16.01.2009

İçerik: 1.Dizel motor mucidi kimdir? 2.İlk Dizel motor nasıl yapıldı? 3.Dizel motor nedir?Çalışma prensiplerini incelenmesi 4.Dizel motor emisyonları nelerdir? 5.Dizel motor emisyonları nasıl oluşur? 6.AB standartları nelerdir? 7.Dizel motor emisyon azaltma yöntemleri nelerdir?

İçerik 2: 8. Türkiye’deki motorlu taşıtların istatistikleri 9. Sakarya Karayolu Taşıt İstatistikleri 10.Belediye otobüslerinin incelenmesi ve grafiksel gösterimleri 11. Belediye Otobüslerinden Kaynaklanan Kirliliğe Etki Eden Faktörler

*Dizel Motorların Çalışma Prensibi ilk olarak 1824 yılında Fransız Mühendis Nicholas Leonard Sadi Carnot tarafından ortaya koyuldu. *Carnot yanmanın atmosferik basınç yerine yüksek basınçlarda yapılmasını ve yakıtın pistona sıkıştırma işleminin sonunda gönderilmesini önerdi.

Carnot’un ölümünün ardından 1892 yılında Prof. Dr *Carnot’un ölümünün ardından 1892 yılında Prof. Dr. Rudolf Diesel,havanın belirli bir oranda sıkıştırılması sonucu oluşan sıcaklığın,yakıtın tutuşma sıcaklığından daha yüksek olduğu makinesının patentini aldı. *Diesel bu makinesinde Carnot çevrimim verimine ulaşmaya çalıştı.

*İlk Denemenin 3 yıl ardından 1895 yılında Dr. Diesel ; Dört zamanlı çevrime göre çalışan Sıkıştırma sonu basıncı 30-45 atm olan Piston duvarları su ile soğutulan Yakıtın yüksek basınçlı hava ile püskürtüldüğü Termik verimi %24 olan makinasını tanıttı. *Ardından Dr. Dieselin MAN firması ile yaptığı işbirliği sonucunda 1897 ‘de günümüzde kullanılan dizel motorların ilk örneği üretildi.

*Diesel makineleri bir çeşit içten yanmalı makineler olup, yaktın kimyasal enerjisi makine silindirleri içinde direkt olarak mekanik enerjiye çevrilir. Birkaç beygir gücünden 35 000 beygir gücüne kadar yapılmakta olan bu makineler bugün en yüksek verimli güç üreticileridir.

DİZEL MOTORUN AVANTAJLARI -Termal verim yüksektir.Dolayısıyla daha az yakıt harcarlar ve benzinli motorlara oranla daha ekonomiktir. -Daha dayanıklıdırlar ve elektriksel bir ateşlemeye ihtiyaç duymazlar. Dolayısıyla benzinli motorlara oranla daha az problemlidirler. -Geniş hız aralıklarında motor torku benzinli motorlardan daha yüksektir .Dolayısıyla, dizel motorlar daha uyumludurlar ve işletim kolaylığına sahiptirler. (Bu özelliklerinden dolayı dizel motorlar ağır vasıtalarda kullanılmaya uygundur.)

DİZEL MOTORUN DEZAVANTAJLARI -Yanma odasında oluşan maksimum basınç benzinli motorlardakinin yaklaşık iki katıdır.Dolayısıyla dizel motorlar daha sesli ve titreşimlidirler. -Maksimum yanma basıncının çok yüksek olması nedeniyle dizel motorlar yüksek basınca mukavim malzemeden imal edilmiştir.Beygir gücü başına düşen ağırlık benzinli motorlara göre daha fazladır.Maliyeti de yüksektir. -Yakıt enjeksiyon sistemlerinin kusursuz olması gerekir.Dolayısıyla daha sistemlerle donatılmış olup dikkatli bakım ve servis gerektirir. -Yüksek sıkıştırma oranını sağlamak için tahrik kuvveti yüksek olmalıdır.Netice olarak yüksek çalışma kapasitesine sahip marş motoru ve akü gereklidir. Dizelde yanmanın karakteristiğinden dolayı PM emisyonları dizelde daha fazladır

Dizel Motor Parçaları

Dizel Motor Kesit Görünüm

4 Zamanlı çalışan bir dizel motor

Dizel Motorun Çalışma Zamanları 1.Emme Zamanı 2.Sıkıştırma Zamanı 3.Yanma Zamanı 4.Egzoz Zamanı

