, May 23–27, Paper F2004V136, 2004. [8] Huang, Z., Shiga, S., Ueda, T., Nakamura, H., Ishima, T., Obokata, T, et al., Effect of fuel injection timing relative to ignition timing on the natural gas directinjection combustion. J Eng Gas Turbine Power,125, 783–90, 2003. [9] Nwafor, O.M.I., Effect of advanced injection timing on emission characteristics of diesel engine running on natural gas, Renewable Energy, 32, 2361–2368, 2007. [10] Papagiannakis, R.G., Hountalas, D.T. and Rakopoulos, C.D., Theoretical study of the effects of

pilot fuel quantity and its injection timing on the performance and emissions of a dual fuel diesel engine, Energy Conversion and Management, 48, 2951–2961, 2007. [11] Carlucci A.P., de Risi A., Laforgia D., Naccarato F., Experimental investigation and combustion analysis of a direct injection dual-fuel diesel–natural gas engine, Energy 33 (2008) 256–263. [12] Abd Alla, GH., Soliman, HA., Badr, OA. and Abd Rabbo, MF., Effect of injection timing on the performance of a dual fuel engine, Energy Conversion and Management, 41, 269–277, 2002. [13] Çarman, K., Salman, S., ve Ciniviz, M.,) Dizel Motorlar nda Dizel Yak +LPG Kullan n Performans Ve Emisyona Etkisi, Selçuk-Teknik Online Dergisi/Issn 1302- 6178, 2001. [14] Qi, D H., Bian, YZH., Ma, ZHY., Zhang, CHH, and Liu, SHQ., Combustion and Exhaust Emission Characteristics of A Compression Ignition Engine Using 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 on emissions and performance in a dual fuel diesel engine, Fuel, 87, 3031–3039, 2008. [16] Selim, M.Y.E., Sensitivity Of Dual Fuel Engine Combustion And Knocking Limits To Gaseous Fuel Composition, Energy Conversion And Management, 45, 411–425, 2004. [17] Selim, M.Y.E., Effect Of Engine Parameters And Gaseous Fuel Type on The Cyclic Variability of Dual Fuel 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 Engines Running on Natural Gas/LPG by Using Pilot Fuel Derived From jojoba seeds, Renewable Energy, 33, 1173-1185, 2008. [19] Pirouzpanah, V. and Barkhordarion, A.M., DualFuelling of An Industrial Indirect Injection Diesel Engine by Diesel and Liquid Petroleum Gas, Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Iran,1995. [20] Sahoo, B.B., Sahoo, N. ve Saha, U.K., “Effect of engine parameters and type of gaseous fuel on the performance of dual-fuel gas diesel engines—A critical review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, In Press, Corrected Proof, Available online 1 October 2008. [21] Abdel-Rahman, A. A., 1998. On The Emissions From Internal-Combustion Engines: A Review. International Journal Of Energy Research. Int. J. Energy Res., 22;483-513.

1956


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

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: odogan@karabuk.edu.tr, bozdalyan@karabuk.edu.tr, cdortboluk@hotmail.com, scandan@karabuk.edu.tr, ecandan@karabuk.edu.tr

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 [25]. 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.

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1957


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

Tablo 2. Deney motoruna ait teknik özellikler

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.

Model

Katana KM 170 F

Genel Bilgiler

Dört zamanlı, sıkıştırma ile ateşlemeli, direkt püskürtmeli, hava soğutmalı, tek silindirli 70x50

Çap (mm) x Kurs Boyu (mm) Sıkıştırma Oranı Maksimum Çıkış Gücü @ 3000 dev/dk (kW) Enjeksiyon Zamanı (oKMA)

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.

20/1 2.8 23

Deneyler sonucunda motor dinamometresinden motor momenti, yakıt tüketimi, egzoz gaz sıcaklığı, egzoz analiz cihazından 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 motor momentine ve özgül yakıt tüketimine etkisi Şekil 2’de gösterilmiştir. Özellikle orta motor 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. Deney Düzeneği Tablo 1. ALY ve Dizel yakıtlarının özellikleri. Özellik Yoğunluk, @ 15 oC kg/m3

Dizel 830

Kinematik Viskozite, cSt

2

Ham ALY 876 1,6

Şekil 2. Moment ve özgül yakıt tüketiminin (Sfc) değişimi Test edilen yakıtın yakıt özellikleri standart dizel ile benzerdir. Standart dizel yakıtına %50 oranına kadar ALY ilavesinin özgül yakıt tüketimini önemli ölçüde etkilemediği görülmektedir.

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 (18002200-2600-3000-3400 dev/dk), tam yükte, motor kararlı çalışma sıcaklığına ulaştıktan sonra, motor deneyleri gerçekleştirilmiştir. Önce %100 standart dizel yakıtı yukarda belirtilen şartlar altında test edilmiştir. Daha sonra (%50 Dizel+%50 ALY) yakıtı test edilmiştir.

1958

Şekil 3. Egzoz sıcaklığının değişimi


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

Tam yük altında değişik motor hızlarında test edilen yakıtların 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.

Şekil 6’da test edilen yakıtlardan elde edilen CO ve CO2 emisyonlarının 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.

2.2. Egzoz Emisyonları Silindir içi sıcaklıkları, NOX oluşumunda önemli rol oynar. Yanma 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 emisyonlarının değişimi HC emisyonlarının karşılaştırılması Şekil 5’de görülmektedir. Yanmamış hidrokarbon emisyonlar 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 7. İs emisyonlarının değişimi İs emisyonları, egzoz sisteminde asılı haldeki katı partiküllerdir. 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. Sonuç ve Öneriler Standart dizel yakıtına ALY ilavesi ile yapılan deneysel sonuçlardan; • Dizel motorun %50 ALY+ %50 Dizel karışım oranlarına kadar çalışabildiği, • Dizel yakıtına %50 ALY ilavesinin, az da olsa motor performansını artırdığı ve motor gücünü de aynı oranda etkilediği, • Özgül yakıt tüketiminin önemli ölçüde değişmediği, • Dizel yakıtına ALY ilavesinin egzoz sıcaklıklarını artırdığı gözlenmiştir. Ayrıca egzoz emisyonlar açısından; • Standart dizel yakıtına %50 ALY ilave edilmesinin NOX emisyonlarını önemli ölçüde etkilemediği, ancak yüksek motor hızlarında NOX emisyonlarını bir miktar artırdığı, • %50 ALY ilave edilmesinin HC emisyonlarını etkilemediği, ancak yüksek motor hızlarında HC emisyonlarını bir miktar artırdığı, • CO emisyonlarını önemli ölçüde etkilemediği, • CO2 emisyonlarını artırdığı, • Özellikle orta ve düşük motor hızlarında is emisyonlarını azalttığı anlaşılmaktadır.

Şekil 6. CO ve CO2 Emisyonlarının Değişimi

1959


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

4. Teşekkür Bu çalışmayı, bu projede görev yapan ve bir trafik kazası sonucu aramızdan ayrılan değerli öğrencimiz Coşkun DÖRTBÖLÜK ’e atfediyoruz.

Kaynaklar [1] Z. R. Kennedy, D. Rathinaraj, Exhaust Emissions and Performance of Diesel Engine Fuelled with Tyre Based Oil Blends, IE(I) Journal-MC, Vol 88, April 2007. [2] S. Murugan, M.C. Ramaswamy, G. Nagarajan, A Comparative 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. [3] S. Murugan, M.C. Ramaswamy, G. Nagarajan, Performance, Emission and Combustion Studies of a DI Diesel Engine Using Distilled Tyre Pyrolysis OilDiesel Blends, Fuel Processing Technology 89 (2008) 152-159. [4] S. Murugan, M.C. Ramaswamy, G. Nagarajan, The Use of Ttyre Pyrolysis Oil in Diesel Engines, Waste Management xxx (2008) xxx–xxx. [5] S. Murugan, M.C. Ramaswamy, G. Nagarajan, Influence 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. [6] Bhandodaya Reddy G, Reddy KV, Ganesan V. Utilisation of non edible oil in diesel engine. In Proceedings of national conference in I.C engines; 2001. p. 211–16. [7] Heywood Internal combustion engines JB. fundamentals. McGraw Hill Publications; 1988. [8] Kidoguchi Yoshiyuki. Effects of fuel cetane number and aromatics on combustion process and emissions of a direct injection diesel engine. JSAE 2000;21:469–75.

1960


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

ARASOĞUTMALI-TURBOŞARJ DİZEL MOTORLARDA BİLGİSAYAR DESTEKLİ PERFORMANS ANALİZLERİ COMPUTER AIDED PERFORMANCE ANALYSIS OF INTERCOOLING-TURBOCHARGED DIESEL ENGINES a, *

Abdullah UZUNa, *, Fahri VATANSEVERb

Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, E-posta: auzun@sakarya.edu.tr b Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, E-posta: fahriv@sakarya.edu.tr

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 arasoğutmalıturboşarj 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, analysis, performance

intercooling,

simulation,

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) b) c)

Tüpler Kanatçıklar 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

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1961


Uzun, A. ve Vatansever, F.

(özellikle yarış otolarında) kullanılmaktadır. Arasoğutma işlemi: a) b) c) d)

Motorun soğutma sistemine bağlı bir su soğutmalı ısı değiştiricisi ile, Motorun soğutma sisteminden bağımsız bir su soğutmalı ısı değiştiricisi ile, Hava soğutmalı bir ısı değiştiricisi ile, 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) b) c) d)

Yakıt ekonomisinin geliştirilmesi, Motor gücünün arttırılması, Motor dayanıklılığının arttırılması, 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 havahava 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


Uzun, A. ve Vatansever, F.

Tablo 1. Tasarlanan programdaki analizlerin yapılmasında kullanılan eşitlikler Parametreler

Denklem

Efektif güç

F .n (kW ) 13337 2πn ϖe = (rad / s) 60 P M e = e (Nm) Pe =

Açısal Hız Moment

ϖe

Kütlesel yakıt debisi

m& y =

∆t m& y 3600

Özgül Yakıt Tüketimi

be = Birim zamanda yakıt ile giren toplam enerji

∆v.ρ y .10−3

Pe

(kg / s )

(kg / kWh)

Q&T = m& y H u (kW )

Efektif verim

P

ηe = &e Q

T

Teorik hava miktarı

m& H ,t = ρ H .Z .Vh .i.n(kg / s )

Gerçek hava miktarı

m& H , r = 7,182.d H2 .(∆hH )1 / 2 (kg / s )

Volumetrik Verim

ηv = Hava fazlalık katsayısı

λ=

m& H , r m& H ,t

(m& H , r / m& y )

Motor soğutma suyuna ısı transferi

hmin & Qm, w = m& m, wC p (Tw, o − Tw,i )(W ), ( J / s )

Egzoz gaz akışı

m& ex = m& y + m& air (kg / s)

Türbin öncesi egzoza giren enerji miktarı

Q& ex = m& exC p , ex (Tex,i − Tair )(W )

Türbine giden enerji miktarı

Q& tur = m& ex C p , ex (Tex,i − Tex, o )(W )

Teorik iş miktarı

Wi ,t = Q&T − Q& ex (kW )

Teorik adyabatik verim

W ηt , ad = &i , t QT

İndike verim

W ηi = &i , r QT

Organik verim

ηorg =

Wi , r Wi , t

Arasoğutucuya havadan transfer edilen ısı miktarı

Q& As , h = m& H C p , H (TH , i − TH , o ) AS (kW )

Arasoğutucudan suya transfer edilen ısı miktarı

Q& As , w = m& w, AS C p , w (Tw, o − Tw, i ) AS (kW )

Arasoğutucudan soğutucu akışkan ve çevreye transfer edilen ısı miktarı

Q& As , h = Q& As, w + Q& env (kW )

Arasoğutucuda çevreye transfer edilen ısı miktarı

Q& env = h. A.(Th , avr − Tair )(kW )

1963


Uzun, A. ve Vatansever, F.

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


Uzun, A. ve Vatansever, F.

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.

[2] Mack Technical Bulletin, 'Econdyne Fuel EfficiencyMack'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

Kaynaklar [1] Heywood, J.B., 'Internal Fundamentals', 1988.

combustion

Engine

1965


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

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:sakir_burak@hotmail.com b Selçuk Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi 42079, Kampus-Konya, E-posta:noval@selcuk.edu.tr

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 o BUS’ta, giriş parametreleri olarak avans (advance- ) 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, 3 cylinder volume 182 cm . In the designed FES, intake valve opening advance (advance-o) and engine speed (nd/d) were determined as input parameters whereas torque (Me-Nm), power (Pe-kW), specific fuel consumption (beg/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].

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

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 Her bir kuralın çıkarımlarını bir Mekanizması 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.

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).

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, 3 silindir hacmi 182 cm 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.

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

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

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


Taşdemir, Ş., Allahverdi, N.

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.

⎧0; ⎪

μ A 2 ( y ) = ⎨10 − y

⎪ 10 ⎩ ⎧0; ⎪y ⎪ ⎪ μ A3 ( y ) = ⎨10 ⎪ 20 − y ⎪ 10 ⎪ ⎩0; ⎧0; ⎪ y − 10 ⎪ ⎪ μO 2 ( y ) = ⎨ 10 ⎪ 30 − y ⎪ 10 ⎪ ⎩0;

⎧0; ⎪

μY 1( y ) = ⎨ y − 20 ⎪ 10 ⎩

diğer durumlarda ⎫ ⎪ ⎬ 0 ≤ y < 10 ⎪ ⎭ y ≤0 ⎫ ⎪ 0 < y ≤ 10 ⎪ ⎪ ⎬ 10 < y < 20 ⎪ ⎪ ⎪ y ≥ 20 ⎭

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.

y ≤ 10

⎫ ⎪ 10 < y ≤ 20 ⎪ ⎪ ⎬ 20 < y < 30 ⎪ ⎪ ⎪ y ≥ 30 ⎭

diğer durumlarda ⎫ ⎪ ⎬ 20 < y ≤ 30 ⎪ ⎭

z* =

∫ z ⋅µ ∫µ

orta(11)

(z) dz

orta(11) (z) dz

(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.

(1)

Deklem (1) ifadelerinden aşağıdaki bulanık kümeler elde edilmiştir. μ A 2 ( y ) = {1/ 0 + 0,5 / 5 + ... + 0,3 / 7 + 0 / 10}

μ A3 ( y ) = {0 / 0 + 0,5 / 5 + 1/ 10 + ... + 0,5 / 15 + 0 / 20}

μO 2 ( y ) = {0 / 10 + 0,5 / 15 + 1/ 20 + ... + 0,5 / 25 + 0 / 30} μY 1 ( y ) = {0 / 20 + 0,3 / 23 + ... + 0,5 / 25 + 1/ 30 + 0 / 35} 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))

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 2 katsayılardan (R ) görüleceği gibi her iki yöntem arasında kuvvetli bir ilişki bulunmaktadır.

1968


Taşdemir, Ş., Allahverdi, N.

BUS’tan alınan sonuçlarla deney sonuç grafikleri Şekil 36’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.

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

Şekil 3 Literatür Verileri ile BUS’ta Alınan(Centroid) HC sonuçların Avans 00 Grafiksel Gösterimi

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]

[2] [3] Şekil 4 Literatür Verileri ile BUS’ta Alınan(Centroid) be sonuçların Avans 100 Grafiksel Gösterimi

[4]

[5] [6]

[7] Şekil 5 Literatür Verileri ile BUS’ta Alınan(Centroid) Pe 0 sonuçların Avans 20 Grafiksel Gösterimi [8]

[9]

Şekil 6 Literatür Verileri ile BUS’ta Alınan(Centroid) Me 0 sonuçların Avans 30 Grafiksel Gösterimi

1969

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.ht ml, ICEM, 1998. Altrock, C., V., Fuzzy Logic in Automotive Engineering , Circuit Cellar INK, the Computer Applications Journal, 1997. Çiftçibaşı, T., “Otomasyon, Otomatik Kontrol, Akıllı Kontrol, Bilimsel Tanımları ve Uygulama Sınırlamaları”, Elektrik Mühendisliği Dergisi, 410. Sayı, Eylül 2001. 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. 345351). Sofia, Bulgaria . Allahverdi, N.“Uzman Sistemler, Bir Yapay Zeka Uygulaması”, İstanbul, Atlas Yayın Dağıtım, 2002. 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, 305311. 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. 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. 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.


Taşdemir, Ş., Allahverdi, N.

[10]

[11] [12] [13]

[14] [15]

[16]

[17]

[18] [19]

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. Nelson, D.,E.,1997. Fuzzy logic antilock braking system for trailers equipped with electric brakes. Texas A&M Unıversıty – Kıngsvılle. 110 pages. Elmas, Ç., 2003. Bulanık Mantık Denetleyiciler. Seçkin Yayıncılık,Ankara. 230 sayfa. 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. Çınar, C., Salman, S., 1998. Emme Supabı Zamanlamasının Motor Performansına Etkileri. Politeknik Dergisi, cilt 1, sayı 3-4. 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. Guillemin, P., 1994. Universal Motor Control With Fuzzy Logic, Article Fuzzy Sets and Systems. Volume 63, Issue 3, Pages 339-348, SGSTHOMSON Microelectronics, 13106, Rousset, France,.10 May. 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. Luu, R.,1995. A Fuzzy Logic-Based Automobile Fuel Injection Control System. California State Unıversity, Long Beach.164 pages. Mian, T. M., 2000. Fuzzy Logic-Based Automotive Airbag Control System. A Thesis , Unıversıty Of Wındsor (Canada).170 Pages.

1970


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

TURBO DÖNGÜSEL BİR MOTORDA FARKLI BUJİ KONUMLARININ PERFORMANSA ETKİSİ THE EFFECT OF THE VARIATION OF SPARK PLUG LOCATION ON TURBINE PERFORMANCE a

Melih OKUR a,* Yakup İÇİNGÜR a ve İbrahim Sinan AKMANDOR b

Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, E-posta: mokur@gazi.edu.tr, icingur@gazi.edu.tr Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Ankara, Türkiye, E-posta: sinan.akmandor@parsmakina.com

b

Özet

Keywords: Turbo Rotary Engine, Location of spark plug.

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.

1. Giriş

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.

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 [111]. 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.

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1971


Okur, M., İçingür, Y., ve Akmandor, İ. S.,.

döner valf kullanılmıştır. Şekil 3’te zaman dişlisi ve buji konumları görülmektedir.

Şekil 2. Turbo döngüsel motorun parçaları ve buji konumları.

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

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


Okur, M., İçingür, Y., ve Akmandor, İ. S.,.

70

8

40 6 30 4

20

2

10 0

0 1000

1250

1500

1750 2000 Devir (rpm)

2250

2500

80

Şekil 4. Ölçüm sisteminin arayüzü.

70

12 Buji-1güç Buji-2 güç Buji-1,2 güç Buji-1 basınç Buji-2 basınç Buji-1,2 basınç

25 (kg/min)

60

10 8

Güç (W)

50 40

6

30

4

20 2

10 0

0 1000

1250

1500

1750

2000 2250 Devir (rpm)

2500

2750

3000

110 100 90 80 70 Güç (W)

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.

20 Buji-1güç Buji-2 güç Buji-1,2 güç Buji-1 basınç Buji-2 basınç Buji-1,2 basınç

30 (kg/min)

Grafiklerde her bir türbin giriş debileri için (20-25-30 g/min) güç devir ve basınç devir değerleri incelenmiştir. Havayakıt 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.

1973

14

10

50

8

40

6

30 20

4

10

2 0 1000

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.

16

12

60

0

3. Sonuç ve Öneriler

18

Basınç (bar)

Şekil 5. Deney düzeneği.

Basınç (bar)

Güç (W)

50

10

1250

1500

1750

2000 2250 2500 Devir (rpm)

2750

3000

3250

Şekil 6. Faklı giriş debileri için deney sonuçları.

Şekil 7. Türbin içi buji 2’nin konumu.

Basınç (bar)

60

12 Buji-1güç Buji-2 güç Buji-1,2 güç Buji-1 basınç Buji-2 basınç Buji-1,2 basınç

20 (kg/min)


Okur, M., İçingür, Y., ve Akmandor, İ. S.,.

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.

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.

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.

[1]

Kaynaklar

[2]

[3] [4] [5] [6] [7] [8] Şekil 8. Döner valf sonrası buji 1’nin konumu.

[9]

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.

[10]

Ayrıca her bir debi için yapılan deneylerde tüketilen yakıt miktarları da ölçülmüş olup Şekil 9’da sonuçlar görülmektedir.

[11]

[12] [13]

Yakıt Tüketimi (g/min)

1,8

1,6

[14]

Buji 1 Buji 2

1,4 Buji 1-2

[15]

1,2

1,0

0,8 19

21

23

25

27

29

31

[16]

Hava tüketimi (g/min)

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.

[17]

1974

Akmandor, I.S. , Erzöz, N.; “Rotary Vane Engine and Thermodynamic Cycle”, USPTO 7,314,035 B2, (January 1st 2008). Akmandor, I.S., Ersöz, N., “Turbo-Döngüsel İtki Motoru Termodinamik Çevrimi”, Türk Patent Enstitüsü İncelemeli Patent No. TR 2005 02164 B st (March 21 , 2008). Chou, Y., “Rotary Vane Engine”, USPTO 5,352,295, (October 4th 1994). Vading, K., “Rotary-Piston Machine”, PCT WO th 02/31318, (April 18 2002). LAI, J.H., “Stage Combustion Rotary Engine”, th USPTO 5,596,963, (January 28 1997). O’Brien, T.J., and O’Brien, K.J., ”A Vane Type Rotary th Engine”, PCT WO 99/041141, (January 28 1999). Testea, G., “Rotary Engine System”, USPTO th 5,235,945, (August 17 1993). Kruse, D.C., “Internal Combustion Engine with Limited Temperature Cycle”, USPTO, 5,566,650, (October 22nd 1996). Duncan, R.J., “Rotary Machine and Thermal Cycle”, th PCT WO 02/090738, (November 14 2002). Riley, M. B., “Internal Combustion Engine with Variable Combustion Chambers and Increased Expansion Cycle”, USPTO 5,341,771, (August 30th 1994). Yalçın, K., “Hacimsel ve Santrifüj Pompalar, Santrifüj Pompaların Proje Hesabı ve Çizimi, Çözümlü Problemler”, Çağlayan Yayınevi, ISBN 975-436-0340, 1. Baskı 1998. Çetinkaya, S., “Wankel Motorları”,Ders notları Gazi Üniv. Teknik Eğitim Fak., Ankara, 1989. 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). Okur, M., Akmandor, İ.S., Arabacı, E., “Turbo döngüsel bir motorun yanma odasının geliştirilmesi”, 10. Uluslararası Yanma Sempozyumu, Sakarya, 371377, 09-10 Ekim (2008). Mitroglou, N., Arcoumanis, C., Mori, K., Motoyama, Y., “Mixture distribution in a multi-valve twin-spark ignition engine equipped with high-pressure multihole injectors”, Second International Conference on Optical and Laser Diagnostics, Journal of Physics: Conference Series 45 46–58 (2006). Bilgin, A., “Geometric features of the flame propagation process for an SI engine having dualignition system”, International Journal of Energy Research, 26:987–1000 (Doı: 10.1002/Er.832), (2002). 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).


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

TEK SİLİNDİRLİ BENZİNLİ BİR MOTORUN EGZOZ SUSTURUCUSUNUN PERFORMANS VE EMİSYONLARINA ETKİSİ THE EFFECT OF EXHAUST SILENCERS ON GASOLINE ENGINE PERFORMANCE AND EMİSSIONS a,*

Hakan SUVAKa* ve Abdurrazzak AKTAŞb

Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, E-posta: hakansuvak@gmail.com b Karabük Üniversitesi, Karabük, E-posta: a_aktasa@yahoo.com

Özet İnsanların toplu olarak yaşadıkları ortamlarda maruz Keywords: Gasoline engine, engine noise, exhaust kaldıkları gürültü kaynaklarının en sürekli olanlarından biri, silencer, performance, emission karayolu ulaşım (trafik) gürültüsüdür. Karayolu taşıtlarından yayılan gürültünün büyük bir kısmı motordaki 1. Giriş yanma ve yanma sonu dışarı atılan gazlardan kaynaklanmaktadır. Egzoz gazı, susturucu ve borulardan Motorlu taşıtların kullanılmaya başlanması ile ulaşım daha oluşan egzoz sistemi yardımı ile taşıtın dışına atılır. Motora hızlı gerçekleşmeye başlamış ve insan rahatı artmıştır. takılan boru ve susturucular motor performansını Ancak, motorlu taşıt sayısının hızla artması ile yaydıkları etkilemesine rağmen bu konuda sınırlı sayıda deneysel zararlı gaz ve gürültü emisyonlarının çevreye zarar araştırma yapıldığı görülmektedir. Bu çalışmada, dört vermesi ve insan sağlığını tehdit etmeye başlaması ile zamanlı, tek silindirli, hava soğutmalı benzinli bir motorda emisyonlara sınırlama getirilmesi ihtiyacı duyulmuştur. Bu egzoz susturucusunun tam yükte ve değişik hızlarda motor nedenle 1960’lı yıllarda ilk taşıt dış gürültü ölçüm performansına, gaz ve gürültü emisyonuna etkisi deneysel standardının (ISO R 362) hazırlandığı ve bu ölçümle taşıtın olarak araştırılmıştır. Araştırma sonucunda; susturucunun şehir trafiğindeki tipik hızlanmalarında yaydığı ses tüm motor hızlarında yaklaşık 3-3,5 dBA kadar gürültü seviyesini tespit etmenin amaçlandığı belirtilmiştir. Bu seviyesini düşürdüğü, düşük hızda güç ve momentte standart, günümüzde geçerli olan yönetmeliklerde yaklaşık %11 kadar artış sağladığı, yüksek devirlerde ise kullanılan ölçüm yönteminin de temelini oluşturmaktadır. ortalama %11 oranında azalmaya sebep olduğu Dünyada egzoz emisyonu denetimine ait uygulamalar ise görülmüştür. Takılan susturucunun aynı zamanda HC 1968 yılında Kaliforniya’da ve 1972 yılında Avrupa’da emisyonunda % 15 azalmaya ve CO emisyonunda Avrupa Ekonomik Komisyonu (ECE: Economic Comission yaklaşık %12 oranında artışa sebep olduğu tespit For Europe) talimatnameleri ve Avrupa Ekonomik Topluluğu (EEC: European Economic Community) edilmiştir. kararnameleri ile başlatılmıştır [1]. İmal edilen araçların Anahtar Sözcükler : Benzinli motor, motor gürültüsü, emisyon standartlarına uygun imal edilebilmeleri için ses ve gaz emisyon kaynaklarının iyi anlaşılması ve ona göre egzoz susturucusu, performans, emisyon önlem alınması gerekmektedir.

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, onecylindered, 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%.

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,

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1975


Suvak, H. ve Aktaş, A.

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 [1617].

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.

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.

7 11

8

6 5

2 0 1

10

9

8888 T1

T2

4

3 2

1

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

1976

1- Dinamometre 2- Motor 3- Ses seviye ölçer 4- Hava debimetresi 5- Dijital termometre 6- Yakıt ölçme kabı

7- Yakıt tankı 8- Kontrol panosu 9- Yük hücresi indikatörü 10- Yakıt akış kontrol valfi 11- Egzoz gaz analizörü

Şekil 1. Deney düzeneğinin şematik görünüşü (Fig. 1. Schematic view of the engine test bed).


Suvak, H. ve Aktaş, A.

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) 32,6 Distilasyon 100°Cde (%hacim) 52,8 Distilasyon 150°Cde (%hacim) 85,9 Son Kaynama Noktası (0C) 195,6 Kükürt 93 RVP (Reid Vapour Pressure) 57,7 Yaz Oktan sayısı 95

[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. 12 10

Tork (Nm)

Çizelge 2. SUN MGA 1200 egzoz gaz analizörünün özellikleri Ölçüm Ölçüm aralığı Hassasiyet CO (%hacim) CO2 (%hacim) NOx (ppm) HC (ppm)

0-10,00 0-20,00 0-20000 0-20000 n-hexan

±0,01% ±0,01% 1 ppm ±12

O2 (%hacim) LAMDA

0-21 0,80-2,00

±0,1% 0,001

8 6

Susturucusuz Susturuculu

4 2 0 1500

2000

2500

3000

3500

4000

Motor hızı (d/d)

Şekil 2.a. Susturucunun tork ve motor devrine etkisi 3,00

3. Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi

2,50

Güç (kW)

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.

1,50 Susturucusuz

1,00

Susturuculu

0,50 0,00 1500

2000

2500

3000

3500

4000

Motor hızı (d/d)

Şekil 2.b. Susturucunun güç ve motor devrine etkisi 600

3.1 Egzoz susturucusunun motor performansına etkisi

500

sfc (g/kWh)

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

2,00

400 300 Susturucusuz

200

Susturuculu

100 0 1500

2000

2500

3000

3500

4000

Motor hızı (d/d)

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


Suvak, H. ve Aktaş, A.

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]. 500 450 400

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.

300

140

250

120

200 150

Susturucusuz

100

Susturuculu

100

HC (ppm)

EGS (C)

350

50 0 1500

2000

2500

3000

3500

4000

Motor hızı ((d/d)

80 60 40

Susturucusuz Susturuculu

20

Şekil 4.a. Susturucunun egzoz gaz sıcaklığına ve motor devrine etkisi

0 1500

2000

2500

3000

3500

4000

Motor hızı (d/d)

100

Şekil 5.a. Susturucunun HC ve motor devrine etkisi

95

16

90

14

Susturucusuz

85

12

Susturuculu

10

80

A/F

Motor gürültüsü (dBA)

105

75 1500

2000

2500

3000

3500

4000

8

Susturucusuz

6

Susturuculu

4

Motor hız ı (d/d)

2

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 33,5 dBA kadar düşürdüğü görülmektedir. Yapılan başka

1978

0 1500

2000

2500

3000

3500

4000

Motor hızı (d/d)

Şekil 5.b. Susturucunun A/F oranına ve motor devrine etkisi


Suvak, H. ve Aktaş, A.

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. 6 5

CO (%)

4 3 Susturucusuz

2

Susturuculu

1 0 1500

2000

2500

3000

3500

4000

Motor hızı (d/d)

Şekil 6.a. Susturucunun CO ve motor devrine etkisi 7 6

CO2

5 4 3 Susturucusuz

2

Susturuculu

1 0 1500

2000

2500

3000

3500

4000

Motor hızı (d/d)

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, 0 egzoz gaz sıcaklığını 220-230 C 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.

1979


Suvak, H. ve Aktaş, A.

[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, 7187. (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


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

TA ITLARDA DO ALGAZ KULLANIM TEKNOLOJ LER TECHNOLOGIES FOR USAGE OF NATURAL GAS IN VEHICLES Murat KARABEKTA

a*

a

Gökhan ERGEN

a

Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, E-posta: muratk@sakarya.edu.tr, gergen@sakarya.edu.tr

Tablo 1. Do algaz bile enleri ve miktarlar [1]

Özet Günümüzde özellikle konutlarda tma amaçl olarak yayg n biçimde kullan lan do algaz n, bir di er kullan m alan olarak içten yanmal motorlara uygulanmas yla ilgili çal malar yap lmaktad r. Bu çal malar n sonucu olarak, benzinli ve dizel motorlu araçlarda farkl yöntemler kullan larak do algaz n motora uygulanmas n mümkün oldu u görülmektedir. Yüksek yanma verimlili i, daha az kirletici emisyon üretmesi, dünya genelinde petrole oranla daha fazla rezervlere sahip olmas ve petrol kökenli yak tlara oranla daha ucuz olmas gibi etkenler ta tlarda kullan mlar ile ilgili dü ünceleri ve çal malar artt rmaktad r. Yap lan bu çal mada; do algaz n ta tlarda kullan m yöntemleri ve yeni kullan m teknolojileri konusu ayr nt olarak incelenmi tir. Ayr ca do algaz n içten yanmal motorlarda kullan neticesinde ortaya ç kan olumlu 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

Bile enler

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 haricinde helyum ve hidrojen sülfit bile enleri de çok dü ük oranlarda bulunabilmektedir [3,4]. Tablo 1’de do algaz içeri inde bulunan bile enler ve miktarlar , Tablo 2’de ise do algaz n baz özellikleri verilmektedir.

Min 92,98

Etan

C2 H6

Maks 4,04

Propan

C3 H8

Maks 1,17

Bütan

C4 H10

Maks 0,59

N2

Maks 1,62

CO2

Maks 1,19

Azot Karbondioksit

Do algaz, çevresel ve ekonomik aç dan önemli avantajlara sahiptir. çeri indeki yüksek orandaki metan gaz sebebiyle enerji de eri yüksektir. Petrol kökenli yak tlara göre daha temiz yanmas , mevcut rezervlerinin yeterlili i ve fiyat n di er yak tlara oranla daha dü ük olmas do algaz n önemli özellikleri aras nda yer almaktad r. Bu özellikleri nedeniyle son y llarda kullan n giderek artt ifade edilmektedir. 2007 Nisan ay itibariyle do algazl ta t say n 6 milyonu a belirtilmektedir [1]. Tablo 2. Do algaz n baz özellikleri [5,6,7] C/H Oran 3

Yo unluk (kg/m ) Is l De er (kJ/kg) Stokiometrik Hava/yak t Oran Tutu ma S rlar ) Kendi Kendine 0 Tutu ma S c. ( C) Kaynama Derecesi 0 ( C)

Keywords: Natural gas, internal combustion engine, natural gas vehicles, natural gas systems, alternative fuels

Do algaz, ev ve i yerlerindeki kullan mlar yan nda içten yanmal motorlarda da kullan labilen bir yak tt r. Motosikletten, forkliftlere ve trenlere kadar her türlü ta tta kullan labilmektedir [1,2].

Hacimsel (%)

CH4

Metan

In addition common usage of natural gas in the houses for the purpose of heating, studies concerning with natural gas usage in IC engines have been increasingly performed. It has been revealed that usage of natural gas in SI and CI engines are possible with the use of different systems. The studies have increased due to some incentive properties of natural gas such as good combustion efficiency, lower exhaust emissions, higher reserves in world-wide compared to petroleum and cheaper cost. In this study, methods and technologies for usage of natural gas in vehicles were examined. Besides, advantages and disadvantages were evaluated with the use of natural gas in IC engines.

1. Giri

Kimyasal formül

Do algaz

Benzin

Dizel Yak

~0.25

~0.556

~0.52

0.678

730

830

~60000

~43400

43100

17.2

14.7

14.5

~0.5-2.0

~1.3-7.6

~0.48-1.35

~500

~257

~250

-162.5

32-221

170-350

Do algaz genel olarak petrol havzalar nda bulunabildi i gibi 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 ve kat maddelerden ar nd lmaktad r. Bu i lemin yan s ra içeri inde bulunan a r hidrokarbonlar ayr lmaktad r [4,8]. Do algaz üzerindeki çal malar baz kurulu lar taraf ndan da desteklenmektedir. Uluslararas Do al Gazl Araçlar Birli i (IANGV) ve Avrupa Do al Gazl Araçlar Birli i (ENGVA) önemli kurulu lar olarak bilinmektedir. Bunlar n yan s ra ülkeler baz nda çal malar yapan kurulu lar da mevcuttur. Gerek do algaz n sa lad faydalar nedeniyle

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1981


Karabekta , M. Ve Ergen, G.

ve gerekse ilgili kurulu lar n yapt çal malar n da etkisiyle do algaz n ta tlarda kullan son y llarda önemli oranda art göstermi tir. ekil 1’de 1991 y ndan itibaren do algazl araç say lar ndaki de im gösterilmektedir. Avrupa’da 2020 y na kadar tüm araçlar n %23’ünün do algazl olmas hedeflenmi tir. ENGVA bu konudaki çal malar ciddiyetle devam ettirmektedir. Do algazl ta tlar ve do algaz n ta tlarda kullan aç ndan Arjantin 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’te verilmektedir [2].

Yap lan çal malar n kapsam nda Avrupa’da 2020 y na kadar 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 t olarak öngörülmü tür. 5 y l içerisinde mevcut do algaz n yap land lmas ve yayg nla lmas çal malar tasarlanm ve uygulamaya konulmu tur. Ayr ca do algazl araçlar n tan , kullan ve yayg nla mas konular nda çal malar yapacak bir konsorsiyum kurulmu tur [9] Bu do do de

çal mada do algaz n ta tlarda kullan ve mevcut algaz teknolojileri üzerinde durulmu tur. Ayr ca algaz kullan ile ortaya ç kan avantaj ve sorunlar erlendirilmi tir.

2. Do algaz n Ta tlarda Kullan Do algaz, ta t motorlar nda motorin ve dizel yak na alternatif olarak kullan labilen bir yak tt r. Kullan için ilave bir rafineri i lemi gerektirmeden do rudan motor yak olarak kullan labilmektedir. Mevcut benzinli ve dizel motorlara uygulanabildi i gibi do rudan do algazla çal an motorlarda da kullan lmaktad r. 2.1. Do algaz n Depolanmas ve Dolum

lemleri

Genel olarak do algaz ta tlarda CNG (s lm do algaz) ve LNG (s la lm do algaz) olarak iki ekilde depolanabilmektedir. Ta tlarda do algaz n kullan m biçimleri depolanma tipine ba olarak de mektedir.

ekil 1. 1991 y ndan günümüze dünya genelinde do algazl araç trendi Tablo 3. IANGV-2007 raporuna göre do algazl araç say lar [2] Do algazl Ülke Araç Say 1 Arjantin 1.650.000 2 Pakistan 1.550.000 3 Brezilya 1.425.513 4 talya 432.900 5 Hindistan 334.820 6 ran 263.662 7 ABD 146.867 8 Kolombiya 203.292 9 Çin 127.120 10 Ukrayna 100.000 CNG pazar na dünya genelinde Arjantin, Avrupa genelinde ise talya önderlik yapmaktad r. Mevcut CNG’li araç say incelendi inde en fazla araca Arjantin sahiptir. Arjantin’deki ta tlar n neredeyse yar CNG ile çal maktad r. Bu kullan n en önemli nedeni, ülke olarak sahip olduklar rezervlerin varl r. Bu konuda ülke olarak d a ba ml k minimum safhadad r. Kendi kaynaklar n kullan yla öne kan bir ülke durumundad r. Ülkede dönü üm ve dolum istasyonlar n art na ba olarak kullan m da yayg nla r. Bunun yan s ra Arjantin devlet yönetimi sadece do algaza ba ml bir hale gelinmemesi için mevcut petrol kökenli yak tlarla çal an araçlar n kullan da te vik etmekte, bu yak tlar n fiyatlar asgari seviyede tutmaya çal maktad r [1,9]. Dünyada ilk CNG kullanan ülke talya’d r. 1930’lu y llar itibariyle çal malar devam etmektedir. Araç firmalar da ülkedeki CNG endüstrisini desteklemektedir. Önemli ölçüde d ülkelere, özellikle Güney Afrika, Rusya ve Uzak Do u ülkelerine CNG ekipmanlar ihraç edilmektedir.

ekil 2. Ta t bagaj na yerle tirilmi do algaz tanklar Baz araçlarda sadece CNG kullan rken, baz uzun mesafe ta mac nda, kamyon ve transit yolcu ta mac yapan otobüslerde LNG kullan labilmektedir [1]. ekil 2’de bir ta t bagaj na yerle tirilmi CNG tanklar görülmektedir [10]. lm do algaz olarak adland lan CNG tipinde do algaz yüksek bas nç alt nda s larak depolanmaktad r. Normal ebeke hatt ndan al nan do algaz s rma üniteleri ile yakla k 200-250 bar bas nç alt nda yak t tanklar na doldurulmaktad r. LNG ise do algaz n s formudur. Yak t tank na s formda dolum gerçekle tirilir. S lm do algazdan daha fazla yak t depolanmas mümkündür. LNG sisteminde do algaz buharla larak motora gönderildi inden dolay kullan nda CNG ile benzerlik göstermektedir [2]. ekil 3’te bir LNG tank ve içyap görülmektedir [1]. LNG yak t tank incelendi inde CNG

1982


Karabekta , M. Ve Ergen, G.

tanklar na göre daha karma k bir yap ya sahip oldu u anla lmaktad r. ekil 4’te bir LNG sisteminin araç ba lant bulunmaktad r [11]. ekil 5’te do algaz sistemi montaj yap lm bir ta t örne i yer almaktad r [12].

daha dü ük seviyelerde bulunmaktad r. Bu nedenle ta t istasyonlar nda ta t dolumlar gerçekle tirmek üzere ilave baz ekipmanlara ve ilave bir tesise ihtiyaç duyulmaktad r. Araçlara farkl biçimlerde do algaz dolumu gerçekle tirilebilmektedir. Bunlar aras nda çift olarak yada tek tek araçlara dolum yapabilen tesisler, filo tipi çok say da araca e zamanl olarak dolum yapabilen tesisler ve ev dolum sistemi gibi dolum biçimleri bulunmaktad r [4,13]. ekil 7’de araçlara tek tek dolum yapabilen bir tesis emas yer almaktad r [14]. ekil 8’de filo tipi araçlara dolum yapabilen bir istasyon resmi ve bir ta t dolum dispenseri [15], ekil 9’da ev tipi bir dolum sistemi görülmektedir [16].

ekil 3. LNG tank

ekil 4. LNG sistemi araç ba lant

ekil 7. Bir dolum istasyonunun ematik resmi

ekil 8. Bir dolum dispenseri ve bir filo dolum tesisi ekil 5. Do algaz uygulamas yap lm araç

F AT marka bir

CNG ve LNG dolum biçimlerinin yan s ra ANG (Absorbed Natural Gas) olarak bilinen, absorbe edilerek 35 bar bas nçta s lmak suretiyle haz rlanan bir depolama biçimi de bulunmaktad r. ekil 6’da ANG yak t deposu kesiti ve depo içeri i görülmektedir [2].

ekil 9. Ev tipi dolum sistemi 2.2. Kullan labilir Do algaz Teknolojileri

ekil 6. ANG yak t deposu Do algaz dolumlar n yüksek bas nç alt nda gerçekle mesine ra men, ebeke hatlar nda bu bas nç çok

Do algaz benzinli ve dizel tüm araçlarda kullan labilen bir yak tt r. Bunun yan s ra araçlarda do rudan do algazla çal an motorlar da kullan labilmektedir. Benzinli ve dizel motorlarda, ilave yak t sistemlerinin uygulanmas yla do algaz n kullan mümkün olmaktad r. Benzinli motorlarda yak t sitemine uygulanabilecek 4 nesil do algaz yak t sistemi bulunmaktad r. Dizel motorlarda ise iki tip

1983


Karabekta , M. Ve Ergen, G.

uygulama mevcuttur. Birinci yöntemde, dizel motor modifiye edilerek benzer bir benzinli motor haline (ate leme sistemi montaj , motor s rma oran de imi vb. de iklikler) dönü türülmekte ve do algaz uygulamas yap labilmektedir. kinci uygulama ise, çift yak t uygulamas olarak bilinen yöntemdir. Bu yöntemde dizel motor belirli oranlarda pilot dizel yak ile çal lmakta, silindire emme manifoldundan do algaz ilave edilmektedir. Güncel ve daha teknolojik bir di er çal ma ko ulu ise çift yak t enjektörleri ile sa lanmakta, do algaz do rudan silindire püskürtülmektedir [1,15].

