LPG Yakıtının bir Buji Ateşlemeli Motorda Gerçek Yaşam Sürüş Koşulları altında Katalitik Konvertör Sıcaklığına Etkisi Bu çalışmada LPG’nin gerçek yaşam sürüş koşulları altında buji ateşlemeli bir motordaki katalitik konvertör sıcaklığına olan etkisini hep beraber inceleyeceğiz ve sizlere hem bu çalışma ile hem de LPG konusu ile ilgili bilgileri ve deneyimlerimi aktarmaya çalışacağım. Mutlu TEKİR Department of Mechanical Engineering, Karabük University TURKEY mutlutekir@karabuk.edu.tr

İçerik Özet Giriş Materyal ve Metod Sonuçlar Tartışma Kimler LPG’li araç kullanmakta? LPG’nin araçtaki parçaları nasıl etkilediğini hiç araştırdınız mı? Sanayideyken hep belli başlı lafları duymuşsunuzdur, motorun ömrünü azaltıyor, motorun sıcaklığını yükseltiyor, LPG’den dolayı bu tür sorunlar normaldir abi tarzında. Hiç üstüne gittiniz mi? Bu bildiride bu tür sorunlara da değineceğiz.

Özet LPG’ye dönüştürülmüş araçlarda motorun sıcaklığının yükselmesi, daha fazla ısınması, bazı parçaların zamanla bozulması ve LPG’li araçların ömrünün daha düşük olması kabul edilmiş olgulardır. LPG’ye dönüştürülmüş araçların katalitik konvertör sıcaklıkları literatürde dikkat çekmemiştir. Demin de dediğim gibi LPG’ye dönüştürülmüş araçlarda motorun sıcaklığının yükselmesi, daha fazla ısınması, bazı parçaların zamanla bozulması ve LPG’li araçların ömrünün daha düşük olması kabul edilmiş olgulardır. LPG’ye dönüştürülmüş araçların katalitik konvertör sıcaklıkları literatürde dikkat çekmemiştir.

Giriş Gelecek yıllarda fosil kaynaklı yakıtlar dünyanın artan enerji ihtiyacını karşılayamayacaktır. Fossil yakıtlar uygunluğu, fiyatı ve yüksek enerji yoğunluğu gibi nedenlerle çekici olsalar da fosil kaynaklı bu yakıtların tükenmesi ve emisyonları büyük bir sorun olarak önümüzde durmaktadır. Bu nedenlerle içten yanmalı motorlarda kullanılabilecek bir çok alternatif yakıt arayışları sürmektedir. Bunlardan biri de LPG’dir. LPG daha düşük fiyatı, uygunluğu ve daha düşük emisyonları sebebiyle içten yanmalı motorlarda kullanılabilen en önemli alternatif yakıttır. LPG, doğaz gazın çıkartılması sırasında kendiliğinden ya da ham petrolün arıtılması işlemi sırasında yan ürün olarak oluşmaktadır. LPG’nin bugünkü tüketim, üretim ve rezerv değerleri dikkate alındığında 92 yıl yetebileceği hesaplanmıştır. Gelecek yıllarda fosil kaynaklı yakıtlar dünyanın artan enerji ihtiyacını karşılayamayacaktır. Fossil yakıtlar uygunluğu, fiyatı ve yüksek enerji yoğunluğu gibi nedenlerle çekici olsalar da fosil kaynaklı bu yakıtların tükenmesi ve emisyonları büyük bir sorun olarak önümüzde durmaktadır. Bu nedenlerle içten yanmalı motorlarda kullanılabilecek bir çok alternatif yakıt arayışları sürmektedir. Bunlardan biri de LPG’dir. LPG daha düşük fiyatı, uygunluğu ve daha düşük emisyonları sebebiyle içten yanmalı motorlarda kullanılabilen en önemli alternatif yakıttır.

LPG, doğaz gazın çıkartılması sırasında kendiliğinden ya da ham petrolün arıtılması işlemi sırasında yan ürün olarak oluşmaktadır. LPG’nin bugünkü tüketim, üretim ve rezerv değerleri dikkate alındığında 92 yıl yetebileceği hesaplanmıştır.

Otogaz LPG en çok Türkiye, İtalya, Polonya, Güney Kore, Rusya ve Hollanda, Almanya ile İngiltere gibi diğer Avrupa ülkelerinde kullanılmaktadır. LPG dönüşüm kiti üreten firmaların LPG’yi en çok kullanan ülkelerden çıkmış olması da tesadüf değildir. It is not surprise that LPG conversion kit companies like Atiker in Turkey, BRC, Romano, Landirenzo, Lovato, Zavoli, OMVL, Tartarini in Italy, Prins in Holland, Stag, KME, LPG Tech in Poland founded in these countries which uses the LPG most. LPG en çok Türkiye, İtalya, Polonya, Güney Kore, Rusya ve Hollanda, Almanya ile İngiltere gibi diğer Avrupa ülkelerinde kullanılmaktadır. LPG dönüşüm kiti üreten firmaların LPG’yi en çok kullanan ülkelerden çıkmış olması da tesadüf değildir.

