DOĞALGAZIN OTTO VE DİZEL MOTORLARINA UYGULANMASI Hazırlayanlar İbrahim E. ÖNAL 2001508055 Ersan AKYAZI 2001508093 Aslan GARRİYEV 2002508086

DOĞALGAZ NEDİR? Doğalgaz yeryüzünün alt katmanlarında başta Metan (CH4) ve Etan (C2H6) olmak üzere çeşitli hidrokarbonlardan oluşan yanıcı bir gaz karışımıdır. Birincil enerjidir, yani çıkarıldığı haliyle kullanılabilir. Doğalgaz renksiz ve kokusuz bir gazdır. Bu sebeple, kullanıcının herhangi bir gaz kaçağını kolaylıkla farkedebilmesi için gaza koku verici bir madde eklenir. Çürük sarmısak kokusu veren THT (Tetra Hidro Teafon) maddesi katılmaktadır.

DOĞALGAZIN DEPOLANMASI? Çok düşük buharlaşma sıcaklıkları sebebiyle kolayca sıvılaştırılamadığından depolanması ve nakli her zaman sorun olmuş, rafinerilerde bu gazlar ya atmosfere bırakılmış veya bacalarda yakılmıştır. Ancak, son yıllarda döşenen boru hatları ile doğalgazın kullanım yerlerine nakli ve dağıtımı sağlanmıştır. Bu işlem son kullanıcıya kadar ulaşacak çok uzun ve karmaşık bir boru sistemini gerektirir.

Kimyasal Bileşimler Molekül Yüzdesi (%) Metan (CH4) En düşük: 82   Etan (C2H6) En yüksek: 12 Propan (C3H8) 4 Bütan (C4H10) 2 Pentan ve diğer ağır hidrokarbonlar 1 Karbondioksit (CO2) 3 Oksijen (O2) 0,5 Azot (N2) 5 Hidrojen sülfür (H2S) 5,1 mg/m3 Merkaptan kükürt 15,3 Toplam kükürt 102,0 Üst Isıl Değer 10.427 kcal/m3 8.100

DOĞALGAZIN ANA BİLEŞENLERİ Gaz adı Kendiliğinden Tutuşma sıcaklığı (oC) Kaynama Nok OC Öz Ağ.(Buhar) kg / L Öz Ağ.(Sıvı) kg / L Tutuşma sınırı havada % NŞA Özellikler Metan CH4 537 -161,5 0,554 0,415 5-14 Renksiz, kokusuz ,gaz Etan C2H6 514 -88,6 1,04 0,446 3,2-12,5 Renksiz, kokusuz, gaz Bu özelliklerden anlaşılacağı üzere , doğalgazı oluşturan gazlar havadan çok hafiftir. Sıvı halde sudan hafiftir. Buharlaşma dereceleri çok düşük ve sıvılaştırılmaları çok zordur ve ekonomik değildir. LPG’ nin aksine doğalgaz zeminde değil üst boşluklarda birikir. Renksiz ve kokusuz olduğundan kolay fark edilmez. Bu amaçla kullanıma verilirken karakteristik bir koku ile kokulandırılır.

Madde adı Formül Kaynama nok. Tabii hali. Metan CH4 -162 oC Doğalgaz Etan C2H6 -89 oC “ “ Propan C3H8 -42 oC SPG (LPG) İzobütan C4H10 -12 oC Bütan -0.5 oC Pentan C5H12 +36 0C Benzin Grubu Hegzan C6H14 +68.9 oC Heptan C7H16 +98,4 oC Diğer Oktan C8H18 +124,6 oC “ Nonan C9H20 +150,6 oC Dekan C10H22 +174 oC

ÖZELLİLER DOĞALGAZ Kimyasal denklemi CH4 Moleküler kütle 16,04 Özgül kütle (kg/dm3) Sıvı : 0,424 Gaz : 0,78*10-3 Difüzyon katsayısı (m2/s) 0,16 Kaynama noktası (0C) 161.3 Hava/Yakıt: (kütlesel) - (hacimsel) 17,2/1 – 9,53/1 Alt Isıl değer MJ/kg - Mj/litre 50,0 - 20.8 NŞA Fiziksel hal GAZ Atm basıncında buharlaşma sıc. OC -162,0 Buharlaşma gizli Isısı Kj/kg 504 NŞA Stok.Or. karışımı Yakmak için gerekli Tutuşma enerjisi (MJ) 0,3 Maksimum laminer Yanma hızı (m/s) 0,37 Tutuşma sınırları ( % hacim) 0,54-1,3 Stokiyometrik karışımla Birim hacimdeki kimya Sal enerjisi. 3,24 Tutuşma sıcaklığı OC 650 Motor Oktan Sayısı (MON) 105