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 lan sistemlerdir. Sistemde mikser bulunmamakta, do algaz do rudan emme manifolduna püskürtülmektedir. Sistem Euro 2 ve Euro 3’ü kar layabilmektedir [1,15]. ekil 12’de üçüncü nesil bir do algaz sistemi görülmektedir [15].

2.2.1. Benzinli Motorlarda Do algaz Kullan 2.2.1.1. Birinci Nesil Sistemler Birinci nesil sistemlerde do algaz bir ventüri arac yla emme havas na kar lmak suretiyle motor silindirlerine gönderilmektedir. Katalitik konvertörü olmayan ve karbüratörlü ta tlarda kullan lan sistemlerdir [1,15]. ekil 10’da birinci 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, kapal devre fakir yanmal motorlarda kullan lmaktad r. Çok noktadan enjeksiyonu içeren sistem, modern motorlara, farkl çal ma artlar na cevap verebilecek, uyum sa layabilecek teknolojiye sahiptir [1,15]. ekil 13’te dördüncü nesil bir enjeksiyon sistemi görülmektedir [10].

ekil 10. Birinci nesil do algaz sistemi 2.2.1.2. kinci Nesil Sistemler

ekil 13. Dördüncü nesil do algaz sistemi 2.2.2. Dizel Motorlarda Do algaz Kullan ekil 11. kinci nesil do algaz sistemi Kapal devre karbüratörlü ta tlarda, tek nokta enjeksiyonlu ta tlarda, nozul tipi enjeksiyonlu ta tlarda kullan labilen sistemlerdir. Kapal devre lambda kontrolü bulunan ve kar m ayar otomatik olarak yap labilen bir sistemdir.

Dizel motorlar nda do algaz kullan iki farkl türde gerçekle mektedir. Bunlardan ilki motor modifikasyonu ile dizel motorun yakla k bir benzinli motor çal ma biçimine dönü türülmesidir. Bir ate leme sisteminin yerle tirilmesi ve s rma oran n de tirilmesini gerektiren

1984


Karabekta , M. Ve Ergen, G.

modifikasyon i leminde motor do algazla çal r duruma getirilebilmektedir. Bu yöntem büyük çapl modifikasyon gerektirdi inden oldukça maliyetli olmaktad r ve bundan dolay pek tercih edilmemektedir. Dizel motorlarda do algaz kullan için en s k kar la lan yöntem olarak çift yak t uygulamas görülmektedir. Çift yak t uygulamas nda do algaz emme havas na kar larak silindire gönderilmekte, s rma zaman n sonunda silindire püskürtülen pilot dizel yak yla tutu ma sa lanmaktad r [1,4]. Bu tip motorlarda motor hem çift yak tla çal labilirken, hem de istenildi 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 na kar larak kullan lmas n yan s ra, çift yak t enjektörleri ile direk olarak silindir içine püskürtülerek kullan lmas da mümkündür [1,15]. ekil 15’te bir çift yak t enjektörü ve çift yak t enjektörünün çal ma biçimi görülmektedir 18].

2.3. Do algaz n Dezavantajlar

Kullan m

Ko ullar ,

Avantaj

ve

Ta tlardan kaynaklanan kirlili i azaltmada çözüm yöntemlerinden biri olarak do algaz kullan görülmektedir. Do algaz, dizel yak na ve benzine k yasla yanma sonunda daha az kirletici aç a ç karmaktad r. Do algazl ta tlar n emisyon de erleri Euro 4 ve Euro 5 normlar sa layabilmektedir. çeri inde kur un, kükürt ve partikül maddeler bulunmamaktad r. Sahip oldu u yüksek oktan say na ba olarak yanma verimi yüksektir [1,4]. Yap lan çal malarda do algaz n özellikle son y llarda önemli bir unsur olarak kar za ç kan sera gaz etkisi olu turan CO2 emisyonlar azalt yönde katk oldu u ifade edilmektedir. Bunun yan s ra do algaz n ta tlardaki kullan mlar ile is ve NOx emisyonlar nda da önemli iyile melerin gerçekle ti i tespit edilmi tir [19,20]. Do algaz tanklar birçok güvenlik testinden geçirilerek üretilmektedir. Yap lan testler ta t uygulamalar nda herhangi bir güvenlik sorununun olu mad göstermektedir [13]. Motor gürültüsü do algazl ta tlarda benzin ve dizel motorlara göre daha az seviyededir [21]. Do algaz n mevcut rezervlerden elde edilmesi hususunda önemli ölçüde s nt bulunmamaktad r. Do algaz dizel yak ve benzine göre daha uygun sat fiyat na sahiptir. Enerji e de eri dikkate al nd nda, do algaz n benzin ve dizel yak tlar na oranla daha uygun bir fiyata sahip oldu u anla lmaktad r. Do algaz kullan neticesi araç bak m maliyeti de dü mektedir [22]. Ta tlarda do algaz kullan n baz dezavantajlar da bulunmaktad r. Fakat bu dezavantajlar n kullan m ve üretim art na ba olarak azalt lmas mümkün görülmektedir. Do algaz dönü ümü ilave bir maliyet gerektirmektedir. A r hizmet tipi ta tlarda bu maliyet hafif ta tlara göre biraz daha artmaktad r. Hafif ta tlarda günümüz ko ullar nda yeni nesil bir CNG dönü ümü 2800 TL civar nda gerçekle tirilmektedir [23]. Do algazl ta 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 sonucu önemli oranda a rl k art olu maktad r. Do algaz n LNG biçiminde ta tlarda depolanmas , CNG kullan m biçimine göre biraz daha zordur. Bu zorluk yak t tank n daha karma k yap ndan ileri gelmekte olup maliyeti önemli ölçüde artt rmaktad r. Bu nedenle CNG kullan , LNG kullan na göre daha yayg n bir ekilde uygulanmaktad r. Benzin ve dizel yak tlar na göre do algaz n daha dü ük enerji yo unlu una sahip olmas ndan dolay , e de er enerjiyi sa layacak miktarda yak n araç üzerinde depolanmas daha büyük yak t tanklar na yada daha fazla say da yak t tank na ihtiyaç duyulmas na neden olmaktad r. Bunun için a r hizmet tipi araçlarda, menzilin artt lmas amac yla birden fazla yak t tank n araç üzerine montaj yap lmaktad r [1,15].

ekil 14. Örnek bir çift yak t sistemi

ekil 15. Çift yak t enjektörü ve çift yak t enjektörünün çal ma biçimi 2.2.3. Do algaz Motorlar Günümüzde tek yak tl olarak do rudan do algazla çal an motor üretimi de mevcuttur. Do rudan kullan lacak ta t için üretilen do algaz motorlar benzinli ve ya dizel motor dönü ümlerine k yasla daha verimli çal maktad rlar. Kullan lacak ta t için üretildiklerinden dolay ta ta daha uygundurlar. Yüksek güç, dü ük yak t tüketimi, temiz yanma ve daha rahat kullan m özellikleri ile öne kmaktad rlar. Dönü üm yap lan sistemlere göre biraz daha maliyetli olu lar ve do rudan do algaza ba ml klar dezavantajlar aras nda bulunmaktad r [3,4].

Günümüzde geli en imalat teknolojileri sayesinde yak t deposu a rl n azalt lmas n mümkün oldu u görülmektedir. Özellikle çelik tanklar n neden oldu u a rl k art problemi, günümüzde bu tanklara e de er güvenlikte fakat daha hafif olan kompozit malzemelerden üretilen tanklarla azalt labilmektedir [24].

1985


Karabekta , M. Ve Ergen, G.

50

rl k Bile enleri 43 (5.15)

rl k lb/U.S. galon (kg/lt)

40

Yak t Depolama

33 (3.95) 30 24 (2.87) 20 15 (1.79) 10

7.8 (0.93)

0 Çelik Tank

Fiber Kapl Çelik Tank

Fiber Kapl Alüminyum Tank

Kompozit Tank

Benzin Tank

ekil 16. Farkl malzemelerden üretilen CNG tanklar rl k baz nda kar la lmas

Do algaz n sa lad faydalar yan nda kullan nda baz çözülmesi gereken sorunlar ortaya ç kmaktad r. En önemli sorunlar; yak t kullan ile ilgili eksik yasal düzenlemeler, depolama sorunlar , yak t sistemi maliyetinin yüksek olmas ve altyap tesislerinin günümüzde yetersiz olmas olarak ifade edilebilir. Yap lacak yasal düzenlemelerle birlikte, do algaz kullan n te vik edilmesi sonucunda artacak araç say na ba olarak sorunlar n çözümü zlanabilecektir. Özellikle dolum istasyonu gibi altyap tesisleri talep art ile birlikte ço alaca ndan bir çözüm yolu ortaya ç kacakt r. Depolama konusundaki sorunlar ise kompozit malzemelerden üretilen tanklar n yayg nla mas ile büyük oranda azalacakt r. Petrol kökenli yak tlara göre dü ük olan fiyat dolay yla, do algaz uygulamas için gereken sistem maliyeti bir süre sonra kendisini telafi edebilecektir.

Kaynaklar [1]

n

[2] [3]

ekil 16’da, farkl malzemelerden yap lan do algaz tanklar n benzin tank ile a rl k yönünden kar la rmalar verilmektedir. Bu kar la rmada 1 galon (3.7854 lt) benzinin sahip oldu u l de er olarak enerji içeri i baz al nmaktad r. Benzin olarak depolamada tank n yak tla birlikte a rl yakla k olarak 0.93 kg/lt’dir. Çelikten yap lm bir CNG tank n yak tla birlikte a rl yakla k olarak 5.15 kg/lt’ye kar k gelmektedir. Fiber kapl çelik malzemeden üretilen CNG tank n yak tla birlikte a rl 3.95 kg/lt’ye, fiber kapl alüminyum malzemeden üretilen CNG tank n yak tla birlikte a rl 2.87 kg/lt’ye ve kompozit malzemeden üretilen CNG tank n yak tla birlikte a rl 1.79 kg/lt’ye kar k gelmektedir. Kompozit malzeme kullan larak üretilen CNG tank kullan ile, çelik malzemeden üretilen tanka göre ayn enerji içeri inin depolanmas nda %65 oran nda bir azalma sa land görülmektedir [24]. Gerek depolama probleminden ve gerekse dü ük enerji yo unlu undan dolay , benzin veya motorin ile ayn depolama hacmine sahip do algaz kullan lan ta tlar n katedebilecekleri menzil benzinli ve dizel motorlu ta tlara yasla daha dü üktür [1,9]. Fakat daha hafif kompozit malzemeden yap lm yak t tanklar n kullan lmas ile yak t tank hacmi artt larak yada araç yap na ba olarak tank say artt larak bu sorun iyile tirilebilir.

[4] [5] [6] [7]

[8]

[9] [10] [11] [12] [13]

[14] [15] [16] [17] [18] [19]

3. Sonuçlar ve Öneriler [20]

Do algaz farkl tiplerdeki ta tlara uygulanabilen bir alternatif yak tt r. Ba ta CO2 emisyonu olmak üzere ta t kaynakl kirlili i azalt etkiye sahip olmas ve daha dü ük sat fiyat ndan dolay benzin ve dizel yak tlar na göre önemli bir alternatif olarak görülmektedir. Günümüzde dünyan n kar la en önemli sorunlar aras nda, çevre ve insan sa ile ekonomik sorunlar yer almaktad r. Bu problemlerin azalt lmas nda do algaz n önemli bir potansiyele sahip oldu u ortaya ç kmaktad r. Dünya genelinde do algazl ta t say n h zla art da bu problemlerin azalt lmas dü üncesinin bir sonucudur.

[21]

[22]

[23] [24]

1986

Çetinkaya, S., “Ta tlarda Yak t Olarak CNG Kullan n Teknolojik Ve Ekonomik Aç dan De erlendirilmesi”, III. LPG-CNG Kongresi ve Sergisi, 8-9 Haziran, Ankara http://www.iangv.org Yalç nkaya, V., “Motorlar n Do algaza Dönü ümü, Do algazl Motorlar n Performans , Emisyon De erleri ve Dolum stasyonlar n ncelenmesi”, stanbul Teknik Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, 2004 Bayka, D., “Do algaz n Ta tlarda Yak t Olarak Kullan ”, III. LPGCNG Kongresi ve Sergisi, 8-9 Haziran, Ankara Acaro lu, M., “Alternatif Enerji Kaynaklar ”, Atlas Yay nlar , stanbul, 2003 www.habas.com.tr Mohamed Y.E. Selim, “Sensitivity of Duel Fuel Engine Combustion and Knocking Limits to Gaseous Fuel Combustion”, Energy Conversion and Management 45 (2004) 411-425 Yeti ken, Y., Ekmekçi, ., “Türkiye artlar nda S lm CNG’li Araçlar n Kullan n rdelenmesi”, III. LPG-CNG Kongresi ve Sergisi, 8-9 Haziran, Ankara Siyalom, Y., “Araçlarda LPG-CNG Kar la lmas ”, III. LPG-CNG Kongresi ve Sergisi, 8-9 Haziran, Ankara http://www.czakram.pl/cng.php http://cngtaktir.blogspot.com/2008/03/lng-hakkinda.html http://www.autoblog.com/2006/09/17/paris-preview-methanepowered-fiats Pancar, F., “Dizel Motorlar n Do algaz Motorlar na Dönü türülmesi” stanbul Teknik Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, 2004 http://www.powergreenalliance.com/gas2.htm Topuzlar, G., “Otomotiv Sektöründe Do algaz”, III. LPG-CNG Kongresi ve Sergisi, 8-9 Haziran, Ankara http://www.myphill.com/ http://www.ngvmotori.it/UK_HTML/p_dual_fuel.htm# http://www.westport.com/tech/enable.php#combustion R.G. Papagiannakis, D.T. Hountalas,” Combustion and Exhaust Characteristics of A Dual Fuel Compression Ignition Engine Operated With P lot Diesel Fuel and Natural Gas” , Energy Conversion and Management 45 (2004) 2971-2987 G. Papagiannakis, D.T. Hountalas, C.D. Rakopoulos “Theoretical Study of The Effects of Pilot Fuel Quantity and ts njection Timing on The Performance and Emissions of A Dual Fuel Diesel Engine” , Energy Conversion and Management 48 (2007) 2951-2961 Mohamed, Y. E. Selim, “Pressure Time Characteristics In Diesel Engine Fueled With Natural Gas”, Renewable Energy, 22 (2001) 473-489 Özrahat, D., “Do lagaz n çten Yanmal Motorlarda Alternatif Yak t Olarak Kullan lmas ”, Erciyes Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, 2004 www.ekolpg.com Owen, K., Coley, T., “Alternative Fuels Reference Book”, ISBN 1-56091-589-7


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

ABS PERFORMANSININ BELİRLENMESİNE YÖNELİK TEST METODOLOJİSİNİN GELİŞTİRİLMESİ DEVELOPMENT OF TEST METHODOLOGY TO DETERMINE ABS (ANTILOCK BRAKE SYSTEM) PERFORMANCE a,*

Mesut DÜZGÜNa,* Duran ALTIPARMAKa Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Otomotiv Anabilim Dalı Teknikokullar 06500 Ankara Türkiye, mduzgun@gazi.edu.tr, duranal@gazi.edu.tr

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

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

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


Düzgün, M., Altıparmak, D.

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.

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 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 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 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

1989

Şekil 5. Veri toplama kartı, mobil bilgisayar, pedal kuvvet sensörü ve yazılım sistemi.


Düzgün, M., Altıparmak, D.

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).

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. 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.

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.

Çizelge 1. Test matrisi ve değişken parametreler.

2 Şekil 8. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s ivme ile frenleme başlangıcındaki basınç değişimleri (Ön<Arka).

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).

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


Düzgün, M., Altıparmak, D.

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).

3.2 Test 2 2 100N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5m/s 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).

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.

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 10. %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenlemede 100 N pedal kuvveti değişimi. (Ön<Arka).

2 Şekil 12. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s ivme ile frenleme bitimindeki basınç değişimleri. (Sol ön, arka< Sağ ön, arka).

1991


Düzgün, M., Altıparmak, D.

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 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 13. %15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenlemede 100 N pedal kuvveti değişimi. (Sol ön, arka< Sağ ön, arka).

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).

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.

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


Düzgün, M., Altıparmak, D.

2 Şekil 16. %15 kayma ve 5 m/s 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).

2 Şekil 18. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s 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.

2 Şekil 19. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s 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


Düzgün, M., Altıparmak, D.

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 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

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).

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 07/200608 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 2 Şekil 22. 100 N pedal kuvveti, %15 kayma ve 5 m/s 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.

[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): 6672 (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, mduzgun@gazi.edu.tr, duranal@gazi.edu.tr

Özet

1. Giriş

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.

ABS fren sistemi ani frenleme manevraları esnasında ve ani frenlemede taşıtın direksiyon hâkimiyetini sağlamasına yardım ederek taşıt güvenlik ve kontrolünün iyileştirilmesini sağlar.

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.

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].

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

1995


Düzgün, M., Altıparmak, D.

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.

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.

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 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


Düzgün, M., Altıparmak, D.

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 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 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 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


Düzgün, M., Altıparmak, D.

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.

2

Şekil 8. % 15 kayma ve 5 m/s 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 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 2 hale getirilmiştir. 50 km/h hız, 5 m/s 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 2 ve 5m/s 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 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


Düzgün, M., Altıparmak, D.

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 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

Şekil 12. % 15 kayma ve 5 m/s2 ivme ile frenleme bitimindeki basınç değişimleri. (Sol ön, arka< Sağ ön, arka).

2

% 15 sol tekerleklerde kayma ve 5 m/s 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

Aynı zamanda ön tekerleklerdeki kilitlenme durumuna göre arka tekerleklerdeki basınç düşme zamanı çok uzundur. Fren basıncı düşürülme aşamasında fren pedal kuvvetinde azalma meydana gelmektedir.

2

Şekil 13. % 15 kayma ve 5 m/s 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


Düzgün, M., Altıparmak, D.

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

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.

2

Şekil 14. %15 kayma ve 5 m/s 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).

2

Şekil 15. % 15 kayma ve 5 m/s 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

2

Şekil 16. %15 kayma ve 5 m/s 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 07/200608 kodlu “Binek taşıtlarda kullanılan ABS (Anti-lock brake system) fren sisteminin yol şartlarında taşıt güvenliğine

2000


Düzgün, M., Altıparmak, D.

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


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

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 : mduzgun@gazi.edu.tr çalıştırılmaktadır. Her bir sistemle ilgili oldukça geniş çalışmalar ve literatür bulunmaktadır.

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, computer aided modeling

modeling,

powertrain,

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

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

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

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.

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.

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 3. Tork konverter. Çizelge 1. Tork konverter parametreleri [8]. Tork konverter parametreleri Hız oranları değişimi

Tork oranı değişimleri

Kapasite faktörü (rad/s) değişimi

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.

Sayısal değerler 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, 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, 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,

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

2003


Düzgün, M.

oranlarına göre değişen hareket sistemden F ucundan çıkmaktadır.

Şekil 4. Basit bir dişli kutusu.

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).

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 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.

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.

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 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.

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 12. Test B sonucunda değişen tork değerine bağlı olarak tekerlek hız değişimi. Şekil 10. Tork ve devir değişimlerinin görünümü.

4.3. Test C

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.

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 2 alanı 3.5 m , tutunma katsayısı 0.7’dir. Bu parametrelere göre belirtilen taşıtın tork ve tekerlek hız değişimleri Şekil 13’de 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 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. 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 2 alanı 2.7 m , tutunma katsayısı 0.7’dir. Bu parametrelere göre belirtilen taşıtın tork ve tekerlek hız değişimleri Şekil 12’de verilmiştir.

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.

EK Simulink modeli

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 OffHighway & 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 OffHighway & 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

2006


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

ÇTEN YANMALI MOTORLARDA GERÇEK ZAMANLI OLARAK ARIZA TE REAL TIME FAULT DIAGNOSIS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE a

Veli ÜNSALa ve Raif BAYIR b*

Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: veliunsal82@gmail.com Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: rbayir@karabuk.edu.tr

b,

Özet

1. Giri

Bu çal mada, içten yanmal motorlar için uzman sistem temelli, gerçek zamanl hata te his sistemi geli tirilmi tir. Günümüzde içten yanmal motorlar ( YM) ta tlar n ço unda kullan lmaktad r. YM olmadan veya ar zalanmas durumunda araç kullan lamaz. Özellikle acil durumlarda kullan 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 yüzden YM’lerde ar zan n tespiti, te hisi ve kondisyonunu izlemek önemlidir. Bu çal mada YM’a ait; motor devri, motor cakl , yak t s cakl , arj sisteminin ak m ve gerilimi, ya s cakl ve egzoz emisyonlar ölçülerek veri al veri kart ile bilgisayara aktar lmaktad r. Bu çal ma ile YM’a ait yedi ar za ba ar yla tespit edilmi tir. Ayr ca YM’ n kondisyonuda gerçek zamanl olarak izlenebilmektedir. Uzman sistem yaz , kullan ara yüzlü görsel bir programlama dili kullan larak geli tirilmi tir

Günümüzde kullan m alan ve üretimleri h zla artan ta tlarda, güvenilirlik ve emniyet giderek artt lmaktad r. Ta tlar n güvenirlili inin yüksek olmas içten yanmal motora ba r. Motorda yanman n verimli olmamas ve zararl emisyon de erleri yüzünden yak t tüketiminin artmas r bu yüzden motor gücü dü mektedir. Ar za belirtilerinin zaman nda tespit edilip daha büyük ar zalar olu madan onar lmas , motor ar zalar n insana, çevreye ve ekonomiye verdi i zararlar en aza indirilecektir.

Anahtar kelimeler:

çten Yanmal Te hisi, Ar za Tespiti, Uzman Sistemler.

Motorlar, Ar za

Abstract In this study, an expert system based real time fault diagnosis system has been developed for Internal Combustion Engine (ICE). Nowadays internal combustion engines are used for most of the vehicles. Without an internal combustion engine or with a faulty internal combustion engine, vehicles can not be used. Faults of ICE’s might cause big problems especially for the emergency vehicles (military vehicles, ambulances, fire engine, etc.). In case of any faults which occur in internal combustion engines that will cause not only monetary losses but also life losses as well. For this reason, detection, diagnosis and condition monitoring of ICE faults are important. In this project rpm, heat, fuel heat, charging system’s current and voltage, oil heat and emissions of engines are measured and all the data transferred to the computer via to data communication card. Seven differerent types of internal combustion engine faults are successfully determined with this study. In addition to this real time condition of the internal combustion engine is monitored continuously. The user interfaced expert system software has been developed on computer by using a programming language.

Keywords: Internal Combustion Engine, Fault Detection, Fault Diagnosis, Expert System

Ta tlardaki ço u alt sistemler ve parçalar belirli zaman sonunda özelli ini yitirdi inden için ya da yanl kullan ndan dolay belirli ar za ve hatalara yol açmaktad r. Bu ar zalar ise kullan lar için gerek maddi, gerekse manevi kay plara yol açmaktad r. Bu ise istenmeyen bir durumdur. Özellikle acil durumlarda kullan lan ve her an için kullan ma haz r olmas istenen araçlarda YM’lerin ar zalanmas durumunda hayati kay 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 itli parametrelerini kullan larak, ar zaya eri mek mümkündür. Bunun için ar zan n yerini tespit etmek önemlidir. Genel olarak volan n ani aç sal h analiz edilir. Bu analizlerden birincisi, istatiksel ba nt lar n hesaplanmas r. kincisi, benzer ölçülerin de erlendirilmesidir. Bu metotlar, yap lan birçok deneyde ar zan n yerini bulabilir. Üçüncüsü ise model tan ma kullan r [1]. YM’lerdeki ar zalar n tespit edilebilmesi için baz yaz mlara ve sensörlere ihtiyaç vard r. YM’lerde te his üzerinde izolasyon ve analiz hatalar incelenebilir. YM’de ate leme olmayan bir silindirin ar zas te his algoritma geli tirerek bulunmaktad r. Te his algoritmalar pahal olmayan sensörler arac ile motorun aç sal h n ölçümü için kullan r. Bu algoritmalar birçok benzinli ve dizel motorda kullan labilmektedir [2]. Motordan yanma ürünü olarak ç kan emisyonlar n ve baz performans parametrelerinin ölçülmesiyle, çok say da motor ar zalar te his etmek mümkün olabilmektedir. Emisyon de erlerinin analiz edilmesiyle özellikle yak t ve ate leme sisteminde ar za olup olmad anla labilir [3]. YM’de meydana gelen ar zalar bulabilmek için, ilk etapta motorun normal çal ma artlar na ula mas gerekmektedir. Baz motor ar zalar bulmak için motorun normal hatas z de erlerinden sapmalar örneklenerek ar zalar izole edilebilir. Normal motor davran ndan motor

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2007


Ünsal, V. ve Bay r, R.

sinyalleri ve sapmalar bulabilmek için bulan k mant k kullan lm r [4]. YM’nin egzoz emisyon de erleri kullan larak bulan k mant k ile hata te hisi yap labilmektedir. Bu sistem ile normal durumdaki YM’nin çal ma parametrelerinde meydana gelen de imleri bulmak mümkündür. Bu sayede ar zaya neden olan ekipman ve alg lay kalibrasyon ar zalar tespit edilmektedir [5]. YM ar zalar , genellikle yük alt nda çal rken ortaya kmaktad r. Birçok YM ar zas , YM yük alt ndayken izlenebilir. Örne in; ate leme buji kablolar ndan biri ç km olan YM bo ta çal rken, yük alt nda çal mayabilir veya YM bo ta iyi bir ate leme zaman olmas na kar n, yüksek zlarda ya da yükte bunu sa layamayabilir. Ar zan n do ru ve erken te his edilebilmesi için YM’nin yük alt nda test 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 izlenerek bulunabilmektedir. Kondisyon izlemede, YM’ye ait önemli parametrelerin ölçülmesi ve elde edilen sinyallerden hatan n ve motorun durumunun tespit edilmesi mümkündür. Elde edilen veriler bile enlerine ayr larak veya sinyallerin olu turdu u desenlerden durum izlenebilmektedir. Sinyallerin bile enlerine ayr lmas nda dalgac k analizi (wavelet) ve istatistiksel yöntemler kullan lmaktad r [7]. YM’nin tamirinin pahal olmas ve normal olmayan bir YM gerek emniyet aç ndan gerekse çevre için bir tehdit unsurudur [8]. Ar za tespiti yap rken YM’nin çal ma artlar n kar la larak ar za hakk nda yorum yap labilmektedir [9]. YM’nin durumunun normal sinyaller ile ölçülen sinyallerin kar la lmas sonucunda da anla labilir. Bu yöntemde YM hakk nda az bilgi yeterli olmaktad r. Yöntemde daha önce ölçülmü referans sinyalleri ile yeni ölçülen sinyallerin kar la lmas ile YM’nin durumunu tespit edilmektedir. YM’de ar zalar n birço u a nmadan dolay olu ur ve nmalar da ayars z motor parçalar ve yanl kullan m yüzünden meydana gelir. YM ar zalar aral kl ve sürekli olarak adland r. Aral kl olu an bu ar za, a amal olarak kötüle erek daha büyük ar zalara veya sürekli bir ar zaya dönü ebilir [10]. Yapay sinir a lar , YM’de ar za te hisinde ve kondisyon izlemede yayg n ekilde kullan lmaktad r. Yapay sinir lar hata te hisinde ve kondisyon izlemede en h zl sonuç veren yöntemdir. Bu yöntemde çok az bir veri kullan larak sonuç elde edilebilmektedir [10]. Ar zalar n tespitinde kullan lan bir di er teknik, kondisyon izlemedir. YM’lerin analizinde silindirlerdeki yanma bas nc izleyerek hatalar tespit edilmektedir. YM’nin silindirlerine yerle tirilen bir bas nç sensörü ile yanma sonundaki bas nçlar ölçülmü tür. Geli tirdikleri uzman sistem sayesinde bu de erleri gerçek zamanl olarak bilgisayar ortam na ileterek, meydana gelen ar zalar bulmu lard r [11]. YM’lerin üretiminden sonra, belirli çal ma artlar için motor ayarlar yap r. Bu ayarlar n bozulmas ise YM’nin ar zalanmas na yol açar.

Ta tta meydana gelen bir ar za sonras nda, YM’nin yak t tüketimi ve çevre için önem te kil eden egzoz emisyonlar nda sorunlar meydana gelmektedir [12]. Yak t tüketimi ve emisyon optimizasyonu için bulan k mant k te his sistemi ve tahmin sistemi geli tirmi tir. Bu sistem ile birçok motor ar zas ba ar ile tespit etmi lerdir. Tek silindirli bir dizel motorun krank mili aç sal h z bilgisini kullanarak olu turulan bir sinir a sayesinde normal yanma bas nçlar ve devir e rileri ç kart lm r. Daha sonra ar za olu turularak motorda hata oldu u andaki parametreleri elde edilmektedir. Deneyin sonucunda motorun normal ve hatal anlar ndaki parametrelerini kar 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 edilmesi yöntemidir. Ar za te hisi için akustik ve titre imli sinyalleri kullanarak yap lan ara rmalar n ço u as l olarak genlik farkl 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 örnekleme tekni i kullan lm r [14]. YM’ler çok karma k sistemlerden olu tu u için; hatan n tespiti ve te hisi zorla maktad r, bu karma kl n ses sinyalleri sayesinde giderilebilmektedir. YM’ deki normal ve anormal titre im sinyallerini kar la rarak ortaya ç kan farkl klar sonucunda hatalar tespit edilmektedir [15]. YM için belirli fiziksel parametreler, ta n performans önemli oranda etkilemektedir. Özellikle motor performans etkileyen unsurlar olan, silindirlere al nan hava miktar ve s cakl , so utma s s cakl , motor devri ve üst ölü nokta bilgisi, supaplar n aç lma zaman , gaz kelebe i konumunun ve egzoz içindeki çi at k miktar ölçülerek bilgisayar ortam nda görüntülenmi tir. Sensörlerden gelen verilerin kaydedilmesi ve ayn zamanda 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 ölçülebilmesini sa layacak bir model geli tirilmi tir. Bu model sayesinde; supap ve pistondaki titre im sinyallerindeki farkl klardan yola ç karak hatalar n tespiti yap lm r [17]. YM’ler ile ilgili ara rmalarda motorun test edilmesi önemli bir basamakt r. Bilgisayar destekli motor test stand ile motor 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 erlerini ayn anda bilgisayara aktar lm r. Bu sayede motor kondisyonunu ve ar za te hislerini bulan k mant k kullanarak incelemi lerdir [18] Bu çal mada YM’de meydana gelebilecek ar zalar uzman sistemle gerçek zamanl olarak tesbit edilmektedir. Giri bölümünde bu konuda yap lm çal malar aç klanmaktad r. kinci bölümde YM’da ar zalar ve tespit yöntemleri verilmektedir. Üçüncü bölümde ar za tespiti için uzman sistem genel aç klamas , deney düzene i, kullan ara yüzlü yaz m tan lm r. Sonuç bölümünde ise YM’de gerçekle tirilen ar za tespit sonuçlar verilmektedir.

2008


Ünsal, V. ve Bay r, R.

2. çten Yanmal Motorlarda Ar zalar ve Tesbit Yöntemleri YM’lerin daha verimli ve güvenli olmas getirilmesi, YM üreticilerinin ve bilim adamlar n en çok ilgilendi i konudur. Günümüzde üretilen YM’ler oldukça karma k sistemlerden olu maktad rlar. Yeni teknolojiler sayesinde modern YM’ler performanslar n art rman n yan nda, daha dü ük yak t tüketimi ve art k gazlar n azalt lmas sa lamayan birimler içermektedir. Bu da onlar çok giri li ve çok ç karma k bir sistem haline dönü türmektedir. Bu yüzden YM’lerde en uygun çal ma ko ulunun tespit edilmesini güçle mektedir. YM’lerin çal ma durumlar n izlenmesi konusunda dünyada ve ülkemizde çal malar yap lmaktad r. YM’lerde kondisyon izleme ve ar za te hisinde üç farkl yöntem kullan r. Bunlardan birincisinde; YM’nin matematiksel modeli elde edilerek, gerçek sistemle model ayn anda çal r. Model ile gerçek sistem aras nda meydana gelen farklardan motorun durumu hakk nda sa kl bilgiler elde edilmektedir. Bu yöntemde modelle izlenecek motor hakk nda çok detayl teknik bilgiye ihtiyaç vard r. Ayr ca sistemin matematiksel modelini haz rlama ve bunu i lemcide çal rmak için yüksek h zl mikroi lemcilere ihtiyaç duyulmaktad r. Ayr ca modelin kullanmaya ba lanmadan test edilmesi gerekir. Her YM için model olu turulmas ve gerçek sistemden al nacak verilerin do rulu unun yüksek olmas gerekir [19]. 120

Teknolojik Seviye

100

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 olmas gerekmektedir. YM’lerin çal ma an nda meydana gelen ar zalar, ta n performans önemli derecede etkilemektedir. Bu ar zalar n tespiti ve giderilmesi üzerine çal malar yap lmaktad r. ekil 1’de ta tlarda ar za ölçümünün teknolojik geli imi verilmektedir. YM’nin bir bütün halinde çal mas , çe itli alt sistemler sayesinde olmaktad r ( ekil 2). Bu sistemler motorun ilk çal mas ndan ba layarak; ilk hareketin verilmesi, gerekli elektrik kayna n sa lanmas , dolgunun haz rlan p silindir içerisine al nmas , silindir içerisine al nan dolgunun ate lenmesi ve silindir içinde yanm olan gazlar n d ar ya at lmas na kadar YM’lere yard mc olur

3. Ar za Tesbiti çin Uzman Sistem Temelli Kullan Ara Yüzlü Yaz m Tasar 3.1. Uzman Sistemler Uzman Sistemler (US); belirli bir alanda sadece o alan ile ilgili bilgilerle donat lm ve problemlere o alanda uzman bir ki inin getirdi i ekilde çözümler getirebilen bilgisayar programlar r. Yapay zekâ alan na giren uzman sistemler; uzmanl k isteyen alan ile ilgili bilgiyi saklayabilen ve bu bilgiyi kullanarak karar verebilen sistemlerdir. US’ler, bilgisayar biliminin içinde yer almaktad r. Geli tirilen US’lerle, bir uzmana ihtiyaç duyulmaks n veya uzman n çok az bir deste i ile problemlerin çözümüne gidilmeye çal lmaktad r [21].

80

Uzman bir sistemin bilgisi gerçekler ve sezgisel bilgiden olu ur. Gerçekler; genel kabul görmü ve söz konusu alandaki uzmanlar n üzerinde mutab k olduklar bilgi setinden olu ur. Sezgisel bilgi ise; daha çok uygulamay yapan ki i özelinde olup, iyi bir karar n göreceli olarak az tart lan kurallar ; ak l yürütme yetene i, sorgulama kurallar gibi söz konusu alandaki uzmanlardan elde edilen bilgi setini karakterize eder [22].

60 40

2000 A ve uzman sistemler

1990 Bütünle mi hat te his ve bilgi sistemleri

1970 Özel anolog ölçü aletleri ve enjeksiyon ve ABS için özel ekipmanlar

1960 Geleneks el ölçü Aletleri

0

1980 Dijital test aletleri ve mikroi lemci kontrollü sistemler

20

Bir US üç parçadan olu ur. Bunlar; Kural Taban , Veri Taban ve Kural Çözümleyicidir. Kural taban nda, kural çözümleyicinin sonuca varmak için kullanaca kural kümesi bulunur. Pek çok uygulamada Kural taban (E er öyle ise) kural yap nda tutulur. Bu kural kümesinde birkaç kuraldan birkaç bin kurala kadar olabilir. Veri taban nda probleme özgü olgular tutulur. Bu olgular (E er öyle ise) kural yap ndaki ko ullar n de erleridir. Kural çözümleyici ise kural taban ndaki kurallara bakarak yeni kurallar veya sonuçlar üretir. Böyle bir sistemi do al bir dil arabirimi kullanarak kullan n ak ll bir sistem üzerinden bir uzman ile ba lant kurmas sa lanabilir [23].

ekil 1. Ta tlarda ar za ölçümünün teknolojik geli imi

ÇTEN YANMALI MOTOR arj Sistemi

ABS

Mar Sistemi So utma Sistemi

Ate leme Sistemi *

Yak t Sistemi ELEKTR K S STEM

Ya lama Sistemi

3.2. Deney Düzene i *

Benzinli araçlarda

FREN S STEM

ekil 2. Araç içerisindeki alt sistemler Hatan n olu tu unun anla lmas , hatan n nerede meydana geldi i, hatan n tipi ve büyüklü ünün ne kadar

YM’lerin ar zalar tespit etmek için bir Uzman Sistem tasarlanm r. Bu US için haz rlanan kural tablosu çizelge 1.’de verilmektedir. Çizelge 1.’de ölçülen her parametrenin de eri, muhtemel ar za nedenleri ve bu ar zalar n giderilebilmesi için sunulan öneriler belirtilmi tir. Test edilen YM için geli tirilen uzman sistemde, her bir

2009


Ünsal, V. ve Bay r, R.

Çizelge 1. YM için tasarlanan uzman sistem kural tablosu ra No 1

Ölçülen Parametreler Batarya gerilimi

De erler

Ar za

Düzeltme Gerilimi ölçünüz. Ba lant lar , kontrol ediniz, cak su ya da z mparayla temizleyiniz.

8 V =< X =< 13,5 V De il ise;

Batarya bo tur, kablo ba lant lar , zay ft r, kutup ba lar oksitlenmi tir. Batarya bo tur, alternatör kay , gev ek ya da kopuktur, kablolar kopuk, ba lant lar gev ektir.

2

Alternatör ak

1500 d/dk =< X =< 4000 d/dk iken; 45 A =< X =< 60 A De il ise;

3

Motor devri Motor so utma suyu 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 , yada ba lant lar gev ektir, vantilatör kay gev ek ya da kopuktur.

Kontrol edip de tiriniz, ba lant lar kontrol ediniz, kay n esnekli ini kontrol ediniz.

4

Motor devri Ya 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 zal ya da ba lant lar gev ek, ya pompas ar zal r.

Motora ya ekleyiniz, kablo ba lant lar kontrol ediniz, kontrol edip de tiriniz.

Motor devri CO Motor devri Motor torku Motor devri HC

900 d/dk =< X =< 2000 d/dk iken; % 0,5 =< X =< % 2,5 de ilse 2500 d/dk =< X =< 3500 d/dk iken; 10 kg.m =< X =< 13 kg.m de ilse; 900 d/dk =< X =< 20000 d/dk iken; 100 ppm =< X =< 500 ppm de ilse

Zengin kar m, hava filtresi t kal ya da kirli olabilir, bujiler ar zal ya da nemlidir.

Kar m ayar yap z, bas nçl hava ile temizleyiniz, kontrol edip kurulay z.

5 6 7

Avans ayar yanl r, buji kablolar ar zal zengin kar m

r,

Hava filtresi t kal r, zengin kar m, bujiler ar zal ya da nemlidir.

parametrenin standartlara uygun çal ma ko ullar ara larak en uygun durum tesbit edilmektedir. Bu çal ma artlar , yaz ma eklenerek YM’de olu an herhangi bir ar za en k sa zamanda tespit edilebilmektedir artlar , yaz ma eklenerek YM’de olu an herhangi bir ar za en k sa zamanda tespit edilebilmektedir. YM’lerde gerçek zamanl olarak ar za tespitinin yap labilmesi için bir deney düzene i kullan lm r. Deney motorunun ve tesisat n genel görünümü ekil 3.’de verilmektedir. Deney düzene i; deney stand alt ve üst asisi, deney motoru, dinamometre ve kontrol ünitesi, gaz kelebe i kontrol ünitesi, ölçüm üniteleri (moment, h z ve cakl k), veri al - veri kart ve röle kontrol kart ndan olu maktad r. Deneyde kullan lan YM ile bilgisayar aras nda ileti imi sa layabilmek için, kullan ara yüzlü bir yaz m tasarlanm r

arj ediniz. Kay s z ya da, de ba lant lar kontrol ediniz.

Avans ayarlay n, kablolar , de ayar yap z.

tiriniz,

tirin, kar m

Filtreyi temizleyiniz, kar m ayar bujileri de tiriniz

yap

z,

çal ma ortam ko ullar bilgisayar ortam na aktarmak için grafik kullan ara yüzlü bir yaz m haz rlanm r. Bu yaz mda YM’ye ait bilgiler Advantech firmas n 16 kanal analog giri i ve 12 bit çözünürlü ü olan PCI 1710 HG veri al -veri kart kullan larak d ortamdan bilgisayara aktar lm r. YM’nin s cakl , h , torku, ya s cakl , vb. gibi parametrelerin ölçümü için alg lay lar kullan lmaktad r. Ar za tespiti için tasarlanan kullan ara yüzlü yaz m, Visual Basic 6.0’da geli tirilmi tir. Bu yaz mla ölçüm sonuçlar her an görülmekte ve veri al veri kart n ölçüm h kullan taraf ndan ayarlanabilmektedir. Yaz n ana penceresi ekil 4.’de verilmi tir. ekil 4.’de görüldü ü gibi kullan , ana pencereden, motor test stand manüel ya da bilgisayarla kontrol edebilmektedir

ekil 3. Deney düzene inin genel görünümü. Bu deney düzene inden ölçülebilinen büyüklükler ras yla; Bask kuvveti, F (kg) (Motor momenti ), Motor (d/dk), Bas nç fark bilgisi (Havan n debisi), Deney ortam s cakl ( C), Hava giri s cakl ( C), So utma suyu 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), Batarya gerilimi (V), Alternatör ak (A) ve CO, CO2 (%) HC (ppm)’ dir. 3.3. Kullan

Arayüzlü Yaz m

Bilgisayar destekli motor test stand

n fiziksel özelliklerini,

ekil 4. YM’ler için tasarlanan kullan ana penceresi

ara yüzlü yaz

n

Kullan , kontrolü bilgisayar üzerinden YM’ye yük uygulayabilmektedir. Motor yüklendikten sonra parametreleri görebilmek için verileri oku seçene i kullan larak sensörlerin hangi bilgileri ölçtü ü ve hangi giri terminallerine sahip oldu u görülmektedir. YM, ilk harekete geçirilip çal ma

2010

artlar na ula

ktan


Ünsal, V. ve Bay r, R.

sonra, generatör modu seçilir ve bir taraftan gaz kelebek aç kl di er taraftan da generatör yükü artt r. Daha sonra yaz n ana penceresindeki “verileri oku” butonuna bas larak YM’nin çal ma parametreleri (Motor h , motor torku, motor s cakl , ya s cakl , vb.) görülür. YM generatör arac ile çal p yüklendikten sonra, yapay olarak ar zalar olu turulur. Meydana gelen bu ar zalar gerçek zamanl olarak yaz m penceresinde gözlenir. Bunun için ekil 5.’deki analog giri leri okuma penceresindeki “hata kontrolü” butonuna bas r. YM’nin yük alt nda çal mas için; kademeli yük art motora yük olarak ba dinamometre generatörünün uyart m geriliminin de tirilmesi ile sa lanmaktad r. Uyart m gerilimi veri al -veri kart n analog ç ndan temin edilmekte ve motor yükünün istenilen de ere ayarlanmas mümkün olmaktad r. Elde edilen veriler istenmesi durumunda microsft excel dosyas na zamana ba olarak kaydedilmektedir. Ölçülen veriler ile YM’nin çal mas na etki eden faktörler ve motorun performans n de erlendirmesi kolayl kla yap labilmektedir. YM’nin çal ma ko ullar nda herhangi bir ar za oldu u anda, yaz n hata penceresinde belirtildi i gibi, YM’de ne tür bir ar za oldu u ve muhtemel nedenleri de gösterilmektedir.

olarak devri artt ld ktan sonra, so utma sisteminde fan sensörü devre d b rak larak so utma suyu s cakl ar zas gerçekle tirilmi tir. Yaz n ana penceresinden YM’nin çal ma artlar e zamanl olarak takip edilerek ar zalar tespit edilmi tir. arj sisteminde; ilk olarak YM’nin bataryas bo bir bataryayla de tirilerek batarya gerilim ar zas tespit edilmi tir. Bir di er taraftan da bataryaya yapay bir güç kayna ile ba lanarak alternatör ak ar zas olu turulmu tur. YM’nin tork kontrolü yap rken ise; motor generatör ile yüklü iken ideal torku bulunmu tur. Bu esnada buji kablolar nda birisi çekilerek yanma verimi dü ürülmü tür. zamanl olarak motor torkundaki kay p yaz m penceresinden de görülmü tür. YM egzoz emisyonlar n standart de erleri normal çal ma artlar nda bulunarak kaydedilmi tir. lk olarak kar m ayar zengin kar m haline getirilmi ve daha sonra buji kablolar ndan biri çekilerek yanma verimsiz hale getirilmi tir. Bu anda HC ve CO ar zalar tespit edilmektedir.