Açılan emme supabı Üst Ölü Nokta Alt Ölü Nokta EMME ZAMANI Silindir içerisinde büyüyen hacim ve oluşan vakum Üst Ölü Nokta Atmosfer basıncındaki hava silindire emilmeye başlanır Alt Ölü Nokta

Piston içi Basınç Artar SIKIŞTIRMA ZAMANI Piston içi Basınç Artar Kapalı Supaplar Üst Ölü Nokta Alt Ölü Nokta

Yakıt küçük tanecikler halinde püskürtülür YANMA ZAMANI I Yakıt küçük tanecikler halinde püskürtülür Sıkıştırmanın etkisi ile birlikte basıncı ve sıcaklığı yükselen hava Üst Ölü Nokta Alt Ölü Nokta

YANMA ZAMANI II Üst Ölü Nokta Alt Ölü Nokta Silindire püskürtülen yakıt belirli bir gecikme ile tutuşur ve yanma gerçekleşir Yanmanın etkisiyle oluşan yüksek basınç pistonu alt ölü noktaya itekler yani yanma genişleyen bir hacim içerisinde gerçekleşir. Üst Ölü Nokta Alt Ölü Nokta

EGZOZ ZAMANI Açılan egzoz supabından dışarıya atılır Yanma zamanının sonuna doğru silindir içindeki basınçlı hava Üst Ölü Nokta Alt Ölü Nokta

-Dizel motorlarda yakıt ile hava karışarak yanması sonucunda yanma ürünleri meydana gelir. Bunlar ; -Normal şartlar altında:CO2 ,H2O, ve N2 dir. -Eğer yakıt çevrim sonucu tam olarak yanmamış ise bu bileşenlere ek olarak: PM, NOx, HC, CO eklenebilir. Yakıtda ki S gibi safsızlık SOx emisyonlarına sebep olur

-Motorda meydana gelecek olan yanmanın tam olarak gerçekleşip gerçekleşmeyeceği yanmanın gerçekleştiği yanma odasındaki hava miktarına ve mükemmel karışmaya bağlıdır. -Termodinamik hesaplamaları kolaylaştırmak amacı ile yakıt 1 kg olarak kabul edilir. -C+H+O=1 kg yakıt Biçiminde ifade edilirse,burada C,H,O,S sırası ile karbon,hidrojen,Oksijen ve kükürdün 1 kg yakıt içerisindeki kütlesel kesirleridir. *Karbonun tam yanma reaksiyonuna göre: C+O2CO2+ısı *Hidrojenin tam yanma reaksiyonuna göre: 2H2+O22H2O+ısı

Dizel motorunun PM, NOx,HC,CO,SOx gibi kirletici bileşenleri aşağıdaki yollar ile atmosfere atılmaktadır: 1.Egzoz borusu:Yanma sonucu doğan ürünlerde mevcut zararlı bileşenlerdir.Motor emisyonu’nun %65-85 ini kapsamaktadır. 2.Karter Havalandırması:Bu segman ile silindir yüzeyi arasından kaçan gazlardan ve karterdeki yağ buharlarının atmosfere atılmasından doğmaktadır.Motor emisyonunun %20 si mertebesindedir. 3.Yakıt Deposu Havalandırması:Özellikle sıcak havalarda yakıtın kolay buharlaşan bileşenlerinin atmosfere yayılmasıdır.Motor emisyonunun %5 i kadardır.

Partikül Madde (PM) Oluşumu -Normal çalışan bir dizel motorun egzos gazları renksiz olmalıdır.Uygulamada egzoz gazları değişik aksaklıklardan dolayı, beyaz, mavi veya siyah renklerde görülebilir.

Beyaz Duman: -Egzoz gazları içerisindeki su buharının bir işaretidir. Normal bir motorda,soğuk havalarda motorun ilk çalıştırılmasında ,soğuk egzoz sisteminde yanma ürünleri içerisindeki su buharının yoğuşması sonucu görülür. -Bu durum,motorla birlikte egzoz sisteminin ısınmasıyla ortadan kalkar.

Mavi Duman -Yanma odasında geçen yağlama yağının fazlalaşarak yanmaya katılması halinde egzoz gazlarının rengi mavimtrak olur -Yağlama yağına dikkat edilmelidir.