Doğalgazın parlama arlığı (%5-14) içindeki etan gazı oranına göre başlama sınırı %3,2 ye kadar düşebilir. Doğalgaz karbonmonoksit içermediğinden zehirleyici değildir. Doğalgaz temiz bir gazdır. Hava ile yakıtın karışması gaz halinde daha kolay olduğundan tam yanma durumuna daha kolay ulaşılır. Eksozdan atılan enerji daha az olduğundan, doğalgaz daha verimli bir yakıttır. Doğalgazın korozif özellikleri yoktur. Dünya doğalgaz rezervleri için öngörülen ömür 61,9 yıldır. Doğalgaz atmosferik şartlarda –164 0C’nin altında soğutulduğu zaman sıvılaşmakta ve hacmi 600 kere daha küçülmektedir. Sıvılaştırılan doğalgaz özel tanklarda depolanabilir ve taşınabilir. 1992 yılında ülkemize ithalinin başlamasından beri en temiz ve konforlu yakıt olarak kullanılan doğalgaz; aynı zamanda, 'en ekonomik yakıt' olma özelliğini de korumuştur. Türkiye'de doğalgazın fiyatı hükümet tarafından kontrol edilmektedir gelmektedir.

Doğalgazın Kullanım Alanları ? Doğalgaz, konutlarda ısıtma ve soğutma, sıcak su elde etme ve pişirmede kullanılırken, küçük sanayi atölye ve fırınlarda üretim amaçlı olarak kullanılır. Cam ve kiremit imalatında da yararlanılan doğalgaz, tekstil sektörü için de önemli bir enerji kaynağıdır. Ayrıca Türkiye’nin elektrik ihtiyacının küçümsenemeyecek bir kısmı doğalgazla çalışan santrallerden üretilmektedir. Doğalgazın yanabilmesi için hava ile yüzde 5 - 15 arasında karışım yapması gerekir. Karışım oranı bu aralığın altında ya da üstünde olursa doğalgaz yanmaz. En iyi yanma karışımı % 9 doğalgaz + % 91 havadır. Doğalgaz havadan daha hafif bir gazdır.

Bu yüzden kapalı alanlarda sızma halinde yukarılarda toplanır Bu yüzden kapalı alanlarda sızma halinde yukarılarda toplanır. Gazların çoğu zehirlenmeye yol açabilir. Bu zehirlenmeler Karbonmonoksit (CO)’e bağlıdır. CO kandaki oksijen ile yer değiştirerek kanın vücuda oksijen taşımasını önler ve böylece vücudun zehirlenmesine sebep olur. Doğalgaz karbonmonoksit içermediğinden zehirleyici değildir. Ancak kapalı bir ortamda çok miktarda bulunduğu zaman ortamda oksijen azalacağından boğulmaya sebep olabilir. Bu nedenle doğalgaz kullanılan ortamların mutlaka havalandırılması gerekir. Doğalgaz temiz bir gazdır. Yandığında kül, karbonmonoksit ve kükürt bileşikleri oluşturmaz ve çevrede asit yağmuruna sebep olmaz. Yalnızca karbondioksit ve su buharı oluşur. Bunun yanında azot oksit emisyonu diğer yakıtlara kıyasla daha azdır.