4. Sonuçlar Bu çal mada, çten Yanmal Motorlarda gerçek zamanl olarak ar za tespiti yap lm r. Bunun için çten Yanmal Motorun farkl çal ma artlar nda yüklenmesinin kontrol alt nda tutulabilmesi ve deneysel verilerin e zamanl olarak bilgisayar ortam na aktar labilmesi sa lanm r. Deney düzene i ile, uzman sistem temelli kullan ara yüzlü yaz m ve bilgisayar sayesinde, YM’ye ilk hareketin verilmesi, motorun istenilen yükte yüklenebilmesi ve ar zalar n tespit edilmesi gerçekle tirilmektedir. YM’nin performans için büyük önem te kil eden parametreler, gerçek zamanl olarak bilgisayar ortam na aktar lm r. Kullan ara yüzlü bir yaz m sayesinde parametrelerin ç kt n al nmas ve grafik de erlerinin incelenmesi kolayl kla gerçekle tirilebilmektedir.

ekil 5. Yaz m hata okuma penceresi Deney esnas nda; ilk a amada YM normal çal ma artlar nda tutulmu tur. Daha sonra s ras ile alt sistemlerde ar zalar olu turularak, gerçek zamanl olarak tespit edilmi tir. YM, generatör ile yüklendikten ve dengeli

YM’de gerçekle tirilen deneyler sonucunda; so utma sistemi, ya lama sistemi, arj sistemi, motor torku ve egzoz emisyonlar na ili kin toplam 7 adet ar za, gerçek zamanl olarak tespit edilmi tir. Tespit edilen ar zalara ili kin de erler Çizelge 2.’de görülmektedir. Ayr ca meydana gelen ar zalar n nedenleri ara larak, yaz m penceresinde bu ar zalar n neden meydana gelme nedenleri de belirtilmektedir.

Çizelge 2. Deneyler sonucunda tespit edilen ar zalar Ar za No

Tespit Edilen Ar za

letim Süresi 10 sn

1

Ate leme Ar zas

2

Alternatör Ar zas

3

Batarya Ar zas So utma Sistemi Ar zas Ya lama Sistemi Ar zas

1 sn 1 sn

Ate leme ve Yak t Sistemi Ar zas Ate leme ve Yak t Sistemi Ar zas

15 sn

4 5 6 7

1 sn

1 sn

15 sn

Kullan lan Parametreler Motor devri Motor torku Motor devri Motor torku Batarya gerilimi Motor devri So utma suyu s cakl Motor devri Ya lama ya s cakl Motor devri CO emisyonu Motor devri HC emisyonu

Parametrelerin Durumu 2500 - 3500 d/dk 10 - 13 kg.m 1500 - 4000 d/dk 45 - 60 A 8 V - 13,5 V 2500 - 4000 d/dk 80 - 100 C 2500 - 4000 d/dk 70 C - 100 C 900 - 2000 d/dk % 0,5 - % 2,5 900 - 2000 d/dk 100 – 500 ppm

2011

Yüklü

Motor Yüksüz

Çal

yor

Motor Çal

yor


Ünsal, V. ve Bay r, R.

5. Te ekkür Bu çal ma Karabük Üniversitesi BAP Komisyonu taraf ndan 2007.38.01.03 proje numaras ile desteklenmi tir. Deste inden dolay Karabük Üniversitesine te ekkür ederiz.

Kaynaklar [1] Sood, A. K., Fahs, A. A. and Henein, N. A., Engine Fault 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 Internal Combustion Engine Onboard Diagnostics,IEEE Tran. Vehicular Technology, Vol:9, 23 – 244, 1988. [3] Crouse, W. H. and Anglin, D,.L. ,Automotive Mechanics, 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 For An Experimental Internal Combustion Engine Via Fuzzy Identification, IEEE Transaction On Control Systems Technology, Vol:3, No:3, 347 – 355, 1995. [5] Soliman, A., Rizzoni, G. and Kim, Y. W.,Diagnosis Of An Automotive Emission Control System Using Fuzzy Inference, Control Engineering Practice, Vol:7,No:2, p 209 – 216, 1999. [6] Nyberg, M. and Nielsen, L., Model Based Diagnosis For The Air Intake System Of The SI – Engine, SAE Tran., Journal Comm. Vehicles, 106, 9 – 20, 1997. [7] Kim, Y. W., Rizzoni, G. and Utkin, V.,Automotive Engine Diagnosis and Control Nonlinear Estimation,I EEE 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 Condition Monitoring, IEEE Tran. Industrial Electronics, Vol:46, No:2,1999. [9] Olofsson, N., Evaluaiton Of Observers For Fault Diagnosis On An Automotive Engine Vehicular Syetems, Dept. Of Electrical Engineering, 2000. [10] Crossman, J. A., Guo, H., Murphey, Y. L. and Cardillo, J., Automotive Signal Fault Diagnosis Part1: Signal Fault Analysis, Signal Segmentation, Feature Extraction and Quasi Optimal Feature Selection, IEEE Trans. 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 for Internal Combustion Engines Via Pressure Curve Reconstruction, IEEE Transaction Vehicular Technology, Vol:1 – 8, 3239 – 3246, 2003. [12] K la z Y, Baran A, Zerrin Y Z and Çetin M (2005) A Fuzzy Diagnosis And Advice System For Optimization Of Emissions And Fuel Consumption, Expert Systems With Applications 28, 305 – 311. [13] Murphy, B., Galie, T. and Byington, C., Diagnostic Fault Detection For Internal Combustion Engines Via Pressure Curve Reconstruction, IEEE Tran. Vehicular Technology, Vol:7, No:3, 3239 – 3246, 2005. [14] Wu, J. D. and Chuang, C. Q., Fault Diagnosis For. Internal Combustion Engines Using Visual Dot.Pattern Of International, Vol:38, 605 – 614, 2005. [15] Chen, B. J., Li, L. and Zhao, X. Z.,5th International Conference on Wavelet Analysis and Pattern

Recognition, Fault Diagnosis Method Integrated on Scale – Wavelet Power Spectrum, Rough Set and Neural Network, Vol: 1 – 4, 652 – 657, Nov 02 – 04, 2007, Beijing, Peoples Rebuplic China,2007. [16] Yurdagül E, Erdal H, Baba F (2005) Mekatronik Donan ml çten Yanmal Benzinli Motorlar n Performans De erlendirmeleri çin Yaz m ve Donan m Sisteminin Tasar , Marmara Üniversitesi Teknik E itim Fakültesi Elektronik-Bilgisayar E itimi Bölümü, 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, Fault Diagnosis of Internal Combustion Engine Based on the Integration of Scale – Wavelet Power Spectrum and Neural Network, Vol: 1 and 2, 1358-1362, Sep 2630, 2006, Chongqing, China, 2006. [18] Çelik, M. B. ve Bay r, R., Bilgisayar Destekli Motor Test Stand , Z.K.Ü Bilimsel Ara rma Projesi, Proje No: 2003-38-02-02, Karabük, 2006. [19] Capriglione, D., Liguori, C., Pianese, C. and Pietrosanto, 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 Integrated Machining Parameter Selection in a Job Shop Using Expert System, Journal of Mechanical Working Technology, Vol.20, 163-170 [22] Harmon P, Maus R, Morrisey W (1988) Expert system tools and applications, John Wiley&Sons Inc. Canada. [23] Tekta , M., Akba , A. ve Topuz, V., Yapay Zekâ Tekniklerinin Trafik Kontrolünde Kullan lmas Üzerine Bir nceleme, Marmara Üniversitesi Teknik Bilimler Meslek Yüksek Okulu, stanbul, 2004

2012


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

TA ITLARDA VMEN N ETK LER VE VME ÖLÇÜMLER THE EFFECT OF ACCELERATIONS ON VEHICLES AND ACCELERATION MEASUREMENTS Hüseyin Bayrakçeken a*, Mehmet Ye il rmak b Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyonkarahisar/Türkiye , E-posta: bceken@aku.edu.tr b M.E.B. Merkez Endüstri Meslek Lisesi Afyonkarahisar/Türkiye, E-posta: myesilirmak03@hotmail.com a

Özet Genel olarak h zdaki de ikli in zamana oran ivme olarak ifade edilmekte ve birim olarak da m/s 2 kullan lmaktad r. vme do rudan ifade edilebildi i gibi g birimi olarak da sunulmaktad r. vme bir kuvvetin etkisi ile ortaya kmaktad 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 tla gerçek yol artlar nda ivme ölçümleri yap lm r. Ölçümlerde; a rl k merkezine ba lanan 1 adet 3 eksenli ivme ölçerle birlikte USB veri toplama sistemi ve verileri kaydetmek için diz üstü bilgisayar kullan lm r. Çe itli yol (do rusal ve yanal e im, viraj vb.)ve h z artlar nda ivme ölçümleri yap lm r. Ölçümlerde do rusal, yanal ve dü ey olmak üzere anl k olarak veriler al nm ve e zamanl olarak Excel format nda kaydedilmi tir. Elde edilen veriler grafik 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 defined as acceleration with the unit of m/s2. Acceleration can be both expressed directly and in terms of g. Acceleration appears with effect a force. Acceleration measurements are performed in dynamic conditions and various control techniques are used. In this study acceleration measurements were performed in real road conditions by a gasoline vehicle in automobile category. In measurements; a 3 axis acceleration measurement instrument connected to the center of the gravity with USB data collector system. Also in order to record data computer was used. At different roads (linear and lateral gradient, curve etc.) and speeds, acceleration measurements were performed. Data was obtained instantly in linear, lateral and perpendicular positions and recorded as Excel format synchronously. Obtained data was converted to graphs and analyzed. Keywords: measurement

Vehicle,

Acceleration,

acceleration

atalet kuvvetleri olu maktad r. Ta n hareketi s ras nda kar la lan bu kuvvet ivme ile ters yönlü oldu undan ivme direnci olarak tan mlan r ve ivme direnci do rusal hareket halindeki kütlelerin atalet kuvvetleri ile dönme hareketi yapan tekerlekler, aktarma organlar ve motorun dönel atalet kuvvetlerinden olu maktad r [1]. vmeölçerler dönme, ivmelendirme ve frenleme sebebiyle meydana gelen kuvvetlerin ölçülmesini sa lamaktad r. Birçok e im alg lay yerçekiminin yönünü referans yön olarak alg lar. Bir arac frenlemek, h zland rmak ve yönünü de tirmek araç üzerinde ivmeler ortaya ç kartmaktad r. imli yüzeylerde yap lan ivme ölçümlerinde yer çekim ivmesi daha önemli iken, düz alanlarda yap lan do rusal ve yanal ivme ölçümlerinde, hareket de imleri ivme üzerinde daha etkili olmaktad r. Son zamanlarda ta tlar n h zlar n çok artmas ile ta t performanslar nda iyile me sa lan rken di er taraftan da ta t güvenli inde de iyile me yap lmas gereklili i ortaya km r. Ta t güvenli i bak ndan ivme de imine ba olarak baz sistemlerin devreye girmesi sa lanabilmektedir. vme ölçümleri ve ta ttaki ivme de imleri ile ilgili olarak yap lan çal malar n bir k sm a da sunulmu tur. 3 yönlü mikro elektromekanik sistem (MEMS) kullan larak ta ttaki ivme ölçümleri yap lm , bu amaçla ivme metreler kullan larak ölçümler yap lm r. Ta t performans etkileyen unsurlar n ivme de imine olan etkisi ara lm r [2]. Ta t üzerinde ivmelenmeyi etkileyen tekerlek-yol aras ndaki sürtünme katsay ve durma mesafesi üzerinde çal lm , bu amaçla bir bilgisayar program geli tirilmi tir [3]. SAE J1491 otomobil ve hafif ticari araçlar n, ivmelenme performanslar belirlemek için standartlar olu turulmu ve test yöntemleri geli tirmi tir. Ta t yava lama ivmesinin belirlenmesi için, referans artlar nda ölçümü ve de erlendirilmesi yap lm r [4]. TS 13325 tekerlekli askerî araçlar n ivmelenme ve performans deneyleri için standartlar geli tirmi tir [5].

1. Giri Hareket halinde olan bir cismin h , hareket süresince de im gösterir. Bir cismin ivmesi, o cismin h n zamana göre de im miktar r. Newton’un II. Hareket yasas na göre bir ta n h zlanmas veya yava lamas s ras nda, bu hareketlere ters yönde

Yüksek de erdeki yanal ivmenin etkisi için bir çal ma yap lm ve bu amaçla analitik bir metot belirlenmi , iki tekerle e sahip bir araç modeli seçilmi tir. Standart manevralar, standart olmayan de imler ve ta t tutunma davran lar n ta t performans na etkileri analiz

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2013


Bayrakçeken, H. ve Ye il rmak, M.

edilmi lerdir. Özellikle do rusal ve yanal sürü davran lar kapsayan yeni bir model geli tirmi ler ve bu modelin ta t davran lar incelemelerinde kullan labilece ini ortaya koymu lard r [6]. Yük ta yan ta tlarda, yüklü arac n ivmelendirilmesinde yerçekimi ve rl k merkezinin etkisini analiz etmek için çal ma yap lm r. Arac n a rl k merkezini, yükün ve yerçekiminin fonksiyonu gibi durumlar n ivme üzerindeki etkilerini belirlemi olup, arac n ivmelendirilmesi, a rl k merkezi yer çekimi 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 kald ivmenin iddeti ile orant r. vmeölçerler de ik alanlarda 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 için de kullan lmaktad r. Yüksek frekansl ivmeölçerler ile çarpma testleri, çok yüksek devirli motorlar n testleri yap labilmektedir. vmeölçerler ölçme tekni ine göre (yüksek s cakl a dayanakl , sismik, ok, hassas, üç eksenli vb.) farkl s flara ayr lmaktad r. vmeölçerlerin kullan m alanlar ndan en büyük pay otomotiv sektörüne aittir.

3.1

Piezoelektrik vmeölçer

Kullan lan ivme ölçer genel amaçl , do rusal ivme ve/veya titre im ölçümü yapan tiptedir. vme ölçer sensörleri do rudan yüksek seviye analog voltaj ç sa lamaktad r. Geleneksel bas nçl elektrik ve bas nç dirençli akümülatör teknolojileriyle kar la ld nda silikon mikro makine sensörler önemli ölçüde dü ük bir maliyette e de er bir performans sunmaktad r. ASC 5411LN-005-6A serisi ivmeölçer sensörleri; 8VDC ile 30VDC aras nda çal maktad r. Güç ihtiyac araç çakma na tak lan ünite ile sa lanm r. Piezoelektrik tip ivmeölçerler genelde otomotiv testlerinde kullan lmaktad r. vmeölçerin montaj amas nda, sabitleyici bir aparat kullan larak hareketsiz durmas sa lanm r. Kullan lan aparat n gerekli hallerde sökülebilmesi 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. Materyal ve metot Deneylerde ölçüm sonucu ta n dingil a rl de erleri 6800 (ön) – 4400 (arka) N bulunmu tur. Testler, hava cakl yakla k 25 0C güne li ve rüzgârs z ortamda yap lm r. Arac n lastik a nmas n %75’i geçmedi ine ve lastik havalar n katalog de erlerinde olmas na dikkat edilmi tir. Deneyler, yolun trafik ak bozmayacak ekilde, Afyonkarahisar- zmir karayolunun 10-40. km aras nda yap lm r. Deney yap lan yol, kuru ve temiz olup en fazla %5 e im bulunmaktad r. Ayn zamanda yol yüzeyi cak asfalt kapl r. Deneylerden önce ta n fren ve di er aksamlar n; genel bak m ve kontrolleri yap lm r. Deneyler yap rken, arac n üretici firmas n tavsiye etti i yak t kullan lm r. Test esnas nda, farlar, klima, araç camlar ve tüm elektrikli al lar kapat lm r. Frenleme testlerinde ABS’nin devreye girdi ine dikkat edilmi tir. Deneylerde arac sürekli ayn ki i kullanm r ve 4 ki i aktif olarak görev alm r. Ölçümler do rusal (X) ve yanal (Y) do rultudaki de imleri kapsamaktad r. Deney ta ve sahas ekil 1 ‘de görülmektedir.

3.2

U3 Veri Ölçüm Aktar m Ekipman

U3 veri aktar m ekipman , ivmeölçerden gelen sinyalleri de erlendirip, USB ba lant ile veri ortam nda görüntülenmesini sa lamaktad r. Veri aktar , ivmeölçer ile dizüstü bilgisayar aras nda bulunup, ivmeölçerden ald sinyalleri LAN kablosu ile bilgisayar ortam na aktarmay gerçekle tirmi tir.

ekil 3. U3 Veri aktar

genel görünü ü ve ta t içindeki montaj

3.3 Uydu destekli koordinat belirleyici

ekil 1. Deney ta

(Volkswagen Bora ,2001) ve yolun genel görünü ü

Deneylerde Kullan lan ekipmanlar; - ASC 5411LN-005-6A ivmeölçer - LJU3 USB veri toplama sistemi - Uydu destekli koordinat belirleyici - Ta nabilir bilgisayar

Uydu destekli koordinat belirleyici (GPS) sistemden ba ms z olup herhangi bir kablo ba lant gerektirmemektedir. GPS test a amas nda yap lan ölçümlerde ta n konum bilgilerini sa lam r. Yap lan testler sonucu elde edilen veriler GPS taraf ndan gelen konum bilgilerine göre de erlendirilmi tir. Test s ras nda yakla k 3 saniyede bir GPS cihaz ile uydudan koordinat al nm ve cihaz haf zas na kaydedilmi tir. Bu veriler ile özellilikle viraj alma, h zlanma ve yava lama testlerinde ta n yer de tirmesini ve eksenden sapmas belirlemi tir. GPS cihaz n hareketli oldu u durumda ki hassasiyeti 15-20 m aras ndad r.

2014


Bayrakçeken, H. ve Ye il rmak, M.

ekil 4. GPS uydu destekli koordinat belirleyici

4. Deneyler ve Tart ma 4.1 H zlanma Testi ekil 6. 100-0 ve 0-100 km/h ivmelenme grafi i 4.3 80km/h Sabit H zda Sa a ve Sola Viraj Yanal vmelenme 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 ekillerde yap lm r ( ekil 5). H zlanma deneylerinin yönü pozitif olarak al nm r. Düz yol ve yoku a da testlerinde araç hareket ettikten yakla k, 1,5, 4, 10 ve 11’s lerde vites de imleri yap lm olup 5. vites kademesine ula lm r. Yoku yukar testlerinde ise di er testlerden farkl olarak 10. saniye de i lem yap lmay p 11’ s de 4 vitese geçilmi 5. vites kullan lamam r. Vites de im alanlar nda ta t dirençleri nedeniyle ivmede ani de imler görülmektedir. 3.vites ile 4.vites aras nda ta n kararl olmas ile ivmelenmedeki dalgalanma da azalma görülmü tür. Di er bir etkende ta n birim zamanda ki h zdaki de im azalmaya ba lam r. 4.2 100–0 Yava lama ve 0-100 H zlanma Testi

ekil 7. Sabit h zlarda sola ve sa a viraj Ayn virajda, ayn h zda, geli ve gidi olmak üzere iki farkl yön ve farkl h zlarda deneyler yap lm , örnek olarak 80km/h h zda yap lan deney sonucu incelenmi tir. Araç viraja girdi inde yanal kuvvet, merkezkaç kuvvet gibi faktörlerin 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 merkezkaç kuvvetlerin etkisiyle olu an atalet kuvvetinden dolay takla atma e ilimi görülmü olup, do rusal ivmelenme viraj n en keskin oldu u bölgede karal yitirmi tir. 4.4 80km/h–90km/h vmelenme 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 lamadaki ivme de imi ise negatif olarak görülmektedir. Yava lama testinde ayak gaz pedal ndan çekilmi ve optimum frenleme yap lm r. H z azalmas , vites de imi olmadan gerçekle mi tir. H zlanma testinde ivme de erleri yava lama testindeki ivme de erlerinden daha dü ük seviyededir. Bu durumda ta t daha k sa sürede yava lama sa lamaktad r. Ta n 0-100 km h za ula mas yakla k 15 s sürerken, 100-0 km/h h za ula mas ise yakla k 4 s sürmü tür.

H zlarda

Sa

Viraj

Yanal

Ta t h n dönemeçlerdeki ivmelenmeye etkisini belirlemek için örnek olarak sa a virajda ve farkl h zlarda deneyler yap lm olup örnek olarak 80-90 km/h h zlardaki de imler ekil 8’de görülmektedir. H zdaki de imin zamana oran ivme olarak ifade edildi inden h n 80-90 km/h aras nda 10 km/h’lik de im göstermesi ivmenin de z de imine paralel olarak art göstermesini sa lamaktad r. Her iki h zda da ivmenin en fazla oldu u bölge, kurb’un en fazla oldu u bölgede ortaya ç kmaktad r. Virajlarda hem kurb yar çap hem de ta t h ivmelenme aç ndan önemli bir faktördür.

2015


Bayrakçeken, H. ve Ye il rmak, M.

Ta n h 80 km/h’den 120 km/h’e yükselirken vites de imi olmad ndan ve arac n h n art nda, ani bir de im görülmedi inden do rusal ivmelenmede ani de iklere rastlan lmam r ( ekil 10). Yanal ivmelenmede ise art lar ve azalmalar olmu tur. Yüksek zlardaki direksiyon hakimiyetinin zorluklar ndan dolay yanal ivmelenmede küçük de iklikler gözlemlenmi tir. Dü ey eksen olan yerçekimi ivmesinde büyük de iklikler görülmemi olup ortalama 9-9,5m/s2 ölçülmü tür.

5. Sonuç ve Öneriler vmeölçerler, günlük hayat n vazgeçilmezleri olan motorlu araçlar n maruz kald kuvvetler sonucu gösterdi i ivme de imlerini ölçmemize yarayan sensörler olup test amaçl ya da ta t dinami i parametrelerini belirlemek için kullan lmaktad r.

ekil 8. Sabit h zlarda sa a viraj 4.5 0-100km/h H zlanmada Yerçekimi vmelenmesi Testi

Do rusal,

Yanal

ve

ekil 9. 0-100km/h h zlanmada do rusal, yanal ve yerçekimi ivmelenmesi grafi i zlanma testi 0-100km/h, düz yolda yap lm ve do rusal, yanal ve yerçekimi ivmelenmesi de imleri e zamanl olarak incelenmi tir ( ekil 9). Bu testte de h zlanma yönü pozitif al nm r. Ta t düz yol artlar nda oldu undan yanal-dü ey ivmelenmedeki de iklikler oldukça azd r. Vites de im noktalar nda k sm de iklikler meydana gelmi tir. 4.6 80-120km/h H zlanmada Yerçekimi vmelenmesi Testi

Do rusal,

Yanal

Ta tlarda h z de imiyle orant olarak ivmelenmenin olmas kaç lmazd r. Yanal ivmelenme art nda ta n , tekerleklerin yol tutu u, çevresel artlar, yolun durumu gibi faktörler etkili olmaktad r. Yanal ivmelenme vme ölçüm cihaz n araca yerle tirili ekline göre; bir taraftaki virajda pozitif iken di er yöndeki dönü lerde negatif olmaktad r. Ta t h n artmas ile ivme deki de imlerde artmaktad r. Ta t h zlanma esnas nda daha uzun bir süreye ihtiyaç duyarken, yava lama esnas nda daha k sa sürede durmaktad r. Zamandaki de im ivme de erlerini do rudan etkiledi inden yava lama ivmesi h zlanmaya göre say sal olarak daha büyüktür. H zlanma testlerinde yanal ivmelenme en çok, vites de imlerinde olu an yalpalanma aral klar nda ölçülmü tür. Bu de imler esnas nda do rusal ivmelenmenin karal yitirdi i görülmü tür. Düz yol ve viraj testleri kar la ld nda yanal ivmelenmenin max-min noktalar viraj testlerinde, do rusal ivmelenmenin max-min noktalar düz yol testlerinde görülmü tür. Yanal ve do rusal ivmelenme hangi artlarda olursa olsun birbiriyle do rudan etkile im halinde oldu u saptanm r.

Kaynaklar [1] [2]

ve [3]

[4] [5]

[7]

ekil 10. 80-120 h zlanmada yerçekimi ivmesinin de imi

2016

Çetinkaya.S., Ta t Mekani i, Nobel yay n Da m, 3. Bask , 2004 Brusaroscoa. M, Cigadab. A and Manzonib. S, Experimental investigation of tyre dynamics by means of MEMS accelerometers fixed on the liner, Vehicle System Dynamics, Vol. 46-11, 1013–1028, 2008 Vangi, D and Virga, A, Evaluation of emergency braking deceleration for accident reconstruction, Vehicle System Dynamics, Vol. 45-10, 895–910, 2007 SAE, J1491 1985-06 2006-07, Vehicle Acceleration Measurement, 2006. 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 lateral accelerations. Vehicle System Dynamics, Vol. 45-12, 1117–1129, 2007 Navarro. A and Canale.C., Influences of the load centre of gravity on heavy vehicle acceleration, Int. J. of Heavy Vehicle Systems, Vol. 8, No.1, 17-47, 2001.


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

OTOMOT V YETK SERV S YÖNET LER NDE B LG TEKNOLOJ KULLANIMI: B R ALAN ARA TIRMASI INFORMATION TECHNOLOGY USING IN AUTOMOTIVE AUTHORIZED SERVICE MANAGERS: A FIELD RESEARCH *

Süleyman Semiza , Aksun Akb ka, Yakup Sekmenb a Pamukkale Üniversitesi, Denizli, Türkiye, E-posta: ssemiz@pau.edu.tr, akbiyik@pau.edu.tr b Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: ysekmen@karabuk.edu.tr

Özet Günümüzde bilgi teknolojileri i letmelerin bütün bölümlerimde yo un olarak kullan lmaktad r. Bu teknolojilerin kullan i letmenin tüm faaliyetlerini etkilemektedir. Bu nedenle i letme sahip ya da yöneticileri ihtiyaç duyulan bilgi teknolojilerini transfer etme ihtiyac duymaktad rlar. Otomotiv sektörü de bilgi teknolojilerinin en üst düzeyde kullan ld alanlardan biridir. Bu teknolojiler sadece ana üretim fabrikalar nda de il, sat , tamir-bak m ve yedek parça ihtiyaçlar n kar land yetkili servislerde de kullan lmaktad r. Bu çal ma, Türkiye’de faaliyet gösteren farkl otomotiv firmalar n yetkili servis yöneticilerine yönelik bir ara rmay içermektedir. Ara rmada yetkili servis yöneticilerinin bilgi teknolojilerini kullanma durumlar ele al nm r. Anahtar kelimeler: Bilgi teknolojisi, Otomotiv yetkili servisleri, Yönetici.

Abstract Information technologies are intensively used nowadays in all departments of the enterprises. Usage of these technologies affects all activities of the enterprise. The owner or the manager of the enterprises, therefore, needs the transfer of the information technologies that are necessary. Automotive sector is also one of the areas that the knowledge technologies are used in high levels. These technologies are used not only in the main production factories but also in the authorized services that cover sale, maintenance-care and spare part need. This study includes the research that is made directed to the authorized service managers of different automotive firms in Turkey. The condition of knowledge technology using of the authorize service managers is considered in the research.

bulunmaktad r [1]. Bu rakam dünya ortalamas n bile alt ndad r. Türkiye bu rakamlara göre geli mekte olan pazar 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 %11,3 artarak 1,1 milyon adet olmu tur. 2007 y nda otomotiv sanayinin ihracat ise geçen y la göre %34 art la 19,2 milyar $’ geçmi tir. Türkiye ihracat nda birinci s rada yer alan otomotiv sanayinin toplam ihracattaki pay ise %20,1’dir [2]. Otomotiv sektörü yasal olarak trafik tescil belgesine sahip olma yükümlülü ü ta yan motorlu ta tlar üreten ana firmalar ile ilgili kurulu lardan olu maktad r. Detayl incelendi inde sektörün a daki bile enlerden olu tu u ifade 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.

1. Giri

Otomotiv sektörünün ülke ekonomisine katk lar sadece üretim ve ihracat rakamlar ile ölçülmemelidir. Ayn zamanda; üretim sonras pazarlama, bak m, tamir gibi hizmetler de dü ünüldü ünde olu an katma de er daha da artmaktad r. Üretim sonras hizmetlerin en önemli aya hiç ku kusuz yetkili servisler olu turmaktad r. Sat , rutin bak m, yedek parça tedariki ve tamir gibi hizmetleri sunan yetkili servisler, lokal olarak önemli istihdam ve yat m kaynaklar r. Yetkili servislere gelen otomobillerin periyodik bak m a amas nda, ta t birçok süreçten geçmektedir. Bu süreçlerde; insan, makine, malzeme, çevre ve metot kaynakl hatalar olu abilmektedir. Hatalar n azalmas nda yeterli e itimin verilmesi, çal ma artlar n iyile tirilmesi, uygun makine, malzeme ve metodun kullan lmas gibi faktörler en önemli etkenlerdir. Bu faktörlerin yerine getirilmesinde amaç, ta n amaçlanan ekilde bak m ve onar n yap larak mü teri memnuniyetinin sa lanmas r.

Otomotiv endüstrisi olu turdu u katma de er bak ndan en önemli sektörlerdendir. A rl kl olarak farkl yerlerde üretilmi parçalar n bir bant üzerinde montaj eklinde olan üretim, yan sanayi ile birlikte dü ünüldü ünde önemli bir istihdam ve teknoloji yat meydana getirmektedir. Dünyada 1000 ki iye dü en otomobil say ortalama 105’tir. Avrupa Bölgesi’nde 345, Amerika Bölgesi’nde 231 adet iken, Türkiye’de 92 adet gibi dü ük bir de erde

Otomotiv yetkili servislerinin fonksiyonlar aras nda, sat lan tüm ta tlara onar m ve bak m servisi yapabilmenin yan nda, güçlü mü teri ili kileri kurarak tam bir mü teri memnuniyeti olu turmakta bulunmaktad r. Bu fonksiyonlar sa layabilmenin en önemli göstergesi ise mü teri beklentilerinin yerine getirilmesidir. Marka de eri ve imaj n mü teri üzerindeki etkisinin sürekli olmas servis sa lamaktad r [4]. Son y llarda kalite ve mü teri tatmini,

Keywords: Information technology, Automotive authorized services, Manager.

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2017


Semiz, S., Akb

yetkili servis hizmetlerinde öncelikli konular aras na girmi tir. Artan rekabet ortam bu konular n kaç lmaz bir ekilde gündemde olmas n sebebi olarak belirtilebilir. Bununla birlikte üretim sektöründeki kalite anlay n yetkili servislere do ru devam etmesi ürünün son kullan daki tatmin düzeyini art rmas bak ndan zorunluluk 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, uzman teknisyen, vb unvanlarla görev yapan farkl pozisyonlarda birçok çal an bulunmaktad r [6]. Di er taraftan yetkili servislerde randevu, mü teri kabul, i planlama, parça, i izleme ve kontrol, kalite, garanti, teslimat ve mü teri takip gibi birçok sistemden bahsetmek mümkündür [7]. Baz yetkili servisler bu sistemleri birle tirerek organize olsa da yap lan i lemler ayn kalmaktad r. Bu sistemlerin sa kl leyebilmesi için yöneticilerin yeterli bilgi teknolojisi kullan m düzeyine sahip olmas gerekmektedir. Sektörde artan yetkili teknik servis ihtiyac na paralel olarak mü terilerin beklenti ve isteklerinde de art görülmektedir. Mü terilerin bilinçlenmesine paralel olarak yetkili teknik servisler üzerindeki yükümlülüklerde artm r. Yöneticiler, rekabetçi piyasa artlar nda mü teri memnuniyeti ile servisin i leyi ini verimli bir ekilde yürütmek durumundad rlar. Yöneticiler ancak üzerinde bulundurdu u liderlik ve teknik yeteneklerini kullanarak bu süreci sa kl letebileceklerdir.

2. Otomotiv Yetkili Servis Yöneticilerinde Bilgi Teknolojisi Kullan Yetkili teknik servislerde genel olarak, ta tlar n bak m veya onar mlar için verilen fiyat n uygun olmas , ta n zaman nda teslim edilmesi, ta t kontrolünde do ru tespitlerin yap lmas ve böylece profesyonel düzeyde mü terilere ilgi gösterilerek beklentilerinin kar lanmas amaçlanmaktad r. Bilgi teknolojileri ile donat lm bir sistemle i lemlerin yürütülmesi için, bu teknolojileri kullanabilen yöneticilere ihtiyaç oldu u bir gerçektir. Yetkili servis yöneticilerinin bilgi teknolojisi e itimlerini alarak, servisleri için uygun sistemlerin kurulmas ve i letilmesini sa lamalar gerekmektedir. Bu çal mada, Türkiye’de Otomotiv Sektöründe faaliyet gösteren yetkili servislerdeki yöneticilerin bilgi teknolojisi kullan de erlendirilmi tir. Farkl marka ve büyüklükteki firmalara ait yetkili servislerdeki yöneticilere uygulanan bir anket çal mas na dayal bir alan ara rmas yap lm r. Ara rmada, yetkili servislerdeki yöneticilerin bilgi teknolojisi kullan m durumlar , alm olduklar e itimler, internet kullan m durumlar gibi konular ele al narak i letmelerin genelinde bu konuya bak n de erlendirilmesi amaçlanm r. Otomotiv yetkili servislerinde farkl kademelerde yöneticiler bulunmaktad r. Bunlar n ba nda servisin genel i leyi i ile personel ve fiziksel ko ullardan sorumlu olan servis müdürü gelmektedir. Servis müdürü ayn zamanda servisin bütçesi, politika ve hedeflerin takip edilmesi gibi görevlerden de sorumludur. Yedek parça müdürü, yedek parça bölümünün idari k sm ndan sorumludur. Ayr ca, yedek parça problemlerini takip eder ve mü teri memnuniyetini sa lamak için de yedek parçan n uygun zamanda temin edilmesini sa lar. Yedek parça verimlili inin ve karl n en üst düzeyde olmas için, do ru zamanda do ru sipari verilmesi ve at l stok

k, A., Sekmen, Y.

olu umunun engellenmesi gerekmektedir. Sat müdürü ise tayin edilen periyotlarda yapt pazarlama faaliyetleri ile yetkili servis için en üst düzeyde sat rakamlar na ula maya çal maktad r. Yetkili servis yöneticileri planlama, kontrol, karar verme gibi en temel yönetim i levlerini yerine getirirken bilgi teknolojilerinden faydalan rlar. Yöneticiler, sat takibi, pazar ara rmas , tamir bak m süreçlerinin takibi, yedek parça temini gibi operasyonel i lemlerde bilgi teknolojilerini etkin kullanarak verimlili i art rmay hedeflemektedirler. Bilgi teknolojilerinin kullan , sat sonras hizmetler ve mü teri ili kileri ile verileri h zl , ekonomik, esnek ve do ru yönetme imkân sa lamaktad r [8]. letmenin yeniden organize edilmesi ile birlikte yap lan bilgi teknolojisi yat mlar n olumlu etkilerinin yüksek seviyede oldu u görülmektedir [9]. Yap lan bir ara rmada 200 i letme yetkilisi ile görü ülerek bilgi teknolojilerinin örgütün verimlili ine etkisinin yüksek seviyelerde oldu u belirlenmi ve bu oranlar Çizelge 1’de gösterilmi tir [10]. Çizelge 1. Bilgi teknolojilerinin verimlili e etkisi [10]. Bilgi teknolojisi türü nternet ntranet E-mail Kablosuz ileti im Ta nabilir bilgisayar Fax

Verimlili e etkisi (%) 90 78 75 64 60 11

Ford firmas kurdu u intranet sistemi ile dünyadaki 80000’i n çal an ile i birli ine gitmi ve verimlili in artmas , hatalar n azalmas ve pazara daha k sa sürede araçlar n sürülmesini sa lam r [11]. Bilgi teknolojisi kullan letmenin temel yeteneklerinin güçlendirilmesi ve devaml n sa lanmas nda önemli bir ko uldur. Bilgi teknolojisi kullan bir i letim sistemi ile yapan yetkili servisler ta t çe idi, ta t k mlar , rutin bak mlar, tamir gibi problemleri daha rahat çözebilmektedirler. Ayr ca, bilgi teknolojisi kullan ile karl k, verimlilik ve mü teri tatmini gibi ölçütlerin istenen düzeyde gerçekle mesinde önemli mesafeler al nabilmektedir [12]. Geli en bilgisayar teknolojisi ile de en mü teri taleplerine cevap verebilmek için birçok bilgisayar yaz üretilmi tir. Bu yaz mlar servis ihtiyaçlar na göre ekillenmi ve geli mi programlard r. Programlar uygulamaya yönelik ihtiyaçlara kar k verebilmektedir. Farkl programlar aras nda k yas yap ld nda birbirlerinden üstün ya da zay f olduklar durumlar ortaya ç kabilmektedir. Ancak yetkili servis için önemli olan verimli olmas , yönetici ve personel taraf ndan kolayca ö renilerek uygulanabilmesidir

3. Yetkili Servis Yöneticilerinde Bilgi Teknolojisi Kullan na Yönelik Bir Ara rma Çal mada, Türkiye’de Otomotiv Sektöründe faaliyet gösteren yetkili servislerdeki yöneticilerin bilgi teknolojisi kullan de erlendirilmi tir. Farkl marka ve büyüklükteki firmalara ait yetkili servislerdeki yöneticilere uygulanan bir anket çal mas na dayal bir alan ara rmas yap lm r. 3.1. Ara

rman n Amac :

Otomotiv yetkili servisleri esas olarak yönetim ve pazarlama faaliyetlerinin görüldü ü i letmelerdir. Bu

2018


Semiz, S., Akb

nedenle yöneticilerinin bilgi teknolojisi kullan ndan uzak olmas dü ünülemez. Ara rmada, farkl üretici firmalar n üretim sonras hizmetlerini yürüten yetkili servislerdeki yöneticilerin bilgi teknolojisi kullan na yakla mlar n belirlenmesi amaçlanmaktad r. 3.2. Ara

rman n Kapsam ve S

k, A., Sekmen, Y.

2%

rl klar :

98% Evet

Hay r

Ara rma Türkiye’de Otomotiv Sektöründe üretim, pazarlama ya da her iki faaliyeti birlikte yürüten ana firmalara ba 49 yetkili servisi kapsamaktad r. Hedef kitle olarak 224 i letme seçilmesine ra men bunlardan 49 tanesinden olumlu cevap al nabilmi tir. Yöneticilerin bilgi teknolojileri ile ilgili alm olduklar e itimler, internet kullan m durumlar gibi konular de erlendirilmi tir.

letme yöneticileri çok büyük bir oranda (%98) bilgisayar kullanabilmektedirler. Sektörün genel yap olarak da bu sonucun ç kmas n do al oldu u ifade edilebilir.

3.3. Ara

3.4.3. Bilgisayar e itimi al nan kaynaklar:

rmada zlenen Yöntem:

lk olarak Türkiye’deki Otomotiv ana firmalar na ba olarak faaliyet gösteren yetkili servisler ara ld . Daha sonra anket haz rlanarak yetkili bir serviste bir pilot çal ma yap ld ve ankette gerekli düzeltmeler yap ld . Yetkili servis yöneticilerinin anketinde posta, internet ya da yüz yüze görü me yöntemleri kullan lm r. Cevaplanan anket formlar ndaki veriler SPSS (Statistical Package for Social Science) 11.01 for Windows program ile analiz edilmi tir.

ekil 2. Yöneticilerin bilgisayar kullanabilme durumu

ekil 3’te yöneticilerin bilgisayar ö renimini gerçekle tirdikleri kaynaklar n da görülmektedir.

57%

30 25

30%

20 26%

15

3.4. Ara

rmadan Elde Edilen Bulgular:

10 5

Elde edilen bulgular grafik olarak düzenlenerek, yorumlar yap lm r.

0 Okuldan

3.4.1. Ö renim durumu: Yöneticilerin ö renim durumu ile ilgili da görülmektedir. 2%

m

ekil 1’de

4% 29%

24%

Yüksek Okul (Ön Lisans) Mezunu

Lise Mezunu

ekil 1. Yöneticilerin ö renim durumu ve da ekil 1’e göre, yönetim kadrosunun ö renim durumu %2’si yüksek lisans, %41’i fakülte, %24’ü yüksekokul, %29’u lise ve %4’ü ilkö retim eklindedir. Yönetici kadrosunun rl kl olarak (%67) ön lisans, lisans ve yüksek lisans mezunlar ndan olu mas , yetkili servislerde üniversite mezunlar n a rl kl olarak görev ald göstermektedir. 3.4.2. Bilgisayar kullanabilme durumu: na ait da

m

yerinden

Kendi kendime

ekil 3. Bilgisayar e itimi al nan kaynaklar

3.4.4. Bilgisayar e itimi al nan alanlar:

Fakülte (Lisans) Mezunu

Yüksek Lisans (Master) Mezunu

Yöneticilerin bilgisayar kullan görülmektedir.

Kurstan

ekil 3’de görüldü ü gibi; yetkili servis yöneticileri farkl yerlerden, farkl zamanlarda ve birden fazla e itim alabilmektedirler. yerlerinden e itim alma oran n (%57) yüksek olmas , mesleki alanla ilgili programlar n ana fabrikalarca verilen e itimler nedeniyle oldu u dü ünülmektedir. Kendi kendine (%30) ve kurstan (%28) itim alma oranlar n önemli düzeyde yüksek olmas da sektördeki yöneticilerin bilgi teknolojilerini alma e iliminde olduklar n bir göstergesi olarak de erlendirilebilir. Okuldan e itim alma ise %26 düzeyinde gerçekle mi tir.

