Egzoz Gazındaki Zararlı Bileşenlerin Azaltılmasında Kullanılan Sistemler (Emisyon Kontrol Sistemleri)

Hava Fazlalık Katsayısı (λ) = 𝑆𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑖𝑟𝑒 𝐺𝑖𝑟𝑒𝑛 𝐺𝑒𝑟ç𝑒𝑘 𝐻𝑎𝑣𝑎 𝑀𝑖𝑘𝑡𝑎𝑟𝚤 𝑆𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑖𝑟𝑒 𝐺𝑖𝑟𝑚𝑒𝑠𝑖 𝐺𝑒𝑟𝑒𝑘𝑙𝑖 𝑀𝑖𝑛𝑖𝑚𝑢𝑚 𝐻𝑎𝑣𝑎 𝑀𝑖𝑘𝑡𝑎𝑟𝚤 Hger ‹ Hmin λ ‹ 1 (Yakıtça zengin karışım; hava az, yakıt fazla) Hger = Hmin λ = 1 (Stokiometrik karışım; Normal karışım) Hger › Hmin λ › 1 (Yakıtça fakir karışım; hava fazla yakıt az)

Emisyon Kontrol Sistemleri Yasa ve yönetmeliklerle düzenlenmiştir. Motorlarda yakıtın eksik yanmasıyla H2O, CO2, CO, yanamamış HC’lar, NOx, kurşun ve artık maddelerden oluşur. Egzoz gazındaki zararlı bileşiklerin oranı hava fazlalık katsayısı (λ)’na bağlıdır. %5-10 hava eksik (λ=0.95-0.90) olan zengin karışımlarda benzinli motorlar en yüksek güçlerini geliştirirler. Ancak, bu koşullarda yakıtın tamamı yanmamakta ve özgül yakıt tüketimi yükselmekte, Egzoz gazı içindeki CO ve yanamayan HC’lar artmaktadır. %5-10 hava fazla (λ=1.05-1.10) olan fakir karışımlarda düşük yakıt tüketimi gerçekleşmektedir. Ancak motor gücü daha düşük, CO ve yanamayan HC’lar daha az olmakta ve NOx oranı artmaktadır.

Egzoz Gazındaki Zararlı Bileşenleri Azaltma Yöntemleri Uygun yakıt kullanımı (az kükürtlü, kurşunsuz), Motorda alınacak önlemler ve Egzoz işlemleri (ikinci hava sistemi, katalizör)

Motorda alınacak önlemler Uygun motor konstrüksiyonu Karışım oluşumunun tipi ve kalitesi Egzoz gazının geri emilmesi Motor yönetim sistemleri Havanın soğutularak emilmesi

Motorda alınacak önlemler Uygun motor konstrüksiyonu Yanma odası ve sıkıştırma oranı optimizasyonu, Değişken emme borusu (uzunluk ve enine kesit olarak) Değişken supap kumandaları Emme havasının kısıtlanmaması

Motorda alınacak önlemler Karışım oluşumunun tipi ve kalitesi Dış ve iç karışım oluşumu yoluyla homojen karışım sağlanmalı Gerektiğinde tabakalı yükleme yapılabilmeli

Egzoz gazının geri emilmesi Egzoz gazının bir kısmı Egzoz manifoldundan alınarak emme borusuna, yakıt hava karışımına, verilmektedir. Böylelikle silindire daha az yakıt/hava karışımı alınır, karışıma ilave edilen Egzoz gazı yanmaya katılmadığından yanma sıcaklığı düşer %60 daha az NOx oluşur. Yakıt/hava karışımına ilave edilen Egzoz gazı miktarı arttıkça 1) yanamayan HC’lar ve 2) yakıt tüketimi artar. Bu iki faktör ilave edilecek Egzoz gazı miktarını en çok %15-20 arasında sınırlandırır.

Egzoz gazının geri emilmesi Egzoz gazının yakıt/hava karışımına katılması kısmı yük bölgelerinde ve λ1.0 iken uygulanır. Eklenme miktarı: Motor sıcaklığı, Motor yükü ve Devir sayısına bağlı olarak ayarlanır Soğuk ilk hareket, sıcak çalışma, ivmelenme, tam yük koşullarında NOx oluşturmayan zengin yakıt/hava karışımı yanarken ve rölantide (motorun çalışma sesi nedeniyle) bu işlem (Egzoz gazı ilavesi) durdurulmaktadır.