DOĞALGAZIN MOTORLARDA KULLANIMI

TARİHÇE Araçlarda doğalgaz kullanımı 50 yıldan daha fazla bir geçmişi vardır. Geçmişten bir örnek vermek gerekirse örneğin Fransa’da Lacq gaz üretim bölgesinde 1950’li yıllarda yaklaşık 10000 araç doğalgazla çalıştırılmıştır. ABD’deki hava kirliliğinin ortalama % 50 sinin araçların egsozlarından ötürü ortaya çıktığı belirlenmiştir. Alınan önlemlerin yeterli olmaması üzerine 1990 yılındaki Temiz Hava Yasası ve 1992 yılında kabul edilen Enerji Kanunu ile de alternatif yakıtlar için çalışmalar başlatılmıştır. Sadece standartları yaratmak için yapılan harcamaların tutarı 5 milyon Doları geçmiştir. Ülkemizde de Ankara ve İstanbul ‘da taşımacılıkta kullanılan belediye otobüslerinin egsoz gazlarının neden olduğu hava kirliliğini azaltmak için birtakım projeler geliştirilmekte ve doğalgaza dönüşümleri tamamlanan otobüslerin kullanılmasına başlanmıştır.

Karışım içindeki yakıtın hacimsel oranının yüksek oluşu (benzin için % 1.65, metan için %9.47) nedeniyle, motorun birim hacmindeki stokiyometrik karışımın ısıl değeri benzine göre %10 mertebesinde daha az olmaktadır. Laminar alev hızının da benzin-hava karışımına göre düşük olması, benzin motorlarında, performans açısından olumsuz etkiler yaratmaktadır. Ancak doğalgazın motor performansı üzerindeki bu olumsuz etkisi, sahip olduğu yüksek oktan sayısı avantajlı kullanılarak motorun sıkıştırma oranının artırılması sonucunda giderilebilmektedir. Doğalgazın difüzyon katsayısının benzine oranla iki kat fazla olması, hava ile daha kolay ve hızlı karışması, çift yakıtlı motorlarda kullanımı açısından yarar sağlamaktadır. Bu özelliği nedeni ile doğalgaz, benzin ve dizel motorlarında önemli değişiklik yapılmadan kullanılabilmektedir. Genel olarak benzin motorlu taşıtlarda sıkıştırma oran 8:1 ve benzin oktan sayısı 90’dır. Fakat ortalama olarak doğalgaz motorunda sıkıştırma oranı 12:1 ve yakıtın oktan sayısı, MOS 105’dir.

Sıkıştırma oranının arttırılması daha fazla termik verim sağlar. Sıkıştırma oranında bir değişiklik yapılmadan doğalgazın benzin motorlarında kullanılması durumunda güçte %7’lik kayıp meydana gelecektir. Doğalgaz daha hafif moleküler yapıya sahiptir ve silindire giren havanın %10’u teşkil etmektedir. Hava miktarıın azaltılması genellikle güç kaybına neden olurken sıkıştırma oranının arttırılması bu durumu azaltabilir. Doğalgazın yanması sonucu oluşan maksimum basınç ve sıcaklıklar benzin motorlarından daha düşük olduğundan Sıkıştırma sonucu ancak benzin motorlarındaki değerlere gelecektir. Dizel motorlarının yüksek sıkıştırma oranlarında çalışması ve doğalgazın oktan sayısının yüksek olması nedeni ile doğalgazın dizel motorlarında rahatlıkla kullanılabilinir.

DOĞALGAZIN DİZEL ARAÇLARA UYGULANMASI Doğalgazın dizel motorlarında kullanılması iki türlü gerçekleştirilmektedir: Çift Yakıtlı Motor: Motor dizel ilkesi ile çalışmaya devam eder; fakat yakıt olarak hem doğalgaz hem de dizel yakıtı aynı anda kullanılır. Tek Yakıtlı Motor: Dizel motoru Otto motoruna dönüştürülür ve yakıt olarak motorda sadece doğalgaz kullanılır.

DÖNÜŞÜMDE KULLANILAN PARÇALAR TÜP REGÜLATÖR GAZ KARIŞTIRICI EMNİYET VALFLERİ BASINÇ DÜŞÜM VALFLERİ ELEKTRONİK KONTROL ÜNİTESİ

ÇİFT YAKITLI MOTORLAR Çift yakıtlı motorlarda silindir içindeki doğalgaz-hava karışımının tutuşmasını sağlamak amacayla, motorun kendi püskürtme sistemi ve püskürtme pompası kullanılarak pilot dizel yakıtı püskürtülür. Bu amaçla, silindire sokulan toplam enerjinin %5-10 kadarına karşı gelen miktarda dizel yakıtı, sıkıştırma zamanı sonunda silindire püskürtülür. Püskürtme anında tutuşan pilot yakıt yardımı ile karışım tutuşur.