-Silindir içinde iyi bir yanma olmadığının işaretidir. Siyah Duman: -Silindir içinde iyi bir yanma olmadığının işaretidir. -İs,yanma odası içerisinde sıcaklığın yüksek olduğu bölgelerde oksijenin bulunmaması sonucu gaz yada sıvı fazındakı moleküllerin karbonlaşarak partiküllere dönüşmesi ile meydana gelmektedir

Karbonmonoksit (CO) oluşumu: -Yanma ürünleri arasında CO bulunmasının ana nedeni oksijenin yetersiz olmasıdır. H20+COH2+CO2 CO2+H2H2O+CO denklemi ile belirlenmektedir. -Dizel motorlarda genellikle fakir karışım oranları ile çalışıldığından CO emisyonu düşük olmaktadır.

Azot Oksit (NO) Oluşumu: -Yanma sonucu ulaşılan yüksek sıcaklıklarda havanın içerisindeki azotun oksijen ile birleşmesi sonucu azot oksitler meydana gelmektedir. -NOx oluşumunu etkileyen iki önemli paramatre ; Yanma odası sıcaklığı Hava/Yakıt oranıdır - O220 O+N2NO+N O2+NNO+O (*NO oluşum hızı N2 ve O2 nin oluşum hızından daha yüksektir.)

AĞIR TİCARİ TAŞITLAR İÇİN AB STANDARTLARI Ağır Taşıtlar NOx (g/kWh) HC (g/kWh) PM (mg/kWh) Euro I 9.0 1.23 400 Euro II 7.0 1.1 150 Euro III 5.0 0.66 100/160 Euro IV 3.5 0.46 20/30 Euro V 2.0 Euro VI 0.05 2/3

Euro III kriterlerini sağlamak için dizel motorlarda alınmış tedbirler aşağıdaki gibidir. -Enjeksiyon basıncı 1400 Bar’dan büyük seçilmiştir. -Merkezi Enjektör ve 4 Valf Tekniği: Daha iyi gaz karışımı için. -Elektronik Kontrollü Enjeksiyon Sistemi. -Değişken Geometrili Türbin veya Egzoz BY-PASS -Ventili kullanılarak düşük devirlerde bile yüksek turbo verimi sağlanmıştır. -Oksidasyon katalizörleri kullanılmıştır.

Bunlar CO ve HC için Euro III değerlerini sağlamışlardır fakat NOx istenilen değerlere düşürülememiştir. NOx problemini ortadan kaldırmak için alınmış tedbirler de aşağıdaki gibidir; -Amonyak püskürtmeli DENOX katalizatörü kullanılmıştır. -Turboda daha düşük hava sıcaklığı sağlanmıştır. -Enjeksiyon başlangıcının geciktirilmesi gerçekleştirilmiştir. -Valf kumanda süreleri ayarlanarak yanma odasında bir miktar egzoz gazı bırakılması sağlanmıştır. -Soğutulmuş egzoz gazının yanma odasına sirkülasyonu gerçekleştirilmiştir.

Dizel motorlarında NOx emisyonlarını azaltmada kullanılan çeşitli yöntemler şu şekildedir; -Yakıt Enjeksiyon Sistemi Özellikleri -EGR -SCR -Su Püskürtülmesi -Sıkıştırma Oranının Arttırılması -Püskürtme Avansının Azaltılması -NOx ve Partikül Emicilerinin Kullanımı

YAKIT ENJEKSİYON SİSTEMİ -Yakıt enjeksiyon sistemi özellikleri hava ile yakıtın karışması ve yanmasına etkir. -Bunun için enjektör delik çapı küçültülerek, püskürtme süresi uzatılmakta bu sayede yakıt ile hava daha iyi karışacağından daha iyi yanma elde edilmektedir.

Egzoz Gazları Resirkülasyonu (EGR) -Yanma sırasında oluşan NOX miktarı büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır. Yanma odası içindeki karışımın egzoz gazları ile seyreltilmesi sonucu yanma sonu sıcaklıkları, dolayısıyla üretilen NOx miktarı azalmaktadır. -Bu sistemin işlevi egzoz gazlarını silindirlere geri göndererek karışım içerisindeki oksijen konsantrasyonunu azaltıp, karışım oranını azaltmak ve silindir gazlarının ısı kapasitesini yükselterek maksimum gaz sıcaklığını azaltmaktır. EGR Valfi

Egzoz gazı resirkülasyonunun (EGR) iki etkisi bulunmaktadır; 1. Silindir içine geri dönen egzoz gazlan yanma sonu sıcaklığını düşürmektedir. 2. İçeri giren taze Hava/Yakıt miktarını azaltmaktadır. Emme manifolduna giren Hava/Yakıt karışımına direkt olarak etki eden bu egzoz gazları motor gücünü ve NOx miktarım düşürmektedir ve de özgül yakıt tüketimini artırmaktadır.