Tüketim ve Araç Sayıları Most LPG consumption is in South Korea; whereas most LPG converted cars are in Turkey with about 4.4 million. Burada tüketim miktarı ve araç sayısını çok daha net görebiliriz. Burada tüketim miktarı ve araç sayısını çok daha net görebiliriz.

Propane-Butane ratios in countries according to seasons LPG Oranı LPG propan ve bütan karışımından oluşmaktadır ve Türkiye’de genellikle yazın %30 propan - %70 bütan, kışın %50 propan - %50 bütan olarak ayarlanmaktadır. Kışın daha çetin geçtiği Doğu Anadolu ve İç Anadolu gibi bölgelerimizde %70 propan - %30 bütan şeklinde de ayarlandığı görülmektedir. Gördüğünüz gibi bütanın buharlaşma sıcaklığı -4 derece civarında olması nedeniyle kışın sıcaklığı -4’ün altında olan Kuzey Avrupa ülkeleri kış sezonu LPG karışımlarında hiç bütan kullanmamaktadır. Hatta ağustosun ortasında bile dağ geçitlerinde kar yağabilen İsviçre’de yazın da LPG karışımında bütan kullanmamaktadır. Propane-Butane ratios in countries according to seasons LPG propan ve bütan karışımından oluşmaktadır ve Türkiye’de genellikle yazın %30 propan - %70 bütan, kışın %50 propan - %50 bütan olarak ayarlanmaktadır. Kışın daha çetin geçtiği Doğu Anadolu ve İç Anadolu gibi bölgelerimizde %70 propan - %30 bütan şeklinde de ayarlandığı görülmektedir. Gördüğünüz gibi bütanın buharlaşma sıcaklığı -4 derece civarında olması nedeniyle kışın sıcaklığı -4’ün altında olan Kuzey Avrupa ülkeleri kış sezonu LPG karışımlarında hiç bütan kullanmamaktadır. Hatta ağustosun ortasında bile dağ geçitlerinde kar yağabilen İsviçre’de yazın da LPG karışımında bütan kullanmamaktadır.

Properties of gasoline, propane, and butane Özellikler LPG kimyasal özellikleri benzine yakın olması, oktan sayısının benzinden daha yüksek olması gibi nedenlerle çekici bir alternatif yakıttır. Yüksek oktan sayısına sahip olması nedeniyle daha yüksek sıkıştırma oranlı içten yanmalı buji ateşlemeli motorlarda kullanılması durumunda ısıl verimin artmasına da sebep olmaktadır, bu da daha fazla güç ve daha az yakıt tüketimi olarak karşımıza çıkar. Bu konuyu fabrikasyon LPG’li araçlarda konuşacağız. Properties of gasoline, propane, and butane LPG kimyasal özellikleri benzine yakın olması, oktan sayısının benzinden daha yüksek olması gibi nedenlerle çekici bir alternatif yakıttır. Yüksek oktan sayısına sahip olması nedeniyle daha yüksek sıkıştırma oranlı içten yanmalı buji ateşlemeli motorlarda kullanılması durumunda ısıl verimin artmasına da sebep olmaktadır, bu da daha fazla güç ve daha az yakıt tüketimi olarak karşımıza çıkar. Bu konuyu fabrikasyon LPG’li araçlarda konuşacağız.

Emisyonlar Yüksek Hidrojen-Karbon oranı nedeniyle LPG daha düşük emisyonlara sahiptir. LPG benzinli motorlarda %50’ye varan karbonmonoksit, %40’a veren hidrokarbon, %35’e varan nitroksit emisyon düşüşünü sağlamaktadır. Ayrıca dizel ve direk enjeksiyon benzinli motorların ana sorunu olan partikül emisyonu, LPG yakıtında sıfırdır. Öte yandan LPG, dizelden biraz daha fazla, benzinden biraz daha az km başına karbondioksit salınımına sahiptir. Yüksek Hidrojen-Karbon oranı nedeniyle LPG daha düşük emisyonlara sahiptir. LPG benzinli motorlarda %50’ye varan karbonmonoksit, %40’a veren hidrokarbon, %35’e varan nitroksit emisyon düşüşünü sağlamaktadır. Ayrıca dizel ve direk enjeksiyon benzinli motorların ana sorunu olan partikül emisyonu, LPG yakıtında sıfırdır. Öte yandan LPG, dizelden biraz daha fazla, benzinden biraz daha az km başına karbondioksit salınımına sahiptir.

Dünya LPG Birliği’nin otogaz politikaları ve teşviği raporunda paylaştığı bir grafik.