Motorda Yapılması Gerekli Değişimler Piston çapları küçültülerek sıkıştırma oranı 18:1 değerlerinden 12:1 değerlerine indirilir. Silindir kafasında değişiklik yapılarak hava-gaz karışımını silindir içine püskürten enjektörler takılır. Pilot püskürtme için mevcut enjektörler sökülerek daha küçük delik çapına sahip enjektörler takılır.

TEK YAKITLI MOTOR Dizel motor bujili sisteme çevrilir. Benzinli araçlara uygulanan dönüşümün benzeri söz konusudur. Araç tamamen doğalgaz ile çalışır. Yakıt sarfiyatları düşük olmasına rağmen dönüşüm maliyetleri çok yüksektir.

Motorda Yapılması Gerekli Değişimler Silindir kafasında değişiklikler yapılır. Enjektörler sökülür. Bujiler ve enjeksiyon pompaları eklenir. Emme ve egzoz valfleri uygun açılarda yenilenir. Emme manifoldunun, karıştırıcıya ve kontrol valfine uyum sağlaması için tekrar tasarımı yapılır. Elektronik kontrol ünitesinin algılayıcıları; gaz kelebeği, volan gibi gerekli yerlere monte edilir.

CNG’ nin Araç İçinde İzlediği Yol CNG, regülatörden geçerek basıncı düşer. Emme manifoldundaki elektronik olarak motor yükünü ölçen püskürtme çubuğuna gelir. Manifold içinde hava ile karışım oluşturur. Hava-yakıt karışımı silindirler içine verilir. Bujiler ile ateşleme yapılarak yanma oluşur. Egzoz gazı 3 yollu katalitik konvertörden geçerek dışarı atılır.

Çift Yakıtlı Motor İle Tek Yakıtlı Motorun Karşılaştırılması ÇİFT YAKITLI Çift yakıtlı motorun dönüşüm maliyeti daha düşüktür. Kullanıcı istediği zaman istediği yakıtla aracı kullanabilmektedir. Dizel sarfiyatı %66 oranında düşer Emisyon değerleri tek yakıtlıya göre daha yüksektir. TEK YAKITLI Tamamen doğalgaz ile çalışılır. Çift yakıtlıya göre daha düşük yakıt sarfiyatı vardır. Dönüşüm maliyeti oldukça yüksektir. Emisyon değerleri düşüktür.

CNG’ nin Çekicilere Uygulanışı

CNG’ nin Otobüslere Uygulanışı

CNG, Dizel, Propan, Hidrojen ile çalışabilen “Phileas 80” modeli

CNG-Dizel ile çalışan “Model 60 - BRT“

DİZEL MOTORDA DOĞALGAZ KULLANIMININ AVANTAJLARI Ekonomiktir. Vuruntuyu önler. Motor ömrü uzar. Daha seyrek yağ ve yağ filtresi değişimi sağlanır. Tortu oluşmaz, böylece daha iyi ve etkili yağlama yapılır. Çok düşük egzoz emisyonlarına sahiptir. 3000 devirin altındaki çalışmalarda güç artışı sağlanır. 3000 d/d aşıldığında tutuşma hızından dolayı vuruntu başlar.

DİZEL MOTORDA DOĞALGAZ KULLANIMININ DEZAVANTAJLARI Dolum istasyonları yaygın değil ve kurulması daha pahalıdır. Büyük hacimli yakıt tüpleri fazla yer kaplamakta, sınırlı sürüş mesafesi sağlanmaktadır. Dönüşüm maliyetleri yüksektir. Depolama sırasında dökülme ve sızıntı riski vardır. Düşük sıcaklık ve yüksek basınçta taşınması gerektiği için kompresör, soğutucu ve ağır kaplar gerektirir.