41%

lkö retim Mezunu

28%

ekil 2’de

Yöneticilerin bilgisayar e itimi ald klar alanlara ait da m ekil 4’te görülmektedir. Yöneticiler birden fazla konuda bilgisayar e itimi almaktad rlar. Bunlar n içerisinde en çok al 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 , bu sonuçla paralellik olarak ifade edilebilir. Ayr ca, bilgisayar itiminde al nmas zaruri olan Office programlar n %59 oran nda gerçekle mesi ba lang ç düzeyinde bilgisayar renmenin i yerinde oldu unun göstergesi olarak de erlendirilebilir. Muhasebe (%22) ve sistem yöneticili i (%22) gibi özel konumdaki programlar n daha az düzeyde al nmas ilgili ki ilerin bu e itimleri ald klar eklinde yorumlanabilir.

2019


Semiz, S., Akb

67%

59%

35

87% 45

30

40

25 15

63%

35

20 22%

k, A., Sekmen, Y.

10

25 6%

5

57%

49%

30

22%

20

6%

15

0

10

6%

5

Muhasebe

Office programlar

Sistem yöneticili i

Programc k

Web tasar

Mesleki alan programlar

0

Dergi yay nlar ile Seminer/Konferanslar ile Di er :

nternet ile Fuarlar ile

ekil 4. Bilgisayar e itimi al nan alanlar ekil 6. Firma e itimleri d nda sektörü takip etme yöntemleri

3.4.5. nternet-bili im teknolojilerini kullan m alanlar : Yöneticilerin internet ve bili im amaçlarla kulland klar ile ilgili görülmektedir.

teknolojilerini hangi da m ekil 5’te

3.4.7. Al nan hizmet içi e itimler: Yöneticilerin ald klar görülmektedir.

hizmet içi e itimler

ekil 7’de

80% 82%

40

63% 57%

30

82% 73%

40

51%

30

49%

20

20

42% 24%

10

10

10%

0

0 Randevu alma-verme Mü terilere geri bildirim

ekil 5.

Dan manl k Mesleki yay n takibi

Pazarlama

Mü teri ili kileri

Sat sonras hizmetler

Finansman

Yönetim

Bilgi Teknolojisi

Di er:

yerlerinde interneti kullanma alanlar

ekil 7. Al nan hizmet içi e itimler

ekil 5’te görüldü ü gibi; yöneticiler internet-bili im teknolojilerini %80 gibi büyük bir oranda mesleki yay n takibi amaçl olarak kullanmaktad rlar. Buna neden olarak marka içinde kulland klar paket programlarda bu tür bilgilerin verilmesi ifade edilebilir. letmelerin %63’ü mü terilerine geri bildirimde, %57’si test sürü ü ve ta t bak mlar için randevu alma-vermede ve %51’i ise dan manl k hizmetinde kullanmaktad r. 3.4.6. Bayili ini yapt klar firman n verdi i e itimler nda sektörel geli meleri takip etme yollar : Yöneticilerin bayili ini yapt klar firman n verdi i e itimler nda sektörel geli meleri takip etme yollar ekil 6’da görülmektedir. ekil 6’de görüldü ü gibi; yöneticiler ald klar e itime ek olarak sektörlerindeki geli melerin takibini büyük bir oranda (%87) internet yoluyla yapmaktad rlar. Ayr ca, dergi yay nlar (%63), fuarlar (%57) ve seminer/konferanslarda (%49) önemli oranlara sahiptir. Yine, dan man firmalardan al nan e itimlerle, di er bayi ve markalarla yapt klar birebir diyaloglarla sektörü takip ettiklerini de belirtmi lerdir. Burada internetin yüksek oranda kullan lmas bilgi teknolojilerinin önemli bir sonucu olarak de erlendirilebilir.

ekil 7’de görüldü ü gibi; yöneticiler, servis i letmelerinin fonksiyonlar ndan olan pazarlaman n yerine getirilmesinde en önemli süreçler olan mü teri ili kileri ve sat sonras hizmetleri ile ilgili e itimleri (%82) yüksek düzeylerde ald 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 ifade etmektedir. 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 servis hizmetlerinin verilmesinde de bilgi teknolojilerinden faydalan lmaktad r. Üretici ya da ihracatç firmalarla entegre bir ekilde çal an yetkili servisler, bilgi teknolojilerinin kullan ile daha h zl , verimli ve kaliteli hizmet vermeye ba lam lard r. Bununla birlikte yöneticiler de bu geli imden pay alarak bilgi teknolojilerini ö renme ve kullanma da önemli mesafeler alm lard r. Bu ara rma sonunda elde edilen sonuçlarla ilgili de erlendirmeler da belirtilmi tir.

2020


Semiz, S., Akb

1. Yöneticilerin a rl kl olarak e itim düzeyleri üniversite seviyesindedir (%67). Bu durum bilgi teknolojilerinde geli im için uygun bir ortam n oldu u eklinde de erlendirilebilir. 2. Yöneticilerin büyük bir oranda (%98) bilgisayar kullanmalar , bilgi teknolojilerinin farkl türlerini renmede önemli bir altyap haz rl olarak ifade edilebilir. 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 itimi konular nda; mesleki alan e itimlerinin (%67) ç kmas , ana üretici-da firman n e itimleri düzenli ve mesleki e itim merkezli olarak verdi i eklinde de 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 takip edilmesinde önemli bir gösterge olarak de erlendirilebilir. 6. Yöneticiler ana üretici-da firman n verdi i e itimler nda sektörle ilgili geli meleri a rl kl olarak internet (%87), dergi yay nlar (%63) ve fuarlar (%57) yoluyla takip etmektedirler. Bu durum yöneticilerin farkl kanallar kullanarak geli melerden haberdar olduklar eklinde ifade edilebilir. 7. Yöneticilerin ald hizmet içi e itimlere göre, mü teri hizmetleri ve sat sonras hizmetlerle ilgili e itimler (%82) öne ç kmaktad r. Ayr ca yönetim (%72), pazarlama (%49) ve bilgi teknolojisi (%42) e itimleri de yüksek düzeylerdedir. Bu da m farkl e itim türlerinin belli aral klarla düzenli olarak verildi i eklinde yorumlanabilir.

k, A., Sekmen, Y.

[10]. Telephony, “Which Technologies Are Critical to an Organization’s Success?”, August 21, v.239 (8), p.34, 2000. [11]. McCreary, L., “Superior Interiors”, Webmaster Magazine, http://www.cio.com. 1997. [12]. Ak n, B., “Bili im Teknolojilerinin Evrimi ve Bili im Teknolojilerinin Ça da letmelerde Stratejik Yönetim Üzerindeki Etkileri”, Çukurova Üniversitesi ktisadi ve dari Bilimler Fakültesi Dergisi, 239-253, 1998.

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 z Teknik Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Yay mlanmam Yüksek Lisans Tezi, stanbul, 2004. [4]. Güne , A., Otomotiv Sektöründe Sat Sonras Hizmetler ve Ak Üzerine Bir Ara rma, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yay mlanmam Yüksek Lisans Tezi, Ankara, 2006. [5]. Özer, S. ve çimen, E., Otomotiv Yetkili Servislerinde nsan Kaynaklar n ncelenmesi, Yay mlanmam Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Teknik E itim Fakültesi, Denizli, 2006. [6]. Ford Sat Sonras Saha Operasyonlar , Örnek Bayi Organizasyon Yap ve Görev Tan mlar , Ford Otosan, 2005. [7]. Cinemre, Ç., “Servis Yönetimi”, Panel Matbaac k, stanbul, 2003. [8]. Vural, Z. B. A., “Bilgi leti im Teknolojileri ve Yans malar ”, Nobel Yay n Da m, Ankara, 90, 2006. [9]. Adam, M. and Garry, M. J., “Impacts of Information Technology Investment on Organizational Performance”, Journal of Management Information Systems, 16 (4), Spring 2000.

2021


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

AMORT SÖR SÖNÜMLEME KAREKTER ST NE GÖRE D NAM K TEKERLEK YARIÇAPI DE N ABS KONTROL PARAMETRES OLAN KAYMA DE NE ETK LER N DENEYSEL ANAL THE EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE EFFECTS OF DYNAMIC WHEEL RADIUS VARIATIONS ON SLIP VARIATION BEING ABS CONTROL PARAMETER WITH RESPECT TO SHOCK ABSORBER DAMPING CHARACTERISTICS a b

Hakan KÖYLÜ a*, Ali ÇINARb Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli,Türkiye, E-posta: hkoylu@kocaeli.edu.tr Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli,Türkiye, E-posta: alicinar@kocaeli.edu.tr

Özet Ani frenlemelerde, lastik üzerinde meydana gelen ani ve iddetli yük sal mlar , tekerlek h nda meydana gelen de imleri iddetli sal ma dönü türmektedir. Bu sal mlar, rijit olmas nedeniyle ABS sensörünün üzerinden h z ölçtü ü tekerlek jant n hareketine yans mamaktad r. Bu nedenle, ABS sensörlerinden kontrol ünitesine gelen h z sinyalleri, frenlenen tekerle in gerçek artlardaki dönü ü ile ilgili eksik bilgi içermektedir. Bu eksik bilgi ile tahmin edilen kayma de imi, ABS devrede iken tekerleklerin kilitlenmesine neden olabilmektedir. Bu eksikli i gidermek için yük de imlerinin iddetini belirleyen dinamik tekerlek yar çap de imi, tekerlek na ve dolay yla kayma de imine yans lmal r. Bu amaçla, pürüzlü yolda ABS yol testleri yap lm r. Bu testlerde, farkl sönümleme karakteristi ine sahip amortisörler için tekerle in dinamik yar çap ndaki de imler ve tekerle in dönme h ndaki de imler ölçülmü tür. Elde edilen ölçüm verileri ile tekerlek h na ve dinamik tekerlek yar çap na ba kayma de imleri hesaplanm ve kar la lm r. Deneysel çal ma sonucunda, amortisörün sönümleme özeli i azald kça dinamik tekerlek yar çap ndaki de imlerin, özellikle kaygan yollarda kayma de imleri aras ndaki fark artt rd ve bunun frenleme süresini belirledi i tespit edilmi tir. Anahtar kelimeler: ABS, kayma, amortisör, dinamik tekerlek yar çap

Abstract During sudden braking, sudden and violent load fluctuations have transformed the variations at wheel speed to violent fluctuations. These fluctuations haven’t reflected to wheel rim rotation of which is measured by ABS sensor because of the fact that it is rigid. For this reason, the wheel speed signals coming from ABS sensors have contained the lack of knowledge concerning rotation of braked wheel. The slip variation estimated by this lack knowledge can cause locking of wheels. To compensate this worse case the dynamic wheel radius determining the magnitude of the load variations should be reflected to wheel speed and indirectly slip variation. For this purpose, ABS road test was performed on rough road. At these road tests, the variations at dynamic radius of wheel and

rotation of wheel were measured with shock absorbers having different damping characteristics. The slip variations depending on wheel speed and dynamic wheel radius were calculated and compared by using measured datas. In the end of experimental study, as the damping of shock absorber decreases, it was determined that the variations at dynamic radius of wheel have increased difference between slip variations particularly on slippery roads and this difference has determined braking time. Keywords: ABS, slip, shock absorber, radius

dynamic wheel

1. Giri ABS fren sistemleri, klasik fren sistemi elemanlar na ek olarak tekerlek h z sensörleri, elektronik kontrol birimi ve hidrolik modülatörden olu maktad r. Tekerlek h z sensörlerinin ölçtü ü sinüs formundaki tekerlek h z sinyalleri, elektronik kontrol biriminde kare dalgaya dönü türülür, filtre edilir ve i lenir. Bu i lemler sonucunda elde edilen tekerlek h zlar ndan ta t h tahmin edilerek, her bir tekerlekteki kayma de imi ve buna uygun bas nç de erleri belirlenir. Bu bas nç de erlerine göre elektronik kontrol birimi, hidrolik modülatörde bulunan selenoid valf n aç lmas , kapanmas veya ayn konumda kalmas sa layarak tekerleklerin frenleme bas nc ayarlar. Gönderilen frenleme bas nc , tekerleklerin maksimum tutunma kapasitesini kullanarak kilitlenmeden, ta n mümkün olan en k sa mesafede durmas sa lamal r. Bu nedenle, kayma de imine ba olarak bas nç de im noktalar n do ru tespit edilmesi, ABS’nin frenleme performans için oldukça önemlidir. Buna kar n, gerçek tutunma artlar n yans lmam oldu u tekerlek h ile tahmin edilen kayma de imi, ABS’nin frenleme performans kötüle tirmektedir. Literatürde bu konuda yap lm olan baz çal malar bulunmaktad r. Satoh ve Shiraishi çal malar nda, pürüzlü yollardaki tutunma katsay ndaki ani art ve azal lar nedeniyle tekerlek h z de imlerinin, h z sal mlar na dönü tü ünü tespit etmi lerdir. Bu h z sal mlar n etkisinde ABS kontrol biriminin, gerekmedi i halde fren bas nc azaltt ve böylece durma mesafesinin artt belirlemi lerdir [1]. Watanabe vd. çal malar nda, kararl tekerlek h ile hesaplanan kayma sayesinde uygun bas nç de im noktalar n belirlenebildi ini, karars z h z

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2022


Köylü, H. ve Ç nar, A.

de imi nedeniyle hidrolik modülatöre gere inden fazla fren bas nc gönderilebildi ini ve bunun sonucunda ABS devredeyken tekerleklerin kilitlenebildi ini belirtmi lerdir [2]. Guntur çal mas nda, ABS kontrol biriminde bulunan sinyal i leme biriminin, tekerlek h z sinyallerini i lemesi için belirli bir süre gerekti ini ve bu nedenle fren bas nçlar de irken bir gecikme meydana geldi ini tespit etmi tir. Bu gecikme süresinin, kayma de imlerine ba oldu unu vurgulam r [3]. Müler vd. çal malar nda, kayma de erinin artmas ile birlikte lasti in yere iyi tutunmamas sonucunda tekerleklerin ivme sal mlar n da iddetlendi ini ifade etmi lerdir. Bunun sonucunda, kontrol biriminde tahmin edilen kayma de erleri, gerçek tekerlek kayma de erlerinden çok farkl oldu undan tekerleklerin kilitlenebilece i sonucunu ç karm lard r [4]. Weida vd. çal malar nda, kaymada büyük sal mlar meydana geldi inde ABS kontrol biriminin, kayma de imlerini farkl de erlerde sabitlemesi gerekti ini ifade etmi lerdir. Bu ekilde farkl yol pürüzlülüklerinde ortaya ç kan farkl karakteristikteki kayma de imlerinin de kontrol edilebilece ini ve bunun sonucunda kayma de imlerinin kontrolünün daha kolay olaca belirlemi lerdir [5]. Bu literatür çal mas n nda, lastik ile yol aras ndaki tutunmay maksimum seviyede tutabilecek bas nç de im noktalar elde etmek için, kayma de imlerinin lastik-yol etkile imindeki de imleri yans tmas gerekti i tespit edilmi tir. Bu nedenle çal man n amac , dinamik tekerlek yar çap ndaki de imleri tekerle in çizgisel hz de imlerine yans tmak ve bunun kayma de imlerine etkilerini tespit etmektir. Ani frenlemelerde, aks üzerine gelen yük sal mlar na göre dinamik tekerlek yar çap ndaki de imleri belirleyen en önemli faktör, amortisörün sönümleme oran r. Bu nedenle, yap lan deneysel çal ma ile dinamik tekerlek yar çap ndaki de imler farkl sertliklere sahip amortisörler kullan larak ara lm r.

2. Deneysel Çal ma 2.1. ABS Test Yolu Sal ml dinamik tekerlek yar çap de imleri elde etmek için, deneysel çal mada yap lan ABS testleri, ekil 1’de görülen pürüzlü test yolunda gerçekle tirilmi tir. Test yolu, 80m uzunlu unda ve 6m geni li inde olup, her noktas nda sürtünme katsay sabit olan özel bir örtü ve yol pürüzlülü ünü sa lamak için tahta kalaslar kullan lm r.

Tahta kalaslar aras ndaki mesafe, süspansiyon sistemini zorlayabilecek aral kta seçilmi tir. Bu ekilde normalden daha iddetli dinamik tekerlek yar çap sal mlar elde edilmi tir. Erzi, çal mas nda süspansiyon sisteminin ba oldu u aks kütlesinin rezonans frekans n 11-17 Hz aras nda oldu unu belirtmi tir [6]. Bu frekans aral referans al narak yolun dalga boyu tespit edilmi tir. Bunun için 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 = V/L

(1) (2)

2.2. Test Ta ABS testleri ekil 2’de görülen tekil kontrollü ve 4 selenoid valfl Bosch marka ABS kontrol sistemine sahip Renault Safrane 2.0 RXE ta ile yap lm r.

ekil 2. Test Ta 2.3. Deneysel Çal mada Ölçülen Veriler ve Ölçüm Cihazlar n Tan lmas Bu çal man n amac , dinamik tekerlek yar çap ndaki de imlerin, tekerle in çizgisel h z de imine yans lmas ve bunun kayma de imlerine etkilerini tespit edilmesi ile hem tekerlek h na ba hem de dinamik tekerlek yar çap de imine ba kayma de imlerini kar la rmakt r. Vx ta t h , Vtekerlek tekerle in çizgisel h , Re dinamik tekerlek yar çap ve ABS sensörü ile ölçülen tekerle in aç sal h olmak üzere, tekerlek h z de imine ba kayma ve dinamik tekerlek yar çap na ba kayma de imleri s ras yla denklem (3) ve (4) ile hesaplanmaktad r. S

S

V x Vte ker lek Vx

Vx

Re Vx

Kayma oran S’nin de ekilde olmaktad r.

(3) (4) imi, denklem (3) ve (4)’e göre u

Vx > Re veya Vx > Vtekerlek için S = 1 olur ve bu durum tekerle in kilitlendi ini göstermektedir. Yani, tekerle e frenleme momenti uyguland nda tekerle in aç sal h s r iken, ta t durmam ise tekerle in dönme merkezinin h (ta t h ) s r olmayacakt r. ekil 1. Pürüzlü ABS test yolu Test yolunu pürüzlü hale getirmede kullan lan tahta kalaslar, ekil 1’de görüldü ü gibi yola monte edilmi tir.

2023

Vx Re veya Vx=Vtekerlek için S = 0 olur ve bu durum tekerle in kaymadan yuvarland göstermektedir.


Köylü, H. ve Ç nar, A.

Tekerle e frenleme momenti uygulanmad nda tekerle in aç sal h na ba çizgisel h , tekerle in dönme merkezinin h na yani ta t h na e it olacakt r. Frenleme momenti uyguland kça tekerle in aç sal h azalaca ndan, tekerle in çizgisel h ta t h na göre azalm olacakt r. Böylece, frenleme an ndaki kayma, 0<S<1 aral nda de ecek ve 1 de erine yakla kça tekerlek kilitlenmeye yakla acakt r. Bu duruma göre kayma de imlerinin de eri artt kça tekerlek kilitlenme e iliminde olmakta ve kuvvet ba lant katsay de imi azalarak tekerlek yere daha az tutunmaktad r. Kayma de imlerinin de eri azald kça da tekerlek yere daha iyi tutunmaktad r. Bu denklemlere göre kayma de imlerini deneysel veriler ile elde etmek için ta t h , tekerlek aç sal h ve dinamik tekerlek yar çap n ölçülmesi gerekmektedir.

ekil 4. Dinamik tekerlek yar çap de iminin ölçümü için kullan lan lazer güdümlü ölçüm cihaz ve aparatlar

2.3.1. Ta t h Ta t h uydu kontrollü h zölçer ile ölçülmü tür. ekil 3’de görülen bu ölçüm cihaz n manyetik tabanl GPS anteni arac 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 z ölçüm hassasiyeti, 0.1 [km/saat]’d r. Ölçüm aral , her test için h z de im verilerini seri halde toplama imkan sa lamaktad r. Ölçülen ta t h birimi [km/saat] olup bu de erler [m/s] birimine çevrilerek tekerlek çizgisel h ile kar la lm r.

Tekerlek deplasman de imlerini incelemek için sol ön tekerle e ekil 4’de görülen aparatlar ba lanm r. Tüm ölçümler ekil 5’de görülen veri kazan m merkezi sayesinde e zamanl yap lm r.

ekil 5. Veri kazan m merkezi (solda) - veri toplama ünitesi (sa da) ekil 3. GPS antenli h z ölçüm cihaz ve araç içindeki kurulumu

2.5 ABS Testinin Yap lmas

2.3.2. Tekerlek aç sal h Tekerlek jant n aç sal h z bilgileri için, tekerlek jant n yere göre aç sal h ölçen ABS sensörlerinin sinyalleri kullan lm r. Ölçülen aç sal h n birimi [1/s]’dir. Bu aç sal z verilerinden, (3) e itli ine ba kayma de imini veren kayma de erleri hesaplanm r. 2.3.3. Dinamik tekerlek yar çap Dinamik tekerlek yar çap de imlerini ölçmek için ekil 4’de görülen lazer güdümlü deplasman ölçüm cihaz kullan lm r. Dinamik tekerlek yar çap n birimi [m]’dir. Bu cihaz, ekil 4’de görüldü ü gibi aparatlar ile birlikte tekerle e monte edilmi tir. Aparatlar, tekerlek göbe ine ba lanabilen 5 bijona uygun kanall disk ve direksiyon hareketlerine cevap verebilecek oynar mafsall çubuktur. 2.4. Test Ta

n Deneylere Haz rlanmas

Arac teste haz rlamak için öncelikle tüm bak mlar yapt lm r. Daha sonra ABS sensörlerinden al nacak h z sinyalleri için sensöre bir kablo ba lanm ve bu kablo vas tas yla ekil 5’de görülen veri toplama ünitesi üzerinden 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.

ABS testlerinin en önemli unsurlar ndan birisi deney artlar n belirlenmesidir. Bunun için öncelikle ta n frenlemeye ba layaca h n tespit edilmesi gerekmektedir. ABS testlerinde frenleme ba lang ç h , ABS’nin test yolunun ba lang nda devreye girmesini sa layacak ekilde seçilmelidir. Bunun için yap lan denemelerde test arac , 80 m. lik test yolunda en etkin frenlemeyi 95 km/sa. de gerçekle tirmi tir. Bu nedenle tüm testler için frenleme ba lang ç h sabit 95 km/sa. olarak seçilmi tir. Farkl dinamik tekerlek sal mlar sa lamak için ölçümler normal, yumu ak ve sert olmak üzere üç farkl amortisör sertli i kullan larak tekrarlanm r. ABS testlerinin di er önemli bir unsuru ise yol tipinin belirlenmesidir. Literatürde birçok ABS yol tipleri bulunmaktad r. Bu çal mada, tüm tekerleklerin ayn tutunma özelli ine sahip oldu u karl yolu temsil eden kaygan yol tipi ve her bir aks n bir tekerle i kuru zeminde di er tekerle i kaygan zeminde olan slak-kuru yol tipi olmak üzere farkl iki yol tipi kullan lm r. Her iki tip test yolu da ekil 1 de görüldü ü gibi tahta kalaslar kullan larak pürüzlü yol haline getirilmi tir. Islak-kuru yol tipi testinde, tekerlek verileri kuru zemin üzerindeki tekerlekten al nm r. Testler, bu artlara uygun olarak olu turulmu çizelge 1 deki test matrisine göre yap lm r. Test esnas nda ta t 95 km/sa. te kadar h zland larak test pistine girilmi ve bu anda frenlemeye ba lanarak ta t duruncaya kadar ilgili veriler kaydedilmi tir.

2024


Köylü, H. ve Ç nar, A.

Çizelge 1. Test Matrisi DENEY NO

1

2

3

4

5

6

TA ITIN FRENLEME BA LANGIÇ HIZI

TEKRAR SAYISI

95 [km/sa]

5

FRENLEME ANINDA DE KEN

95 [km/sa]

5

FRENLEME ANINDA DE KEN

95 [km/sa]

5

FRENLEME ANINDA DE KEN

95 [km/sa]

5

FRENLEME ANINDA DE KEN

95 [km/sa]

5

FRENLEME ANINDA DE KEN

95 [km/sa]

5

YOL T /YAPISI

PEDAL KUVVET

KAYGAN YOL / (PÜRÜZLÜ YOL) ISLAKKURU ( – SPL T) PÜRÜZLÜ YOL) KAYGAN YOL / (PÜRÜZLÜ YOL) ISLAKKURU ( – SPLIT) (PÜRÜZLÜ YOL) KAYGAN YOL / (PÜRÜZLÜ YOL) ISLAKKURU ( – SPL T) PÜRÜZLÜ YOL)

FRENLEME ANINDA DE KEN

AMORT SÖR SÖNÜMLEME

NORMAL

SERT

YUMU AK

3. Deneysel Bulgular n De erlendirilmesi ki farkl pürüzlü yol tipinde ( slak-kuru pürüzlü ve kaygan pürüzlü) ve üç farkl sertlikteki amortisör (Normal, sert ve yumu 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 için farkl yol tiplerindeki kayma de imleri ayr ayr analiz edilmi , daha sonra ayn yol tipi için farkl amortisör sertliklerinde meydana gelen dinamik tekerlek yar çap de imleri analiz edilmi tir.

ekil 6’daki grafiklerde görüldü ü gibi frenleme süreleri; normal amortisör ile 4,9 saniye, sert amortisör ile 6 saniye ve yumu ak amortisör ile 6,35 saniye olmu tur. Frenleme süresindeki bu farkl klar, (3) e itli i ile de en tekerlek na ba kayma ve (4) e itli i ile de en dinamik tekerlek yar çap na ba kayma aras ndaki farklar n amortisör sertli ine göre de mesi ile aç klanabilmektedir. ekil 6 (a)’da görüldü ü gibi normal amortisör ile her iki kayma neredeyse birbirine paralel de im göstermektedir. ekil 6 (b)’de ise sert amortisör ile frenlemenin ba nda kayman n dü ük de erlerde oldu u görülmektedir. Ancak, frenlemenin sonuna do ru kayma de eri kademeli bir ekilde maksimum de ere ula p daha sonra yine kademeli olarak azalmaktad r. Bu anlarda her iki kayma de imi paralellik göstermektedir. Bu durum ani yük de imlerinde özellikle ta t gövdesinin yukar do ru hareketinde sert amortisörün, dinamik tekerlek yar çap n de mesini k tlad göstermektedir. Bu sönümleme özelli i sayesinde tekerlek dönü ündeki de im, kayma de imine yans labilmi ve kayman n kademeli olarak dü mesi sa lanm r. ekil 6(c), yumu ak amortisör kullan lmas durumunda dinamik tekerlek yar çap ndaki de imin, kayma de imine yans lmas n oldukça güçle ti ini göstermektedir. Bunun sonucunda özellikle frenlemenin ilk 4 saniyesinde kayma de imlerindeki fark artmakta ve bu fark, tekerlekleri kilitlenme e ilimine yakla rmaktad r. Frenlemenin sonuna do ru kayma de imleri ani olarak azal p daha sonra iddetli bir ekilde artmaktad r. Bu art , frenlemenin 6. saniyesi civar nda tekerlek h n ta t h ndan daha önce s r de eri etraf nda küçük sal mlar yapmaya ba lam olmas ile aç klanabilir. Bu sonuca göre sert amortisör ile telafi edilen kayma de erindeki art yumu ak amortisör ile telafi edilememi hatta tekerleklerin kilitlenmesine sebep olmu 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.

2025


Köylü, H. ve Ç nar, A.

(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. Amortisörün sönümleme özelli inin azalmas yani, amortisörün yumu amas , dinamik tekerlek yar çap de imlerinin kayma de imlerine yans mas oldukça güçle tirmektedir. Bu kötü durum, yumu ak amortisörlerin tekerle in dinamik yar çap nda iddetli sal mlar meydana getirmesi nedeniyle ortaya ç kmaktad r. Buna kar n sert amortisörlerin sönümleme özelli i sayesinde her iki kayma de iminin, birbirine paralel oldu u ve bu paralelli in özellikle frenlemenin sonuna do ru kademeli kayma de imi sa layarak tekerle in kilitlenmesini önledi i tespit edilmi tir.

ekil 7’deki tüm grafiklerde görüldü ü gibi kaygan yoldaki kayma de imleri slak-kuru yoldaki kayma de imlerine göre daha sal ml r. Bu nedenle frenleme süreleri uzam ve normal amortisör ile 6,3 saniye, sert amortisör ile 6 saniye ve yumu ak amortisör ile de 6,55 saniye olmu tur. Frenleme performans , dinamik tekerlek yar çap de iminin kayma de imine yans labilme kabiliyeti ile belirlendi inden, kaygan zeminlerde en iyi frenleme performans sert amortisör ile elde edilmektedir. ekil 7(b)’de görüldü ü gibi sert amortisör ile frenlemenin ba lang nda dinamik tekerlek yar çap ndaki de imler kayma de imi üzerinde daha etkilidir. Ancak frenlemenin 3.saniyesinden sonra dinamik tekerlek yar çap n etkisi, telafi edilerek her iki kayma birebirine paralel hale gelmi tir. Bu ekilde tekerlek h ndaki sal mlar azalt lm ve tekerlek h , ta t h ile birlikte azalm ve tekerlekler kilitlenmeden frenleme sona ermi tir. Buna kar n ekil 7 (c)’de görüldü ü gibi yumu ak amortisörler, dinamik tekerlek yar çap de iminin kayma de imine yans mas çok fazla güçle tirmektedir. ekil 7(c)’nin ikinci grafi inde görüldü ü gibi, ölçülen tekerlek h dinamik tekerlek yar çap na ba tekerlek h ndan farkl oldu undan tekerle in gerçek artlar yans tamam ve bunun sonucunda fren süresi daha uzun olmu tur. Normal amortisörde ise frenlemenin orta bölümünde dinamik tekerlek yar çap ndaki de imler kayma de imine yans lamam r. Bunun sonucunda frenleme süresi, sert amortisöre göre daha uzun olmu tur.

Tüm bu sonuçlara göre sert amortisörün ta t gövdesinin ve aks kütlesinin dü ey hareketini sönümlemesi sayesinde ABS sensörlerinden al nan h z bilgisi, dinamik tekerlek yar çap de imlerini içermektedir. Bu nedenle elektronik kontrol birimi taraf ndan tahmin edilen kayma gerçek yol artlar yans tmakta ve bunun sonucunda tekerle in kilitlenmeden yava lamas sa layan bas nç de imleri elde edilebilmektedir. Buna kar n yumu ak amortisörün sönümleme özelli inin az olmas nedeniyle iddetli sal mlar yapan ta t gövdesi ve aks kütlesi, dinamik tekerlek yükü de imlerini ABS sensörlerinin alg layamayaca ekilde bozmaktad r. Bu da dinamik tekerlek yar çap de imlerinin kayma de imlerine yans mamas na ve kontrol biriminin, tekerle in gerçek artlardaki dönmesine uygun bas nç de im noktalar tespit edememesine neden olmaktad r.

4. Sonuçlar

5. Te ekkür

Bu çal mada normal, yumu ak ve sert olmak üzere üç farkl sertlikte amortisör kullan larak pürüzlü yollardaki dinamik tekerlek yar çap ndaki de imler ölçülmü tür. Bu ölçüm sonuçlar ile tekerlek h na ve dinamik tekerlek yar çap na ba kayma de imleri belirlenerek aralar ndaki farklar ortaya ç kar lm r. Bu farklar n analizi ile dinamik tekerlek yar çap n tekerlek h na ve kaymaya yans lmas nda amortisör sertliklerinin etkili oldu u görülmü tür.

Bu çal ma, 107M188 numaral TÜB TAK ve 2007/31 numaral Kocaeli Üniversitesi Bilimsel Ara rma Birimi projeleri kapsam nda yap lm r. Bu projeler, Frenteknik ve Hurmo lu E itim Dan manl k firmalar taraf ndan da desteklenmi tir. Bildirinin yazarlar olarak katk lar ndan dolay ad geçen kurumlara ve firmalara te ekkür ederiz.

2026


Köylü, H. ve Ç nar, A.

Kaynaklar [1] Satoh, M and Shiraishi., Excess operation of Anti Lock Brake System on a Rough Road, I Mech. E., C18/83, 1983. [2] Watanabe, M and Noguchi, N., A New Algortihm for ABS to Compensate for Road – Disturbance, SAE Paper, No.900205, 1990. [3] Guntur, R.R., Design Considerations of Adaptive Brake Control Systems, SAE Paper, No: 741082, 1974. [4] Muler,S., Uchanski,M and Hedrick,K.,Estimation of Maximum Tire-road Frcition Coefficient, ASME – Journal of Dynamic systems, Measurement and Control, Vol 125, pp 607-617, 2003. [5] Weida,W., Nengen,D and Xiangyang.,An Improved Self-Adaptive of Vehicle Reference Speeds for ABS, IEEE,pp 98-102, 2006. [6] Erzi,A.I.,”Cadde ve Ray Ta tlar n Dinami i Ders Notlar VI, TÜ, 2000.

2027


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

FARKLI KARAKTER ST E SAH P OLAN DÜ EY VE BOYLAMSAL DO RULTUDAK AKS T TRE MLER N ABS FREN S STEM N PERFORMANSINA ETK LER N DENEYSEL ANAL THE EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE EFFECTS OF DIFFERENT CHARACTERISTICS VERTICAL AND LONGITUDINAL AXLE ACCELERATIONS ON ABS PERFORMANCE a b

Hakan KÖYLÜ a*, Ali ÇINARb Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli,Türkiye, E-posta: hkoylu@kocaeli.edu.tr Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli,Türkiye E-posta: alicinar@kocaeli.edu.tr

Özet Pürüzlü yolda yap lan ani frenleme, ta n dü ey ve boylamsal do rultusunda iddetli aks titre imleri meydana getirebilmektedir. Bu aks titre imleri, ABS sensörünün bilgi ald tekerlek jant n dönü karakteristi ini sal ml hale getirmektedir. Bu durum h z sinyallerinin, lastik yol aras ndaki tutunma ile ilgili eksik bilgi içermesine neden olmaktad r. Bu eksik h z bilgisine göre hesaplanan kayma ve tekerlek ivme de imleri nedeniyle de en yol ve yük artlar na uygun bas nç de imleri elde edilememektedir. Bu nedenle aks titre imlerinin etkilerinin, ABS kontrol parametrelerine etkileri tespit edilmelidir. Bu amaçla pürüzlü yollarda ABS yol testleri yap lm r. Bu testlerde farkl frekans ve genlikler ile farkl karakteristikte aks titre imleri elde etmek için farkl sönümleme karakteristi ine sahip amortisörler kullan lm r. Bu deneysel çal ma sonucunda aks ivmelerini sönümleyebilen amortisör sönümleme karakteristikleri sayesinde ivme sal mlar n, kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerini daha az etkiledi i belirlenmi tir. Bunun sonucunda tekerlek h zlar ndan elde edilen kayma de imleri ile tutunma katsay ve tekerlek ivme de imleri aras nda uyumun bozulmad tespit edilmi tir. Anahtar kelimeler: ABS, aks ivmeleri, amortisör.

Abstract On the rough road, sudden braking has produced large variations at the axle vibrations occurring at vertical and longitudinal direction of the vehicle. These axle vibrations fluctuate the rotation characteristics of wheel rim which ABS sensors obtained knowledge. This case has caused containing lack of knowledge related to adhesion between tire and road. Because of slip and wheel accelerations calculated with these lack speed knowledge, the pressure variations corresponding to road and load conditions haven’t been obtained. For this reason, the effects of axle vibrations on ABS control parameters should be determined. For this aim, ABS test was performed on rough roads. To obtain different characteristics axle vibrations with different frequency and magnitude, different damping characteristics shock absorbers were used. As a result of this experimental study, thanks to the shock absorber characteristics to damp the axle vibrations, it was determined that the acceleration fluctuations have affected

slightly slip, adhesion coefficient and wheel acceleration. Therefore, it was revealed that the adaptation between slip variations obtained from wheel speeds and adhesion coefficient and wheel acceleration. Keywords: ABS, axle accelerations, shock absorber.

1. Giri Frenleme an nda ABS fren sistemleri, fren bas nç de im genli ini ve frekans , kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivmesine göre belirlemektedir. Bu bas nç de imlerinin tekerlekleri kilitlememesi için lastik ile yol aras ndaki etkile imin, kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivmesine yans lmas gerekmektedir. Bunu zorla ran en önemli faktörler ABS di lisinin farkl genlik ve frekansta titre im hareketi yapmas na neden olan aks titre imleridir. Bu titre imler, ABS sensörlerinin, lasti in gerçek artlardaki tutunmas na uygun olmayan h z bilgileri almas na neden olmaktad r. Bu durum özellikle pürüzlü yollarda etkisini çok daha fazla göstermektedir. Bu konu ile ilgili olarak birçok bilim adam çe itli çal malar yapm r. Bunlardan Jian vd. yapt klar çal mada, pürüzlü yollarda yap lan frenlemelerde gerçek tekerlek h n elde edilmemesinin nedeninin, aks üzerine ba lanan ABS h z sensörlerinin bilgi ald di lilerin titre imleri oldu unu ifade etmi lerdir. Bu nedenle, ABS kontrol birimindeki sinyal leme biriminde bu titre imlerin filtre edilmesi gerekti ini vurgulam lard r [1]. Van DerJagt vd., aks sal mlar n ABS’nin performans kötüle tirdi ini özellikle süspansiyon rezonans bölgesinde bunun daha belirgin oldu unu tespit etmi lerdir. Ayr ca, süspansiyon rezonans genliklerini art rabilecek nedenlerin, ABS performans daha fazla kötüle tirebilece ini belirtilmi lerdir. Bu kötüle meye neden olan hususlar n, ta n frenleme ivmesindeki ani de imler nedeniyle tekerlek üzerindeki dü ey yükte meydana gelen iddetli sal mlar ve bu sal mlar n parametre de imlerinde meydana getirece i bozulmalar olabilece ini vurgulam lard r [2]. Mauer vd. çal malar nda, ABS kontrolünün kalitesini belirleyen en önemli parametrelerin, kuvvet ba lant katsay , kayma oran ve tekerlek üzerindeki yük sal mlar oldu unu ifade etmi lerdir [3]. Kapitaniak çal mas nda, süspansiyon sistemlerinin yatay titre imlerinin, hem ta t gövdesinin merkezinin hem de tekerlek merkezinin h z de imlerini bozabildi ini ifade etmi tir. Buna ek olarak, tekerlek titre imlerinin tekerlek aç sal h z de iminde karars zl klar meydana getirdi ini de

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2028


Köylü,H. ve Ç nar,A.

belirtmi tir. Küçük sönümleme katsay yani yumu ak amortisörler ile tekerleklerin yatay ve torsiyonel titre imlerinin rezonansa sebep olabilece ini de vurgulam r [4]. Bogdevicius ve Vladimirov çal malar nda yol ve lastik aras ndaki dinamik etkile imin tan mlanamamas n, ABS’nin yetersiz çal mas na sebep olabilece ini tespit etmi lerdir [5]. Sharp vd. çal malar nda, tekerlek h sinyalinin kalitesinin daha çok sensör ile di li aras ndaki hava bo lu u miktar na ve di linin ba land tekerlek merkezinden olan kaç kl a ba oldu unu ifade etmi ler ve hava bo lu unu etkileyebilecek aks titre imlerinin tekerlek h n ölçülmesinde yetersizliklere neden olaca belirtmi lerdir [6]. Literatüreden elde edilen bu sonuçlar nda aks titre imlerinin, ABS di lisinin dönmesinde karars z de imlere ve sensör ile di li aras ndaki bo lu un bozulmas na neden oldu u tespit edilmi tir. Bunun sonucunda tüm tahmin algoritmalar , sadece tekerlek h z bilgisine ve bu h z bilgisinin filtre edilmesine dayal olan elektronik kontrol birimi, lasti in gerçek artlardaki kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerini tespit edememektedir. Bunun için aks titre imlerinin lastik-yol etkile iminde sebep oldu u karas zl klar n bu büyüklüklere yans lmas gerekmektedir. Bu çal man n amac , aks titre imlerini deneysel olarak tespit ederek bu titre imlerin kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivmelerine etkilerini belirlemektir. Aks titre imlerinin genli ini ve frekans de tirmek için farkl sertliklerde amortisörler ile deneyler tekrar edilmi tir.

çal mas nda süspansiyon sisteminin ba oldu u aks kütlesinin rezonans frekans n 11–17 Hz aras nda oldu unu belirtmi tir [7]. Bu frekans aral referans al narak yolun dalga boyu tespit edilmi tir. Bunun için 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 = V/L

(1) (2)

2.2. Test Ta ABS testleri ekil 2’de görülen tekil kontrollü ve 4 selenoid valfli Bosch marka ABS kontrol sistemine sahip Renault Safrane 2.0 RXE ta ile yap lm r.

ekil 2. Test Ta 2.3. Deneysel Çal mada Ölçülen Veriler ve Ölçüm Cihazlar n Tan lmas

2. Deneysel Çal ma 2.1. ABS Test Yolu iddetli aks titre imleri olu turmak için, deneysel çal mada yap lan ABS testleri, ekil 1’de görülen pürüzlü test yolunda gerçekle tirilmi tir. Test yolu, 80m uzunlu unda ve 6m geni li inde olup, her noktas nda sürtünme katsay sabit olan özel bir örtü ve yol pürüzlülü ünü sa lamak için tahta kalaslar kullan lm r.

Bu çal man n amac , aks titre imlerinin tekerlek h z de imlerinin bozulmas na katk belirleyerek bunun kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerine nas l yans tespit etmektir. Bu nedenle tekerlek h , ta t h , aks n dü ey ve boylamsal do rultudaki ivmeleri ölçülmü tür. Bu ölçülen de erlerden kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivmeleri hesaplanm r. 2.3.1. Ta t h Ta t h uydu kontrollü h zölçer ile ölçülmü tür. ekil 3’de görülen bu ölçüm cihaz n manyetik tabanl GPS anteni arac 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 z ölçüm hassasiyeti, 0,1 [km/saat] d r. Ölçüm aral , her test için h z de im verilerini seri halde toplama imkan sa lamaktad r. Ölçülen ta t h birimi [km/saat] olup bu de erler [m/s] birimine çevrilerek tekerlek çizgisel h ile kar la lm r.

ekil 1. Pürüzlü ABS test yolu Tahta kalaslar aras ndaki mesafe, süspansiyon sistemini zorlayabilecek aral kta seçilmi tir. Böylece normalden daha iddetli aks titre imleri elde edilmi tir. Erzi,

2029

ekil 3. GPS antenli h z ölçüm cihaz ve araç içindeki kurulumu


Köylü,H. ve Ç nar,A.