CO2 consumption by fuel on a well-to-wheels basis (gr/km) Bu grafikte yine Dünya LPG Birliği’nin raporunda kuyudan tekere analizlerde çeşitli sürüş çevrimi standartlarındaki km başında karbondioksit emisyonunu görebilirsiniz. Gerçek sürüş koşullarına yakın sonuçlar veren Artmis çevrimine göre otogaz, dizel ve benzinli araçlardan daha az karbondioksit emisyonu sunmaktadır.

Yakıt Tüketimi LPG daha düşük enerji yoğunluğuna sahip olması ve gaz fazında olması sebebiyle daha düşük hacimsel verime sebep olması nedeniyle LPG’ye dönüştürülmüş araçlar benzinli hallerine oranla litre bazında %20-30 daha fazla yakıt tüketmektedir. Bunlara en iyi örnek fabrikasyon olarak hem benzinli hem de LPG’li olarak üretilen ABD’de Ford Falcon XT ve Almanya’da Opel Crossland X modelleri gösterilebilir. Bazı firmalar araçlarının LPG versiyonlarını sunarken motorun iç yapısındaki değişiklikleri minimumda tutarlarken, bazıları ise motorun iç yapısını büyük oranda değiştirir. Burada bu farklara değineceğiz. LPG daha düşük enerji yoğunluğuna sahip olması ve gaz fazında olması sebebiyle daha düşük hacimsel verime sebep olması nedeniyle LPG’ye dönüştürülmüş araçlar benzinli hallerine oranla litre bazında %20-30 daha fazla yakıt tüketmektedir. Bunlara en iyi örnek fabrikasyon olarak hem benzinli hem de LPG’li olarak üretilen ABD’de Ford Falcon XT ve Almanya’da Opel Crossland X modelleri gösterilebilir. Bazı firmalar araçlarının LPG versiyonlarını sunarken motorun iç yapısındaki değişiklikleri minimumda tutarlarken, bazıları ise motorun iç yapısını büyük oranda değiştirir. Burada bu farklara değineceğiz.

Yakıt Tüketimi Opel Crossland X modelinde motordaki değişiklikleri minimum tutmuştur. Genelde firmalar araçlarının LPG versiyonlarını sunarken subapları, segmanlar, manifoldları gibi parçaları ısıya daha dayanıklı malzemelerden kullanırlar. Bunun sonucunda atmosferik motorlara yapılan LPG dönüşümü sonucu güç ve torkta %7’ye varan düşüşler yaşanmaktadır. Resimde de gördüğünüz gibi LPG’de motor gücü 85 beygirden 75 beygire düşmektedir. Yakıt tüketimi ise %30 fazla olmaktadır, ayrıca karbondioksit tüketimi ise çok az bir miktar artmaktadır.

Yakıt Tüketimi Opel Crossland X modelinde motordaki değişiklikleri minimum tutmuştur. Genelde firmalar araçlarının LPG versiyonlarını sunarken subapları, segmanlar, manifoldları gibi parçaları ısıya daha dayanıklı malzemelerden kullanırlar. Bunun sonucunda atmosferik motorlara yapılan LPG dönüşümü sonucu güç ve torkta %7’ye varan düşüşler yaşanmaktadır. Resimde de gördüğünüz gibi LPG’de motor gücü 85 beygirden 75 beygire düşmektedir. Yakıt tüketimi ise %30 fazla olmaktadır, ayrıca karbondioksit tüketimi ise çok az bir miktar artmaktadır. Opel Crossland X modelinde motordaki değişiklikleri minimum tutmuştur. Genelde firmalar araçlarının LPG versiyonlarını sunarken subapları, segmanlar, manifoldları gibi parçaları ısıya daha dayanıklı malzemelerden kullanırlar. Bunun sonucunda atmosferik motorlara yapılan LPG dönüşümü sonucu güç ve torkta %7’ye varan düşüşler yaşanmaktadır. Resimde de gördüğünüz gibi LPG’de motor gücü 85 beygirden 75 beygire düşmektedir. Yakıt tüketimi ise %30 fazla olmaktadır, ayrıca karbondioksit tüketimi ise çok az bir miktar artmaktadır.

Yakıt Tüketimi Öte yandan ABD’de satılan Ford Falcon XT modelinde ise üretici LPG için motorun iç yapısında bir çok değişiklik yapmıştır. Fabrikasyon LPG’li olarak satılan bu versiyonunda üretici motorun sıkıştırma oranını 10’dan 12’ye çıkarmış, daha hafif iç parçalar kullanmış, ayrıca da yeni teknoloji olan LPI denilen sıvı fazda LPG püskürtme kiti uygulamıştır. Bu nedenle LPG’li versiyonu benzinli versiyonuna göre daha fazla güç ve tork sunmaktadır. Üreticinin verilerine göre 6 silindirli 4 litrelik bu motorun benzinli versiyonu 195 kW güç ve 391 Nm tork üretmekteyken, LPG’li versiyonu 198 kW güç ve 409 Nm tork üretmektedir. Bu LPI sistemi direk enjeksiyonlu ve multiport motorlara uygulanabilirken, LPG yakıtı klasik sistemdekilerin aksine gaz fazına geçmeden sıvı fazda benzin enjektörleri sayesinde direkt motorun içine enjekte edilmektedir. LPI sistemi püskürtüldüğü anda motordan ısı alarak faz değiştirmesi sebebiyle ısıl verimi de iyileştirmektedir. Opel Crossland X modelinde motordaki değişiklikleri minimum tutmuştur. Genelde firmalar araçlarının LPG versiyonlarını sunarken subapları, segmanlar, manifoldları gibi parçaları ısıya daha dayanıklı malzemelerden kullanırlar. Bunun sonucunda atmosferik motorlara yapılan LPG dönüşümü sonucu güç ve torkta %7’ye varan düşüşler yaşanmaktadır. Resimde de gördüğünüz gibi LPG’de motor gücü 85 beygirden 75 beygire düşmektedir. Yakıt tüketimi ise %30 fazla olmaktadır, ayrıca karbondioksit tüketimi ise çok az bir miktar artmaktadır.