Motorda alınacak önlemler Motor yönetim sistemleri Elektronik ateşleme Emme havası basıncının regülasyonu Bağımsız silindir ateşleme avansı Egzoz gazını kontrol eden elemanlar (lambda sondası gibi).

Motorda alınacak önlemler Havanın soğutularak emilmesi Yanma odası sıcaklığı azalmakta, Dolma derecesi iyileşmekte ve NOx oranı düşmektedir.

Egzoz gazının katalizörde temizlenmesi Katalitik Konvertör

Egzoz gazının katalizörde temizlenmesi Katalitik Konvertör Katalitik konvertör (dönüştürücü), egzoz gazlarındaki çevreye zararlı maddeleri daha az zararlı maddelere dönüştüren sistemdir. Katalitik konvertör, tam olarak yanmamış HC’lara ikinci bir yanma ve kirletici gazlara bir indirgenme ortamı sağlar. Bu işlem bazı katalizörler (platin, palladyum ya da rodyum) kullanılarak yapılır. İkinci yanma işlemi motor dışında olduğundan işe dönüştürülemez.

2CO + O2  2CO2 NOx  O2 + N2 CxHy + nO2  xCO2 + mH2O Üç yollu bir katalitik konvertörde aşağıdaki üç kimyasal tepkime eşzamanlı olarak meydana gelir Karbonmonoksitin yakılarak karbondioksite çevrilmesi 2CO + O2  2CO2 Azotoksitlerin azota indirgenmesi NOx  O2 + N2 Yan(a)mamış HC’ların CO2 ve suya dönüştürülmesi/yakılması CxHy + nO2  xCO2 + mH2O Konvertör kanalları Platin, Palladyum, Rodyum ve Seryum ile kaplanmıştır. Konvertör içindeki Platin ve Paladyum HC ve CO’lerin oksitlenmesini, Platin ve Rodyum NOx 'lerin indirgenmesini sağlar. (Bu sırada O2 serbest kalır) Seryum ise oksijeni depolayarak gerekli miktarda katalizörde tutar (zengin ve fakir çalışma esnasında oksijen miktarı değişiklik gösterir).

Kimyasal dönüştürme işleminin uygulanabilmesi için; (1) Katalizörün çalışma sıcaklığına ulaşması, Yakıt/hava karışımının teorik karışım oranında (λ=1.0) olması gerekli λ=0.995-1.000 aralığına λ veya katalizör penceresi denir ve en uygun dönüşüm bu aralıkta olur. Bu aralıkta NOx‘lerin azaltılmasıyla serbest kalan O2’ler, HC ve CO’lerin tamamen CO2 ve H2O’ya dönüştürülmesi için yeterli olur.

Kimyasal dönüştürme işleminin uygulanabilmesi için; (2) Zengin karışım (λ<0.99) Egzoz gazındaki CO ve HC miktarının artmasına, Fakir karışım (λ>1.00) ise Egzoz gazındaki NOx’lerin miktarının artmasına neden olmaktadır. Egzoz gazının içeriği λ sondasıyla kontrol edilir ve kontrol sonucunda λ~1 hava oranından (katalizör penceresinden) sapma olduğunda karışım içeriği düzeltilmektedir. λ sondası, sinyal elemanı olarak kullanılmakta ve katalizörden önce yerleştirilmektedir. Bu sonda, karışımın içeriğini ayarlamak (zengin/fakir karışım) için bir kontrol elemanıdır.

İkincil hava sistemi (SLS) Motorun sıcak ve soğuk çalışma durumlarında üç yollu katalitik konvertör tam olarak çalışmadığından, Bu koşullarda (λ<1), katalizörden önce egzoz manifolduna verilen hava ile egzoz gazındaki yan(a)mayan HC ve CO’lar yanmayla azaltılmaktadır. Bu sistemin yardımıyla soğuk ilk hareketten sonra katalitik konvertör hızla optimumum çalışma durumuna ulaşır.

Teşhis Bordu (OBD) Motor kumanda sistemiyle birleştirilmiş bir teşhis sistemidir. Bu sistemle; motorun her çalışma koşulunda egzoz gazı akış sistemi ve buhar emisyonları gözlenmektedir. Sistemde meydana gelen hatalar kaydedilmekte, ikaz ışığı olarak sürücüye bildirilmektedir.