2.3.2. Tekerlek aç sal h Tekerlek jant n aç sal h z bilgileri için, tekerlek jant n yere göre aç sal h ölçen ABS sensörlerinin sinyalleri kullan lm r. Ölçülen aç sal h n birimi [1/s]’dir. Bu aç sal z verilerinden, (3) e itli ine ba kayma de imini veren kayma de erleri hesaplanm r. 2.3.3. Dü ey ve boylamsal aks ivmesi Pürüzlü yollarda ani frenleme s ras nda ABS devreye girdi inde aks titre imlerinde meydana gelen ivme sal mlar ölçebilmek için ekil 4’de görülen 3 yönlü ivmeölçer kullan lm r. Bu ivme sal m de erlerinin birimi [g] dir. Bu de erler 9,81 ile çarp larak [m/s2] birimi elde edilmi tir. vmeölçerin aks do rultusunda bir noktaya yerle tirilmesi gerekti inden ekil 4’de görüldü ü gibi aparatlar ile birlikte tekerle e monte edilmi tir. Aparatlar, tekerlek göbe ine ba lanabilen 5 bijona uygun kanall disk ve direksiyon hareketlerine cevap verebilecek oynar mafsall çubuktur. Bu ekilde ba lanan ivme ölçer ve deplasman ölçer sayesinde ayn aks hareketlerine ait de erler elde edilmi tir. Bu çal mada sadece (x-z) yönünde ölçüm al nm r. vmeölçer, 0-10g aral nda ölçüm yapmaktad r.

Vx=Vtekerlek için S = 0 e itli i de tekerle in kaymadan yuvarland göstermektedir. Tekerle e frenleme momenti uygulanmad nda tekerle in aç sal h na ba çizgisel h , tekerle in dönme merkezinin h na yani ta t h na e it olacakt r. Frenleme momenti uyguland kça tekerle in aç sal h azalaca ndan, tekerle in çizgisel h ta t h na göre azalm olacakt r. Böylece, frenleme an ndaki kayma, 0<S<1aral nda de ecek ve 1 de erine yakla kça tekerlek kilitlenmeye yakla acakt r. Bu duruma göre kayma de imlerinin de eri artt kça tekerlek kilitlenme e iliminde olmakta ve kuvvet ba lant katsay de imi azalarak tekerlek yere daha az tutunmaktad r. Kayma de imlerinin de eri azald kça da tekerlek yere daha iyi tutunmaktad r. 2.3.5. Tekerlek vmesi ABS sensörlerinin ölçtü ü tekerlek aç sal h zlar tekerlek yar çap ile çarp lmas ile elde edilen çizgisel h zlar n, (4) e itli inde oldu u gibi türevi tekerlek ivmeleri hesaplanm r. Ancak bu elektronik kontrol biriminin elde etti i tekerlek incelenebilmektedir.

ate ker lek

Z

d (Vte ker lek ) dt

n sabit tekerlek al narak ekilde ivmeleri (4)

2.3.6. Tutunma katsay Tutunma katsay de imlerini elde edebilmek için denklem (5) kullan lm r.

V g

(5)

Denklem (5)’de görüldü ü gibi tutunma katsay , ta n frenleme ivmesinin yerçekimi ivmesine oran ile ifade edilebilmektedir ve birimi yoktur.

X

2.4. Test Ta

ekil 4. Aksa ba lanm

ivmeölçer

2.3.4. Kayma Vx ta t h , Vtekerlek tekerle in çizgisel h olmak üzere tekerlek h z de imine ba kayma de imi denklem (3) ile hesaplanabilmektedir.

S

Vx

Vte ker lek Vx

Kayma oran S’nin de olmaktad r.

(3)

n Deneylere Haz rlanmas

Arac teste haz rlamak için öncelikle tüm bak mlar yapt lm r. Daha sonra ABS sensörlerinden al nacak h z sinyalleri için sensöre bir kablo ba lanm ve bu kablo vas tas yla ekil 5’de görülen veri toplama ünitesi üzerinden sinyaller al nm r. Araç h ölçmek için ekil 3’de görülen GPS antenli h zölçer, arac n tavan na yerle tirilerek kontrol ünitesi arac n içine yerle tirilmi tir. Tekerlek deplasman de imlerini incelemek için sol ön tekerle e ekil 4’de görülen aparatlar ba lanm r. Tüm ölçümler ekil 5’de görülen veri kazan m merkezi sayesinde e zamanl yap lm r.

imi, denklem (3)’e göre u ekilde

Vx > Vtekerlek için S = 1 e itli i tekerle in kilitlendi ini göstermektedir. Yani, tekerle e frenleme momenti uyguland nda tekerle in aç sal h s r iken, ta t durmam ise tekerle in dönme merkezinin h (ta t ) s r olmayacakt r.

2030

ekil 5. Veri kazan m merkezi (solda) - veri toplama ünitesi (sa da)


Köylü,H. ve Ç nar,A.

2.5 ABS Testinin Yap lmas ABS testlerinin en önemli k sm deney artlar n belirlenmesidir. Bunun için öncelikle ta n frenlemeye ba layaca h n tespit edilmesi gerekmektedir. ABS testlerinde frenleme ba lang ç h , ABS’nin test yolunun ba lang nda devreye girmesini sa layacak ekilde seçilmelidir. Bunun için yap lan denemelerde test arac z, 80 metrelik test yolunda en etkin frenlemeyi 95km/sa’de gerçekle tirmi tir. Bu nedenle tüm testler için frenleme ba lang ç h sabit 95 km/sa olarak seçilmi tir. Farkl dinamik tekerlek sal mlar sa layaca için ölçümler normal, yumu ak ve sert olmak üzere üç farkl sertlikte amortisör kullan larak tekrarlanm r. ABS test artlar belirleyen di er bir k m ise yol tipidir. Literatürde birçok ABS yol tipleri bulunmaktad r. Bu çal mada tüm tekerleklerin ayn tutunmaya sahip oldu u karl yolu temsil eden kaygan yol ve her bir aks n bir tekerle i kuru zeminde di er tekerle i kaygan zeminde olan slak-kuru yol tipleri kullan lm r. Islak-kuru testinde ölçülen tekerlek kuru zemin üzerindedir. Tüm testler ekil 1’de görülen pürüzlü yolda gerçekle tirilmi tir. Tüm bu artlara uygun olu turulmu test matrisi, çizelge 1’de görülmektedir. Çizelge 1. Test Matrisi DENEY NO

1

2

3

4

5

6

YOL T /YAPISI

PEDAL KUVVET

KAYGAN YOL / (PÜRÜZLÜ YOL) ISLAKKURU ( – SPL T) PÜRÜZLÜ YOL) KAYGAN YOL / (PÜRÜZLÜ YOL) ISLAKKURU ( – SPLIT) (PÜRÜZLÜ YOL) KAYGAN YOL / (PÜRÜZLÜ YOL) ISLAKKURU ( – SPL T) PÜRÜZLÜ YOL)

FRENLEME ANINDA DE KEN

TA ITIN FRENLEME BA LANGIÇ HIZI

TEKRAR SAYISI

95 [km/sa]

5

AMORT SÖ R SÖNÜMLEM ET

95 [km/sa]

5

FRENLEME ANINDA DE KEN

95 [km/sa]

5

FRENLEME ANINDA DE KEN

95 [km/sa]

5

FRENLEME ANINDA DE KEN

95 [km/sa]

5

SERT

FRENLEME ANINDA DE KEN

ekil 6’daki tüm grafikler incelendi inde boylamsal aks ivme de imlerinin ve tekerlek ivme de imlerinin eksi de er ald görülmektedir. Çok nadiren dü ey aks ivmelerinin de eksi de er ald görülmektedir. Boylamsal aks ivmelerinin eksi de er almas , frenleme etkisinin, aks ta n gerisine do ru hareket etmeye zorlad ve aks n geriye do ru h zland göstermektedir. Aks, ileri do ru giderken aniden geriye do ru h zlanmas tekerlek temas alan n küçülmesine ve lasti in yol temas n azalmas na neden olmaktad r. Buna göre boylamsal ivme de imi ne kadar çok eksi de er al rsa aks titre imlerinin, tekerle in dönme hareketini zorlamas ve lasti in yol ile temas bozma etkisi o kadar fazla olacakt r. Tekerle in aç sal ivmelerinin negatif de er almas , tekerle in yava lad pozitif de er almas ise tekerle in h zland göstermektedir. Negatif de er etraf nda çok fazla sal m yapmas tekerle in sürekli kilitlenme e iliminde oldu unu ifade etmektedir. Bu sonuçlara göre ekil 6’daki grafikler incelendi inde amortisör yumu ad kça boylamsal aks ivmesinin daha çok negatif de er almaya ba lad ve genliklerinin çok daha yüksek oldu u görülmektedir. Bu durum, ta t gövdesinin frenleme etkisinin aks üzerinde çok fazla yo unla ve aks geriye do ru hareket etmeye zorlad ifade etmektedir. Bu zorlaman n etkisinde tekerlek ivme de imlerinin sürekli negatif de ere yakla ve tekerleklerin kilitlenme e iliminde oldu u ç kart labilir. Bu durum, yumu ak amortisöre ait kayma de iminin artmas ve tutunma katsay n aniden azalmas ile anla lmaktad r.

NORMAL FRENLEME ANINDA DE KEN

Kayma de imlerinin de eri artt kça tekerlek kilitlenme iliminde olup tekerle in yava lama ivmesi artmakta ve kuvvet ba lant katsay de imi azalarak tekerlek yere daha az tutunmaktad r. Bunun telafisi, kayma de imindeki sal mlara ba olarak modülatörün, frenleme bas nc önce sabit tutup daha sonra ivme de imini takip etmesi ve yava lama ivmesinin ani olarak artmas yla fren bas nc azaltmas gerekmektedir. Ayn ekilde kayma de iminin de erleri azald kça tekerlek yere daha iyi tutunmakta ve tekerle in h zlanma ivmelerini kullanmas için de fren bas nc artt rmas gerekmektedir.

YUMU A K 95 [km/sa]

5

3. Deneysel Bulgular n De erlendirilmesi Islak-kuru pürüzlü ve kaygan pürüzlü olmak üzere iki farkl yol tipinde ve üç farkl sertlikte amortisör için tekrarlanan testlerde ta t h [m/s], çizgisel tekerlek h [m/s] ve aks ivmeleri [m/s2] olarak ölçülmü ve bu ölçüm sonuçlar de erlendirilmi tir. Bu de erlendirmelerde, aks titre imlerinin kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerine etkileri incelenerek ABS’nin frenleme performans analiz edilmi tir. Bu analizlerde, kaygan yolda farkl amortisörler ve slakkuru yolda farkl amortisörlerin kullan ld iki farkl durum de erlendirilmi tir. Daha sonra bu de erlendirmeler kar la larak farkl yollardaki frenleme performans da incelenmi tir. Bu analizleri gerçekle tirmek için u ölçütler kullan lm

r:

ekil 6 (b) incelendi inde amortisör sertle tikçe boylamsal aks ivmesinin ve tekerlek ivmesinin daha az negatif de er ald görülmektedir. Bu de imin etkileri, kayma de iminin frenlemenin ço unda dü ük de erler almas sonucunda tekerleklerin kilitlenme e iliminden çok uzakta olmas ile kendini göstermektedir. Buna kar n frenlemenin sonuna do ru aks ivmelerinde de im olmamas na ra men tekerlek ivmelerinin sürekli eksi de er almas , kayma de imini aniden artt rmaktad r. Ancak sert amortisörün sönümleme özelli i sayesinde aks titre imlerini artt rmamas ile bu ani art , telafi edilerek tekerlek ivmesinin s ra yak n bir de ere oturmas sa lanm r. Bu özellik sayesinde kayma ve tutunma katsay de imi kademeli bir ekilde azalarak tekerleklerin kilitlenmeden durmas sa lanm r. Normal amortisör sertliklerinde frenlemenin sonuna do ru boylamsal aks ivmesinin negatif de er almas na kar n tekerlek ivme de imleri azalarak s r de erine oturmaktad r. Bu durum, aks ivmesinin amortisör ile sönümlenerek tekerlek temas alan na yans lmad göstermektedir.

2031


Köylü,H. ve Ç nar,A.

(a)

(b)

(c)

ekil 6. Islak –kuru pürüzlü yolda elde edilen sonuçlar a) Normal amortisör ile b) Sert amortisör ile c) Yumu ak amortisör ile ekil 7’deki tüm grafikler incelendi inde boylamsal aks ivmelerinin kaygan yollarda slak-kuru yollardakinden daha fazla negatif de er ald ve bunun etkilerinin kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerine yans aç kça görülmektedir. Ayr ca, ekil 7’deki tüm grafikler kar la ld nda amortisör yumu ad kça hem boylamsal aks ivmesi hem de dü ey aks ivmesinin daha iddetli ve daha sal ml oldu u ve bunun sonucunda tekerlek ivmesinin daha fazla negatif de er ald ve kayma de imlerinde ani art lar n meydana geldi i görülmektedir. ekil 7 (c) incelendi inde dü ey ivmedeki iddetli sal mlar n, tutunma katsay de erlerini azaltt görülmektedir. Bu durumdan yumu ak amortisörlerin sönümleme özelli i nedeniyle lasti in yol ile temas n özellikle frenlemenin sonuna do ru kaybolmak üzere oldu u sonucu ç kar labilir. Buna kar n kayma de erlerinin azalmas na ra men tekerlek ivmelerinin pozitif de er almas , tekerlek ivme de imlerinin kayma de imlerine yans mad göstermektedir. Bu nedenle sadece kayma de imini kontrol eden ABS’ler için yumu ak amortisör tekerleklerin kilitlenmesine neden olabilir. Amortisör sertle tikçe aks ivmeleri, kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imleri aras ndaki uyum kolayl kla tespit edilebilmektedir. Kayma de iminin azald durumlara, tutunma katsay artarak ve tekerlek ivmesi de pozitif de erler alarak cevap vermektedir. Bunun yan nda ekil 7(b)’de aks ivmelerinin negatif de erler ald

2-3 saniye zaman aral incelendi inde sert amortisörün sönümleme özelli i sayesinde aks ivmelerinin, parametre de imlerini etkilemedi i görülmektedir. Ayn ekilde aks ivmelerinin negatif de er almas yani; aks n aniden geriye do ru hareket etmeye zorlanmas n etkilerinin, kayma de imlerine ve tutunma katsay de imine yans mad görülmektedir. ekil 7(a)’da görüldü ü gibi normal amortisörler ile dü ey aks ivmesindeki ani art , tutunma katsay nda ani bir dü e sebep olmu ve dü ük de erlerde sal m yapmas na neden olmu tur. Buna kar n dü ey ivmelerde art olmas na ra men frenlemenin 1,5. saniyesinden sonra tutunma katsay , kayma de imlerini kar layabilmi tir. Sonuç olarak normal amortisör ile kaygan yollarda frenlemenin ba lang ndaki dü ey yük sal mlar sönümlemedi inden tutunma katsay , kayma de iminden farkl la r. Ancak daha sonra aks üzerindeki yük sal mlar n azalmas ile bu durum telafi edilebilmi tir. ekil 7(c)’de dü ey ivme de imlerinin etkileri incelendi inde iddetli dü ey ivmelerinin etkisinde kayma de iminin dü ük de erde olmas na ra men tutunma katsay n yükselmedi i tam tersine dü ük de erde kald görülmektedir. Bu sonuca göre yumu ak amortisörler, dü ey yük sal mlar n artmas na neden oldu undan lastik ile yol aras ndaki tutunma azalmakta ve bu azalmalar aks titre imlerinnedeniyle kayma de imine yans mamaktad r.

2032


Köylü,H. ve Ç nar,A.

(a) (b) (c) ekil 7. Kaygan pürüzlü yollarda elde edilen sonuçlar a) Normal amortisör ile b) Sert amortisör ile c) Yumu ak amortisör ile

4. Sonuçlar 5. Te ekkür Bu çal mada, iki farkl yol tipi ve farkl sertliklerdeki amortisörler için aks ivmelerinin kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerine etkileri kullan larak farkl karakteristi e sahip aks ivmelerinin, ABS fren sisteminin performans na etkileri analiz edilmi tir. Bu analizler sonucunda aks ivmelerini sönümleyebilen amortisör sönümleme karakteristiklerinde, ivme sal mlar n kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerinden daha az etkilendi i belirlenmi tir. Amortisör sertli inin azalmas ile tüm de kenlerin genlik ve frekans artmaktad r. Bu da ta t gövdesinin ve aks kütlesinin hareketlerinin kontrol edilmesini zorla rd ndan kayma, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imleri aras ndaki uyumu bozmaktad r. Amortisörlerin sönümleme karakteristi indeki de ime göre aks ivmelerinin bu parametreler üzerindeki etkileri u ekilde olmaktad r: Yumu ak amortisörler ile frenlemede, hem dü ey hem de boylamsal aks ivmeleri, daha sal ml hale gelmektedir. Bu sal mlar, aks ivmelerinin etkilerinin, tutunma katsay ve tekerlek ivme de imlerine yans mas na neden oldu undan tutunma katsay ve tekerlek ivme de imi, kayma de imlerini takip edememektedir. Bunun sonucunda elektronik kontrol birimi, tekerleklerin ihtiyaç duydu u bas nç de imini sa layamayabilir. Sert amortisörler ile frenlemede, aks ivmelerinin etkisi azalmaktad r. Bu ekilde aks ivmelerindeki de imin di er parametrelere yans mad ve bunun sonucunda tekerlek sinyalleri ile tahmin edilen kayma ve tekerlek ivme de imlerinin bozulmad tespit edilmi tir.

Bu çal ma, 107M188 numaral TÜB TAK ve 2007/31 numaral Kocaeli Üniversitesi Bilimsel Ara rma Birimi projeleri kapsam nda yap lm r. Bu projeler, Frenteknik ve Hurmo lu E itim Dan manl k firmalar taraf ndan da desteklenmi tir. Bildirinin yazarlar olarak katk lar ndan dolay ad geçen kurumlara ve firmalara te ekkür ederiz.

Kaynaklar [1] Jian,Z., Neng-Yen,D and Gui-Zhen., Research on ABS Wheel Speed Processing Approaches Based on 80C196 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 the Braking Performance of an Anti-lock System on Uneven Roads, Institution of Mechanical Engineers, Paper No. C 382/047, pp. 453-460, 1989. [3] Mauer, G., Gissinger,G and Chamaillard,Y.,Fuzzy Logic Continuous and Quantizing Control of an ABS Braking System, SAE Paper, No:940830,1994. [4] Kapitaniak,T., The Influence of Vehicle Suspension Displacements on the Working of Anti-Lock Braking Systems, I Mech. E., C178/85,1985. [5] Bogdevicius,M and Vladimirov,O.,Efficiency of a Braking Process Evaluating The Roughness of Road Surface,Transport, vol 21,No:1,pp 3-7, 2006. [6] Sharp,R,S and Allison,D,J.,On the Measurement of variations 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 Ders Notlar VI, TÜ, 2000.

2033


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

SIKI TIRMA ORANININ BETA T B R ST RL NG MOTORUNUN GÜCÜNE ETK EFFECT OF COMPRESSION RATIO ON THE POWER OF A BETA TYPE STIRLING ENGINE a*

Ya ar Önder ÖZGÖRENa*, Selim ÇET NKAYAb Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyonkarahisar, Türkiye, E-posta: yasarozgoren@aku.edu.tr b Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, E-posta: selimc@gazi.edu.tr

Özet Stirling motorlar n gücüne etki eden en önemli parametrelerden biri de s rma oran r. Bu çal mada, de ik s rma oranlar n beta tipi Stirlig motorunun performans na etkisi ara lm r. Bu amaçla tek silindirli beta tipi bir Stirling motoru kullan lm , motorun s rma oran 1,36/1 ile 1,96/1 aras nda de tirilmi tir. Farkl rma oranlar , krank mekanizmas ndaki ba lant noktalar de tirilerek elde edilmi tir. Yap lan tüm ölçümler aras nda, motor en yüksek gücü 1,42/1 s rma oran nda üretmi tir. Anahtar Kelimeler: Stirling motoru, S

rma oran

Abstract Compression ratio is one of the most important parameters on Stirling engine performance. In this study, a beta type Stirling engine performance was evaluated by using different compression ratios. Compression ratio has changed between 1,36/1 and 1,96/1. Different compression ratios obtained by using different crankshaft connection points. Among all measurements, maximum engine power values were obtained with 1,42/1 compression ratio. Key Words: Stirling engine, Compression ratio

1. Giri Enerji konusunda yap lmakta olan çal malar, mevcut yak tlara alternatif olabilecek yenilenebilir, çevreye zarar vermeyecek, kolay elde edilebilir ve tehlikelerden ar nd lm enerji kaynaklar n ke fedilmesi do rultusundad r. Hali haz rda birçok ülkede farkl enerji kaynaklar kullan lmaktad r. Bu alandaki uygulamalarda en yayg n olan güne enerjisidir. Stirling motorlar güne enerjisi ile ilgili enerji dönü üm sistemlerinde ve di er termal sistemlerde makinesi olarak kullan labildi i gibi, ar dan hareket verilerek pompas veya so utma makinesi olarak da kullan labilmektedir. Stirling motorlar ile ilgili yap lan birçok çal mada, l ve mekanik kay plar n motor verimini dü ürdü üne i aret edilmi tir. Bu kay plar n en aza indirilmesi ile ilgili çal malar günümüzde de devam etmektedir [1]. Erbay B, ve Yavuz H. (1999), Stirling motorlar nda rma artlar ndaki verimsizlik ile motorun geni leme ve rejenerasyon a amas ndaki teorik artlar

de erlendirmi lerdir. Yap lan analizde, motorun maksimum ve minimum hacimleri aras ndaki oran 1,0/1’den 1,20/1’e kadar 0,05 aral klarla de tirilmi ve boyutsuz ç gücü de erleri elde edilmi tir. Buna göre, en dü ük hacim oranlar nda en yüksek güç de erleri elde edilmi tir. Sonuç olarak motor ölçülerinin özellikle hacim oranlar n büyümesi durumunda güç de erlerinde önemli azalma oldu u belirlenmi tir [2]. Parlak N. ve arkada lar (2008), Urielli ve Berchowitz’in çal malar yla temeli olu turulan termodinamik bir analiz yapm lard r. Motorda ölü hacim ve hacim oranlar de iminin motor performans na etkileri de erlendirilmi tir. Ölü hacim art n motor performans azaltt ve ölü hacmin yerindeki de ikliklerin de motor performans etkiledi i sonucuna var lm r [3]. Senft J. R. (2002), Stirling motoruyla ilgili yapm oldu u termodinamik bir analizde, güç pistonunun süpürme hacmi ve yer de tirme pistonunun süpürme hacmi aras ndaki oranlar n de imine ba olarak özgül motor ç gücü, özgül indike güç ve mekanik verimdeki de imleri incelemi tir. Süpürme hacim oran n art na ba olarak, mekanik verimde azalma belirlenmi tir. Süpürme hacim oran n 0,2/1’den ba lay p 0,8/1’e kadar artt bölgede özgül motor ç gücünün artt , süpürme hacim oran n 0,8/1’den 1,9/1’e kadar artt bölgede ise özgül motor gücünün azald sonucuna var lm r. Süpürme hacim oran n art na ba olarak özgül indike gücün artt ancak 1,4/1’lik orandan sonra da çok de medi i belirtilmi tir [4]. Kongtragool B. and Wongwises S (2007), bir dü ük cakl k farkl (LTD) Stirling motorunda iki ve dört adet güç pistonu kullan n motor performans na etkilerini ara rm lard r. Dört adet güç pistonunun kullan ld ve rma oran n 5,54/1 oldu u motorda maksimum ç gücü 42,1 1/min’lik motor devrinde 32,7 W, iki adet güç pistonunun kullan ld ve s rma oran n 7,5/1 oldu u motorda 133 1/min’de 11,8 W olarak ölçülmü tür [5]. Karabulut H. ve arkada lar (2008), gama tipi bir Stirling motorunda çal ma maddesi olarak hava kullanm lar ve 4578 1/min’lik motor devrinde en fazla 43,8 W güç elde etmi 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 Stirling motorunda Novel ve Rhombic krank mekanizmalar n kar la rmas yapm lard r. Novel mekanizmas nda daha fazla transferi yüzey alan elde edilmi tir. Yap lan

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2034


Özgören Y.Ö. ve Çetinkaya S.

izotermal analiz sonucunda Rhombic mekanizmas nda ölü hacmin Novel mekanizmas na göre daha az oldu u belirtilmi tir [7]. nar C. ve Karabulut H. (2005), süpürme hacmi 276 cm3 olan gama tipi bir stirling motorunda helyum gaz kullanarak de ik arj bas nçlar ve de ik cakl klar nda motor performans testleri yapm lard r. Bu motorun s rma oran 1,82/1 ve maksimum gücü 891 1/min’de 128,3 W olarak ölçülmü tür [8]. nar C. ve arkada lar (2005), beta tipi bir Stirling motorunun atmosferik arj bas nc nda testlerini yapm lard r. Bu motorda s rma oran 1,65/1 olarak belirlenmi tir. Yap lan testler sonucunda en yüksek motor gücü 1000°C s cakl nda, 208 1/min motor devrinde 5,98 W olarak ölçülmü tür [9]. Meijer R. J. (1960), s rma oran 2,0/1 olan Rhombic mekanizmal beta tipi bir Stirling motorunda en yüksek 140 kg/cm2 arj bas nc nda 1500 1/min motor devrine ula r [10]. Walker G. (1980), Stirling motorlar nda s rma oran n 2,5/1 de erinden daha fazla art lmas nda güçlüklerin oldu unu, aerodinamik ve mekanik sürtünmeler nedeniyle ve özellikle transferi ve bas nç kay plar n artmas nedeniyle s rma oran n daha fazla art lmas n güç kayb na neden olaca bildirmi tir [11].

ekil 1. mal edilmi olan beta tipi Stirling motoru Tablo1’de, yap lan de iklikler sonucunda elde edilen farkl s rma ve süpürme hacim oranlar görülmektedir. Tablo 1. Motorda elde edilen de süpürme hacim oranlar

K

Bu çal man n amac Stirling motorlar n önemli problemlerinden biri olan mekanik kay plar en aza indirebilmek için, de ik s rma oranlar uygulayarak en iyi performans de erlerini elde etmektir.

2.1 Motor özellikleri ve s de tirilmesi

rma oran

n

Denemeler Gazi Üniversitesi Teknik E itim Fakültesi Otomotiv Bölümü Laboratuar nda yap lm r. Deneylerde, daha önce yap lan bir doktora çal mas için imal edilmi bir motordan yararlan lm r. [1, 12, 13]. Motor üzerinde rma oran n de tirilmesi, krank üzerinde farkl mesafelerde pim deliklerinin aç lmas ve güç pistonu merkezleme yata n uygun ölçülerde yeniden imalat ve buna uygun ba lant lar n yap lmas yoluyla gerçekle tirilmi tir. ekil 1’de farkl s rma oranlar n sa lanmas için üzerinde de iklikler yap lan beta tipi Stirling motoru görülmektedir. Güç pistonu merkezleme yata üzerinde bulunan biyel pimi deli i yerinden 6mm yukar ve 6 mm a gelecek ekilde merkezleme yataklar üretilmi , ayr ca krankta merkezden kaç k ve merkezleri aras nda 13 mm’lik aral k bulunan iki adet pim deli i sayesinde de ik s rma oranlar sa lanm r.

rma ve

V1 V2

1,36

1,42

1,48

1,7

1,83

1,96

VG VD

0,34

0,5

0,71

0,74

0,92

1,12

:S rma oran : Süpürme oran V1: Maksimum hacim V2: Minimum hacim

2. Materyal ve Metot

ik s

VG: Güç pistonunun süpürme hacmi VD: Yer de tirme pistonunun süpürme hacmi

Tablo 1’deki s rma oran de erlerine bak ld nda, e it aral kta de imlerin olmad görülmektedir. Bunun nedeni, motorun tasar m artlar r. Motorun tasar m ve dayan m artlar n istenildi i gibi de tirilememesi nedeniyle, de im e it aral kta yap lamamaktad r. Yap lan performans testleri sonucundaki de erlerin düzgün de imleri, olumsuzluk gibi görünen bu durumu ortadan kald rm r. Morun krank üzerinde bulunan iki ayr pim deli i ve güç pistonu merkezleme yata üzerinde bulunan üç ayr noktadaki biyel pim deliklerinin birbiri ile entegre kullan lmas sonucunda Tablo 1’de oranlar verilen alt de 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 sahip 1200 °C s cakl a kadar tma yapabilen dijital kontrollü bir f n kullan lm r. Motor torkunu ölçmek için dijital terazili sürtünmeli bir dinamometre kullan lm r. Motor devri ise dijital takometre ile ölçülmü tür. arj bas nc n kontrolü manometre ve manometre üzerinde bulunan bir valf ile sa lanm r. Deneyler, 900 °C s cakl nda gerçekle tirilmi tir. arj bas nc 1,0 ile 4,5 bar aral nda 0,5 bar’l k farklarla de tirilmi tir. Testlerde çal ma ak kan olarak helyum gaz kullan lm r.

2035


Özgören Y.Ö. ve Çetinkaya S.

Motor deneyleri, de ik s rma oranlar nda, de ik arj bas nçlar yla motor devrinin de imine ba olarak elde edilen motor torku de erlerinin ölçülmesine dayanmaktad r. Elde edilen motor devri ve motor tork de erlerine ba olarak motor güçleri hesaplanm r. De ken say n fazla olmas nedeniyle, sonuçlar daha belirgin bir ekilde de erlendirmek amac yla sadece her test a amas ndaki maksimum motor gücü de erleri al nm r.

de erlerinde art , 3,5 bar ile 4,5 bar aral nda ise azalma görülmektedir. E rilerden, en yüksek motor gücü de erlerinin 1,36/1 ile 1,42/1 s rma oranlar nda al nd anla lmaktad r. hgw

1,36

1,42

1,48

1,7

1,83

1,96

65

Maksimum Motor Gücü (W)

3. Deney Sonuçlar

ekil 2’de s rma oran de imine ba maksimum motor gücü de erleri görülmektedir. ekil incelendi inde, rma oran n art na ba olarak maksimum motor gücü de erlerinde genel olarak azalma görülmektedir. rma oran n 1,36/1 ile 1,42/1 oldu u aral kta maksimum motor gücü de erlerinde hafif bir art olmu tur. Manometrik arj bas nçlar yönünden de erlendirme yap ld nda, 1,0 bar de erinden 3,5 bar de erine kadar maksimum motor gücü e rilerinde yükseli , 3,5 bar’dan 4,5 bar de erine kadar olan arj bas nc e rilerinde ise azal görülmü tür. E rilerden de anla laca gibi 3,0 ve 3,5 bar arj bas nçlar nda di er arj bas nçlar na göre daha yüksek maksimum ç gücü de erleri ölçülmü tür.

60 55 50 45

1 40 35 30 25 20 0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

arj Bas nc (bar)

Maksimum Motor Gücü (W)

En dü ük motor gücü de erleri 1,0 bar arj bas nc nda ve 1,9/1 s rma oran nda al nm r. Belirtilen artlarda maksimum motor ç gücü de erinden en dü ü 600 1/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 W olarak ölçülmü tür. Buna en yak n de er 3,0 bar arj bas nc nda, 1,42/1 s rma oran nda ve 700 1/min motor devrinde 58,42 W olarak ölçülmü tür.

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 3. De

ik arj bas nçlar nda maksimum motor gücü de 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 arj bas nçlar nda al nd görülmektedir.

4. Tart ma Motor performans testlerinden elde edilen tüm veriler do rultusunda, 900°C s cakl nda ve helyum gaz n kullan ld testlerde maksimum motor gücü de erleri 1,36/1 ile 1,42/1 s rma oranlar nda, 3,0 ile 3,5 bar arj bas nc aral nda elde edilmi tir.

60

rma oran art na ba olarak güç de erleri 1,42/1 rma oran ndan sonra azalm r. Bu durum Erbay ve Yavuz (1999) taraf ndan yap lan ara rma sonuçlar yla da uyu maktad r. Erbay ve Yavuz’da da en dü ük hacim oranlar nda en yüksek güç de erlerinin elde edildi i belirtilmektedir. Motor ölçülerinin özellikle hacim oranlar n büyümesi durumunda güç de erlerinde önemli azalma oldu u belirtilmi tir [2]. Bu çal mada da deneysel olarak s rma oran art na ba olarak güç de erlerinde azalma oldu u belirlenmi tir. ki ayr çal madaki “hacim oran ” ve “s rma oran ” terimleri ayn anlama gelmektedir.

50

40

30

20 1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2

rma Oran ekil 2. s

rma oranlar de imine ba motor gücü de erleri

maksimum

ekil 3’te, arj bas nçlar n de imine ba ve farkl rma oranlar ndaki maksimum motor gücü de erleri görülmektedir. E riler incelendi inde genel olarak 3,0 ile 3,5 bar arj bas nc aral na kadar maksimum motor gücü

Güç pistonu ve yer de tirme pistonu aras nda süpürme hacim oranlar yününden de erlendirme yap ld nda, Tablo 1’den de anla laca gibi s rma oran n art na ba olarak süpürme hacim oranlar n da artt görülmektedir. Motor gücü de erleri süpürme hacim oranlar yününden ele al nd nda, s rma oran n de imindekine benzer bir de im gösterecektir. Senft’in çal mas nda, süpürme hacim oranlar n art na ba olarak özgül motor ç gücü de erlerinin azald belirtilmektedir. Süpürme hacim oran n 0,2/1’den

2036


Özgören Y.Ö. ve Çetinkaya S.

ba lay p 0,8/1‘e kadar de ti i bölgede özgül motor ç gücünün artt , süpürme hacim oran n 0,8/1’den 1,9/1’e kadar de ti i bölgede ise özgül motor ç gücünün azald belirtilmektedir [4]. Bu çal mada ise süpürme hacim oran n 0,34/1 ile 0,5/1 oldu u aral kta motor gücü de erlerinin sabite yak n bir de im gösterdi i, 0,71/1 ile 1,12/1 de erleri aral nda ise motor ç gücü de erlerinin azald söylenebilir. S rma oran ve süpürme hacim oran n art na ba olarak motor ç gücünün azalaca önceki çal malarda da vurgulanm r [2,4,10,11]. De en arj bas nc na ba maksimum motor güçleri kar la ld nda; 1,0 ve 3,0 bar arj bas nc aral nda hacim bölgelerinde yeterince çal ma ak kan n olamamas , dolay yla istenilen bas nç ve transferi artlar na ula lamamas nedeniyle maksimum motor gücü de erleri dü ük olmu tur. 1,0 ile 3,0 bar aral nda maksimum motor gücü de erlerinin art da bunu do rulamaktad r. Bu motorda 3,0 ile 3,5 bar bas nç aral nda yeterli miktardaki ak kan en iyi çal ma artlar n gerçekle mesini sa lam r. Meijer‘in deneylerinde kullan lan motorun arj bas nc karterden de il güç pistonunun üstünde kalan bölgeden verildi i ve zd rmazl k artlar daha iyi oldu undan 140 bar’a kadar arj bas nc uygulanabilmi tir [10]. Bu ara rmadaki motorun çal mas için gerekli arj bas nc motorun karterinden sa land için, güç pistonunun alt nda daima motor gücünü azalt bir kar bas nç olu turmaktad r. 3,5 ile 4,5 bar aral nda arj bas nçlar nda kar bas nc n etkisi ile motor gücü azalm r. Ayr ca yüksek devirlerde artan mekanik sürtünmeler ve titre imler de motor gücünün azalmas na neden olmaktad r. rma oranlar kar la ld nda; s rma oran n 1,36/1 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 bir deyi le, s rma oran artt kça pompalama kay plar art gösterecektir. S rma oran n 1,36/1 oldu u durumda güç pistonu kursunun k sa olmas , silindir ve güç pistonu aras ndaki sürtünme direncinin de 1,9/1 s rma oranl dakine göre daha az olmas na neden olmaktad r. Ayr ca, 1,36/1 ile 1,48/1 s rma oranlar aral nda güç pistonu 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 atalet kuvvetleri artmaktad r. Olu an atalet kuvvetleri kar rl klarla tam olarak dengelenemedi inden, titre imler artmakta ve bu da motor gücüne olumsuz yönde etki etmektedir.

5. Sonuç Helyum gaz n çal ma ak kan olarak kullan ld beta tipi Stirling motorunda en yüksek güç, 3,0 - 3,5 bar aras ndaki arj bas nçlar yla, 900°C s cakl nda ve rma oran n 1,36/1 ile 1,42/1 aras nda oldu u bölgede 600 1/min motor devrinde 59,97 W olarak elde edilmi tir. S rma oran n de imine ba olarak motorun süpürme hacim oran da de mi , motordan en yüksek güç de erlerinin al nd bölgede süpürme hacim oranlar 0,34/1 ve 0,5/1 olmu tur.

arj bas nc karterden uyguland için, 3,5 ile 4,5 bar’l k arj bas nc aral nda, arj bas nc n kar bas nç etkisine ba olarak motor gücünde dikkate de er azalmalar olmu tur. rma oran art ld nda, motorun so uk hacminde sabit s cakl kta gerçekle en s rma i leminde pompalama kay plar artm , motor ç gücü azalm r. rma oran n art lmas için uygulanan yöntemde güç pistonunun kursu artm r. Kursun artmas ile güç pistonu ve so uk bölge silindiri aras ndaki sürtünme kay plar da artm ve bunun sonucunda güç azalm r.

Kaynaklar [1] Özgören Y.Ö., Stirling motorlar nda kay plar n azalt lmas için termal bariyer kullan , Doktora tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Eylül-2004. [2] Erbay L. B. and Yavuz H., Optimization of the irreversible Stirling heat engine, International Journal of Energy Research, 23, 863}873,1999. [3] Parlak N., Wagner A., Elsner M. and Soyhan S., Thermodynamic analysis of a gamma type Stirling engine in non-ideal adiabatic conditions, Renewable Energy 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 of low-temperature differential Stirling engines, Renewable Energy 32 (2007) 547–566, 2007. [6] Karabulut H., Ç nar C. and Aksoy F., The investigation of the effect of thermal barrier coating on the performance of Stirling engine, International Journal of Energy Research, Published online in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI: 10.1002/er.1467, 2008. [7] Karabulut H., Aksoy F and Öztürk E., Thermodynamic analysis of a beta type Stirling engine with a displacer driving mechanism by means of a lever, Renewable Energy 34 (2009) 202–208, 2009. [8] Ç nar C. and Karabulut H., Manufacturing and testing of a gamma type Stirling engine, Renewable Energy 30 (2005) 57–66, 2005. [9] Ç nar C., Yucesu S., Topgul T. and Okur M., Beta-type Stirling 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 n bir Stirling motorunun performans na etkilerinin deneysel olarak incelenmesi, 8. Uluslar aras Yanma Sempozyumu, 595-605 Ankara, 8-9 Eylül-2004. [13] Özgören Y. Ö., Stirling motorunda termal bariyer kaplaman n motor performans na etkilerinin deneysel olarak incelenmesi, Selçuk Üniversitesi, Teknik Online Dergisi, Cilt-4, Say -3-2005, 122-133, 2005.

2037


5. Uluslararas

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

OTOMOT V BAKIM ATELYELER N ERGONOM K AÇIDAN NCELENMES ERGONOMIC VIEW OF THE AUTOMOTIVE REPAIR WORKSHOPS a

Selami SA IRO LU a* Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, E-posta: selamisagiroglu@hotmail.com

Özet Günüm üzde oto bak m atelyelerinde insan-makinaçevre aras ndaki uyum, çal anlar n performans etkilemektedir. Bu ara rmada, oto bak m atelyelerinde, otom obilin periyodik bak m için servise girmesi, bak mdan geçmesi, mü teriye teslimine kadarki i lemler ve insan-makina-çevre aras ndaki uyum Ergonomik gözlem metodu ile incelenmi tir. çinin performans na tesir eden yorgunluklar n azalt lmas , motivasyonun artt lmas , i güvenli ine riayet edilmesi ve servisin insanc l aç dan yeniden düzeltilmesiyle çilerin optimum düzeyde daha etkili olacaklar belirlenmi tir. Yöneticilerin, çal anlar n atelye ve yöneticiler hakk nda geri döngü (feed-back) bilgilerini elde etmeleri için bir anket örne i haz rlanm r.

uzmanlar n % 80’i tasar nda, % 20’si çal maktad r” [2].

ürün ve çal ma süreç yeri tasar

yeri nda

“Ergonomi, i i insana, insan i e uyumla rmaya çal maktad r: in insana uyumu: Üretim araçlar na ve çal ma alan na yükü, çal ma, mola zamanlar na yeri havas na (psiko-sosyal faktörler) çevresine (iklim, ayd nlatm a, 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 ve beceri yönünden uygunlu una ba r” [3].

2. Materyal Metot

Anahtar Kelimeler: Ergonomi, Atelye

Abstract Nowadays, the harmony between human, machines and the environment affect the performannce of the workers in auto repair workshops. In this study, the functions taken in workshops for a periyodic service of the cars, tested, to taken over by the car owner are examined with ergonomic view of the matters. Increasing the motivation of the workers, reorganizing the working environment and reducing the tiresome cutins that effects the performance of the workers can help to increase the performannce of the workers.it was prepared a survey instance for managers to get feed-back information about repair workshops and m anagers of workers

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, saat ücretiyle çal an, erkek i çilerdir. çilerin kulland alet ve cihazlar, anahtar tak , araç lifti, motor ana test cihaz , avans tabancas , egzoz gaz analizörü, öndüzen cihaz , balans cihaz , ya danl k ve ya bo altm a varilidir. Ergonomik gözlemler, Kas m ile Mart aylar aras nda Ankara’da G.Ü.T.E.F., Ankara Oto ve Huzur Oto yetkili TOFA servislerinde yap lm r. Bu gözlemler, oto bak m atelyelerinde, otom obilin servise girmesi, periyodik bak m i lemlerinden geçmesi ve mü teriye teslimine kadar 131 Grubu ve Tempra Grubu otomobillere ortak uygulanan bak m lemlerini kapsamaktad r.

Key words: Ergonomics, workshops

1. Ergonomi Nedir? Ergonomi, kelime olarak Yunanca Ergos ( ) ve Nomos (Yasalar) kelimelerinin birle mesinden olu maktad r. Ergonomi, Türkçeye bilim olarak geçmi tir. "Ergonomi insanlar n anatom ik özelliklerini, antropometrik karakteristiklerini, fizyolojik kapasite ve toleranslar göz önünde tutarak, endüstriyel i ortam ndaki tüm faktörlerin etkisiyle olu abilecek, organik ve psiko-sosyal stresler kar nda sistem verimlili i ve insan makina - çevre uyumunun temel yasalar ortaya koymaya çal an çok disiplinli bir ara rma ve geli tirme alan r" [1]. “A.B.D.’de Ergonomi

Periyodik bak mda incelenen i lemler: arka fren balatalar kontrolu, ön fren balatalar kontrolu, motor ya ve filtre de imi, otonun alt k sm nda nt ve seviye kontrollar , gerekirse tam amlama, hava filtresi de imi, bujilerin kontrolu, gerekirse de imi, otonun üst k sm nda s nt ve seviye kontrollar , gerekirse tam amlama, ön tekerlekle Toe-in kontrolü gerekirse ayar , egzoz gaz analizi, Avans ayar ve Balans ayar i lemleridir.