Yakıt Tüketimi Sonuç olarak hacimsel olarak %20-30 fazla tüketse de daha düşük LPG fiyatları ile%30-40 a varan bir tasarruf oranına erişilmektedir. Öte yandan ABD’de satılan Ford Falcon XT modelinde ise üretici LPG için motorun iç yapısında bir çok değişiklik yapmıştır. Fabrikasyon LPG’li olarak satılan bu versiyonunda üretici motorun sıkıştırma oranını 10’dan 12’ye çıkarmış, daha hafif iç parçalar kullanmış, ayrıca da yeni teknoloji olan LPI denilen sıvı fazda LPG püskürtme kiti uygulamıştır. Bu nedenle LPG’li versiyonu benzinli versiyonuna göre daha fazla güç ve tork sunmaktadır. Üreticinin verilerine göre 6 silindirli 4 litrelik bu motorun benzinli versiyonu 195 kW güç ve 391 Nm tork üretmekteyken, LPG’li versiyonu 198 kW güç ve 409 Nm tork üretmektedir. Bu LPI sistemi direk enjeksiyonlu ve multiport motorlara uygulanabilirken, LPG yakıtı klasik sistemdekilerin aksine gaz fazına geçmeden sıvı fazda benzin enjektörleri sayesinde direkt motorun içine enjekte edilmektedir. LPI sistemi püskürtüldüğü anda motordan ısı alarak faz değiştirmesi sebebiyle ısıl verimi de iyileştirmektedir. Sonuç olarak hacimsel olarak %20-30 fazla tüketse de daha düşük LPG fiyatları ile%30-40 a varan bir tasarruf oranına erişilmektedir.

Araştırmalar LPG yakıtının karbüratörlü, multiport, ve direk enjeksiyon benzinli motorlarda ve ek olarak dizel motorlarda uygulanması ile ilgili bir çok çalışma vardır. Bu çalışmalar emisyon, yakıt tüketimi, performans, valf sıcaklıkları ve benzeri alanları kapsamaktadır. Maalesef LPG’nin katalitik konvertör sıcaklığını nasıl etkilediği konusunda pek çalışma bulunmamaktadır. Fakat benzinli motorların katalitik konvertör sıcaklığı ile alakalı çalışmalar bulunmaktadır. Bu nedenle literatürdeki bu eksikliği kapatmak amacıyla LPG dönüşümü yapılmış bir aracın gerçek sürüş koşulları altında katalitik konvertör sıcaklığı çalışılmıştır. LPG yakıtının karbüratörlü, multiport, ve direk enjeksiyon benzinli motorlarda ve ek olarak dizel motorlarda uygulanması ile ilgili bir çok çalışma vardır. Bu çalışmalar emisyon, yakıt tüketimi, performans, valf sıcaklıkları ve benzeri alanları kapsamaktadır. Maalesef LPG’nin katalitik konvertör sıcaklığını nasıl etkilediği konusunda pek çalışma bulunmamaktadır. Fakat benzinli motorların katalitik konvertör sıcaklığı ile alakalı çalışmalar bulunmaktadır. Bu nedenle literatürdeki bu eksikliği kapatmak amacıyla LPG dönüşümü yapılmış bir aracın gerçek sürüş koşulları altında katalitik konvertör sıcaklığı çalışılmıştır.

Materyal Metod Öncelikle tüm testler 2010 model 1.6 litrelik multiport benzinli motora sahip 4 ileri otomatik şanzımanlı Mazda 3 araç ile gerçekleştirilmiştir. Bu testler için 1.6 litrelik motor açık döngü sıralı sistem LPG kiti takılarak LPG ile çalışması için modifiye edilmiştir. Motorun özelliklerini görebilirsiniz. Engine specifications Öncelikle tüm testler 2010 model 1.6 litrelik multiport benzinli motora sahip 4 ileri otomatik şanzımanlı Mazda 3 araç ile gerçekleştirilmiştir. Bu testler için 1.6 litrelik motor açık döngü sıralı sistem LPG kiti takılarak LPG ile çalışması için modifiye edilmiştir. Motorun özelliklerini görebilirsiniz.