Seçici Katalitik İndirgeme (SCR) SCR, NOx emisyonlarını kontrol altına almada kullanılan bir yöntemdir. Seçici Katalitik İndirgemenin belirgin bir avantajı, bu katalizörlerin yakıttaki sülfür veya yağlayıcılarla kirlenmemesidir. İki tip SCR vardır: *HC-SCR : NOx indirgeyicisi HC’dir *Üre-SCR : indirgeyici etmen ürenin ürettiği amonyaktır. -SCR sistemi egzoz emisyonlarında % 90 HC ,CO ve partikül indirgenmesi sağlarken aynı zamanda % 80 – 90 arası NOx indirgemesi sağlamaktadır.

NOx Emici Katalizörlerin Kullanımı (NAC) -Gelişimdeki en yeni emisyon kontrol stratejilerinden biridirler. 90’lı yıllardan itibaren kullanılmaya başlanmıştır. -Temel metal oksitlerin ve zengin metal kaplamalarını kullanarak NOx kontrolüne etki ederler. -Giren NOx gazı temel metal elemanlar ve oksitler ile tepkimeye girerek nirtojen gazı ve su buharı olarak atılır.

Dizel Oksidasyon Katalistleri (DOC) -Dizel oksidasyon katalistleri kirletici maddeleri zararsız gazlara oksidasyon yoluyla çevirir.

Dizel Partikül Filtreleri (DPF) -Dizel partikül filtreleri, dizel kaynaklı partikül emisyonlarının Euro 3 emisyon standartlarına getirilmesinde temel etkendir.

Türkiye’deki motorlu taşıtların istatistikleri Emniyet Genel Müdürlüğü Trafik Daire Başkanlığından alınmıştır

Sakarya Karayolu Taşıt İstatistikleri

BELEDİYE OTOBÜSLERİNİN İNCELENMESİ -Sakarya’da bulunan belediye otobüslerinin egzoz emisyon envanterlenmesinin hazırlanması için gerekli olan ve kullanılan verilerin açıklaması bu bölümde yer almaktadır. -Bu araştırma esnasında, emisyon miktarlarını bulma açısından öncelikle taşıtların model, marka, motor gücü ve ağırlık gibi özelliklerine ihtiyaç duyulmaktadır.

Belediye Otobüslerinden Kaynaklanan Kirliliğe Etki Eden Faktörler -Yakıt Türü -Taşıtların Markaları -Taşıtların Modelleri -Taşıtların Motor Güçleri -Şehir içi Trafiğindeki Yoğunluk, -Taşıt Kilometreleri -Taşıtların Seyir Şekilleri

-Kırsal motorin, motorin 2000 ve motorin 7000 olmak üzere 2 çeşittir. YAKIT TÜRÜ -Belediye otobüslerinde dizel motor bulunmakta ve yakıt olarak kırsal motorin kullanılmaktadır. -Kırsal motorin, motorin 2000 ve motorin 7000 olmak üzere 2 çeşittir. -Motorin, ham petrolün rafine edilmesiyle ortaya çıkan birçok maddenin fiziksel karışımı sonucunda elde edilir.

SEÇİLEN GÜZERGAHTAKİ BELEDİYE OTOBUSLERİNİN MARKALARI

BMC

MERCEDES

IVECO M 24 M 50

BELEDİYE OTOBÜSLERİNİN TİPLERİ

Seçilen Güzergâhlardaki Belediye Otobüslerinin Tip Dağılımları

MOTORLU ARAÇLARDA EGZOZ EMİSYONLARININ GELİŞİMİ

Ağır ticari taşıtlarda ise 2007 yılında Türkiye’de EURO I standardı uygulanmaktaydı. 01.01.2008’den itibaren Türkiye’deki seviye EURO IV standardına yükselmiştir. 2011 -2012 yıllarında Türkiye’de EURO V seviyesine geçebilmek üzere hazırlıklar sürmektedir. Ancak bu standartlar fabrika çıkış değerlerini sınırlamaktadır. Sakarya Büyükşehir Belediyesine ait belediye otobüslerinin taşıt standardı ise EURO II’dir. Yüksek standartlar izin verilen kirletici değerlerini daha aşağıya çekmeyi amaçlamaktadır

TAŞITLARIN MOTOR GÜÇLERİ

ŞEHİR İÇİ TRAFİK YOĞUNLUĞU -Araştırmada incelenen belediye otobüslerinin güzergah yoğunlukları çevreyi önemli bir şekilde etkilemektedir. Adapazarı merkezi incelendiğinde yaklaşık tüm duraklar belirli alanlara toplanmıştır. Bu alanlardan önemlileri ise gar yanı ve 1nci geçidin orada bulunan Hareket Amirliği’dir.