3. Otomotiv Bak m Atelyelerinin Ergonomik Özellikleri

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2038


Sa ro lu, S.

“Endüstride i , ürünlerde ve çal ma teknolojisindeki de melere ba olarak giderek artan bir mekanizasyon ve otom asyon içindedir” [3]. Ergonomi, insan esas almakta, i in gerektirdi i özelliklerle insan n vücut ölçüleri, çal ma performans , psiko- sosyal stresleri, i güvenli i, yerindeki iklim, ayd nlatm a, gürültü ve zararl maddelere kar uygunluk özelliklerini yukar da belirtilen disiplinlerden faydalanarak tespit etm ektedir. “Ergonomi’nin görevi, ayd nlatm a, hava ve gürültü ko ullar na ili kin olarak en iyi ortam geli tirmek, özellikle s cak ortamlarda fiziksel i yükünü azaltm ak, çal ma pozisyonlar geli tirmek, baz hareketlerde çaba derecesini azaltm ak, göstergelerin okunmas nda i çilerin psiko-duygusal görevlerini kolayla rmak, do al ve al lm reflekslerin daha iyi kullan lmas sa lamak, gereksiz bilgileri hat rlama çabas önlemek ve makine kollar n çal lmas ve denetimlerini kolayla rmakt r” [4]. nsan n çe itli çal ma biçimleri vard r. Oto bak m atelyelerinde çal ma biçimleri: Kassal çal ma: kaslar, lifler, kan dola , solunum, iskelet sistemi ile. Örne in; yük ta ma, Sensomotorik çal ma: Kaslar, lifler, duyu organlar ile. Örne in; m ontaj 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 yetenekleri kullanarak. Örne in, bulu yapma, problem çözme) eklindedir. 3.1. Oto Bak m Atelyelerinde Ergonomi Biliminin nsan n Fizyolojik Unsurlar Üzerindeki Etkinli i "Fizyoloji, biyolojik organizmalar n çal malar na, i yapmalar na ili kin bilim dal r" [5]. " nsan

fizyolojisi, insan n kaslar , lifleri, kan dola , solumunu, iskeleti, kuvvet uygulama zaman , duyu organlar yla çal ma ve ani karar verme zamanlar r. Ayr ca insan n biyolojik ritm inden kaynaklanan, performans yetene ini k smen veya tamamen ortaya koyma kapasitesinden tümüyle yararlan lmas için fizyolojik olarak performansa haz r olma düzeyi de vard r" [3]. Çal anlar n sabahlar performansa haz rl k düzeyinin ö leden sonraya oranla yüksek olmas biyolojik ritimden kaynaklanmaktad r. Biyolojik ritim e risi, ki ilere göre de mekle beraber ortalama durumu gösteren bir e ridir ( ekil 1).

ekil 1. Biyolojik ritim e risi [3]. nsan n fizyolojik aç dan performansa haz r oldu u bölge, fizyolojik performansa haz r olma s n üzerindeki bölgedir. Bu bölge biyolojik ritim risinde 06-21 saatleri aras nda kalan bölgedir. Saat 21'den sonraki zamandan sabah 06'ya kadarki bölgede insan fizyolojik aç dan performansa haz r de ildir, kaslar çal maya isteksizlik göstermektedir. Kaslar, kas p gev eyerek çal makta ve enerji üretm ektedirler. Kan, kaslar için gerekli g day ve oksijeni sa lamaktad r. “Çal ma fizyolojisi, kas n i yapabilme yetene ini, dinamik ve statik kassal çal ma olarak ikiye ay rmaktad r” [6]. Dinlenme, dinamik ve statik kassal çal ma durumlar nda kaslar n kan ihtiyac ekil 2.’de görülmektedir.

ekil 2. Dinamik ve statik kassal çal mada kaslardaki kan dola

2039

ve kan ihtiyac [3].


5. Uluslararas

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

Dinlenme durumunda kan gereksinimi ve kan dola dü ük seviyededir. Dinamik kassal çal mada kaslar n normal çal malar yapt klar zaman gerekli besin ve oksijen ihtiyac kan dola ile sa lanmaktad r ve kan dola m düzeyi yüksektir. Statik kassal çal mada ise kas sabit durmakta ve/veya bir eyi tutma i i yapmaktad r. Kaslar kas kald klar ndan dolay kan damarlar daralmakta ve kan dola yetersiz kalmaktad r. Kaslar için gerekli besin ve oksijen ihtiyac kan dola yetersizli inden dolay sa lanamamaktad r. Kaslar sa sürede yorulmakta ve bitkin dü mektedirler. Özellikle ba üstü çal malarda kol ve boyun kaslar zorlanmaktad r. Statik kassal çal ma, mümkünse çe itli düzeneklerle önlenebilece i gibi i de imiyle de bu çal man n yorucu tesiri önlenmektedir. " de imiyle kaslar ba ka bir i te çal lacak, antrenman yapacak, daha iyi bir hale gelecektir" [7]. Oto bak m atelyelerinde çal an i çilerin fizyolojik aç 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 maya isteklili i ö leden sonraya göre yüksektir. Bu da biyolojik ritimden kaynaklanmaktad r. Oto bak m atelyelerinde periyodik olarak bak m lemlerinin yap lmas nda balans i lemi d nda ayakta çal lmas gerekmektedir. Oturarak çal mak mümkün de ildir. Saat 10:00 ve 15:00’te 20’ er dakikal k dinlenme (çay) molas ile oturarak dinlenilmektedir. Civata sökme takm a i lemlerinde dinamik kassal çal ma olmaktad r. Motora, motor ya doldurma s ras nda statik kassal çal ma olmaktad r. Bu i lem s ras nda vücut, e ik bir ekilde durmakta, kol ve bel kaslar statik çal maya maruz kalmaktad r. Motora 4 litre ya konmaktad r. Motor ya kutular 1 litrelik ve 3 litrelik eklindedir. Yorulma i de imi ile önlenebilir. Araç alt bak m, otonun alt k sm nda s nt ve seviye kontrollar s ras nda ba üzerinde statik durma ve dinamik kassal çal ma olmakta ve boyun ile kol kaslar yorulmaktad r; yorulma i de imiyle önlenebilir. Yedek parça ta ma s ras nda statik kassal çal ma olmaktad r. çinin ayak kaslar yedek parça kuyru unda beklemek ve yedek parça ta maktan dolay yorulmaktad r. çi her yedek parça için yedek parça deposuna gitmek yerine, ayr bir i çi taraf ndan servise her yeni araç geli inde araç tipi ve kilometre bak m durumuna göre o araçla ilgili tüm yedek parçalar yedek parça deposundan ilgili araç lifti yan na ta nabilir. 3.2. Oto Bak m Atelyelerinde Ergonomi Biliminin nsan n Antropometrik Unsurlar Üzerindeki Etkinli i "Antropometri, Yunanca Antropos (insan) ve metikos (ölçü) sözcüklerinden olu an ve insan

vücudunun ölçülerini konu edinen bir bilim dal r. Bir makina teknik yönden ne kadar mükemmel olursa olsun, e er, onu kullanacak insan n ölçülerine 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 koordinasyonunu sa layabildi i ve hareketlerdeki ufak sapmalar n görevin yerine getirilmesini engellemedi i düzendir" [8]. Otomotiv bak m atelyelerinde antropometrik özellikler; Araç alt bak mda araç lift yüksekli i, i çinin boy ölçülerine, göz ve el uyumuna göre ayarlanabilmektedir. Elektronik motor ana test cihaz , avans tabancas , egzoz gaz analizörü, bilgisayarl öndüzen cihaz , insan antropometrisine uygundur. Tekerlek balans kontrol ve ayar cihaz n ölçüm de erinin gözle okunma aç insan antropometrisine uygundur. 3.3. Oto Bak m Atelyelerinde Ergonomi Biliminin nsan n Psiko-Sosyol Unsurlar Üzerindeki Etkinli i Psikoloji, ruh bilimidir. nsan psikolojik olarak ruhen moralinin iyi olmas halinde çal ma s ras nda yüksek performans gösterecektir. nsan güdüleyen onun 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 yapabilme psikolojisini kazand rmakt r. nsan n psikolojik özellikleri heyecan, sevinç, üzüntü gibi duyguya sahip olmas r ki onu makinadan çok farkl k lan en belirgin özellik onun psikolojisidir. Peki psikolojik sorunlar n kayna nedir? Bu sorunun cevab , uyu mazl k yani rma, yan lma, unutkanl k, üzüntü, ailevi sorunlar, meslek sorunlar , ekonomik zorluklar, güvensizlik olarak gösterebiliriz. Bu psikolojik durumlar insanda k zg nl k, öfke, isteksizlik, ilgisizlik ve tembellik yapabilir. Bu da insan n yapt i i olumsuz yönde etkiler" [9]. Çal anlar n fikirlerinin al nmas , tecrübelerinin dinlenmesi onlar psikolojik yönden güçlendirmektedir ve çal anlarda i yerine ait olma duygusu yerle mektedir. Otomotiv bak m atelyelerinde psiko-sosyal özellikler; in istikrarl olmas , yönetici ve di er çal anlarla uyumlu ili kiler aç ndan i çiler, kendilerini emniyette hissetmektedirler. çiler atelyenin iyi organize edildi i dü üncesindedirler. Görev ve yetkilerini bilmektedirler. çiler otomobillerdeki en son geli meleri takip etm ek aç ndan servis yöneticisinin talebi do rultusunda 6 ayda bir 2 ki i (servisin

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2040


Sa ro lu, S.

kapasitesine göre artabilir) Türk Otom otiv Fabrikas (TOFA ) e itim merkezlerinde kurslara tabi tutulmakta ve kat lanlara sertifika verilmektedir. çilerin ald ücret asgari ücrettir. Bu ücret yeterli görülmedi i için i çiler i yeriyle kader birli i içinde olduklar hissediyor de ildirler. nsanlar psikolojik olarak takdir edilmekten ho lan rlar ve ba ar olmak onlar sevindirir. Ancak parasal ödüllendirme ile çabalar n kar görmek isterler. "Türkiye’deki ücretler ve geçim standartlar aras ndaki uçurum ve enflasyonun y tesirleri aç kt r. Bu durumda ortaya ç kan parasal de erin payla önem kazanmaktad r" [10]. “Ücret ödeme sabit maa , performansa dayal veya sabit maa yan nda enflasyon art oran nda üç ayl k ara ödemeler eklinde olabilir” [11]. 3.4. Oto Bak m Atelyelerinde Çevre Ko ullar n klim, Ayd nlatma, Gürültü, Zararl Maddeler) nsan Üzerindeki Etkisi klimin so uk ve s cak olm ak üzere insan üzerinde iki çe it etkisi vard r. nsan n so ukta çal mas yla titreme, so uk alg nl hastal klar , gözlem ve tepki yetene inde azalmalar görülmektedir. So ukta çal ma durumunda so un etkisinden korunmak için uygun tm a sistemleri ya da kal n ve koyu renkli giysiler kullan labilir. S cakta çal ma durumunda terleme, bunalma olmaktad r. Terleme ile su ve tuz kaybolmaktad r. Çal anlar aç k renkli, ince elbiseler giymelidirler. "Çok s cak havaya kar fizyolojik tepki, kalp at n artmas , vücut hararetinin yükselmesi, deri s cakl ve terleme nisbetlerinin de mesi gibi muhtelif ekillerde görülür" [12]. Normal oda s cakl 21°C'dir. Çal ma ortam n s cakl k düzenlemesi yap lan i e göre de mektedir (Çizelge 1). Çizelge 1. Almanya'da 1977 y nda ç kan yerlerine ait yönetm eli in 6. paragraf [3]. No Yap lan ler cakl k (ºC) Ço unlukla oturarak yap lan +19 1 2 3 4 5

ler Ço unlukla oturmadan görülen lerde r bedensel çal mada Bürolarda Sat yap lan kapal yerlerde

+17 +12 +20 +19

Ayd nlatm a için servislerde lamba olarak fluoresan lamba ve/veya c va buharl lambalar kullan lmaktad r. Periyodik bak m atelyelerinde i normal düzeyde görme gerektirmektedir. Zemin betondur, duvarlar yans beyaz veya aç k sar r. Gürültü, insan rahats z eden her türlü sestir. Gürültü ölçü birimi desibeldir. "Gürültülerin tahmini ölçüleri, m esela 1 metreden duyulan m lt 20 desibel, ayn mesafeden normal bir konu ma için 60 desibel civar ndad r. E er gürültü 90 desibeli arsa anla ma imkan kaybolur " [12]. Oto bak m atelyelerinde periyodik bak m s ras nda 1 metre mesafeden rahatl kla konu ulabilinmektedir. Bu da servisteki gürültü düzeyinin 60 desibel düzeyinde oldu unu göstermektedir. Zararl maddeler, çal ma alan na ba olarak de 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, gazlardumanlar-buharlar deriyi tahrib ve tahri edici ve insan zehirleyici etkiye sahiptirler. Oto bak m atelyelerinde zararl madde olarak egzoz duman ve kokusu vard r. Bu zararl madde aspiratörle d ar at lmaktad r. 3.5. Oto Bak m Atelyelerindeki Cihazlar n nsan n Bilgi Alg lamas Aç ndan Özellikleri Atelyede analog/dijital cihazlar kullan lmaktad r. Analog cihazlar ; öndüzen toe-in ayar , rot cihaz ve dijital cihazlar ; motor ana test cihaz , egzoz gaz analiz cihaz , bilgisayarl öndüzen ve balans cihazlar r. Dijital cihazlar n bilgi alg lama aç ndan durum u: De erler (%) olarak verilmi tir. Göstergeler büyüklük, uyumluluk ve rakamlar n okunmas aç ndan görme uzakl na uygun olarak kolayca okunabilecek bir düzendedir. Kadranl göstergelerde kadran ayd nlatm as yeterlidir. 3.6. Oto Bak m Atelyelerinde Ergonomi Biliminin nsan n Güvenli i Üzerindeki Etkinli i

Oto bak m atelyelerinin durumu; GÜTEF Tofa Yetkili Servisi, k m evsim inde s cak hava üfleme ve yanm motor ya yakan soba ile lmaktad r. Servis iklimi k n 11°C ile 15°C aras nda de mektedir. Ankara Oto Tofa Yetkili Servisi, k n kaloriferle lmaktad r. Normal s cakl k k n 12°C ile 16°C aras nda de mektedir. Huzur Oto Tofa Yetkili Servis, k n kaloriferle lmaktad r. Normal s cakl k 9°C ile 13°C aras nda de mektedir.

güvenli i i çilerin i kazalar ve meslek hastal klar na kar korunmalar n sa lanmas eklinde tan mlan r. 1992 Y nda Uluslararas Ergonomi Birli i’nin (International Ergonomics Association) üyesi bulunan 25 ülkede yapt rd ara rmaya göre Ergonominin uygulama alanlar aras nda en üst düzeyde (%84) Güvenlik konusu gelmektedir. Bunu Endüstri Mühendisli i, biomekanik, i yükü, insan-bilgisayar ara kesiti, mobilya tasar , e itim, antropometri, psikoloji, vb takip etmektedir [13].

2041


Sa ro lu, S.

Ergonomi bilimi, makina ve çevrenin insana uyumunu sa lamaya çal r. Servis i lemleri için kullan lan makinalar n, servis iç düzeninin insana uyumu ve çal anlar n i güvenli i mevzuat na uygun olarak çal mas , mesleki riskleri, hata ve kazalar azaltacak, i çinin sa k, güvenlik ve mutlulu unu koruyacak ve i verimini artt racakt r. Servislerde i çi sa , i güvenli i, i hijyeni kurallar na uyulmaktad r. Servis içinde sürekli içecek temiz su bulunmaktad r, düzen ve temizli e dikkat edilmektedir. Egzoz gazlar , tozlar aspiratörle ar at lmaktad r. Gürültü düzeyi, çal ma ortam cakl normal seviyededir.

[5] [6]

[7]

[8] [9]

[10] Serviste çal ma yerleri ve araç yollar düzenlidir, çi hareketleri uygundur, çal anlar aras nda çal ma s ras nda birbirini rahats z etm ek, dikkatini da tm ak gibi bir durum görülmemektedir, servis içinde ve servis d nda yol denemesi s ras nda trafik kurallar na uyulmaktad r. Ancak servislerde aret ve uyar levhalar eksik bulunmaktad r; ihtiyaca göre düzenlenebilir.

[11] [12] [13]

4. Sonuç ve Öneriler Servislerde çal an insanlar n kulland klar makinalar ve atelye ortam ; insan n fizik fizyolojik, antropometrik ve psiko-sosyal özelliklerine uygundur. Oto bak m atelyelerinde çal anlar, a yüklenmeleri, insan – makine – çevre uyumsuzluklar ndan dolay i te aksamalar, i e isteksizlikten dolay yava çal mak, i kazalar gibi problemlerle kar kar ya de ildirler. Ücret ödeme sabit maa yan nda performansa dayal veya sabit maa yan nda enflasyon art oran nda üç ayl k ara ödemeler eklinde olabilir. Atelyelerde uyar ve ikaz levhalar eksiktir ve tam amlanmal r. Ku kusuz ara rmalar, otomobilin yak t ekonomisi, kullan , konforu yan nda, bak m-onar m ayar lemlerinin de daha kolay bir ekilde yap labildi i Ergonomik tasar ml otomobiller do rultusunda devam edecektir. Yöneticiler, çal anlar n atelye ve yöneticilerle ilgili bilgilerini almak için Ek 1’de sunulan anket örne ini alt ayda bir oto bak m atelyelerinde uygulayabilirler [10].

Kaynaklar [1]

[2] [3] [4]

ÖZOK, Ahmet. F., Ergonomi Alan ndaki son Geli meler ve Türk Sanayii’nin Bu Aç dan Desteklenmesi, 5. Ergonomi Kongresi, s:5, 1995 ERKAN, Necmettin, Ergonomi, M.P.M. yay nlar , No:373, 2003 M.P.M.-REFA, i Etüdü Yöntem Bilgisi: Kitap 1, M.P.M. yay nlar , 1998 AKAL, Zühal, Etüdü, M.P.M. yay nlar , No:29, s:73, 1991

2042

M.P.M.-REFA, Etüdü Yöntem Bilgisi Sözlü ü, M.P.M. yay nlar , 1998 ROHMERT, W and T.H. Hettinger, Çev: Hamza Dinçer, Çal ma ekli Kas Yorgunlu u, M.P.M. yay nlar , No: 137, 1974 EDHOLM, O.G., Çev.: Sacit Adal , Çal ma lmi (Ergonomie), Sakarya D.M.M.A. yay nlar , No: 3, 1980 ÖZOK, Ahmet, Ergonomik Aç dan Çal ma Yeri Düzenleme ve Antropometri, 1988 COGHLAN, Andy, Çev: (New Scientist, 24 Nisan 1993)'ten Zeynep TOZAR, Verimli ve Güvenli Bir Ya am Ergonomi: Bilim Teknik dergisi, Nisan say , 1994 ÖZKAZANÇ, M.O., Barutsan'da Motivasyon Çal malar , 5. Ergonomi Kongresi, s:677, stanbul, 1995 BIZE, Rene , MILHAUD, Jean, Çev:Mehmet Yazgan, Sanayi Psikolojisi, 1990 GATE, Albert - KNIGHT, Sbridge, Çev.:Güner Sümer, Etüdü El Kitab , 1972 D ZDAR, Ercüment N., Güvenli i, Academic Book Production Yay nevi Matbaac k, Trabzon s:97-98, 2006


5. Uluslararas

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

1.

Sabah i ime hevesle gelmek isterim 2. lgi alan ma ve yeteneklerime uygun bir i isterim 3. yükümün çok olmas isterim 4. Yeniliklere aç k bir im olsun isterim 5. imde daha ba ar olmak, yeni teknolojileri renmek için zaman zaman itim almak isterim. 6. imin topluma yararl oldu una inanmak isterim 7. Yeterli i aletlerim olsun isterim 8. yerinde müzik dinlemek isterim 9. yerinde te vik ve ödüllendirme sisteminin olmas isterim 10. imle ilgili görü lerimi aç klad mda rahats z edilmeyece im bir i im olsun isterim 11. Cezaland rma yönteminin lemesini isterim 12. yükümün, ayn ücreti alan arkada mla ayn olmas isterim 13. Terfi etme olana olan bir im olsun isterim

EK-1 B R ANKET ÖRNE BÖLÜM 1: (Uygun seçene e "X" koyarak i aretleyiniz.) 1. Cinsiyetiniz: Bay ( ) 2. Do um tarihiniz, (gün,ay,y l 3. E itim durumunuz: lkokul ( ) Lise ( ) Yüksek Okul ( ) Yüksek Lisans ( ) 4. Kurulu taki hizmet süreniz: 5 y ldan az ( ) 10-14 y l ( ) 20 y ldan çok( ) 5. Ortalama ayl k ücretiniz: 500-1000 ( ) 1500-2000 ( ) 6. Kurulu taki göreviniz: Müdür ( ) Formen () çi, ( )

Bayan ( ) olarak):............ Ortaokul ( Meslek Lisesi( Üniversite ( Doktora ( 5-9 y l 15-19 y l

) ) ) )

( ) ( )

1000-1500 ( ) 2000’den çok ( ) Ustaba Memur 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'e kadar olan num aralardan size uyan birini yazman z beklenmektedir. Gerçek durum kolonuna ise Yetkili TOFA servisindeki gerçek durumu belirten ve 1'den 5'e kadar olan numaralardan sadece birini yazman z beklenmektedir. ÖRNEKLER: Özlemler Gerçek Durumlar 1. Terfi etm e olana olan bir i im olsun isterim (5) (1) (E er terfi etmek sizin için çok önemli ise özlemler kolonuna 5 ve i inizde böyle bir olanak yoksa gerçek 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 çok fazla ise gerçek durum kolonuna 5 yazman z beklenmektedir. De erlendirme Numaralar Gerçek Durum Özlemler Çok sterim =5 Tamam yla var = 5 sterim =4 Var =4 Biraz sterim =3 Biraz Var =3 stemem =2 Çok az var =2 Hiç istemem =1 Hiç yok =1 A.

VE

YER ÖZLEMLER M Özlemler

Gerçek Durum

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

B. ÜCRET M 1. Ücretimin, gelece imi güvence alt na almas isterim 2. Ücretimin, zaruri ihtiyaçlar kar lamas isterim 3. Ücretimin, beni zaruri ihtiyaçlar nda rahatça ya atm as isterim 4. Performans ve ba ar durumuma göre ücretlendirmek isterim C. YETKi VE SORUMLULUKLAR 1. imdeki yetki ve sorumluluklar n dengeli olmas isterim 2. imde bana verilen yetkileri tam olarak kullanmak isterim

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2043

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )


Sa ro lu, S.

3. Görevimin hangi i leri içerdi ini aç k seçik bilm ek isterim 4. imle ve i yerimle ilgili konulardan haberdar olmak isterim 5. imin, kurum içinde ve d nda bana sayg nl k kazand rmas isterim 6. imle ilgili kararlarda benim de fikrimin al nmas isterim D. 1.

2. 3. 4.

5.

6.

7.

E. 1.

YER SA LIK H ZMETLER kazas tehlikesinin en aza indirgendi i bir i im olsun isterim Temiz ve düzenli bir çal ma ortam m olsun isterim Ayd nl k ve gürültüsüz çal ma ortam m olsun isterim yerinde kar la abilece im i kazalar konusunda bildilendirilmek isterim Çal rken temas etm ek zorunda kald m, sa m için risk ta yan ko ullar hakk nda bilgilendirilmek isterim Aile fertlerimin de i yerimdeki sa k ko ullar ndan benim yararland m kadar yararlanmas isterim Daha iyi sa k hizmeti almak isterim

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

YER BESLENME KO ULLARI Ö le yemeklerinin daha ( ) doyurucu olmas isterim 2. Ö le yemeklerinin daha çe itli ( ) olmas isterim 3. Yemekhanelerin daha bak ml ve ( ) temiz olmas isterim 4. Tepsi, çatal-b çak ve ( ) bardaklar n el de meden temizlenmesini isterim F. SOSYAL VE KÜLTÜREL ETK NL KLER 1. Çe itli kültürel faaliyetler ( ) düzenlenmesini isterim 2. Sinema salonunda sinema ( ) gösterimi yap lmas isterim 3. Sinema salonunda tiyatro ( ) oynat lmas isterim 4. Halk müzi i konserleri ( ) düzenlenmesini isterim 5. Sanat müzi i konserlerinin ( ) düzenlenmesini isterim 7. Sportif faaliyetlerin yap laca ( ) uygun tesislerin düzenlenmesini isterim 8. Sosyal ve kültürel etkinlikler ( ) komitesinde faal olarak görev almak isterim 9. Yap lacak tüm faaliyetlere ( ) (izleyici olarak) kat lmak isterim 10. Çocuklara yönelik faaliyetler ( ) düzenlenmesini isterim

11. Bilgi, beceri, ruh ve beden sa geli tirecek etkinliklerin düzenlenmesini isterim G. AM RLER M 1. Amirimin i le ilgili sorunlar ma ilmesini isterim 2. Amirimin gerekti inde özel sorunlar ma da e ilmesini ve bana yard mc olmas isterim 3. Amirimin bana güvenmesini isterim 4. yi bir i yapt m zaman amirim taraf ndan ba ar n takdir edilmesini isterim 5. Gerekti inde bana yol gösterebilecek yetenekli ve bilgili bir amirim olmas isterim 6. Bana kar anlay olan bir amirim olsun isterim 7. Fikirlerime, görü lerime de er veren bir amirim olsun isterim 8. im oldu unda rahatl kla izin isteyebilece im bir amirim olsun isterim 9. Gerekti inde amirimin beni üçüncü ah slara kar korumas isterim

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

H. BANA BA LI OLAN PERSONEL (Emrinizde personel çal rm yorsan z bir sonraki bölüme geçiniz) 1. Personelin i le ilgili sorunlarla ( ) ( ) benim kadar ilgilenmesini isterim 2. Personelimin özel sorunlar na da ( ) ( ) ilmek isterim 3. Personelimin bana güvenmesini ( ) ( ) isterim 4. Personelimin verdi im i i ( ) ( ) zaman nda yapmas isterim 5. yi bir i yapt klar zaman ( ) ( ) onlar n ba ar lar takdir etmek isterim 6. Personelimin kalifiye olmas ( ) ( ) isterim 7. Personelimin i lerde söz sahibi ( ) ( ) olmas isterim 8. Personelime i ile ilgili konularda ( ) ( ) yol gösterici olmak isterim

( )

BÖLÜM 3

( )

Soru: I ya am za yeni ba yor olsayd z yine bu kurulu u seçermiydiniz? (Sadece bir seçene e "X" koyarak i aretleyiniz.) a) ya am ma yeni ba yor olsayd m yine burada ( ) çal maktan mutluluk duyaca rahatl kla söyleyebilirim

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( )

( ) ( )

2044


Sa ro lu, S.

b) Çal abilece im en iyi kurulu un yine bu kurulu olabilece ini dü ünüyorum c) Bu kurulu veya bir ba kas benim için farketmez d) ya am ma yeni ba yor olsayd m yine bu kurulu ta çal mak isteyece im i pek dü ünmüyorum e) Böyle bir ey dü ünmem imkans z. Ba ka bir kurulu ta i bulabilece imi bilsem, burada bir saniye bile durmazd m f) Bu serviste çal maktan mutluyum, ancak bulundu um bölümü de tirebilirsem daha ba ar olaca ma inan yorum BÖLÜM 4

( ) ( )

( )

( )

( )

1. Kurulu a katk z ve çal malar z bak ndan ba ar düzeyinizi nas l de erlendirirsiniz? (Sadece bir 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 ndan birini verdiyseniz, ikinci soruyu cevaplay z. 2. Ba ar n orta, dü ük, çok dü ük olm as n nedenleri nelerdir? 5 adet seçene e X koyarak aretleyiniz. Teknik imkâns zl klar ( ) Çal anlar aras ndaki kötü arkada k ( ) ili 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 sisteminin ( ) yoklu u Benimle ayn görevi yapanlar n ( ) performans dü üklü ü Amirlerimin yard mc ve anlay ( ) olmamalar Çal an say n azl ( ) Varsa di er nedenler (yaz z):----------------------------------------------------------------------------------------------- -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------BU ÇALI MAYA EKLEMEK STEDI INIZ KONULAR VARSA LÜTFEN YAZINIZ ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2045


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

OTOMOT V YETK SERV S YÖNET LER N L DERL K ANLAYI LARI ÜZER NE B R ALAN ARA TIRMASI: ZM R, AYDIN, DEN ZL ÖRNE A FIELD RESEARCH ON LEADERSHIP UNDERSTANDINGS OF AUTOMOTIVE AUTHORIZED SERVICE MANAGERS: EXAMPLE OF IZMIR, AYDIN, DENIZLI PROVINCES a

enol OKAYa* Pamukkale Üniversitesi, Denizli, Türkiye, E-posta: senolokay@pau.edu.tr

Özet Ülke sanayisinde önemli bir yere sahip otomotiv sektörünün mü teriye aç lan kap lar ndan olan yetkili servislerin, mü teri memnuniyetini sa layarak, markan n pazar pay n artmas nda ya da azalmas nda büyük etkisi olmaktad r. Servislerdeki memnuniyetin sa lanmas n yolu da al nan hizmetlerin memnuniyet art ekilde verilmesinden ve yönetilmesinden geçmektedir. Günümüzde “insan” odakl yönetim alg lar n yayg nla arak, i letmelerde tak m ruhu olu turup, sinerji meydana getirerek, motivasyonu yükseltme amaç edinen liderlik davran n uyguland görülmektedir. Bununla beraber çal anlar n “aidiyet” duygular art rarak çal ma ortam nda mutlu olmalar sa lamay hedefleyen yönetici anlay yayg nla maktad r. Yap lan bu çal malar sonucunda iyi yönetilen bir servisten hizmet alanlar n memnuniyet düzeyleri de yükselmektedir. Bu çal mada, otomotiv yetkili servis yöneticilerinin yönetim anlay lar ve davran lar na etki eden faktörler tespit edilerek, “liderlik” davran lar ile kar la lmas yap lmaktad r. Ara rma örneklemini, zmir, Ayd n ve Denizli illerindeki yetkili servislerde yöneticilik yapan 92 ki i olu turmu tur. Yüz yüze anket yöntemi uygulanarak yap lan ara rmada elde edilen bulgular SPSS 12 paket program nda analiz edilerek yorumlanm r. Anahtar kelimeler: Yönetici, Lider, Otomotiv Yetkili Servisi, Çal an Memnuniyeti, Aidiyet Bilinci.

Abstract

effect of management understanding and behaviors at automotive authorized services. The research range forms from 92 persons which are manager at authorized services in zmir, Ayd n and Denizli provinces. The results of the obtained data from researches which were made with face to face questionnaire method were commented by analyzing at SPSS 12 computer program. Keywords: Manager, Leader, Automotive Authorized Service, Satisfaction of Worker, Loyalty

1. Giri Küreselle en dünyada, teknolojinin ve bilimin h zla ilerlemesi, rekabetin uluslar aras hale gelmesi, letmelerde de imlere ve dönü ümlere neden olmaktad r. De im ça olarak da adland lan günümüzde, i letmelerin sahip olduklar kaynaklar etkin kullanmalar önemini giderek art rmaktad r. Kaynaklar n verimli kullan lmas nda yönetimin rolü oldukça yüksektir. Bu ortamda gerek çal anlar n gerekse mü teri ihtiyaçlar n ön plana ç kmas “insan” faktörünün önemini yükseltmektedir. letmelerde çal anlar n iyi yönetilmesi, letmenin verimini, kalitesini ve mü teri memnuniyetini art sonuçlar vermektedir. Bu durum yönetici kavram çok daha önemli hale getirmektedir. Bu çal mada, otomotiv yetkili servis yöneticilerinin yönetim anlay lar ve davran lar na etki eden faktörler tespit edilerek, “liderlik” davran lar ile kar la lmas yap lmaktad r.

2. Liderlik Kavram Tan

Authorized services of automotive sector which has an important position in country economy are one of the opening doors to customer. The authorized services have a big effect the increasing or decreasing to market share of mark by customer satisfaction. The way of supplying satisfaction at services passes from gave and managed as increasing satisfaction of the received services. Nowadays, it has been aimed to increase of motivation as develop the synergy and to form team spirit at enterprises as become widespread of management system based on “human”. In addition, it become widespread manager understanding which aims to supply being happy of them on work field as increasing to “loyalty” feeling of works. At the result of these studies, it increases satisfaction levels of anybody received 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

ve Özellikleri

Yöneticilik ve liderlik olgular y llard r sorgulanan, de ik öneri ve yakla mlarla ortaya konulan iki kavramd r. lk dönemlerde “yönetim” kavram , uygulamalar ve yönetici özellikleri irdelenirken, daha sonra “liderlik” kavram ve liderlik özellikleri belirlenmeye ba lanm r. lk dönemlerde sadece dini, politik ve askeri konular çerçevesinde ele al nan liderlik kavram , h zl sanayile me ve i gücünün farkl la mas ile beraber bu alanda da tart ma konular na dahil edilmi tir. Yönetici ve lider birbirinden farkl iki kavramd r [1]. Son y llarda i letmelerde liderli in ön plana geçmesi ile ara rmalar artm , vas flar ve faaliyetleri de daha iyi tan mlanmaya ba lam r. Bu tan mlar neticesinde, lider ve yönetici aras nda ay m oldu u iddias ortaya at lm ve yöneticinin, karma a ile ba ederken liderin de im ile ba eden ki i oldu unu belirtilmi tir. Ça z büyük

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2046


Okay, .

de imlerin ya and ça oldu u için, art k örgütlerde yöneticilere de il, daha çok lidere ihtiyaç oldu u iddia edilmektedir [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 sorumluluklar yükledi ini kabul etmektir. Di eri ise, bir kurulu taki liderlerin, yapt klar ile söylediklerini, davran lar ile beyan ettikleri inançlar ve de erler aras ndaki tutarl yani namus dedi imiz eyi önce bizzat kendilerinin ya amay kabul etmesidir” eklinde tan mlamaktad r [3]. Di er bir tan ma göre; liderlik, belirli artlar alt nda belirli ki isel ve grup amaçlar gerçekle tirmek üzere bir kimsenin, ba kalar n faaliyetlerini etkilemesi ve yönlendirmesi sürecidir. Lider ise; ba kalar belirli amaç do rultusunda davranmaya sevk eden ki idir [4]. Liderlik, bir vizyon olu turma ve ilham verme sürecidir. Oysa yöneticilik, ya anan güne ili kin sorunlar n çözülmesiyle ilgili bir i levdir [5]. Arkas nda izleyici kitlesi bulunan, vizyonunu bu izleyici kitleye enjekte edip payla an, tasar üzerine plan yap p yapt plan çerçevesinde çal anlar seferber eden, do ru ve etkin standartlara imzas atarak k lavuzluk misyonuna soyunan ve dü ünceleriyle heyecan yaratan lider profili, enformasyon ça nda geçerli prototipini çizmektedir [6]. Özellikle enformasyon devriminden sonra bir dönü üm ya an yor olmas ndan dolay da, bu büyük dönü ümleri gerçekle tirecek, karizma sahibi “dönü ümcü lider” lere ihtiyaç vard r. Dönü ümcü lider, vizyon sahibi, bir misyonu olan, olumlu örgüt kültürü olu turup yenilik ve yarat a önem vererek tak m çal mas ile güçlendirme yap p, örnek bir model olu turan, çal anlarda entellektüel istek olu turan, çal anlar motive eden ve çal anlarla teker teker ilgilenen ki idir. Dönü ümcü liderin özellik ve davran lar u ekilde s ralanabilir [2]: Takipçileri üzerinde, daha önce yapt klar i lerini yeni bir perspektiften görecek ekilde yeni ilgiler uyand rmak, Örgütün ve örgüt içinde olu turulan tak mlar n vizyonu veya misyonu hakk nda bilinç uyand rmak, Takipçilerinin, içlerinde var olan yetenekleri fark etmelerini sa layarak, bu yeteneklerden daha yüksek seviyeli yetenek potansiyelleri geli tirmek, Takipçileri s rf kendi menfaatlerini dü ünmekten kurtar p, ki isel menfaatlerin üzerinde grup menfaatlerini gözetecek bir bak aç geli tirmeye motive etmek. yi liderler, mü terileri memnun etmeye odaklanmak için insanlar güdüleyerek ve serbest hareket etmelerini sa layarak uzun dönemde sonuçlar al rlar [7]. Mü teri odakl liderli in özellikleri unlard r [8]: Bir vizyonu benimsemek ve bunu da çal anlar yla payla 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 bir kurulu ta kalitenin geli tirilebilmesi üst yönetimden ba lar. Bu nedenle üst yönetime büyük bir sorumluluk dü mektedir. Yönetim kademesi artt kça sistem geli tirme yetki ve sorumlulu u da artmaktad r [9]. Warren Bennis de lider ve yönetici aras ndaki ayr Tablo 1 de fland rm r [10]. Tablo 1. Bennis’e Göre Lider Ve Yönetici Özellikleri YÖNET Yönetir Bir kopyad r Muhafaza eder Sistem ve yap ya odaklanm r Kontrole güvenir sa görü lüdür Nas l ve ne zaman olaca sorar Gözü alt çizgidedir. Taklit eder Statükoyu kabul eder Klasik iyi askerdir lerin do ru gitmesini sa lar

DER Yenilik yapar Orijinaldir Geli tirir nsanlara odaklanm

r

Güven a lar Uzun görü lüdür Ne ve neden oldu unu sorar Gözü ufuktad r Orijinalle tirir Statükoya meydan okur ahsiyetli, kendi kendisidir 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 ile donanm liderli i üstlenecek bir grup insana, gereksinim duymaktad r [11]. Liderlik kavram n belirgin özellikleri u ekilde tan mlanabilmektedir [12]: 1. Yönlendirme: Liderler, ileriye götüren yollar bulmakta, kararl bir yönelme ve yön aray yarat lmas yla ilgilenirler. Bu, yeni hedeflerin, yeni hizmetlerin ve yap lar n tan mlanmas içerebilir. 2. Esin Kayna Olma: Liderler çal ma tak mlar için güçlü güdüleyici i levi gören dü üncelerini, yönlendirici bir enerji yaratarak aç kça ortaya koyarlar. 3. Tak mlar Olu turma: Liderler, tak mlar en do al ve etkili yönetim biçimi olarak görürler, zamanlar tak m olu turma ve çal malar te vik etme; onlara koçluk yapma ile geçirirler. 4. Örnek Olma: Liderlik bir örnek olu turmakt r; kurumlarda di erlerini etkileyen, liderlerin yaln zca ne yapt klar de il, nas l yapt klar r. 5. Kabul Edilme: Yöneticilerin resmile tirilmesi tayinler ve unvanlarla gerçekle ir; ancak bu yöneticilerin liderliklerinin onay yeri ise, çal ma arkada lar n kalpleri ve beyinleridir. 3. Ara

rman n Amac , Modeli, Alan ve Yöntemi

Bu çal man n amac , otomotiv yetkili servis yöneticilerinin yönetim anlay lar ve davran lar na etki eden faktörler tespit edilerek, “liderlik” davran lar ile uyumunu belirlemeye çal makt r. Ara rma örneklemini, zmir, Ayd n ve Denizli illerindeki yetkili servislerde yöneticilik yapan 92 ki i olu turmu tur. Çal mada tarama modeli

2047


Okay, .

yöntem olarak kullan lm r. Ara rmada kullan lan ölçme arac 92 yönetici tam ve eksiksiz bir ekilde cevap vermi tir. Ölçek otomotiv yetkili servis yöneticilerinin yönetim anlay lar tespite yönelik maddelerden olu mu tur. Ölçe in ön uygulanmas 40 yönetici üzerinden gerçekle tirilmi tir. Ölçe in güvenilirlik çal mas için Cronbach Alfa katsay hesaplanm r. Yap lan güvenilirlik çal mas nda, motivasyon faktörüne yönelik Cronbach Alfa katsay .80 olarak bulunmu ve madde toplam korelasyonlar .32 ile .68 aras nda gerçekle mi tir. kinci faktöre (yönetim) ili kin Cronbach Alfa 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 toplam korelasyonlar .42 ile .78 aras nda ç km r. Buna göre, ön uygulama sonucu ölçekten elde edilen ölçümlerin güvenilir sonuçlar verdi i söylenebilir. Ara rmada kullan lan Likert ölçe inde aral klar n geni li i “dizi geni li i/yap lacak grup say ” say formülü ile hesaplanm r. Buna göre aral klar olu mu tur ve s flama bu ölçe e göre yap lm r. “1,00-1,80 hiç kat lm yorum”, “1,81-2,60 kat lm yorum”, “2,61-3,40 karars m”, “3,41-4,20 kat yorum”, “4,21-5,00 tamamen kat yorum” eklinde de erlendirmeler yap lm r [13]. Çal mada elde edilen veriler ‘SPSS for Windows 12.0’ istatistik program nda analiz edilmi tir. Otomotiv yetkili servis yöneticilerinin yönetim anlay lar analiz etmek için yüzde, frekans, aritmetik ortalama ve standart sapma kullan lm r.

görülmektedir. Yöneticilerin e itim durumu da incelendi inde, % 54.3’nün üniversite, % 25’nin lise ve % 14.1’nin ön lisans mezunudur. Yöneticilerin e itim seviyelerinin yüksek olmas , servislerde yeniliklere, de ime uyum konusunda daha süratli bir sürecin ya anmas na neden olabilir. Ankete cevap verenlerin ya da incelendi inde, % 45.7’sinin 26-35, %35.9’nun 3645 ya aral nda olduklar görülmektedir. Servislerde hizmet süreleri incelendi inde % 34.8’nin 2-4 y l, % 25’nin 5-7 y l ve % 26.1 ise 8 y l ve üstü servislerde yönetici olarak görev yapmaktad rlar. Yöneticilerin büyük ço unlu unun orta ya aral nda olduklar ve servislerde belli bir yöneticilik tecrübesine sahip olduklar ifade edilebilir. Tablo 2. Demografik Bulgular De kenler Cinsiyet Da

4. Bulgular Bu bölümde ara rma bulgular aç klanmaya çal lacakt r.

tablolar yard

4.1. Ara Bilgiler

Hakk nda

rmaya

Kat lanlar

Ankete cevap verenlerin cinsiyet da % 81.5’nin erkek ve % 18.5’nin

yla

Genel

incelendi inde, kad n oldu u

4.2. Ara rmaya Kat lanlar n Liderlik Özelliklerine li kin Görü ler Bu bölümde otomotiv yetkili servis yöneticilerinin yönetim anlay lar ile ilgili de erlendirmeleri incelenmektedir.

f 17 75 92 2 23 13 50 4 92 6 42 33 11 92 13 32 23 24 92

Bayan Erkek TOPLAM lkö retim Lise itim Durumu Önlisans Da Üniversite Lisansüstü TOPLAM 25 ve alt 26-35 Ya 36-45 Da 46-60 61 ve üstü TOPLAM 1 y ldan az Hizmet 2-4 y l Süresi 5-7 y l Da 8 y l ve üstü TOPLAM

% 18.5 81.5 100.0 2.2 25.0 14.1 54.3 4.3 100 6.5 45.7 35.9 12.0 100 14.1 34.8 25.0 26.1 100

Tablo 3’de ara rmaya kat lan servis yöneticilerinin letmelerde 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 lar Birlikte çal m ki iler aras nda i birli ine dayal ili kiler geli tiririm. Yetkili serviste bir çal an i ini iyi yapt nda onu överim. Yetkili serviste ortak de erlere ba k gösteren ki ileri, topluluk önünde takdir ederim. Yetkili serviste grup halinde ba ar için çal anlar te vik ederim. Yetkili serviste çal anlar n i le ilgili çabalar artt rmak için onlar motive ederim. Yetkili serviste her zaman çal anlarla yöneticiler aras nda kar kl sevgi ve sayg ili kisi vard r. Yetkili serviste çal anlar n ki isel istek ve ihtiyaçlar göz önüne al m. Yetkili serviste çal anlarla yöneticiler aram zdaki statü fark en aza indirerek çal anlar n rahatça kendilerini ifade etmelerini sa lar m.