LPG Dönüşümü Takılan sistemin parçalarını resimde görebilirsiniz. Montaj sonrası açık döngü LPG sistemleri için LPG haritasının ayarlanması; çeşitli hızlar, devirler ve motor yükleri gibi değişken şartlar altında yakıt fazlalık katsayısının tam 1’de tutulması için çok önem arz etmektedir. Aksi takdirde LPG haritasının düzgün ayarlanamaması sonucunda çeşitli sürüş koşulları altında motor zengin ya da fakir karışımda kalabilir, bu da eninde sonunda araçta problemlere yol açabilmektedir. Takılan sistemin parçalarını resimde görebilirsiniz. Montaj sonrası açık döngü LPG sistemleri için LPG haritasının ayarlanması; çeşitli hızlar, devirler ve motor yükleri gibi değişken şartlar altında yakıt fazlalık katsayısının tam 1’de tutulması için çok önem arz etmektedir. Aksi takdirde LPG haritasının düzgün ayarlanamaması sonucunda çeşitli sürüş koşulları altında motor zengin ya da fakir karışımda kalabilir, bu da eninde sonunda araçta problemlere yol açabilmektedir.

LPG Ayarlama LPG haritasının ayarlanması ile ilgili LPG kitine has programın bir ekran görüntüsü.

Prosedür Testler başlangıç ve bitiş noktaları aynı olmak üzere aynı yol hattı üstünde sabit hızlarda yapılmıştır. 60-80-100 ve 120 km/saat hızlarda parkur süresince yüksek doğruluk için hız sabitleyici özelliği kullanılarak testler gerçekleştirilmiştir. Şehiriçi ve şehirdışı sürüşleri kapsayan karma bir parkurda da ek testler gerçekleştirilmiştir. Tüm testler ilk önce benzin, ardından LPG ile aynı parkurda yapılmıştır.Testler araçların durmasıyla başladı, ardından araç test hızına %100 motor yükü ile yükseltildi, ve sonrasında hız sabitleyici kullanılarak test hızı korundu. 2.3 km sonra U dönüşü yapıldı, ve prosedür tekrardan başlama noktasına gelene kadar tekrarlandı. Test parkuru 4.6 km uzunluğundaydi. Tüm testler motor çalışma sıcaklığına eriştikten sonra başlandı. Veri alınması için aracın kendi sensörleri kullanıldı. Modern araçlar kendinden öncekilerden çok daha akıllı olmakta ve bir çok sensörle donatılmakta. Ana ECU’da toplanan bu veriler araca özel OBD2 kablo ve yazılımı ile erişilebilmektedir. Testler başlangıç ve bitiş noktaları aynı olmak üzere aynı yol hattı üstünde sabit hızlarda yapılmıştır. 60-80-100 ve 120 km/saat hızlarda parkur süresince yüksek doğruluk için hız sabitleyici özelliği kullanılarak testler gerçekleştirilmiştir. Şehiriçi ve şehirdışı sürüşleri kapsayan karma bir parkurda da ek testler gerçekleştirilmiştir. Tüm testler ilk önce benzin, ardından LPG ile aynı parkurda yapılmıştır.Testler araçların durmasıyla başladı, ardından araç test hızına %100 motor yükü ile yükseltildi, ve sonrasında hız sabitleyici kullanılarak test hızı korundu. 2.3 km sonra U dönüşü yapıldı, ve prosedür tekrardan başlama noktasına gelene kadar tekrarlandı. Test parkuru 4.6 km uzunluğundaydi. Tüm testler motor çalışma sıcaklığına eriştikten sonra başlandı. Veri alınması için aracın kendi sensörleri kullanıldı. Modern araçlar kendinden öncekilerden çok daha akıllı olmakta ve bir çok sensörle donatılmakta. Ana ECU’da toplanan bu veriler araca özel OBD2 kablo ve yazılımı ile erişilebilmektedir.

Sonuçlar Şekildeki grafikte minimum, maksimum ve hız ağırlıklı ortalama katalitik konvertör sıcaklıklarının hıza göre değişimini görebilirsiniz. Ortalama katalitik konvertör sıcaklığı hızın artışıyla doğrusal olarak artmaktadır. Katalitik konvertör sıcaklığı %100 motor yükü altında hızlanırken maksimuma ulaşmaktadır. Şekildeki grafikte minimum, maksimum ve hız ağırlıklı ortalama katalitik konvertör sıcaklıklarının hıza göre değişimini görebilirsiniz. Ortalama katalitik konvertör sıcaklığı hızın artışıyla doğrusal olarak artmaktadır. Katalitik konvertör sıcaklığı %100 motor yükü altında hızlanırken maksimuma ulaşmaktadır.

