Çift yakıtlı motorlarda performans ve emisyon optimizasyonu

Abstract

Petrol rezervlerinin hızla azalması ve son yıllarda hızla artan motorin fiyatları motor üretici firmalarını yeni bir alternatif yakıt bulmaya zorlamaktadır. Aynı zamanda, petrol türevi yakıtların çevreye ve insan sağlığına verdikleri zarar sebebiyle, daha çevreci bir alternatif yakıta ihtiyaç duyulmaktadır. Giderek ağırlaşan emisyon regülasyonları, NOx ve is partikülü emisyonları açısından motor üretici firmaları zorlamaktadır. Dizel motorlar yüksek verim avantajına rağmen, NOx ve is partikülü emisyonları açısından dezavantaja sahiptirler. Dizel motorlarda, NOx ve is partikülü emisyonunu azaltmak amacıyla sırasıyla SCR ve DPF kullanılmaktadır. Ancak, özellikle katalist malzemelerin pahalılığı yüzünden, alternatif gaz yakıtlara yönelim zaruri hale gelmiştir. Bu gelişmeler üzerine, otomotiv sektörü hali hazırda kullanımda olan motorlarda alternatif yakıtların kullanılması ile performans, egzoz emisyonu ve yanma karakteristiğinin iyileştirmesi üzerine çalışmalara başlamıştır. Alternatif yakıtların; kaynak ve potansiyel, yakıt temini, emniyet, zehirlilik ve sağlığa zararlılık, motor performansı ve emisyonları, depolama, yakıt deposu ve istenilen her yerde kolay bulunabilirlik gibi kriterler açısından incelenmesi gerekir. Doğalgaz, bu kriterlerin birçoğunu sağladığından içten yanmalı motorlarda yakıt olarak kullanılabilecek önemli alternatif yakıtlardan birisidir. Kolay bulunabilirliği, rezervlerinin petrole göre daha fazla olması, düşük maliyet ve temiz yanma karakteristikleri ile dağıtım sistemlerinin var oluşuna ek olarak daha düşük araç emisyonlarına imkân vermesi, doğalgazı son derece elverişli bir alternatif yakıt yapmaktadır. Doğalgaz, yüksek oktan sayısı ile dizel motorlarda dual modda güvenilir şekilde kullanılabilmektedir. Metan ana yakıt olarak kullanılırken, bir miktar dizel pilot püskürtme ile tutuşmanın gerçekleştirilmesi mümkün olmakla beraber, yanma stabilitesi açısından en kullanışlı yöntemdir. Bu sebepten dolayı, emme kanalına veya manifolda püskürtme, direkt metan püskürtme ve sürekli manifolda püskürtme gibi yöntemler kullanılmıştır. Dizel motorlarda, CNG emme kanalına püskürtülürken, pilot dizel ile tutuşmanın sağlanması yöntemi, en güvenilir ve uygulanabilir yöntemdir. Bu çalışmada da, elektronik olarak kontrol edilebilen bir dizel enjektörünün ve emme kanalına püskürtülen bir CNG enjektörünün kontrol edilmesi ile dizel püskürtme karakteristiklerinin motor performansı ve emisyonlar açısından en uygun şartları belirlenmiştir. Gerçekleştirilen çalışmayla, dizel motorlarda doğalgaz-motorin çift yakıtının alternatif bir çözüm olarak en uygun emisyon ve özgül yakıt tüketimi şartlarında kullanılabilmesi açısından yanma karakteristiği incelenmiştir. Yapılan çalışmada teorik model ve testler ile en uygun motorin püskürtme karakteristiği ve motorin/doğalgaz (veya metan, biyogaz) oranı bulunarak dizel motorların doğalgaz-motorin çift yakıtına dönüştürülmesi ve motor kalibrasyon sürecinin hızlandırılması amaçlanmıştır.