Kesinlikle Kat lm yorum

Kat lm yorum

Fikrim Yok

Kat yorum

Kesinlikle Kat yorum

f

%

f

%

f

%

f

%

f

%

1

1.1

1

1.1

-

-

25

27.2

65

70.7

-

-

4

4.3

3

3.3

41

44.6

44

47.8

-

-

2

2.2

3

3.3

37

40.2

50

54.3

-

-

-

-

2

2.2

25

27.2

65

70.7

-

-

-

-

3

3.3

28

30.4

61

66.3

-

-

3

3.3

7

7.6

30

32.6

52

56.5

-

-

1

1.1

6

6.5

43

46.7

42

45.7

-

-

4

4.3

7

7.6

38

41.3

43

46.7

2048


Okay, .

Tablo 3 incelendi inde yöneticiler, “Birlikte çal m ki iler aras nda i birli ine dayal ili kiler geli tiririm.” % 70.7, “Yetkili serviste grup halinde ba ar için çal anlar te vik ederim.” % 70.7, “Yetkili serviste çal anlar n i le ilgili çabalar artt rmak için onlar motive ederim.” % 66.3 ve “Yetkili serviste her zaman çal anlarla yöneticiler aras nda kar 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 servis yöneticilerinin 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 bireysel performanstan daha fazla performans sergilemelerini te vik ettikleri ifade edilebilir. Çal anlar n istek ve beklentilerini kolayl kla aktarabilmeler için sürekli ileti im yollar yöneticiler taraf ndan aç k tutulmakta, çal anlarda böylelikle kendilerini ifade etme imkân bulmalar sa lanmaktad r. Bu durum çal anlar n aidiyet bilinicinin yükselmesinde etki etti i dü ünülmektedir.

Tablo 4. Servis Yöneticilerinin Motivasyonla lgili Yarg lara li kin Görü lerin Da N

X

S

92

4.65

0.65

92

4.35

0.74

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

92

4.63

0.54

92

4.42

0.77

92

4.36

0.65

92

4.30

0.79

Yarg lar Birlikte çal

m ki iler aras nda i birli ine dayal ili kiler geli tiririm.

Yetkili serviste bir çal an i ini iyi yapt Yetkili serviste ortak de erlere ba

nda onu överim.

k gösteren ki ileri, topluluk önünde takdir ederim.

artt rmak için onlar motive ederim.

Yetkili serviste her zaman çal anlarla yöneticiler aras nda kar Yetkili serviste çal anlar n ki isel istek ve ihtiyaçlar

kl sevgi ve sayg ili kisi vard r.

göz önüne al m.

Yetkili serviste çal anlarla yöneticiler aram zdaki statü fark ifade etmelerini sa lar m.

en aza indirerek çal anlar n rahatça kendilerini

Tablo 4’deki bulgular incelendi inde, bütün yarg lar n ortalamalar de erlendirildi inde “tamamen kat yorum” düzeyinde cevaplar vermi lerdir. Ortalamalar içerisinde en =4.68 ile “Yetkili serviste grup halinde yüksek yarg lar ba ar için çal anlar te vik ederim.”, =4.65 ortalama ile “Birlikte çal m ki iler aras nda i birli ine dayal ili kiler geli tiririm.” ve =4.63 ortalama ile “Yetkili serviste çal anlar n i le ilgili çabalar artt rmak için onlar motive ederim.” Yarg lar oldu u görülmektedir. Yöneticinin

servislerde i birli ine dayal bir çal ma ortam n olu mas na çok önem verdikleri görülmekle beraber ba ar lar n bireysel ve tak m olarak ödüllendirildi i de ifade edilebilir. Tablo 5 de, otomotiv yetkili servis yöneticilerinin, yönetim anlay lar tespite yönelik yarg lara ili kin de erlendirmeleri incelenmektedir.

Tablo 5. Servis Yöneticilerinin Yönetim Anlay lar le lgili Yarg lara li kin Görü lerin Da Yarg lar Yetkili serviste belirlenmi prosedürlerin kullan lmas te vik ederim. Yetkili serviste, i lerdeki gecikmelere ve belirsizliklere kar toleransl davran m. Yetkili serviste i lerin h zl bir tempoda yap lmas sa lar m. Yetkili servisteki i ler ile ilgili neyin-nas l yap laca na ben karar veririm. Yetkili serviste yapt m i ler ile ilgili aç klama yapmay reddederim. Yetkili serviste yap lan i ler hakk nda kesinlikle bana bilgi verilmesini isterim. Yetkili serviste kararlar n tüm personelin kat yla al nmas na özen gösteririm. Yetkili serviste söz verdi im eyleri kesinlikle yerine getiririm.

Kesinlikle Kat lm yorum

Kat lm yorum

Fikrim Yok

Kat yorum

Kesinlikle Kat yorum

f

%

f

%

f

%

f

%

f

%

-

-

2

2.2

1

1.1

20

21.7

69

75

18

19.6

36

39.1

7

7.6

20

21.7

11

12

2

2.2

7

7.6

3

3.3

40

43.5

40

43.5

6

6.5

34

37

6

6.5

29

31.5

17

18.5

36

39.1

34

37

5

5.4

7

7.6

10

10.9

-

-

1

1.1

2

2.2

25

27.2

64

69.6

1

1.1

10

10.9

7

7.6

34

37

40

43.5

-

-

2

2.2

2

2.2

36

39.1

52

56.5

Tablo 5 incelendi inde, “Yetkili serviste belirlenmi prosedürlerin kullan lmas te vik ederim.” % 75, “Yetkili serviste yap lan i ler hakk nda kesinlikle bana bilgi verilmesini isterim.” % 69.6 ve “Yetkili serviste söz verdi im eyleri kesinlikle yerine getiririm.” % 56.5

yarg lar na “kesinlikle kat yorum” düzeyinde görü bildirmi lerdir. Di er taraftan “Yetkili serviste yapt m i ler ile ilgili aç klama yapmay reddederim.” %76.1 ve “Yetkili serviste, i lerdeki gecikmelere ve belirsizliklere kar toleransl 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” seviyesinde cevaplar vermi lerdir. De erlendirmeler incelendi inde; yöneticilerin serviste belirli bir çal ma kültürünün olu mas için prensipler ve kurallar çerçevesinde hareket etmeye çal klar görülmektedir. Serviste belirlenmi prosedürlerin kullan lmas n te viki bu aç dan dikkat çekmektedir. letmede al nan kararlar n tüm personelin kat ile al nmas na önem verilmekle beraber, yap lan ler hakk nda yöneticiler kesinlikle kendilerine bilgi

verilmesini istemektedirler. Serviste neyin-nas l yap laca na % 50 oran nda kendilerinin karar verdi ini, di er taraftan % 44 oran nda çal anlarla beraber karar verdikleri görülmektedir. Bu durum yöneticilerin personele daha çok sorumluluk da tt klar , yaln z yetkiyi ise ellerinden b rakmad klar göstermektedir. Yöneticilerin büyük ço unlu unun verdikleri sözleri kesinlikle yerine getirdikleri, bu durum çal anlar n da yöneticilerine olan güven ve itimad güçlendirici etki olu turdu u belirtilebilir.

Tablo 6. Servis Yöneticilerinin Yönetim Anlay lar le lgili Yarg lara li kin Görü lerin Da Yarg lar

N

Yetkili serviste belirlenmi prosedürlerin kullan lmas

te vik ederim.

Yetkili serviste, i lerdeki gecikmelere ve belirsizliklere kar Yetkili serviste i lerin h zl bir tempoda yap lmas

S

X

92 4.69

.60

toleransl davran m. 92 2.58 1.36

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

92 2.14 1.31

m i ler ile ilgili aç klama yapmay reddederim.

Yetkili serviste yap lan i ler hakk nda kesinlikle bana bilgi verilmesini isterim.

92 4.65

Yetkili serviste kararlar n tüm personelin kat

92 4.10 1.02

yla al nmas na özen gösteririm.

Yetkili serviste söz verdi im eyleri kesinlikle yerine getiririm.

Tablo 6’daki bulgular incelendi inde, servis yöneticilerinin yönetim anlay lar tespite yönelik yarg lara ili kin en =4.69 ortalama ile “Yetkili serviste yüksek ortalama ile belirlenmi prosedürlerin kullan lmas te vik ederim.”, =4.65 ortalama ile “Yetkili serviste yap lan i ler hakk nda kesinlikle bana bilgi verilmesini isterim.” ve =4.50 ortalama ile “Yetkili serviste söz verdi im eyleri kesinlikle yerine getiririm.” yarg lar olduklar görülmektedir. Her üç yarg da “tamamen kat yorum” düzeyinde gerçekle mi tir. En az kat m ise =2.14 ortalama ile “Yetkili serviste yapt m i ler ile ilgili aç klama yapmay reddederim.” ve

92 4.50

.58

.65

=2.58 ortalama ile “Yetkili serviste, i lerdeki gecikmelere ve belirsizliklere kar toleransl davran m.” yarg lar nda geldi i görülmektedir. Her iki yarg da “kat lm yorum” seviyesinde gerçekle mi tir. Yöneticilerin genellikle çal anlara de er verdikleri görülmekle beraber, serviste belirli bir disiplin içerisinde ve kendilerinin merkezde oldu u çal ma ortam olu turduklar ifade edilebilir. Tablo 7 de servis yöneticilerinin ki isel geli imleri ile ilgili yarg lara ili kin de erlendirmeleri incelenmektedir.

Tablo 7. Servis Yöneticilerinin Ki isel Geli imleri le lgili Yarg lara li kin Görü lerin Da Yarg lar Ya am mda bana yeni eyler ö retecek de ikliklere aç m. Yetkili serviste olu an hatalar de erlendiririm, nedenlerini ortaya ç kar m ve ayn hatalar bir daha yapmamay kendime bir hedef olarak koyar m. Ya am mda de eri olmayan faaliyetleri s k s k elemeye çal m ve sadece ya am zenginle tirecek, geli tireceklere odaklan m. Hatalar kabul ederim sonra ayn hatalar tekrar yapmamak için amac de tiririm. Yetkili serviste farkl görü leri dikkatle dinlerim. ler beklendi i gibi gitmedi inde "Bu deneyimden ne ö renebiliriz?" diye sorar m.

Kesinlikle Kat lm yorum

Kat lm yorum

Fikrim Yok

Kat yorum

Kesinlikle Kat yorum

f

%

f

%

f

%

f

%

f

%

1

1.1

1

1.1

4

4.3

15

16.3

71

77.2

-

-

-

-

-

-

20

21.7

72

78.3

2

2.2

3

3.3

8

8.7

37

40.2

42

45.7

1

1.1

2

2.2

5

5.4

30

32.6

54

58.7

-

-

1

1.1

5

5.4

30

32.6

56

60.9

-

-

-

-

8

8.7

34

37

50

54.3

Tablo 7 incelendi inde, “Yetkili serviste olu an hatalar de erlendiririm, nedenlerini ortaya ç kar m ve ayn hatalar bir daha yapmamay kendime bir hedef olarak koyar m.” % 78.3, “Ya am mda bana yeni eyler ö retecek de ikliklere aç m.” % 77.2, “Yetkili serviste farkl görü leri dikkatle dinlerim.” %60.9 ve “Hatalar kabul ederim sonra ayn hatalar tekrar yapmamak için amac

de tiririm.” % 58.7 ile “kesinlikle kat yorum” düzeyinde görü bildirmi lerdir. De erlendirmeler incelendi inde, yöneticilerin hayatlar nda sürekli olarak yeniliklere aç k olduklar ve ki isel geli imlerini sürdürmeye yönelik çal malar içerisinde olduklar görülmektedir. Ayn zamanda dinamik bir servis ortaya koymak ç kan hatalar , sorunlar çözmek ad na çal malar içerisinde olan ve o

2050


Okay, .

hatalar tekrarlamamay kendilerine hedef olarak için, bu deneyimden neler ö renilebilece i analiz edilerek, belitledikler ifade edilebilir. Rekabettin artt günümüzde, hatadan dahi yarar sa lanmaya çal lmas i letmenin letme verimini ve karl art etki ortaya verimini art etki olu turabilece i belirtilebilir. kabilecektir. Yap lan hatalar n bir daha tekrar etmemesi Tablo 8. Servis Yöneticilerinin Ki isel Geli imleri le lgili Yarg lara li kin Görü lerin Da Yarg lar Ya am mda bana yeni eyler ö retecek de

ikliklere aç

N

m.

S

92 4.67 .71

Yetkili serviste olu an hatalar de erlendiririm, nedenlerini ortaya ç kar m ve ayn hatalar bir daha yapmamay kendime bir hedef olarak koyar m. Ya am mda de eri olmayan faaliyetleri s k s k elemeye çal m ve sadece ya am zenginle tirecek, geli tireceklere odaklan m. Hatalar

X

kabul ederim sonra ayn hatalar tekrar yapmamak için amac

de

tiririm.

Yetkili serviste farkl görü leri dikkatle dinlerim.

92 4.78 .41 92 4.23 .90 92 4.61 .78 92 4.53 .65

ler beklendi i gibi gitmedi inde "Bu deneyimden ne ö renebiliriz?" diye sorar m.

Tablo 8 incelendi inde, ara rmaya kat lan yetkili servis yöneticilerinin ki isel geli melerine ili kin yarg larla ilgili de erlendirmelerinin tamam “kesinlikle kat yorum” düzeyinde de erlendirdikler ifade edilebilir. Ortalamalar =4.78 ortalama ile “Yetkili içerisinde en yüksek yarg lar serviste olu an hatalar de erlendiririm, nedenlerini ortaya kar m ve ayn hatalar bir daha yapmamay kendime bir hedef olarak koyar m.”, =4.67 ortalama ile “Ya am mda bana yeni eyler ö retecek de ikliklere aç m.” ve =4.61 ortalama ile “Hatalar kabul ederim sonra ayn hatalar tekrar yapmamak için amac de tiririm.” Yarg lar oldu u görülmektedir. Servis yöneticilerinin e itim seviyelerinin yüksekli i ya ortalamalar na paralel olarak ki isel geli im ve de ime aç k olmalar , servislerinde ba ar ve kaliteyi art etki olu turaca dü ünülmektedir.

5. Sonuçlar Otomotiv yetkili servis yöneticilerinin yönetim anlay lar tespit amac ile yap lan alan ara rmas nda a daki sonuçlara var lm r: Yetkili servislerde çal an yöneticilerin e itim seviyelerinin yüksek olmas , de ime ve dönü üme aç k olmalar na neden olabilmektedir. Ayn zamanda bu sürecin h da art etki olu turabilmektedir. Servis yöneticileri i letmelerinde, çal anlar n i birli i içerisinde, tak m ruhu ile hareket etmelerine yönelik çal malar içerisinde olduklar görülmektedir. Çal anlar n ba ar lar yöneticiler taraf ndan takdir edilerek, motivasyonlar n art lmas na yönelik çal malar yap lmaktad r. Yöneticiler çal anlarla olan ileti im yollar sürekli aç k tutarak, personelin istek ve beklentilerini ifade etmelerine imkan sa lamaktad r. Yöneticiler servislerde belirli bir i letme kültürünün olu mas ad na belirli prosedürlerin kullan lmas te vik etmektedirler. Yap lan i lerin h zl bir tempoda yap lmas na dikkat eden yöneticiler, i lerdeki gecikmelere ve belirsizliklere kar ise toleransl davranmad klar ifade etmektedirler. Çal anlar n serviste al nan kararlarda kat mlar n sa lanmas na önem veren yöneticiler, ayn zamanda verdikleri sözleri de yerine getirmeye özen göstermektedirler.

92 4.45 .65

Yetkili servis yöneticilerinin hayatlar nda ve yönetim ya amlar nda sürekli olarak yeniliklere ve de ime aç k olduklar görülmektedir. letmelerde meydana gelen hatalar n de erlendirilmesi yap larak, bir daha tekrar etmesini engellemeye çal klar , bunu yaparken de hatan n neden kaynakland sorgulayarak çözmeyi yöneticilerin kendilerine hedef olarak belirledikleri görülmektedir. Serviste farkl görü te olanlar da yöneticilerin dinledikleri belirtilmektedir.

Kaynaklar [1] Kon, B., Toplam Kalite Yönetiminde Liderlik Anlay , (Yay nlanmam Yüksek Lisans Tezi), Sakarya Üniversitesi S.B.E., Sakarya, 1996. [2] Brestrich, T. E., “Modernizmden Postmodernizme Dönü ümcü Liderlik”, Seba Yay nc k, Ankara, 2000. [3] Demirkan, M.,TKY ve Türk Endüstri li kileri Sistemine Etkileri, De im Yay nlar , Sakarya, 1997. [4] Ard ç, K. ve Yenigün, M. C., Toplam Kalite Yönetiminde Liderlik Anlay , 21. Yüzy lda Liderlik Sempozyumu, 1997. [5] Batla , A., De imin çinden Gelece e Do ru Ekip Çal mas Ve Liderlik, 5. Bas m, Remzi Kitapevi, stanbul, 2003. [6] Akdemir, A., Vizyon Yönetimi, Avrupa nsan Kaynaklar Merkezi Ya., stanbul, 1998. [7] Olson, J., Etkili Sunu : Atak Yöneticinin Liderlik Rehberi, (Çev.: E. Sabri YAMALI), Hayat Yay nlar , stanbul, 1999. [8] Hamzah, A. Ve Zairi, M., People Management: Where is the evidence of best practice. Part III, Training for Quality, 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 the 21st Century”, Journal of Organization Change Management, 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 Kalite Yönetimi”, Sistem Yay nc k, stanbul, 2000. [13] Tekin, H., “E itimde Ölçme ve De erlendirme”, Yarg Yay nlar , Ankara, 1993.

2051


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

GSM TABANLI TA IT KONTROL UYGULAMASI VEHICLE CONTROL APPLICATION BASED ON GSM Hayri YAMANa* M.Nuri SEYMANa brahim UZUNa Necmi TA PINARb a

kkale Üniversitesi, K kkale, Türkiye, E-posta: hayriyaman@kku.edu.tr, mnseyman@kku.edu.tr, iuzun@kku.edu.tr b Erciyes Üniversitesi,Kayseri, Türkiye, E-posta: taspinar@erciyes.edu.tr

Özet Bu bildiride GSM tabanl elektronik devre yard yla içten yanmal 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 uk çal mada meydana gelen a nt miktar azalt lacak ve motor ömrü uzat lacakt r. Ayr ca arac n alarm, merkezi kilit ve klima gibi sistemleri de kontrol edilecektir. Anahtar kelimeler: GSM, DTMF, içten yanmal motor.

Abstract In this paper, the vehicle with internal combustion engine was remote-controlled with the help of electronic circuit based on GSM. By teleoperating car, ideal temperature of the engine will be provided and thanks to this quantity of the abrasion that occurs in cold starting case will be decreased and engine life will be lengthened. Besides the alarm, the central lock system and the air conditioner system of the vehicle was controlled as well. Keywords: GSM, DTMF, internal combustion engine

1. Giri Motorlarda malzeme teknolojisinin ilerlemesine ra men kullan lan malzemenin genle me miktar n s cakl a ba olarak de iklik göstermesi motorun çal ma artlar etkilemektedir. çten yanmal motorlarda so uk çal ma durumlar nda meydana gelen a nt miktar motorun ideal çal ma s cakl nda meydana gelen a nt miktar ndan daha fazlad r. Bu sebeple özellikle so uk havalarda ta t yola ç kmadan önce motorun önceden belli bir çal ma cakl na getirilmesiyle motorda meydana gelecek a nt miktar azalacak ve buna ba olarak motor ömrü artacakt r [1-4]. Motorun önceden çal lmas uzaktan yap lacak kontrol ile mümkün olacakt r. Ayr ca uzun süre garajda bekleyecek olan araçlar n zaman zaman uzaktan çal larak uzun süreli beklemeden kaynaklanacak motor iç parçalar korozyonu ve akü de arj problemi ortadan kald lacakt r. [5]’deki çal mada radyo frekans (Radio Frequency: RF) sinyalleri kullan larak 200 m lik mesafe de kontrol i lemini sa layan çal ma yap lm r. Bunun yan nda kontrol i lemini sa lamak için GSM (Global Systems for Mobile Communications) tabanl sistemlerden de faydalan labilir. Bu sayede mesafe s tan maks n arac n önceden çal lmas sa lanacak ve hatta arac n klima, alarm, cam otomati i gibi sistemlerinin de kontrolü mümkün olacakt r.

Bildirinin s ras yla 2. bölümünde içten yanmal motorun so uk çal ma süreci anlat lacak, 3.bölümünde uzaktan kontrolü sa layacak GSM tabanl elektronik kontrol ünitesi aç klanacak ve 4. bölümde ise sonuçlar ve öneriler verilecektir.

2. Motorun So uk Çal ma Süreci So uk motor ideal çal ma s cakl na gelene kadar sekmen piston ve silindir aras nda a sürtünme meydana getirmektedir. Motorun gerçek performans verebilmesi en 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 az yak t, en düzgün egzoz emisyonu de eri ve motor nt n en az oldu u s cakl k aral oldu u bilinen bir gerçektir. Bu nedenle motorun mümkün olan en k sa sürede çal ma s cakl na ula mas motorun performans n k sa sürede normale getirilmesi ve motorun so uk çal madan dolay meydana gelecek iç a nt miktar n en az seviyelere çekilmesi aç ndan önemli bir tasar ve sistem planlamas gerektirmektedir. Motor çal ma s cakl na getirilmeden ta t yola ç kacak olursa yük alt nda so uk motorda iç a nt miktar artacak, bu durum motor ömrünün k salmas n önemli nedenlerinden biri olacakt r [1-4] .

ekil 1a. Silindir Gömle inin S cakl kla A nma De imi [2]. ekil 1a ve 1b’deki grafiklerde çe itli s cakl k de erlerine göre segman ve silindir a nt de erleri görülmektedir. ekil 1a’da s cakl n az oldu u de erlerde segmanda meydana gelecek a nt de erlerinin motorun s cak oldu u duruma göre daha fazla oldu u görülmektedir. Ancak motorun ideal çal ma s cakl na gelmesi durumunda segman a nt miktar nda önemli ölçüde azalma meydana gelmektedir. Öyle ki motor s cakl n 30°C’ alt ndaki

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2052


Yaman, H., Seyman M.N., Uzun ., Ta

de erlerinde meydana gelen a nt miktar , motor cakl n 80°C de olmas na göre yakla k olarak 5 kat fazlad r [2]. ekil 1b’de ideal çal ma s cakl nda 10.000 km’de silindir a nt miktar n 0.01 mm’de oldu u ancak 40 0C’nin alt ndaki s cakl k de erlerinde ise silindir a nma miktar n bir hayli fazla oldu u görülmektedir [4].

nar N.

içerisindeki dahili osilatör taraf ndan üretilen çok tonlu frekans (Dual Tone Multi Frequency: DTMF) sinyallerinden faydalan r [6]. Tu lara kar k üretilen frekans çiftleri Çizelge-1’de görülmektedir. Örne in telefondan 1 tu una bas lmas durumunda 697 Hz ve 1209 Hz lik sinyal çiftleri üretilir ve hatt n aç k olmas durumunda üretilen bu sinyal çiftleri hattan iletilir. Al tarafta al nan bu DTMF sinyallerinin say sal hale getirilmesi için DTMF kod çözücüsü kullan lmaktad r. ekil 2’deki devrede tu lara bas lmas durumunda üretilen sinyal çiftlerine kar binary kodlar elde etmek için CM8870 entegresi kullan lm r [7]. Çizelge 1. DTMF Frekans Çiftleri.

ekil 1b. Motor S cakl

n Silindir A nt Etkisi [4]

Üzerindeki

Dizel motorlar nda hacimsel verimlili i ve dolay yla motorun verimli çal mas art rmak için kullan lan turbo sistemi günümüz araçlar nda neredeyse standart hale gelmi tir. Turbo sistemi motorun ya lama sistemi ile ya lanmakta ve yüksek egzoz gaz s cakl alt nda ortalama 100.000 devir / dakika ile çal maktad r. Yoldan gelen turbo sistemli bir ta n motoru rölanti devrinde belli süre bekletilmeden stop edilecek olursa motordan ç kan egzoz gaz bas nc ile yüksek devirde çal an turbo dönmesine devam edecektir. Bu durumda motor stop edilir ise ya lama yap lmaks n turbo tamamen durana kadar çal mas sürdürecektir. Ya laman n kesilmesi turbo sisteminin k sa sürede bozulmas na neden olacakt r. Bu istenmeyen durumun ortadan kald lmas için araç sabit halde beklerken motorun belli süre rölanti çal mas nda devam ettirilmesi fayda sa layacakt r. Bu nedenle belli bir süre sonra motorun uzaktan kontrol sistemi ile stop edilmesi turbo ömrünün uzat lmas na katk sa layacakt r.

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 frekans çiftlerini Çizelge 2’de yer alan ikili (binary) de erlere dönü türür. Çizelge 2. DTMF sinyallerine kar Tu

f alt

üretilen ikili de erler.

f üst

Q4

Q3

Q2

Q1

1

697

1209

0

0

0

1

2

697

1336

0

0

1

0

3

697

1477

0

0

1

1

4

770

1209

0

1

0

0

5

770

1336

0

1

0

1

6

770

1477

0

1

1

0

Ayr ca araç içi tma so utma suyu ss ndan yararlan larak yap ld ndan, ta n yola ç kmadan önce rölantide çal larak motorun so utma suyu s cakl yükseltecek; böylece araç kabin iç s cakl n yola kmadan önce yükseltilmesi sa lanarak yolculu un ilk an ndan itibaren önemli bir konfor sunulmu olacakt r [3].

7

852

1209

0

1

1

1

8

852

1336

1

0

0

0

9

852

1477

1

0

0

1

0

941

1336

1

0

1

0

*

941

1209

1

0

1

1

3. GSM Tabanl Elektronik Kontrol Ünitesi

#

941

1477

1

1

0

0

A

697

1633

1

1

0

1

B

770

1633

1

1

1

0

C

852

1633

1

1

1

1

D

941

1633

0

0

0

0

Arac n çe itli aksamlar uzaktan kontrol etmek için yap ekil 2`de görülen devre yap tasarlanm r. Tasarlanan bu devre ekilde belirtilen noktalardan cep telefonuna, devredeki ç röleleri ise arac n kontrol edilmek istenen sistemlerine ba lanacakt r. Uzaktan herhangi bir telefonla araca ba lanacak cep telefonunun aranmas ile kontrol lemi mümkün olmaktad r. Kontrolü ve ifrelemeyi sa layacak verilerin telefon hatt ndan iletilmesi için aranan telefondan çe itli tu lara bas lmas durumunda telefon

2053


Yaman, H., Seyman M.N., Uzun ., Ta

nar N.

ekil 2. Elektronik Kontrol Ünitesi. Bu sayede çe itli tu lara bas larak kontrol edilmek istenen sistemin kontrolünü sa layacak mikrodenetleyici için say sal de erler elde edilir. Devrede, kontrolü ve yetki d kimselerin sisteme giri ini engellemek amac yla kullan lan ifrelemeyi sa lamak için PIC16F628 mikrodenetleyicisi kullan lm r [8]. Tasarlanan devredeki cep telefonu numaras aranarak telefonun 3 defa çalmas n ard ndan PIC yaz yard yla telefonun aç lmas sa lanacak ve hat aktif hale gelecektir. Telefonun aç lmas ndan sonra ifre girilerek sistemin kullan mümkün olacakt r. E er 3 defa hatal ifre girilirse hat otomatik olarak kapan r. ifrenin do ru girilmesi durumunda uzaktan arayan telefonun tu lar na bas larak PIC16F628A’n n ç portlar na ba rölelerin kontrolü yap larak, bu rölelere ba arac n çe itli aksamlar kontrol edilecektir. ekil 3’de verilen mar sistemi devresine RB7 ye ba röle 1 numara ile belirtilen giri e ba lanacakt r [9].

1 Kontak Anahtar

Akü

4. Sonuçlar Bu çal mada, içten yanmal motorlu bir arac n çe itli sistemlerini kontrol etmek için GSM tabanl bir elektronik devre tasarlanm ve arac n mar -kontak, alarm, otomatik kilit ve klima gibi elektriksel sistemleri, sabit veya cep telefonu yard yla uzaktan kontrol edilmi tir. Arac n kontrol edilmek istenen çe itli sistemlerine ba cep telefonu farkl bir noktadan aranmakta arayan telefonun numara tu lar na bas larak her bir tu için atanm olan sistemin uzaktan kontrolü sa lanmaktad r. Her bir sistemin ayr ayr uzaktan kontrolünü sa lamak için telefon hatt nda her bir tu a bas lmas durumunda farkl frekanslarda olu an DTMF sinyallerinden faydalan lm r. Tasarlanan devrede yer alan mikrodenetleyici ile araçtaki sistemlerin kontrolünü sa laman n yan nda ifreleme yap lmakta ve bu sayede yetkisiz kimselerin arac kontrol etmesinin önüne geçilmektedir. Ayr ca bu kontrol sistemi ile araç içinde gerekli mekanik düzenlemeler yap larak insans z olarak arac n uzaktan kontrolü de mümkün olacakt r. Özellikle araçlar n uzaktan kontrol edilmesinin nedeni ise; içten yanmal motorlarda so uk çal ma durumlar nda motor a nmas üst seviyelerde oldu undan, mesafe s olmaks n motorun uzaktan çal lmas ile araç harekete geçmeden önce motorun ideal çal ma cakl na getirilmesi ve bu sayede motor ömrünün art lmas sa lanmaktad r. Farkl çal ma s cakl nda çal an bir motorun a nma miktar da grafiksel olarak verilmi ve bu sistemin önemi vurgulanm r.

Mar Motoru ekil 3. Araç Mar Sistemi.

2054


Yaman, H., Seyman M.N., Uzun ., Ta

Kaynaklar [1] Demirsoy M. Motorlu araçlar, Kurti Matbaas , Denizli, 1998. [2] Shepart L., Engine independent heaters in heavy duty applications: The European experience truck and bus meeting and exposition: Charlotte, North Carolina, USA November, 6-9, 1989. [3] ekero lu S.S., Ta tlarda Ön Is lar n Is l Konfora Etkileri ve Ön Is tma Süresi Optimizasyonu, stanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 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 ile ta t kontrolü, 1. Mühendislik ve Teknoloji Sempozyumu, 136-141, 2008. [6] Shatnawi, A.M., Abu-El-Haija, A.I., Elabdalla, A.M., A digital receiver for Dual Tone Multifrequency (DTMF) signals”, IEEE Instrumentation and Measurement Technology 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

nar N.


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

OTOMOT V YETK SERV SLER NDE ISO 9001:2000 KAL TE GÜVENCE STEMLER N ETK LER : B R ALAN ARA TIRMASI EFFECTS OF QUAL TY GUARANTEE SYSTEMS ISO 9001:2000 ON AUTOMOT VE AUTHOR ZED SERV CES: A SURVEY RESEARCH Süleyman SEM Za* ve Mustafa BOZDEM Ra a Pamukkale Üniversitesi, Denizli, Türkiye, E-posta: ssemiz@pau.edu.tr, mbozdemir@pau.edu.tr Özet

1. Giri

2000 y nda yap lan revizyonla son hali verilen ISO 9001:2000 Kalite Güvence Sistemleri (KGS)’nin üretim ve hizmet i letmelerinde kullan artarak devam edilmektedir. KGS, i letmelerin i leyi eklini düzenleyerek sistemin daha verimli, etkin ve h zl olmas amaçlamaktad r. Bu amaç gerçekle tirilirken i iletmenin tüm varl klar ndan en üst düzeyde faydalan lmas temel al nmaktad r. Otomotiv endüstrisi ana-yan sanayii ve sat sonras hizmetler ile birlikte de erlendirildi inde, çok geni bir alanda üretim, istihdam ve katma de er sa layan bir sektördür. Sektörün son kullan ile en önemli temas noktas olan yetkili servislerde sat , tamir ve bak m hizmetleri verilmektedir. Yetkili servislerde hedeflenen kalite standard n tutturulmas için ISO 9001:2000 KGS uygulamalar önemli bir araçt r. Bu çal mada Türkiye’de farkl markalara ait ve ISO 9001:2000 KGS belgesine sahip yetkili servislerde yap lan bir ara rma yer almaktad r. Ara rmada ISO 9001:2000 KGS belgesinin yetkili servisler üzerindeki etkileri de erlendirilmektedir.

Otomotiv endüstrisi, ekonominin önde gelen sektörlerinden olup di er sektörleri de etkileme gücüne sahiptir. Ekonomideki sürükleyici etkisi, di er sanayi dallar ve sektörlerle 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 al olup, kendi bünyesindeki teknolojik geli melere paralel olarak ad geçen sektörleri de teknolojik geli meye zorlamakta ve katk sa lamaktad r. Turizm, alt yap , in aat, ula rma ve tar m sektörlerinin ihtiyaç duydu u her çe it motorlu araç otomotiv sektörünün ürünleridir [1]. Sektör ayr ca ham madde ve yan sanayi ile otomotiv ürünlerinin tüketiciye ula mas sa layan ve bunu destekleyen pazarlama, bayi, servis, akaryak t, finans ve sigorta sektörlerinde de geni i hacmi ve istihdam olu turmaktad r [2].

Anahtar kelimeler: Kalite, ISO 9001: 2000 KGS, Otomotiv Yetkili Servisleri

Abstract Using Quality Guarantee Systems (QGS) ISO 9001:2000 in the production and the service enterprises that has the last state after the revision made in the year 2000 continues increasingly. QGS aims to make the system more efficient, more effective and faster by arranging the management form of the enterprises. Benefitting in the highest level from the all wealth of the enterprise is basically considered while performing this aim. Automotive industry is a sector supplying production, employment and value added in very large area as it is evaluated together with the main industry, by- industry and after sale services. Sale, repair and care services are performed in the authorized services that are the most important contact points of the sector with the costumer. QGS ISO 9001:2000 applications are important means for catching the target quality standard in the authorized services. In this study, a research made in the authorized services of different brands in Turkey that has ISO 9001:2000 QGS certificates is present. In the research, the effects of ISO 9001:200 QGS certificate on the authorized services are evaluated. Keywords: Quality, Authorized Services

ISO

9000

QMS,

Automotive

Otomotiv sektörü yasal olarak trafik tescil belgesine sahip olma yükümlülü ü ta yan motorlu araçlar üreten ana firmalar ile ilgili kurulu lardan olu maktad r. Detayl incelendi inde sektörün a daki bile enlerden olu tu u görülecektir [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 ortalama 105’tir. Avrupa Bölgesi’nde 345, Amerika Bölgesi’nde 231 adet iken, Türkiye’de 92 adet gibi dü ük bir de erde bulunmaktad r [4]. Bu rakam dünya ortalamas n bile alt ndad r. Türkiye bu rakamlara göre geli mekte olan pazar özelli ini devam ettirmektedir. Türkiye’de otomotiv sanayii 1990’l y llarda ihracata yönelik rekabetçi bir sanayi niteli ini kazanm ve 1990’l y llar n sonlar na do ru Türkiye’de dünyan n önde gelen otomotiv firmalar n Türk ortaklarla kurduklar tesislerle birlikte önemli bir konum elde ederek bunlardan baz lar ortak olduklar yabanc otomotiv firmalar n ihracat üssü haline gelmi tir. Bu nedenlerle otomotiv sanayinde uygulanan üretim yöntem ve teknolojileri, uluslararas düzeyde, ana firmalar n kulland klar yöntem ve teknolojilerle e de erdedir. Ayr ca son y llarda geli en Ar-Ge olanak ve kapasitesi ile Türkiye’deki otomotiv sanayii de üretim yöntemleri ile ürün teknolojisini geli tirme çabalar art rmaktad r [2]. Türkiye’de üretim, iç pazardaki dü e ra men, ihracattaki art n deste i ile art sürdürmektedir. 2007 y ndaki toplam ta t üretimi, 2006 y na göre %11,3 artarak 1,1

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2056


Semiz, S. ve Bozdemir, M.

milyon adet olmu tur. 2007 y nda otomotiv sanayinin ihracat ise geçen y la göre %34 art la 19.2 milyar $’ geçmi tir. Türkiye ihracat nda birinci s rada yer alan otomotiv sanayinin toplam ihracattaki pay %20,1’dir [5]. Otomotiv sektörünün ülke ekonomisine katk lar sadece üretim ve ihracat rakamlar ile ölçülmemelidir. Ayn zamanda; üretim sonras pazarlama, bak m, tamir gibi hizmetler de dü ünüldü ünde olu an katma de er daha da artmaktad r. Üretim sonras hizmetlerin en önemli aya hiç ku kusuz yetkili servisler olu turmaktad r. Sat , rutin bak m, yedek parça tedariki ve tamir gibi hizmetleri sunan yetkili servisler, yerel olarak de erlendirildi inde önemli istihdam ve yat m kaynaklar r. Yetkili servislere gelen araçlar n periyodik bak mlar n yan s ra ar za kaynakl birçok problemlerine de cevap verilmektedir.

2. Otomotiv Yetkili Servislerinde Kalite Otomotiv yetkili servislerinin fonksiyonlar aras nda, sat lan tüm araçlara onar m ve bak m servisi yapabilmenin yan nda, güçlü mü teri ili kileri kurabilmek ve tam bir mü teri memnuniyeti olu turmak da vard r. Bu fonksiyonlar sa layabilmek mü teri beklentilerini yerine getirilmesi ile mümkündür. Marka de eri ve imaj n mü teri üzerindeki etkisinin sürekli olmas servis sa lamaktad r [6]. Yetkili servislerde farkl kademelerde birçok yönetici görev almaktad r. Bu yöneticiler günlük görevlerini yaparken, sahip olduklar markan n da de er ve imaj koruma ad na kalite çal malar yerine getirmelidirler. A da yetkili teknik servislerde görev yapan personelle ilgili görevler belirtilmi tir [7]. 1. Servis müdürü: Servisin genel i leyi i ile personel ve fiziksel ko ullar ndan sorumludur. 2. Yedek parça müdürü: Teknik serviste yedek parça bölümünün idari k sm ndan sorumludur. 3. Yedek parça dan man : Yedek parça bilgi donan ml olup yedek parça müdürüne ba çal arak depo düzenini, temizli ini ve do rulu unu sa lar. 4. Servis dan man : Mü terilerden yap lacaklar ile ilgili ald klar do ru bilgi nda i emri açmadan faturalamaya kadar olan sürecin takibini yapar. Atölye da ve i i biten araçlar n mü teriye teslim edilmesinden sorumlu olup garanti prosedürlerini bilir. 5. Vezne: Mü terilerin ödemelerine kar k faturalar n düzenlenmesinden, kasa/hesap takibinin yap lmas , aç k/cari i emirlerinin takip edilmesi, servis kampanyalar analizi rapor edilmesi gibi i lemlerden sorumludur. 6. Telefonist (Mü teri temsilcisi):. Mü teriye randevu ayarlanmas , bak m hat rlatmalar n takibinin yap lmas gibi i lemlerden dorumludur. 7. Ba teknisyen: Atölye i düzeni ve çözümü için bilgi ve beceri gereken i lemleri koordine eder. 8. Uzman teknisyen: Atölyede bak m/onar m ve te his bilgilerini kullanarak araçlar n ana ünitelerinin da p toplanmas , parça ve sistemlerin ayarlar n yap lmas , tavsiye edilen ekilde çal mayan parçalar n de im lemlerinin yap lmas ve araçlar n periyodik bak mlar n yap lmas ile görevlidir. Otomotiv sektöründe artan yetkili teknik servis ihtiyac na paralel olarak mü teri beklenti ve istekleri de art göstermektedir. Mü terilerin yetkili servislerden beklentileri araçlar n do ru ekilde bir kerede onar lmas ve

kendilerine nazikçe davran larak tüm personelin profesyonel davran göstermesi olarak ifade edilebilir. Bu mü teri beklentileri ile birlikte sürekli olarak artan rekabetçi bir ortamda yetkili teknik servisler üzerinde baz bask lar olu maktad r. Bu bask çe itleri a da belirtilmi tir [8,9]: 1. Pazara yeni girenler: Blok muafiyeti yasas ile özellikle garantili onar mlarda, sat sonras ürün ve hizmet sunan daha fazla rakip oldu unu gösterir. 2. Teknolojik ilerlemeler: Bak m aral klar n uzamas na neden oldu undan yetkili servislere daha az araç giri i anlam na gelmektedir. 3. Mevcut rakipler: Birçok markaya ait yetkili servisler veya yetkili olmayan tamirciler sürekli olarak birbirlerinin pay ndan kapmaya çal maktad rlar. 4. Yerine kullan lanlar: Bireysel karayolu ula n yerine alternatif ula m imkânlar (hava yolu, tren, vb.) toplu ta ma kullan art rmaktad r. 5. Mü teri beklentileri: Mü teri beklentilerini kar lama ve bunlar n üzerine geçme, i letmenin etkin olmas nda temel bir ölçüttür. Yetkili servislerde randevu, mü teri kabul, i planlama, parça, i izleme ve kontrol, kalite, garanti, teslimat ve mü teri takip gibi birçok sistemden bahsetmek mümkündür [3]. Baz yetkili servisler bu sistemleri birle tirerek organize olsa da yap lan i lemler ayn kalmaktad r. Sektörde artan yetkili teknik servis ihtiyac na paralel olarak mü terilerin beklenti ve isteklerinde de art görülmektedir. Mü terilerin bilinçlenmesine paralel olarak yetkili teknik servisler üzerindeki yükümlülüklerde artm r. Uluslar aras otomotiv sektöründe geçerli, ana otomotiv üreticileri taraf ndan talep edilen ve standart niteli i ta yan kalite güvence sistemleri a daki gibidir [11]: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

ISO 9001:2000 Kalite Güvence Sistemi QS 9000 Kalite Güvence Sistemi (Amerika) AVSQ Kalite Güvence Sistemi ( talya) EAQF Kalite Güvence Sistemi (Fransa) VDA Kalite Güvence Sistemi (Almanya) ISO/TS 16949 Kalite Güvence Sistemi

Otomotiv ana üretici firmalar ürünlerinin pazarlanmas nda ve sat sonras hizmetlerin gerçekle tirilmesinde yetkili servislere büyük önem vermektedirler. Yetkili servislerde hedeflenen kalite standard n olu mas için bir kurma ve yürütme kurallar uygulamaya zorunlu tutmaktad rlar. Bu amaçla ana firma kendi içinde kurallar belirleyebilece i gibi uluslar aras bir standard da referans alabilmektedir. ISO 9001:2000 KGS bu uluslar aras standartlardan biri olarak yayg n bir ekilde kullan lmaktad r. Burada ISO 9001:2000 KGS’nin yetkili servislerdeki uygulamalar na dönük olarak yap lan bir alan ara rmas na yer verilmektedir.