Results Parkur boyunca olan katalitik konvertör sıcaklığı değişimini bu grafikte görebilirsiniz. Katalitik konvertör sıcaklığının hız arttıkça nasıl değiştiği bariz bir şekilde ortadadır. Düşük motor yükünde ve düşük hızda sıcaklık düşükken, motor yükü ve hız arttıkça sıcaklık da artmaktadır. Düşük motor yükünde daha az egzos gazı oluşması nedeniyle sıcaklık düşmektedir. U dönüşü nedeniyle tam durmalarda sıcaklık belirgin şekilde azalmaktadır, ve hızlanma sürecinde ise sıcaklık maksimuma ulaşmaktadır. Ardından hız sabit korunurken sıcaklık düşmektedir ve yoldaki hafif yukarı eğimlerden ötürü bir kısımda motor yükünün çok az yükselmesi dolayısıyla sıcaklığın çok hafif arttığı görülmektedir. Ardından hafif aşağı eğimlerden ötürü katalitik konvertör sıcaklığı düşmeye devam etmektedir. Katalitik konvertör sıcaklığı en ufak bir motor yükü değişiminde belirgin bir şekilde değişmektedir. Parkur boyunca olan katalitik konvertör sıcaklığı değişimini bu grafikte görebilirsiniz. Katalitik konvertör sıcaklığının hız arttıkça nasıl değiştiği bariz bir şekilde ortadadır. Düşük motor yükünde ve düşük hızda sıcaklık düşükken, motor yükü ve hız arttıkça sıcaklık da artmaktadır. Düşük motor yükünde daha az egzos gazı oluşması nedeniyle sıcaklık düşmektedir. U dönüşü nedeniyle tam durmalarda sıcaklık belirgin şekilde azalmaktadır, ve hızlanma sürecinde ise sıcaklık maksimuma ulaşmaktadır. Ardından hız sabit korunurken sıcaklık düşmektedir ve yoldaki hafif yukarı eğimlerden ötürü bir kısımda motor yükünün çok az yükselmesi dolayısıyla sıcaklığın çok hafif arttığı görülmektedir. Ardından hafif aşağı eğimlerden ötürü katalitik konvertör sıcaklığı düşmeye devam etmektedir. Katalitik konvertör sıcaklığı en ufak bir motor yükü değişiminde belirgin bir şekilde değişmektedir.

Results LPG ve benzin için yakıt fazlalık oranının motor yüküne göre değişimi grafikte gösterilmektedir. Ani hızlanmalarda %100 motor yükünde LPG haritası zengin karışımda dahi olsa, benzine oranla bir miktar fakir kalma durumu vardır. Güç ihtiyacı olan durumlarda AFR 12.6’ya sabitlenir. Böylece zengin karışımda daha fazla güç elde edilir. Benzindeyken bu AFR sağlanırken, LPG’de ise yine zenginde fakat AFR 14’dedir. Bu durum maksimum gücün LPG’de bir miktar düşmesine neden olmaktadır. Öte yandan aracın genelde kullanıldığı aralıklarda ise LPG haritası ile benzin haritası uyum içindedir. Normal sürüş şartlarında karışım oranının tutturulması motor ve katalitik konvertörün sağlığı için önemlidir. LPG ve benzin için yakıt fazlalık oranının motor yüküne göre değişimi grafikte gösterilmektedir. Ani hızlanmalarda %100 motor yükünde LPG haritası zengin karışımda dahi olsa, benzine oranla bir miktar fakir kalma durumu vardır. Güç ihtiyacı olan durumlarda AFR 12.6’ya sabitlenir. Böylece zengin karışımda daha fazla güç elde edilir. Benzindeyken bu AFR sağlanırken, LPG’de ise yine zenginde fakat AFR 14’dedir. Bu durum maksimum gücün LPG’de bir miktar düşmesine neden olmaktadır. Öte yandan aracın genelde kullanıldığı aralıklarda ise LPG haritası ile benzin haritası uyum içindedir. Normal sürüş şartlarında karışım oranının tutturulması motor ve katalitik konvertörün sağlığı için önemlidir.

Results Aynı şekilde toplam yakıt düzeltmesinin devire göre değişimi grafikte verilmiştir. 2000-4000 devir aralığında LPG ve benzinin verileri uyum içerisindedir, benzer toleranslar dahilindedir ve +%5 ile -%5 arasında kalmıştır. Bu da normal sürüş esnasında LPG haritasının benzindeki ile örtüştüğünün kanıtıdır. Aynı şekilde toplam yakıt düzeltmesinin devire göre değişimi grafikte verilmiştir. 2000-4000 devir aralığında LPG ve benzinin verileri uyum içerisindedir, benzer toleranslar dahilindedir ve +%5 ile -%5 arasında kalmıştır. Bu da normal sürüş esnasında LPG haritasının benzindeki ile örtüştüğünün kanıtıdır.