Gün İçi Araç Sayısı (adet) Bir Tur Süresi (dk) Yakıt Tüketimi (lt) Güzergâhlar Toplam Mesafe (km) Gün İçi Tur Sayısı Gün İçi Araç Sayısı (adet) Bir Tur Süresi (dk) Yakıt Tüketimi (lt) 32 Evler-Ulu Sk.-Adaşehir 21 14 1 52 84 SSK-Ozanlar-Emirdağ 27 9 90 70 Maltepe-Çarşı 11 16 31 51 Yıldıztepe-Sanayi 22 30 2 60 189 Karaman-Yenikent 42 49 5 80 588 Çark cad.-Serdivan-Turnike 15 129 Kampus-Yenicami 32 201 Küpçüler 17 50 73 Deveoğlu 29 26 75 Hızırtepe 20 183 SGK-Şeker-Yazlık 54 TOPLAM 225 267 19 620 1697

TAŞIT KİLOMETRELERİ

TAŞITLARIN SEYİR ŞEKİLLERİ -Ağır motorlu taşıtların yolda seyir şekilleri de hava kalitesini etkileyen bir faktördür. Belediye otobüslerinin hızlanma, yavaşlama, sabit hızda gitme süreleri emisyon faktörünü etkileyen parametrelerdir.

32 Evler-Ulu sk.-Adaşehir Serdivan-Çark-Turnike Güzergâh Çevrim Süresi (dk) Sabit Hız Süresi (dk) Hızlanma Süresi (dk) Yavaşlama Süresi (dk) Durma Süresi (dk) Duruş Sayısı Uzunluk (km) Ort. Hız (km/sa) Mak. Hız (km/sa) 32 Evler-Ulu sk.-Adaşehir 52 3,37 15,79 7,22 20,41 35 21 24,23 65 SSK-Ozanlar-Emirdağ 60 3,4 17,27 12,92 27 18 80 Maltepe 31 3,26 12,34 8,31 5,08 23 11 21,29 50 Yıldıztepe-Sanayi 2,69 19,7 15,36 16,25 51 22 Karaman 10,32 21,42 16,21 20,30 42 31,5 90 Serdivan-Çark-Turnike 4,10 15,25 11,15 13,45 38 15 17,65 Kampus-Yenicami 4,47 18,45 12,03 17,07 46 70 Küpçüler 3,27 13,23 11,25 Devoğlu 26 2,49 7,12 8,07 24 9 20,77 Hızırtepe 3.25 13,28 10,48 16,19 48 20 SGK-Şeker-Yazlık 4,70 23,38 18,62 39

19 y.y. sonlarında üretilen dizel motorları günümüze kadar yakıt tüketimi ve emisyon değerleri geliştirilerek gelmiştir. 20 y.y. ortalarında toplu taşıma araçlarında kullanılmaya başlanmış olup günümüzde de devam etmektedir. Dizel motor, emisyonları kontrol altında tutulduğu ve uygun güzergâhta uygun motor tipi kullanıldığı sürece belediye otobüsleri için uygundur. Dizel motorlarda oluşan emisyonların standartlara uygun şekilde kontrol altına almak için emisyon giderim yöntemlerinden EGR, SCR ve DPF en yaygın ve en etkili olarak kullanılanlardır.

Bu çalışmamızda otobüslerin sürüş çevrimleri için gerekli olan parametreler kayıt altına alınmış ve daha sonra Sakarya Otobüs Sürüş Çevrimi yapılabilmesi için bir ön çalışma hazırlanmıştır. Sürüş çevrimlerinin oluşturulması taşıtların yakıt tüketimi ve egzoz emisyonlarının belirlenmesinde günümüzde kullanılan en yaygın yöntemdir. Bu çalışma Türkiye’de henüz gerçekleştirilmemiş olan sürüş çevrimlerinin Sakarya Şehir içi Otobüs Çevrimini gerçekleştirmek için bir ön çalışma niteliği taşımaktadır.