3. Yetkili Servislerde ISO 9001:2000 KGS’ye Yönelik Bir Alan Ara rmas Otomotiv yetkili servisleri farkl kalite yönetim sistemlerini uygulamaktad rlar. Bu farkl k genellikle üretici firman n bir standard zorunlu tutmas nedeniyle olu maktad r. Ancak tüm dünyada oldu u gibi Türkiye’de de ISO 9001:2000 KGS en çok uygulanan sistem olarak kar za kmaktad r. Çal ma ile Türkiye’de ISO 9001:2000 KGS’nin otomotiv yetkili servislerindeki etkileri de erlendirilmektedir.

2057


Semiz, S. ve Bozdemir, M.

3.1. Ara

rman n Amac :

3.4.1. Yetkili Servislerin Yap

Ara rma otomotiv yetkili servislerinde ISO 9001:2000 KGS uygulamalar n etkilerini tespit etmeyi amaçlamaktad r. Uygulanan anket ile belgeye sahip letmelerin belge almaya karar verme süreci, al nmas süreci ve al nd ktan sonraki süreç gibi farkl dönemlerdeki durumlar n belirlenmesi hedeflenmektedir. 3.2. Ara

rman n Kapsam ve S

rl klar :

Ara rma Türkiye’de faaliyet gösteren farkl markalara ait yetkili servisleri kapsamaktad r. Ancak anket uygulamas amaçlar do rultusunda bu yetkili servisler içerisinde ISO 9001:2000 KGS belgesine sahip olanlarla s rl tutulmu tur. Bilgi almadaki güçlükler de s rlay faktörler olarak de erlendirilmektedir. 3.3. Ara

Faaliyete ba lama y llar : Bu soruyu ankete kat lan 65 letmeden 62 tanesi cevaplam r. Da m Çizelge 2’de görülmektedir. letmeler kurulu y llar bak ndan de erlendirildi inde 1996-2000 (%40.5) ve 2001-2005 (%19.3) y llar aras nda yo un bir kurulu döneminin gerçekle ti i ifade edilebilir. Buna göre sektördeki geli imin bir sonucu olarak yetkili servis i letmelerin kurulu unda da yüksek bir oran n olmas do al bir sonuçtur. Çizelge 2. Kurulu y llar llar f % 1990 ve öncesi 11 17.7 1991–1995 11 17.7 1996–2000 25 40.5 2001–2005 12 19.3 2006– 3 4.8 Toplam 62 100

rmada zlenen Yöntem:

Ara rman n ana hedefi, sat , servis ve yedek parça hizmeti veren otomotiv yetkili servisleridir. Bu sorulardan elde edilen sonuçlarla, sektörün geneli ile ilgili bilgilere ula lmas amaçlanmaktad r. Ankette belirtilen sorular irketin finansal ve stratejik bilgileri içermemektedir. Ayn anda çok say da i letmeye ekonomik ve h zl bir biçimde ula man n en pratik yolunun elektronik posta ile ula mak oldu u dü ünülmü tür. Elektronik posta yoluyla da mda ya anan en önemli problem, veri tabanlar na kay tl elektronik posta adreslerinin büyük bir miktar n hatal , eksik, geçersiz olmas r. Ayr ca e-posta adreslerinin resmi uzant olmad ndan ula lamamas , kullan durdurulmu veya posta al m kapasitesi dolmu hesaplar olmas r. Bu nedenle gönderilen 1000 adet elektronik postan n sonucunda 670 kadar n ula dü ünülmektedir. Cevaplanarak geriye dönen anket say ise 65 (%10)’tir. Bu say analiz yapmak için uygun bir oran olarak de erlendirilmi tir. De erlendirmenin analizinde istatistik hesaplamalar için “SPSS (Statistical Package for Social Science) for Windows 11.0” paket program ile elde edilen sonuçlar a da belirtildi i üzere çizelgeler halinde gösterilmi tir. Sorulardan elde edilen bulgular n analizinde frekans, ortalama ve standart sapma üzerinden de erlendirme yap lm r. Bu de erlendirme ilkesinde likert ölçe ine göre aral klar n da a da gösterilmi tir. Çizelge 1. Aral k 1,00-1,80 1,81-2,60 2.61-3,40 3,41-4,20 4,21-5,00

Aral k da Anlam Hiç Çok az Orta Büyük ölçüde Tam

3.4. Anket Verilerinin Yorumlanmas

Analizi

ve

Sermaye durumlar : Bu soruyu ankete kat lan 65 letmeden 51 tanesi cevaplam r Çizelge 3’de da m görülmektedir. Çizelge 3. Sermaye durumlar Sermaye aral f % (YTL) 200.000 – 500.000 19 37.3 550.000 – 850.000 17 33.3 900.000 – 1.200.000 1.300.000 – 1 1.9 1.600.000 1.700.000 ve üzeri 14 27.5 Toplam 51 100 Yetkili servislerin sermaye yap lar n olu mas nda üretici firman n beklentileri referans al nmaktad r. Bu nedenle çok farkl ölçeklerde yetkili servis i letmesi tipleri ile kar la mak mümkündür. Burada a rl k 200.000-850.000 aral (%70.6) olarak görülmektedir. Personelin e itim durumu: Ankete kat lan yetkili servislerden 61 tanesinin personelinin e itim durumu Çizelge 4’de görülmektedir. Çizelge 4. Personelin e itim durumu itim durumu f % lkö retim 576 29.8 Ortaö retim 818 42.4 Ön lisans 248 12.9 Lisans 263 13.6 Yüksek lisans 26 1.3 Toplam 61 100

Bulgular n

Ara rmaya dâhil edilen 65 adet yetkili servis ISO 9001:2000 KGS belgesine sahiptir. Ayn soruya cevap veren yetkili servislerin kendi aralar nda de erlendirmesi yap lm r. Bu i letmelerde uygulanan anketin analizinde frekans da ve toplam da m tekni i kullan larak yorumlamalar yap lm r.

ile lgili Bulgular

Yetkili servislerde çal an personelin önemli bir k sm n ilkö retim mezunu (%29.8) oldu u görünmektedir. Ancak ortaö retim mezunlar (%42.4) en fazla istihdam edilen gruptur. Üniversite mezunu olanlar ise %27.8 gibi önemli bir paya sahiptir.

2058


Semiz, S. ve Bozdemir, M.

3.4.2. Yetkili Servislerdeki ISO 9001:2000 KGS Belgesi ile lgili Bulgular KGS belgesini alma y llar : Yetkili servislerin KGS belgesini hangi y llarda ald klar Çizelge 5’te görülmektedir. Yetkili servisler özellikle 2001-2005 y llar aras nda KGS belgesine sahip olmada önemli bir oranda (%60.3) art gerçekle tirmi tir. Bunda 2000 y nda yap lan revizyonun etkisinin varl ndan söz edilebilir. Bu durum 2006 ve sonras y llarda da (%29.4) devam etmi tir.

belgelendirme için gereksiz bürokrasi ve dokümantasyon oldu unu belirtmi tir. Memnuniyet durumunun oldukça yüksek bir oranda olmas yap lan çal malar ile elde edilen sonuçlar bak ndan önemli bir göstergedir. KGS belgesinden memnun olmayan yetkili servis ise görülmemektedir. KGS belgesi alma sürecinde hizmet alma durumu: Yetkili servislerin belgelendirme sürecinde hizmet ald klar kurum/kurulu larla ilgili da m Çizelge 7’de görülmektedir.

Çizelge 5. KGS belgesi alma y llar llar f % 1996–2000 6 10.3 2001–2005 35 60.3 2006– 17 29.4 Toplam 58 100

Çizelge 7. Hizmet alma durumu Kurulu f % TSE 13 20 Üniversite 8 12.3 Dan manl k firmas 26 40 Ana firma 13 20 Çe itli vak f-dernek 4 6.2 Di er 1 1.5 Toplam 65 100

KGS’den memnuniyet durumu: KGS belgesine sahip olduktan sonraki süreçte memnuniyet durumu ile ilgili durum Çizelge 6’da görülmektedir.

Yetkili servisler belge alma sürecinde daha çok dan manl k firmalar (%40) tercih etmektedirler. TSE ve ana firma ise %20 gibi bir orana sahiptir. Üniversitelerden yard m alma ise daha dü ük bir oranda (%12.3) tercih edilmektedir.

Çizelge 6. Memnuniyet durumu Durum f % Evet, memnunum 60 92.4 Gereksiz bürokrasi ve 5 7.6 dokümantasyon oldu Hay r, memnun de ilim. Toplam 65 100

KGS belgesine sahip olunmas nda etkili olan faktörler: Yetkili servislerin KGS belgesine sahip olmalar nda etkili olan faktörlere ait ortalama ve standart sapmalar Çizelge 8’de görülmektedir.

Yetkili servislerin %92.4’ü KGS uygulamas ndan memnun oldu unu, bu u urda yap lan masraf ve özverinin yerinde oldu u belirtilmi tir. %7.6’l k bir bölüm ise ayn Çizelge 8. KGS belgesine sahip olmada etkili faktörler Faktörler f X Mü teri memnuniyetini artt rmak 65 4.67 Hizmet kalitesinin artaca dü üncesi 65 4.52 Rakiplerimizle aram zda bir fark yaratmak iste i 65 4.49 süreçlerini iyile tirmek 65 4.40 Kurumsalla ma 65 4.36 Uygun ve standart kalitede servis imkân sa lamak 65 4.33 Sektördeki lider i letmelerden biri olmam z 65 4.30 Etkin bir kalite sistemi kurmak 65 4.27 Pazar pay artt rmak 65 4.24 Üretici Firma iste i 65 4.20 Operasyonlarda standartla may art rmak 65 4.20 Tepe yönetimin iste i 65 4.06 Maliyetleri dü ürmek 65 4.00 TKY uygulamas na geçmek 65 3.98 Genel faydan n yan s ra en iyi reklâm arac olmas 65 3.78 Çal anlar n motivasyonu ve i tatmininde art 65 3.78 Sektördeki lider i letmeler bu belgeye sahip olmas 65 3.26 Potansiyel hedef mü terinin belge talebi 65 3.24

Çizelge 8 incelendi inde, faktörlerin tamam na yak n tam ve büyük ölçüde öneme sahip olduklar görülmektedir. Sadece lider i letmelerin belgeye sahip olmas ve hedef mü terinin belge talebi faktörleri orta düzeyde faktörler olarak görülmektedir. En etkili faktör olarak mü teri memnuniyetini art rmak ifade edilmi tir. Bu da ikinci yüksek

ss 0.61 0.58 0.73 0.63 0.69 0.79 0.80 0.76 0.91 1.25 0.79 1.10 1.04 1.08 1.28 1.06 1.37 1.41

ortalamaya sahip hizmet kalitesini mümkündür. Bu amaçlarla belge ula labilece i dü ünülmü tür

2059

artt rmak ile ile hedeflere


Semiz, S. ve Bozdemir, M.

KGS belge al nda ya anan güçlükler: Yetkili servislerin KGS belgesi al nda kar la klar güçlükler Çizelge 9’da görülmektedir. Belgelendirme sürecinde ya anan güçlükler in içerisinde en önemli güçlük, “i ile ilgili e itim yetersizli i” olarak görülmektedir. Bu güçlük yetkili servisin di er zamanlarda da ideal verimde çal abilmesi için a lmas gereken bir faktördür. Güçlüklerin tamam n orta düzeyde gerçekle mi olmas ise a lmas bak ndan önemli bir veri olarak de erlendirilebilir. Çizelge 9. KGS belgesi al Güçlükler KGS ile ilgili e itim yetersizli i Çal anlar n KGS’yi benimsememesi Çal malar için ayr lacak gücü yetersizli i Standard n anla lamamas veya yanl yorumlanmas Çal anlar n yetki ve sorumluluk s rlar bilmemesi Maliyet yüksekli i Yönetimin KGS’yi benimsememesi Teknolojik güçlükler (Kalibrasyon, yetersiz ekipman, vb.)

ndaki güçlükler f ss X 65 3.27 1.49 65

3.01

1.43

65

3.01

1.24

65

2.98

1.41

65

2.83

1.38

65

2.69

1.22

65

2.49

1.35

65

2.24

1.25

Amaçlanan faktörlere ula ma durumu: Çizelge 10’da yetkili servislerin belgelendirme sonucunda hedefledikleri faktörlerle ilgili ortalama ve standart sapma de erleri görülmektedir. Çizelge 10. Amaçlara ula ma durumu Faktörler f X Hizmet kalitesi 65 4.16 Ana fabrikayla ili kiler 65 4.16 Mü teri memnuniyetinde 65 4.13 art Servis yönetimi verimlili i 65 4.00 Bak m performans 65 3.98 letmemizin kalite itibar artt 65 3.98 letme verimlili in art 65 3.93 Tamir, bak m verimi 65 3.89 Personel aras ndaki ileti im 65 3.84 Hizmet al nan i letmelerle 65 3.81 ili kilerin geli mesi Kapasite kullan m art 65 3.67 letmemizin karl artt 65 3.52 letme maliyetlerinde dü 65 3.20

ss 0.89 1.03 0.88 0.91 0.89 0.97 0.89 0.95 1.01 1.11 1.00 1.10 1.13

KGS belgesi ile amaçlanan faktörlere ula ma düzeylerinde “hizmet kalitesi”, “ana fabrikayla ili kiler”, “mü teri memnuniyetinde art ” ve “yönetimin verimlili i” en yüksek düzeyde ula lanlar olarak öne ç kmaktad r. Genelde ise faktörlerin orta ve büyük ölçüde düzeyinde gerçekle mesi hedeflerin istenen düzeyde gerçekle ti inin göstergesi olarak de erlendirilebilir. Belgelendirme i leminden sonra mevcut kapasitenin etkin kullan ile giderlerin azald söylenebilir.

4. Sonuç ve De erlendirme Kalitede en temel hedef, muhtemel hatalar daha kayna nda iken tespit etmek ve mü teriye ula mas engellemektir. Bu anlay n yerle mesi yönetimin liderli ine ve personelin kat na ba r. ISO 9001:2000 KGS bunu sistematik hale getirerek, hatalar en aza indirmeyi amaçlamaktad r. Çal ma ile elde edilen bulgularla ilgili sonuç 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 llar olan bu dönemde yetkili servis say lar n da artmas do al bir sonuçtur. 2. Yetkili servislerin kurulumunda büyüklü ü, kuruldu u yer, ana üretici-da , mü teri potansiyeli, gibi faktörlere ba olarak farkl miktarlarda sermayeye ihtiyaç duyulmaktad r. Ancak en dü ük miktar bile orta ölçekte bir KOB kadar sermayeye ihtiyaç oldu unu göstermektedir. 3. Yetkili servislerde a rl kl olarak (%72,2) ilkö retim ve ortaö retim mezunlar istihdam edilmektedir. Ancak önemli bir oranda da (%27,8) önlisans ve üzeri dereceye sahip üniversite mezunlar istihdam edilmektedir. 4. Yetkili servislerde 2001-2005 y llar aras nda yüksek bir oranda KGS belgesi al gerçekle mi tir. Yeni revize edilmi haliyle yetkili servislerin bu y llarda belge al nda daha istekli davrand klar de erlendirilmektedir. 5. Yetkili servislerin büyük ço unlu unun (%92,8) KGS belgesinden memnuniyetini ifade etmesi, faydalar kurum içinde görmeleri aç ndan önemli bir göstergedir. 6. Yetkili servislerin KGS belgesi al s ras nda hizmet ald klar kurumlar aras nda dengeli bir da m görülmektedir. Ancak daha çok özel dan manl k firmalar , TSE ve ana firmadan yard m ald klar belirlenmi tir. 7. Yetkili servislerin KGS belgesine sahip olmada mü teri memnuniyeti, hizmet kalitesinin artmas , rakiplere kar fark olu turma iste i gibi faktörler öncelikle hedeflenen faktörler olarak dikkat çekmektedir. Ancak genel olarak birçok faktörü hedefledikleri gözlemlenmektedir. 8. Yetkili servislerin belgelendirme çal malar s ras nda çal anlar n belgelendirme i lemini benimsememesi ve itim yetersizlikleri dikkat çekmektedir. Di er taraftan standartlar n anla lamamas , i gücü yetersizli i, maliyet gibi faktörlerde dikkate de er ölçülerde güçlükler olarak kar la lmaktad r. 9. KGS belgesine sahip olduktan sonra hizmet kalitesi, ana fabrikayla ili kiler, mü teri memnuniyeti ve servis verimlili i gibi yetkili servisler için önemli olan önemli olan ölçütlerde iyile meler dikkat çekmektedir. KGS belgelendirme i lemi ile hedeflenen ölçütlerde önemli iyile melerin oldu u ifade edilebilir. ISO 9001:2000 KGS belgesinin üretim ve pazarlama letmelerinde al nan olumlu sonuçlar na benzerlerinin yetkili servislerde de al nd görülmektedir. süreçlerini tan mlama, servislerde verimlili i art rma, personelin görev alanlar belirleme ve mü teri memnuniyeti gibi temel hedeflerde iyile melerin gözlemlenmesi, belgenin geçerlili i aç ndan önemli bir sonuçtur.

2060


Semiz, S. ve Bozdemir, M.

Kaynaklar [1] Yurdakul, M. ve ç, Y. T., Türk Otomotiv Firmalar n Performans Ölçümü ve Analizine Yönelik Topsis Yöntemini 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 , Karayolu Ta tlar malat Sanayi Özel htisas Komisyonu Raporu, Ankara, 2001. [3] Sar soy, E., Otomotiv Sektörü Sat Sonras Hizmetlerde Kurumsal Kaynak Planlama, Y ld z Teknik Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Yay mlanmam Yüksek 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, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yay mlanmam Yüksek Lisans Tezi, Ankara, 2006. [7] Ford Sat Sonras Saha Operasyonlar , Örnek Bayi Organizasyon Yap ve Görev Tan mlar , Ford Otosan, 2005. [8] Ford Sat Sonras Saha Operasyonlar , ”Bayi Genel Yönetimi”, Ford Otosan, 2005. [9] Ertan, A. A., Otomotiv Sektöründe Yetkili Teknik Servis Elemanlar n nteraktif Servis letim Sistemi S) Yard ile E itimi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yay mlanmam Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli, 2006. [10] Cinemre, Ç., “Servis Yönetimi”, Panel Matbaac k, 164, stanbul, 2003. [11] Özgök, H., Otomotiv Sektöründe Kalite Güvence Sistemleri ve Sistem Denetimi Uygulamas , Sakarya Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Yay mlanmam Yüksek Lisans Tezi, Sakarya, 2001.

2061


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

ZEL MOTORLARINDA AZOT OKS TLER N OLU UMU VE KONTROL YÖNTEMLER NOX FORMATION IN DIESEL ENGINES AND CONTROL METHODS Cumali LKILIÇ a*, Rasim BEHÇET b, Selman AYDIN b ve Hüseyin AYDIN b a rat Üniversitesi, Elaz , Türkiye, E-posta: cilkilic@firat.edu.tr b Batman Üniversitesi, Batman, Türkiye, E-posta: rbehcet@dicle.edu.tr, saydin72@hotmail.com, h-aydin@dicle.edu.tr

Özet Petrol kökenli yak tlar n yanma reaksiyonun sebep oldu u çevre sorunlar do al kaynaklar ve canl ya am tehdit etmektedir. Bu yanma ürünlerinden NO x (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 bulunan azot ve oksijen kimyasal olarak birle ir ve NOx emisyonlar olu turur. Bu çal mada dizel motorlar nda kaynaklanan ve çevre ile canl lar n sa üzerinde olumsuz etkileri olan NOx emisyonlar n kontrol alt na al narak azalt lmas için yanmadan önce, yanma s ras nda ve yanmadan sonra al nabilecek önlemler ele al narak incelenmi tir. Anahtar kelimeler: NOx, Emisyon, çten yanmal motor, Kirlilik.

Abstract The environmental problems caused by the combustion reaction of petroleum based fuels threaten the natural resources and living. One of the most important and causing climate changes is NOx emissions. NOx emission formation is initiated at the temperatures above 1800 C in internal combustion engines. Above this temperature the nitrogen molecules chemically reacts with oxygen molecules results in NOx formation. In this study, the reasons for NOx formation in diesel engines, the incylinder and out-cylinder precautions those should be taken to reduce and controlling NOx formation are presented. Keywords: NOx, Emissions, Internal combustion engines, Pollution.

1. Giri çten yanmal motorlarda fosil kaynakl yak tlar n a kullan sonucu atmosferdeki ta t kaynakl hava kirlili i günümüzde insan sa ve çevre bak ndan tehlikeli boyutlara ula r. Ülkemizde oldu u gibi yolcu ve yük ta mac n büyük bir bölümünün kara yolu ta tlar ile yap ld ülkelerde bu durum ayr bir önem arz etmektedir. Yolcu ve yük ta mac nda kullan lan ta tlar n büyük ço unlu unda dizel motorlar kullan lmaktad r. Bu yüzden dizel motorlar ndan kaynaklanan emisyonlar n azalt lmas gerekmektedir. Dizel motorlar ndan kaynaklanan en önemli iki emisyon; partikül madde (PM) ve azot oksit (NOx) emisyonlar r[3].

NOX, de ik miktarlarda azot ve oksijen içeren fazlaca reaktif bir gazd r. Hava yak t kar içindeki NOX, yanma odas 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 gaz meydana getirmeden egzoz sisteminden d ar at r. Azot ve oksijen gazlar n de ik moleküllerinin birle mesi ile NO, NO2, N2O, N2O3 vb. gibi çe itli gazlar ortaya ç kar ki bunlar n hepsine birden “Azot oksitler” denir ve NOx olarak ifade 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 iler için tehlike olu tururlar[11]. Ayr ca NOx’ler aeresol ve foto kimyasal duman olu umu ile ozon tabakas n tahribine yol açarlar[10]. Dizel motorlar n hava fazlal ile çal malar benzin motorlar na göre NOx olu turma potansiyellerini artt rmaktad r. Benzin motorlar ndan atmosfere at lan bir ton egzoz gaz n yakla k 18,42 kg' NOx iken, dizel motorlar nda bu miktar yakla k 123,71 kg'a ula maktad r[12]. Bu amaçlarla bu ara rmada dizel motorlar ndan kaynaklanan NOx emisyonlar n olu umu ve bu emisyonlar n kontrol yöntemleri üzerinde durulmu tur.

2. Azot Oksitlerin Olu um Mekanizmalar Genelde stokiyometrik orana yak n hava yak t kar mlar nda yanma s ras nda NO olu ur. NO olu umunu art ran parametreler gaz s cakl ve oksijen konsantrasyonudur. çten yanmal motorlarda yanma odas ndaki s cakl k 1800 C’nin üzerine ç kt nda, hava içerisindeki azot ve oksijen kimyasal olarak birle erek, azot oksit denilen, insan sa na ve çevreye zararl bir gaz haline dönü ür. Stokiyometrik kar n bir miktar fakir taraf nda NO olu umu maksimum iken, kar m zenginle ip fakirle tikçe NO miktar da azal r[1]. Yanma olaylar nda olu an azot monoksit için Zeldovich mekanizmas na göre O2 2O olu unca zincir te kil eden serbest radikallerden NO do maktad r. O + N2

NO + N

(1)

N + O2 NO + O (2) Bu arada alevin son yanma bölgesinde NO te ekkülü ba lamadan önce esas yanma reaksiyonlar n dengeye ula kabul edilir. Yukar daki mekanizma AFR’nin (Hava-

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2062


lk ç, C., Behçet, R., Ayd n, S. ve Ayd n, H.

Yak t Oran ) 0,8’den büyük olan zenginlikte veya fakir kar 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 ve maksimum silindir bas nc n olu tu u durumlard r. Olu an ilk alev cephesi silindir bas nc yükseltmesi ve dolays yla cakl yükseltmesi bak ndan oldukça önemlidir. Maksimum silindir bas nc ndan hemen sonra silindir içindeki s cakl k hacim geni lemesi sonucu dü meye ba lar. Silindir içindeki bas nc n ve s cakl n dü mesi NO (Azot monoksit) olu um reaksiyonlar n durmas na neden olmaktad r. Bu a amadan sonra NO tekrar geri parçalan r, N2 ve O2 NO gaz meydana getirmeden egzoz sisteminden d ar at r[2]. Bu olay dizel motorlar nda benzinli motorlara nazaran daha zl geli mektedir.

3. Azot Oksitlerin Olu umunun Kontrolü 3.1. Yak n kalitesi

ve alev daha geni bölgeye yay r. Sonuçta NOx emisyonlar nda art görülür. Püskürtülen yak t miktar n azalt lmas ile NOx emisyonlar nda elde edilen azalma bu nedenden dolay dengelenecek ve NOx emisyonlar nda bir de im gözükmeyecektir. Bunun için püskürtme bas nc artt larak ve setan say daha fazla olan yak t kullan larak, tutu ma gecikmesi k salt lmal r. Yak n kademeli püskürtülmesi üzerine yap lan çal malarda ilk kademede püskürtülecek olan yak t miktar n önemi üzerinde durulmu tur. Yak n iki kademede püskürtülmesi ile PM emisyonlar nda önemli art olmadan NOx azalt laca belirtilmi tir[3]. 3.3. EGR (Egzoz Gaz Resirkülasyonu) Sistemi Yanma s ras nda olu an NOX miktar büyük ölçüde cakl 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 direk püskürtmeli dizel motorlar nda yak t ekonomisini kötüle tirmeden NOx emisyonlar azaltman n en iyi yollar ndan birisidir. Uzun zamand r hafif hizmet tipi dizellerde ba ar ile kullan lmas na kar k, orta ve a r hizmet tipi dizellerde motorun a nt artt rd ndan dolay baz sorunlar aç a ç kmaktad r. Yanm gazlar n s cakl maksimum iken NOx olu ma ihtimali de artar. Bu maksimum s cakl k, yanma ba lang ve maksimum silindir bas nc olu mas ndan hemen sonra olu 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].

ekil 1. Setan Say

n NOx’e Etkisi [3].

Dizel yak nda en önemli özellik setan say r. Setan say yak n dizel motorunda s rma sonucu nan havan n içinde kendi kendine tutu ma özelli ini belirleyen bir say r. ekil 1’de Setan say n NOx’e Etkisi görülmektedir. Setan say n fazla olmas tutu ma gecikmesi periyodunu azaltmakta ve yanma odas nda biriken yak n ani yanmas ile olu an h zl bas nç art önlemektedir. Yak t daha erken tutu arak yanmaya ba layacakt r. Fakat bu s rada s rma devam etti i için silindir içi s cakl k ve buna ba olarak NOx olu umu artacakt r. Bu yüzden yanma ba lamadan önce daha az yak t püskürtülmelidir. Böylece üst ölü nokta (ÜÖN) civar nda yanan yak t miktar azalaca ndan maksimum yanma s cakl dü ecektir[3]. 3.2. Yak t Püskürtme Sistemi Yak t Püskürtme sisteminin özellikleri hava ile yak n kar mas ve yanmas na etkir. Çal ma artlar nda alevin olu umu ve yay lmas , yak n atomizasyonu ve yak t da , Püskürtme sistemi özelliklerinden etkilenir.

Motorlarda NOx, son alev cephesindeki s cak gazlarda olu ur. NOx’ in ba lang çtaki olu um h k smen s cakl a ba r. Oksijen yo unlu unun yüksek olmas da NOx olu 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 durum yak t ve oksijen moleküllerinin bulu up reaksiyona girme ihtimalini azalt r. Buna ba olarak reaksiyon h ve lokal alev s cakl dü erek, NOx olu umu azalacakt r [4]. EGR oran na ba olarak NOx emisyonlar n de imi üzerine 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 bir azalma oldu u tespit edilmi tir. %30 EGR durumunda ise emisyon ölçüm cihaz nda azot oksit emisyonlar s r olarak ölçülmü tür. Bunun nedeninin ise; egzoz gazlar yanma sonucu aç a ç kan n bir k sm absorbe ettiklerinden dolay yanma odas ndaki maksimum s cakl k dü mekte dolay yla azot oksit emisyonlar da azalmaktad r eklinde aç klanm r. Ayr ca yanma h n dü mesi maksimum n aç a ç kt noktay geciktirdi inden maksimum silindir s cakl azalmakta ve buna ba olarak NOx emisyonlar n dü tü ü vurgulanm r. Yüksek EGR oranlar nda yanma h n çok dü mesi ve yüksek devirlerde ( ekil 2)avans n yetmemesi sonucu yanma artlar n kötüle mesini azot oksit emisyonlar dü ürdü ü vurgulanm r [1].

Tutu ma gecikmesi süresince püskürtülen yak n azalt lmas NOx emisyonlar azalt r. Bunun için enjektör delik çap küçültülerek, püskürtme süresi uzat lmakta ve pilot yak t miktar azalt lmaktad r. Bu durumda yak t ile hava daha iyi kar aca ndan kullan lan hava miktar artar

2063


lk ç, C., Behçet, R., Ayd n, S. ve Ayd n, H.

dayan ve yak t sisteminin fiyat n artmas gibi sorunlar ortaya ç kacakt r. Avans n azalt lmas silindir içi maksimum bas nc dü ürür, fakat yanmam yak t miktar artaca ndan, yak t tüketimi kötüle mektedir. Ayr ca avans n a azalt lmas hafif yüklerde teklemeye sebep olmaktad r Normal çal ma artlar nda püskürtme avans n ÜÖN’ dan 10 -15 önce olmas durumunda tutu ma gecikmesi minimumdur. Bu yüzden uygun püskürtme avans bu iki nokta aras nda olmal r [15].

Standart %10 EGR %20 EGR

N o x (p p m )

200 150 100

Enjektörler yak silindirlere yüksek bas nçta atomize halde püskürten yak t sistemi elemanlar r. Enjektör püskürtme bas nc na ba olarak püskürtülen yak t taneciklerinin çap de mektedir. Püskürtme bas nc artt kça yak n enjektörden ç h da artar ve tanecik çap küçülür. Çap da m aral daral r, daha üniform tanecikler olu ur. Küçük taneciklerin ataleti daha dü ük oldu undan nüfuz mesafeleri daha k sad r. Bunun sonucunda tutu ma gecikmesi k salaca ndan NOx olu umu azalacakt r[7].

50 0 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Motor Devri (dev./dak.)

ekil 2. Motor devir say na ba olarak farkl EGR oranlar nda azot oksit emisyonu de imleri[1] 3.4 Kar

m çindeki Oksijen Konsantrasyonu

3.6 E de erlik Oran

Oksijen konsantrasyonun artt lmas NOx emisyonlar artt rmaktad r. Oksijen konsantrasyonunun artt lmas tutu ma gecikmesini k salt r. Bu durum püskürtme avans n azalt lmas na imkân sa lar. Avans n azalt lmas ile NOx emisyonlar azal r. Avans n 12 'den 6 'ye al nmas ve oksijen konsantrasyonunun %21'den %23'e ç kar lmas ile NOx emisyonlar artt lmadan partikül emisyonlar iyile tirilmektedir[14]. 3.5 Püskürtme Zaman Ve Püskürtme Bas nc

n Etkisi

Di er parametreler sabit kabul edilirse, direk püskürtmeli bir dizel motorunda püskürtme ba lang n bir miktar öne al nmas tutu ma gecikmesini artt raca ndan bu safhada silindirlere daha fazla yak t püskürtülecektir. Tutu ma ile birlikte dizel motoru yanma süreçlerinden biri olan ani yanma periyodunda birim krank derecesi ba na dü en bas nç de imi (dp/d ) a derecede artaca ndan çevrimin 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 NOx emisyonlar n de imi görülmektedir.

n Etkisi

Dizel motorlar nda silindir içerisinde s rdan sonsuza kadar de en de erlerde hava yak t oranlar mevcuttur. Dolay yla önemli olan püskürtülen yak t miktar de il yanma öncesi buharla an yak t miktar r [7]. Dizel motorlar nda güç ayar motora emilen havan n içine püskürtülen yak t miktar n de tirilmesi ile yap r. Motor gücü azalt lmak isteniyorsa, püskürtülen yak t miktar azalt r. Böylece kar m oran yük durumuna göre de tirilmektedir ve motor genelde fakir kar m ile çal maktad r. Emisyonlar bak ndan ana sorun is ve NOx üretiminden kaynaklanmaktad r. NOx emisyonlar artan yüke ba olarak art gösteren s cakl klar nedeniyle artmaktad r. NOx olu umu, e de erlik oran 0,9 ile 1,0 aras nda iken maksimum olur [2]. 3500 3300

NOx

3100 2900 N Ox (ppm )

250

2700 2500 2300 2100 1900 1700 1500 0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

de erlik Oran

ekil 4. E de erlik Oran na Ba Olarak NOx Konsantrasyonu [2].

ekil 3. Püskürtme Avans

n NOX emisyonuna etkisi [15].

Püskürtme avans n azalt lmas NOx emisyonlar azaltarak, is olu umunu artt r. Bu durum püskürtme bas nc n artt lmas gerektirir. Dolay yla malzeme

ekil 4’te e de erlik oran n NOx konsantrasyonuna etkisi görülmektedir. E de erlik oran artt kça a r yüklerde maksimum bas nc n dolay yla maksimum s cakl n artmas kar n daha geni bir bölgede stokiyometrik orana yak n bir de erde yanmas sa lar. Bu durumda NOx olu umu artacakt r. E de erlik oran n azalt lmas ile

2064


lk ç, C., Behçet, R., Ayd n, S. ve Ayd n, H.

NOx emisyonlar azal r. Fakat dizel motorlar nda yak n düzgün püskürtülememesinden dolay bu azal fazla de ildir [2]. 3.7. Dolgu S cakl

ve Bas nc n Etkisi

ekilde dolgu bas nç ve s cakl n NOx ve is emisyonlar na etkisi görülmektedir. Dü ük dolgu s cakl ve bas nc nda NOx ve is emisyonlar da dü üktür. Dolgu bas nç ve s cakl n artt lmas tutu ma gecikmesini salt r. Yak n püskürtülmesi s ras nda silindir içi cakl n daha fazla olmas na dolay yla NOx emisyonlar n artmas na sebep olur. Dolgu havas n so utulmas NOx emisyonlar n azalt lmas sa lar. Dolgu bas nc n artt lmas ile NOx’ler önce artar, daha sonra dü er.

3.8. Yanma Odas ndaki Türbülans n Etkisi Türbülans oran n de tirilmesi yak n buharla mas na ve hava yak t kar m i lemine etkir. Türbülans ile motorun ilk çal mas s ras nda yüksek buharla ma ve kar m elde edildi inden bu etki daha önemlidir [18]. Türbülans oran n azalt lmas ile yak t ve havan n kar mas için gerekli zaman artt lm olur. Böylece yak t damlac klar n etraf ndaki oksijen konsantrasyonu azal r. Sonuçta yanma s cakl a yükselmez. Ancak l verim kötüle ir[19]. ekil 6’de türbülans oran n NOx’lere etkisi görülmektedir. Dolgu hareketinin azalt lmas püskürtülen yak n hava ile kar mas azalt r. Yanan kar m bölgesindeki yanmam kar m miktar artt r. Sonuçta NOx emisyonlar azalacakt r. [20]. 2000

28

1900

27

1800 NOx (ppm)

26 N O x - g /h

25 24

1700 1600 1500 1400

23

1300

22

1200

21

0,2

20 290

300

310

320

330

340

0,6

0,8

350

Emme Manifoldu S cakl (K)

ekil 6. Türbülans Oran 3.9 S

ekil 5a. Dolgu S cakl

rma Oran

n NOx’lere Etkisi [17].

n Etkisi

n NOx’lere Etkisi [16]. Bu de ken tutu ma gecikmesini püskürtmeli dizel motorlar nda NO önemli faktörlerden biridir. ekil 7 de 15:1-27:1 aral nda de en s emisyonlar na etkisi görülmektedir.

25 24 23 N O x g/h

0,4

Türbülans Oran

22

2200

21

2000

kontrol eder. Direk olu umuna etkiyen 1400 devir/dakika'da rma oran n, NO

1800

20 NO(ppm)

1600

19 18 1,1

1,3

1,5

1400 1200 1000

1,7

800

Emme Manifoldu Bas nc (bar)

600 400

ekil 5b. Dolgu Bas nc

13

n NOx’lere Etkisi [16].

15

17

19

21

23

25

27

rma Oran

Dolgu bas nc n artt lmas ile NOx olu umunu artt ran faktörler; lokal oksijen ve azot miktar n ve yak t spreyinin r tabakalar ndaki da n artmas r. Bu etki alev alan artt rarak birim zamanda yanan kütle miktar artt r. Dolay yla NOx olu umu artar. Di er yandan dolum bas nc n artt larak s cakl n azalt lmas ve yo unlu u fazla olan hava içinde yak t spreyinin da lmas n azalt lmas , yak t spreyinin kar ndaki lokal hava yak t oranlar azaltaca ndan NOx olu umu azalt lm olur [16].

ekil 7. S rma Oran De iminin NO Emisyonlar na Etkisi [21]. Püskürtme avans n sabit kalmas art yla, s rma oran n azalt lmas tutu ma gecikmesini uzatacakt r. Dolay yla bu süre boyunca püskürtülen yak t miktar artaca ndan silindir içi maksimum s cakl k yükselecek ve buna ba olarak NO olu umu artacakt r. S rma oran n artt lmas ile tutu ma gecikmesi k salaca ndan

2065


lk ç, C., Behçet, R., Ayd n, S. ve Ayd n, H.

NO olu umu azalacakt r. Fakat sürtünme i i artaca ndan çevrim verimi kötüle ecektir [21]. [14]

4.Sonuç ve Öneriler Dizel motorlar nda NOx emisyonlar n azalt lmas nda kullan lan yöntemlerden sadece EGR uygulamas ile NOx emisyonlar nda %75’lik bir azalma elde edilmektedir. NOx emisyonlar n azalt lmas nda kullan lan mevcut yöntemler yak t ekonomisi, yanmam hidrokarbonlar ve partikül madde emisyonlar gibi di er parametreleri kötüle tirebilmektedir. Bu sebeple NO x kontrol yöntemlerinin birkaç beraber kullan larak hem NOx emisyonlar hem de di er parametreler optimize edilmelidir.

Kaynaklar [1]

[2] [3] [4]

[5] [6] [7] [8]

[9]

[10]

[11] [12]

[13]

[15]

[16] [17] [18] [19]

Ha imo lu,C., çingür,Y., Ö üt, H., Dizel motorlar nda Egzoz Gazlar Resirkülasyonunun (EGR) Motor performans ve Egzoz gazlar na Etkisinin Deneysel Analizi, Tübitak dergisi, s. 127-135, 2002. Heywood, J.B., , Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill Publishing Company, NewYork, s.586-592, 1988. Ha imo lu,C., çingür,Y., Dizel Motorlar nda Azot Oksit Kontrol (NOx) Yöntemleri, Selçuk-Teknik Online Dergisi. çingür, Y., Salman, M.S., çten Yanmal Motorlardan Kaynaklanan Emisyonlar ve Kontrol Yöntemleri, 2. Ulusal Yanma ve Hava Kirlili i Sempozyumu Sayfa: 115-130, Anadolu Üniversitesi, Eski ehir, 27-29 Eylül 1993. Borat, O., Balc M., ve Sürmen, A., Hava kirlenmesi ve Kontrol Tekni i, Teknik E itim Vakf Yay nlar -3, Ankara, 25,1994. Bilginpek, H., Dizel Motorlar , THK Bas mevi, 1989, Ankara. Borat, O., Balc , M., Sürmen, A., çten Yanmal Motorlar, DAYM Matbaas , Cilt 1, Ankara, 1992. çingür, Y., Çelikten, ., Salman, M.S., Koca, A., Dizel Motorlar nda Servis Ko ullar ndan Kaynaklanan Emisyonlar n Deneysel Olarak ncelenmesi, 3. Yanma ve Hava Kirlili i Sempozyumu, Sayfa: 156167, 11-13 Eylül 1995, ODTÜ Çevre Müh., Ankara. çingür, Y., Balc , M., Çelikten, ., Dizel Motorlar nda letme Parametrelerinin Motor Performans ve Egzoz Emisyonlar na Etkisinin Deneysel Olarak ncelenmesi, 1. Ulusal Ula m Sempozyumu Sayfa: 521-530, 6-7 May s 1996, stanbul. Kaytako lu, S., Var, F., ve Öcal, S. E., Motorlu Ta tlardan Kaynaklanan Kirlilik ve Giderilme Yöntemleri , Yanma ve Hava Kirlili i Kontrolü 3. Ulusal Sempozyumu, Ankara, 143-155, 1995. Ergeneman , M., Arslan, H., ve Mutlu, M., Ta t Egzozundan Kaynaklanan Kirleticiler, Kutlar, O.A.(editör), Birsen Yay nevi, stanbul, 4-8, 1998. Saraço lu, S., Borat, O., Gönülata, B., Hava Kirlenmesi ve Kontrol Tekni i, Marmara Bölgesinde Çevre Kirlenmesi Semineri, stanbul Ticaret Odas Seminerler Dizisi No:1, A ao lu Kitabevi, stanbul, 27-30 Eylül 1977. çingür, Y., Salman, M.S., çten Yanmal Motorlardan Kaynaklanan Emisyonlar ve Kontrol Yöntemleri, 2. Ulusal Yanma ve Hava Kirlili i Sempozyumu Sayfa:

[20] [21]

2066

115-130, Anadolu Üniversitesi, Eski ehir, 27-29 Eylül 1993. Lida, N., Sato, G.T., Temperature and Mixing Effects on NOX and Particulate, SAE Paper No: 880424, 1988. Andreews, G., NOx Formation and Control in Diesel Engines, A Short Course on Diesel Particulates and NOx Emissions, University of Leeds, 3-7 April 1995, Leeds, U.K. Herzog, P.L., Bürgler, L., Winklhofer, E., Zelenka, P., Cartellieri, W., NO x Reduction Strategies for DI Diesel Engines, SAE Paper No: 920470, 1992. Schafer, F., Basshuysen, R. V., Reduced Emissions and Fuel Consuption in Automobile Engines, Springer-Verlag Press, Germany, 1995. Ladommatos, N., NOX Control Using Egr, Brunel University of West London Newton, K., Steeds, W., Garrett, T.K., The Motor Vehicle, Butterworth Heinemann Press, England, 1996. Thien, G.E., Development Work on Intake and Exhaust Ports of Four Stroke Diesel Engines, Österreichische Ingenieur-Zeitschrift, Heft 9, 1965. Middlemiss, I.D., Characteristics of the Perkins ‘Squish Lip’ Direct Injection Combustion System, SAE Paper No: 780113, 1978

10 automotive