Results Sonuç olarak grafiklerden gördüğünüz gibi benzin ile doğru ayarlanmış bir LPG sisteminde katalizör sıcaklığı çok yakın sonuçlar vermektedir. Hatta LPG ile sıcaklık bir miktar azalmaktadır. LPG’deki sıcaklığın benzindekinden fazla olduğu tek durum 120 km/saat hızla yapılan testtir. Bu da o şarttaki yanlış LPG haritasından kaynaklı olabilir. Viswanatha vd [19] yaptıkları çalışmada benzer bir şekilde LPG’nin daha düşük katalitik konvertör sıcaklığına neden olduğunu bulmuşlardır. Bu durum LPG kullanırken daha düşük yanmamış gaz ve hidrokarbon emisyonları üretilmesinden kaynaklanabilir, bu nedenle katalitik konvertörde daha az ekzotermik (dışa ısı veren) reaksiyonlar gerçekleşmektedir. Sonuç olarak grafiklerden gördüğünüz gibi benzin ile doğru ayarlanmış bir LPG sisteminde katalizör sıcaklığı çok yakın sonuçlar vermektedir. Hatta LPG ile sıcaklık bir miktar azalmaktadır. LPG’deki sıcaklığın benzindekinden fazla olduğu tek durum 120 km/saat hızla yapılan testtir. Bu da o şarttaki yanlış LPG haritasından kaynaklı olabilir. Viswanatha vd [19] yaptıkları çalışmada benzer bir şekilde LPG’nin daha düşük katalitik konvertör sıcaklığına neden olduğunu bulmuşlardır. Bu durum LPG kullanırken daha düşük yanmamış gaz ve hidrokarbon emisyonları üretilmesinden kaynaklanabilir, bu nedenle katalitik konvertörde daha az ekzotermik (dışa ısı veren) reaksiyonlar gerçekleşmektedir.

Conclusion LPG kullanımı avantajlıdır. Daha ucuz, daha düşük karbonmonoksit, hidrokarbon emisyonları ve sıfır partikül emisyonlarına sahiptir. Avantajlarına rağmen uygunsuz dönüşüm montajları neticesinde bazı problemler oluşmaktadır. Açık döngü LPG dönüşüm sistemleri için LPG haritasının ayarı çok mühimdir. Düzgün bir ayar yapılmazsa motor teklemesi, belirgin güç kaybı, katalitik konvertör zehirlenmesi ve motor aşırı ısınması gibi problemlerle karşılaşılabilir. Katalitik konvertör sıcaklığı LPG için düzgün ayarlamalarla çok artmamaktadır. Katalitik konvertör sıcaklığının artışının ana sebebi yanmamış gazların ve hidrokarbonların burada yakılarak karbondioksit ve suya dönüşmesi sonucu ısı ortaya çıkmasıdır. LPG haritasının zenginde kalacak şekilde ayarlanması sonucu katalitik konvertör sıcaklığı kritik sıcaklığın üstüne çıkabilir ve bu da katalitik konvertörün veriminin dramatik şekilde düşmesine neden olabilir. Öte yandan fakir karışım motor içi sıcaklığın artmasına sebep olarak uzun vadede motora zarar verebilir. Sonuçta tüm bu sıkıntılar motor ECU’su ile iletişim kurarak yakıt düzeltmelerini LPG enjektörlerine uygulayan kapalı döngü LPG dönüşüm sistemleri (OBD) kullanılarak aşılabilmektedir, ve bu sayede LPG karışım oranı kaynaklı sorunlar minimuma indirilebilmektedir. LPG kullanımı avantajlıdır. Daha ucuz, daha düşük karbonmonoksit, hidrokarbon emisyonları ve sıfır partikül emisyonlarına sahiptir. Avantajlarına rağmen uygunsuz dönüşüm montajları neticesinde bazı problemler oluşmaktadır. Açık döngü LPG dönüşüm sistemleri için LPG haritasının ayarı çok mühimdir. Düzgün bir ayar yapılmazsa motor teklemesi, belirgin güç kaybı, katalitik konvertör zehirlenmesi ve motor aşırı ısınması gibi problemlerle karşılaşılabilir. Katalitik konvertör sıcaklığı LPG için düzgün ayarlamalarla çok artmamaktadır. Katalitik konvertör sıcaklığının artışının ana sebebi yanmamış gazların ve hidrokarbonların burada yakılarak karbondioksit ve suya dönüşmesi sonucu ısı ortaya çıkmasıdır. LPG haritasının zenginde kalacak şekilde ayarlanması sonucu katalitik konvertör sıcaklığı kritik sıcaklığın üstüne çıkabilir ve bu da katalitik konvertörün veriminin dramatik şekilde düşmesine neden olabilir. Öte yandan fakir karışım motor içi sıcaklığın artmasına sebep olarak uzun vadede motora zarar verebilir. Sonuçta tüm bu sıkıntılar motor ECU’su ile iletişim kurarak yakıt düzeltmelerini LPG enjektörlerine uygulayan kapalı döngü LPG dönüşüm sistemleri (OBD) kullanılarak aşılabilmektedir, ve bu sayede LPG karışım oranı kaynaklı sorunlar minimuma indirilebilmektedir.