DOĞALGAZIN BENZİNLİ MOTORLARA UYGULANMASI OTOMOTİV SEKTÖRÜNDE DOĞALGAZ Benzin ile karşılaştırıldığında doğalgazdan elde edilen tasarruf maksimum düzeydedir. Bugün Avrupa’da ortalama olarak bir otomobilin deposu doğalgaz ile 9 Euro’ ya dolmakta ve bu bir depo doğalgazla araçların 250-300 km gidebilmesi amaçlanmaktadır. Benzinle karşılaştırıldığında doğalgaz, kullanıcıya her 100 km’ de 6 Euro kazandırmaktadır.

Doğalgaz benzin motorlarında fazla bir değişiklik yapılmadan kullanılabilir. Benzin motorları istenildiği zaman benzinle, istenildiği zaman doğalgazla çalıştırılabilir. Doğalgazı benzin motorlarında çok az miktarda kullanmamız mümkün olduğu gibi, tek yakıt olarak da kullanmamız mümkündür. Her iki durumda da egzoz emisyonlarında kirlilik azalmakta, özellikle karbon monoksit miktarında önemli azalmalar olmaktadır. Motor her iki yakıtta Otto çevrimi ile çalışabilir. Elektrikli ateşleme sistemi aynen kullanılır. Torkta %5 ila 15 arasında azalma gözlenir fakat enerji maliyetinin düşük olması nedeniyle daha ekonomik olduğu tespit edilmiştir.

DOĞALGAZ DÖNÜŞÜMÜMÜNDE KULLANILAN MALZEMELER: DOLUM UCU Motor bölümünde tank ve regülatör arasına yerleştirilir. Bu cihaz, dolum sistemi ve acil bir durum sırasında ya da bakım sırasında kullanılmak üzere manuel olarak çalışan bir açma-kapama düğmesi ile bağlantıyı içermektedir. Araç benzinle çalışırken yada kontak kapalıyken regülatörün üzerinde yer alan yüksek basınç solenoid valfi doğal gazın akışını durdurur.

Tank Valfi CNG’nin aracın ön kısmına akışını ve kaza anında çelik boru yerinden çıkarsa CNG akışını kesmeye yarar.

Koruyucu Kapak Tank valfini çevreler ve havalandırma hortumları ve delikleri yoluyla, oluşan herhangi bir gaz kaçağını aracın dışına tahliye eder.

VENT BORULAR ÇELİK BORU Koruyucu kapak valf bağlantılarından oluşabilecek gaz kaçağını hapsederken vent boruları bu kaçağın aracın dışına tahliye edilmesini sağlar. ÇELİK BORU Tanktan motora doğalgazın getirilmesinde 300 bar basınca dayanan dikişsiz çekme Çelik boru kullanılır.Mutlaka bir koruyucu plastik ile kaplanmalıdır. Kesinlikle yolcu bölümünden geçmemelidir. Isı kaynaklarından uzakta olmalıdır.

TANK Tesisatın en önemli parçalarından biridir. 300 bar basınçta test edilir ve 450 bar basınçta çalışacak şekilde dizayn edilmiştir. Bagaja, karoser altına veya aracın üzerine monte edilebilmektedir. Tank 5 yılda bir test edilmelidir.

MİKSER LPG tesisatında olduğu gibi bir vakum oluşturarak regülatörden gazın emilmesini kolaylaştırır. Ayrıca karışımın ayarlanmasına yardımcı olur.

SONUÇ VE ÖNERİLER Tüm dünyada LPG ve Doğalgaz gibi çevreci yakıtların otomotiv sektöründe kullanımı çeşitli şekillerde teşvik edilirken, ülkemizde dünyada görülmemiş bir şekilde bu yakıtların engellenmesine devam edilmektedir. Doğalgaz henüz bir alternatif yakıt olarak piyasaya çıkmadan yüksek oranda ÖTV uygulamasıyla karşılaşmıştır. Bir taraftan doğalgazın yaygınlaşmasına yönelik çalışmalar yapılırken daha kullanılmaya başlamayan doğal otogaza yüksek oranda ÖTV koyup, bir de bu vergi üzerinden KDV alınması dünyada eşi benzeri olmayan bir uygulama olmaktadır. Önerimiz, LPG lobisi tarafından uygulamaya koydurulan bu yanlış fiyatlandırma sisteminin EPDK tarafından düzeltilerek, Doğal otogaz önündeki tüm engellerin kaldırılmasıdır.