Ana Sayfa Mühendislik Fren Özgül Yakıt Tüketimi

Fren Özgül Yakıt Tüketimi

239
0
Paylaş
Fren özgül yakıt tüketimi (Brake specific fuel consumption (BSFC)), içten yanmalı bir motorun tüketmiş olduğu yakıta karşılık krakşaft üzerinde ürettiği gücün verimini ifade etmektedir. Özgül yakıt tüketiminin “fren” kelimesi ile birlikte kullanılmasının temel nedeni iste, dinamometre üzerinde içten yanmalı bir motorun karakteristik özelliklerinin belirleyen parametreler belirlenirken frenleme gücünün kullanılmasıdır.

İçten yanmalı bir motor güç üretebilmesi için havaya ve yakıta ihtiyaç duymaktadır.  Motorun ne kadar yakıt harcadığı genellikte dinamometre üzerinde kütle debisi olarak ölçülmektedir. Fakat bu değer motorun verimini saptamak için yeterli değildir.  Çünkü harcanan yakıttan ne kadar mekanik güç elde edildiği belli değildir. Bu nedenle anlık olarak tüketilen yakıt miktarı [kg/s] , motor çıkışında elde edilen güce  [W] bölünür ve böylelikle fren özgül yakıt tüketimi [kg/J] elde edilmiş olur.

\[ BSFC = \frac{\dot{m}_f}{P_e} \]

  • mf [kg/s] – Yakıt Kütle Debisi [Motor Dinomoteresi üzerinde olçülen]
  • Pe [W] – Motor Çıkış Gücü
  • BSFC [kg/J] – Fren Özgül Yakıt Tüketimi

Motor çıkış gücü aslında anlık olarak motor deviri ve oluşan torkun bir ürünüdür. Bu nedenle özgül yakıt tüketimini eğer tork ve hızın bir çıktısı olarak yazmak istersek:

\[ BSFC = \frac{\dot{m}_f}{\omega_e \cdot T_e} \]

  • Te [Nm] – Motor Torku
  • ωe [rad/s] – Motor Hızı

Ayrıca motor torku istenirse, motor ortalama etkin basıncın bir fonksiyonu olarak yazılabilir:

\[ T_e = \frac{n_c V_d p_{me}}{2 \pi n_r} \]

  • nc [-] – Silindir Sayısı
  • Vd [m3] – Silindir Deplasmanı (Hacim)
  • pme [Pa] – Ortalama etkin Basınç
  • nr [-] – Bir motor turunun tamamlana bilmesi için krankşaftın dönmesi için gerekli tur saysı

Yukarıdaki her iki formulü kullanarak özgül yakıt tüketimini ortalama etkin basıncın bir fonksiyonu olarak yazabiliriz.

\[ BSFC = \frac{2 \pi n_r \dot{m}_f}{n_c V_d p_{me} \omega_e} \]

Özgül yakıt tüketimi ne kadar düşük bir değer olarak elde edersek, daha verimli bir motora sahip olduğumuz anlamına gelir. Benzinli motorlarda bu değer ortalama 250 g/kWh iken , dizel motorlarda ise ortalama 200 g/kWh’tir.

Özgül yakıt tüketimi genellikle kontur grafik tipi kullanılarak sunulur.(Motor tork ve hızna bağlı olarak)

Özgül Yakıt Tüketimi Grafiği

Yukarıdaki grafik incelendiğinde en düşük özgül yakıt tüketimi maksimum tork  yükünün olduğu bölümde ve motor hız aralığının ortasında bir bölümde adacık olarak verilmiştir. Özgül yakıt tüketimi 206 g/kWh olup 2200 devir/dak ve ortalama etkin basınç 15.5 bar  civarındadır.

Özgül Yakıt Tüketimi ve Motor Verimi

Dizel ve benzin yüksek enerji yoğunluğuna sahip iki yakıt tipidir. Fakat , yanma prosesi sırasında elde edilen enerjinin belirli bir kısımı mekanik enerji olarak  krank şaft üzerine aktarılabilmektedir.

Araç üzerinde meydana gelen enerji kayıpları

Yanma işleminden sonra enerjinin yaklaşık %30’luk bir kısımı motor üzerinden ısı olarak atılmaktadır. Yine %30’luk bir kısım ise egzoz gazları ile birlikte atılmaktadır. Bu kayıplardan sonra mekanik enerjiye dönüştürülebilecek %40’lık teorik bir enerji kalmıştır. Sürtünme ve pompa kayıpları dikkate alındığında ortalama %25 ile %40 arasında bir enerji mekanik olarak kullanılabilir durumdadır.

Özgül yakıt tüketimine ve alt ısıl değerine bağlı olarak içten yanmalı bir motorun veriminin  aşağıdaki gibi yazabiliriz.

\[ \eta_f = \frac{1}{BSFC \cdot Q_{HV}} \]

  • nf [-] – Motor verimi
  • BSFC [g/kWh] – Fren özgül yakıt tüketimi
  • QHV [kWh/g] – Yakıt alt ısıl değeri

Örnek olarak alt ısıl değeri bir benzinli araç için aşağıdaki gibi verilmiş olsun:

\[ Q_{HV}=18679 \text{ BTU/lb}=43.448 \text{ MJ/kg}=0.012068709 \text{ kWh/g} \]

Motor verimi yukarıdaki verilere göre :

\[ \eta_f = \frac{1}{265.95 \cdot 0.012068709} = 0.3115582 = 31.16 \text{ %} \]

Özgül yakıt tüketimi nasıl iyileştirilir

İçten yanmalı motorlar gerekli olan itki kuvvetine göre güç üretirler. Motorun çalışma anında maruz kaldığı sürüş senaryasuna ve araç üzerine gelen direç kuvvetlerine bağlı olarak hız ve tork üretir.  Aynı güç değeri farklı devir ve tork değerlerinde üretilebilir.

Seçilen vitesin yakıt tüketimine olan etkisi

Yukarıdaki grafikten de görülebileceği gibi araç 2,4 ve 5. viteste sürülmesin durumunda motor üzerinden alınabilen güç değeri , motor farklı hız ve tork değerlerine sahipken de edilebilir. Her  ne kadar aynı güç değeri elde edilebilse de motorun özgül yakıt tüketimi 455 g/kWh civarına kadar çıkabilmektedir. Aynı aracın 5. viteste kullanılması ile özgül yakıt tüketimi 365 g/kW değerine düşmektedir.

Otomatik vitese sahip olan araçlarında vites geçiş planlaması, motorun her zaman için verimli bölgede çalışmasını sağlamak amacı ile yapılır. Manuel araçlarda ise sürücü doğru viteste aracı kullanarak yakıt tüketimi azaltabilmektedir.

Bir Cevap Yazın