Referanslar [1] V. Nayak, K. S. Shankar, P. Dineshka, P. Mohanan, An experimental investigation on performance and emission parameters of a multi-cylinder SI engine with gasolineLPG dual fuel mode of operation, Biofuels, Vol. 8, No. 1, pp. 113-123, 2016. [2] World LPG Association, Autogas Incentive Policies, 2016 Update. [3] C. Çınar, F. Şahin, Ö. Can, A. Uyumaz, A comparison of performance and exhaust emissions with different valve lift profiles between gasoline and LPG fuels in a SI engine, Applied Thermal Engineering, Vol. 107, pp. 1261–1268, 2016. [4] T. W. Adam, C. Astorga, M. Clairotte, M. Duane, M. Elsasser, A. Krasenbrink, et al, Chemical analysis and ozone formation potential of exhaust from dual-fuel (liquefied petroleum gas/gasoline) light duty vehicles, Atmospheric Environment; Vol. 45, No. 17, pp. 2842-2848, 2011. [5] J. Winebrake, D. He, M. Wang, Fuel-cycle emissions for conventional and alternative fuel vehicles: An assessment of air toxics, Illinois (AR): Center for Transportation Research (US), Argon National Laboratory; 2000 Aug. Report No.: ANL/ESD-44. Sponsored by the Department of Energy. [6] C. M., Gong, K. Huang, B. Q. Deng, X. J. Liu, Catalyst light-off behavior of a spark ignition LPG (liquefied petroleum gas) engine during cold start, Energy, Vol. 36, No. 1, pp. 53-59, 2011. [7] S. Murillo, J. L. Miguez, J. Porteiro, L. M. L. Gonzalez, E. Granada, J. C. Moran, LPG: Pollutant emission and performance enhancement for spark-ignition four strokes outboard engines, Applied Thermal Engineering, Vol. 25, No. 13, pp. 1882-1893, 2005. [8] C. L. Myung, K. Choi, J. Kim, Y. Lim, J. Lee, S. Park, Comparative study of regulated and unregulated toxic emissions characteristics from a spark ignition direct injection light-duty vehicle fueled with gasoline and liquid phase LPG (liquefied petroleum gas), Energy, Vol. 44, pp. 189-196, 2012. [9] C. L. Myung, H. Lee, K. Choi, Y. J. Lee, S. Park, Effects of gasoline, diesel, LPG, and low-carbon fuels and various certification modes on nanoparticle emission characteristics in light-duty vehicles, International Journal of Automotive Technology, Vol. 10, No. 5, pp. 537-544, 2009. [10] I. G. Hwang, K. Choi, J. Kim, C. L. Myung, S. Park. Experimental evaluation of combustion phenomena in and nanoparticle emissions from a side-mounted direct-injection engine with gasoline and liquid-phase liquefied petroleum gas fuel, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, Vol. 226, No. 1, pp. 112- 122, 2012. [11] A. Sürmen, M. İ. Karamangil, R. Arslan, Motor Termodinamiği, Alfa Aktüel Yayınları, 2004. [12] Selim Mohamed YE, Al-Omari Salah B, Al-Aseery Abdullah AJ. Effects of steam injection to dual fuel engine on performance, noise and exhaust emission. SAE 2009-01-1831. [13] Vijayabalan P, Nagarajan G. Performance, emission and combustion of LPG diesel dual fuel engine using glow plug. Jordan J Mech Ind Eng 2009;3(2):105–10. [14] B. Erkuş, A. Sürmen, M. İ. Karamangil, R. Arslan, C. Kaplan, The effect of ignition timing on performance of LPG injected SI engine, Energy Education Science and Technology Part A: Energy Science and Research, Vol. 28, No. 2, pp. 889-896, 2012. [15] M. İ. Karamangil, G. K. Erel, A. Avcı, Alternatif yakıt kullanımının egzos subabına etkisinin incelenmesi, DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, Cilt: 9, Sayı: 1, s. 21-34, 2007. [16] R. R. López, J. J. Milón, S. L. Braga, Experimental study of the effects of LPG on spark ignition engine performance, 5th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics – HEMAT2007, Sun City, South Africa, 2007. [17] S. Lee, C. Bae, Y. Lee, T. Han, Effects of Engine Operating Conditions on Catalytic Converter Temperature in an SI Engine, SAE Technical Paper 2002-01-1677, 2002. [18] Taken from http://www.lpgnortheast.co.uk/resources/LPG_System_Layout.gif?timestamp=1318076756912 [19] H. C. Viswanatha, R. M. Shanmugam, N. M. Kankariya, L. Anandaraman, Effect of ignition induced firing on emission and catalyst temperature – A comparative study in a 1.2L MPI engine with multiple fuels, Internal Combustion Engines: Improving Performance, Fuel Economy and Emissions, Institution of Mechanical Engineers, pp. 261-273, 2011.