Otomobilllerde genellikle on kaputun altında bulunan icten yanmalı motorun icindeki yanma odalarında benzin, dizel, LPG veya CNG yakıtı hava ile karışarak yanar.Yanma sonucu acığa cıkan enerji aracın tekerleklerine guc olarak aktarılır.

Yanma kimyasal olarak hidrojen (H2), karbon (C), azot (N2), sulfur (S) gibi atomlardan oluşan yapıların oksijen (O2) ile tepkimeye girmesi sonucu oluşur.

Daha anlaşır tarif etmek gerekirse sobada komuru yakabilmek icin ortamda hava bulunması gerekir. Sobanın hava alması engellendiğinde yanmanın duracağını sobalı evde oturanlar bilir. Aslında komurun buyuk bir yuzdesi karbon elementinden oluşur. Komur, oksijen ile tepkimeye girerek karbondioksit (CO2) oluşturur ve bu kimyasal tepkime sonucu ısı acığa cıkar.

Dizel yakıtı (CxHyOz) karbon,hidrojen ve oksijenden oluşan bir bileşik zinciridir. Petrolun damıtılması sonucu elde edilen dizel yakıtları işlenme kalitesi, kullanılacağı ulkenin iklimi ve cevre yasalarına gore değişiklik gosterir.

Dizel yakıtın otomobilde tam yakılabilmesi icin gerekli hava miktarı kuramsal olarak hesaplandığında , 1kg dizel yakıtı yakabilmek icin gerekli olan oksijen miktarının 3,36 kg olduğu bulunacaktır.Havanın %21 ’i oksijen olduğundan 14,6 kg hava gerekir de diyebiliriz.

İcten yanmalı motorlarda azot oksit oluşmasına uc ana mekanizma sebep olur:

Azot oksitin %95 ’ten fazlası Zeldovich mekanizması ile acıklanan sebepten kaynaklanır. Zeldovich mekanizması diye tanımlanan ve azot oksit oluşumunu kimyasal olarak acıklayan tepkimeler,yanma odasındaki sıcaklık 1800°C ’nin uzerine cıktığında başlar ve sıcaklık artışı ile doğru orantılı olarak artar.

İkinci mekanizma yakıtın tutuşma anında azot oksit oluşmasıdır..

Ucuncu mekanizma yakıtın kendi icinde bulunan azot atomunun oksijen ile tepkimeye girmesiyle azot oksit oluşmasıdır.

Tabii tum bu acıkladığımız olaylar kuramsaldır. Uygulamada icten yanmalı motorlarda heterojen olarak yanan dizel yakıtın yanması icin cok kısa bir sure vardır. Bu kısa surede dizel yakıtı daha verimli yakabilmek icin, yukarıda belirttiğimiz kuramsal hava miktarından en az 1,5 kat daha fazla havaya ihtiyac duyulur.

Tabii yanma gercekleşirken de havanın icindeki tum gazlar oksijen ile tepkimeye girme eğilimi gosterir. Hava icinde bulunan azot da yanma odası sıcaklığı 1800°C ’nin uzerine cıktıktan sonra oksijen ile tepkimeye girer. Bu durumda da insan sağlığı ve cevre icin zararlı olan azot oksit (NOx) acığa cıkar.

Azot oksit gazının insan sağlığı icin zararlı olduğu anlaşıldıktan sonra yıllar icinde kademeli olarak arac egzozundan cıkacak azot oksit icin limitler getirildi. Tablo-1 ’de 2014 yılına kadar kademeli olarak emisyon limitlerinin nasıl daraltıldığı goruluyor.

Emisyon SeviyesiTarihKarbonmonoksitAzot oksitHidrokarbon ve azot oksitKurum miktarıKurum tane sayısı––g/kmg/kmg/kmg/kmtane/kmEuro 1Temmuz 19922,72–0,970,14–Euro 2Ocak 19961–0,70,08–Euro 3Ocak 20000,640,50,560,05–Euro 4Ocak 20050,50,250,30,025–Euro 5aEylul 20090,50,180,230,005–Euro 5bEylul 20110,50,180,230,0056×1011Euro 6Eylul 20140,50,080,170,0056×1011

Benzinli ve Dizel Yakıtlı Aracların Farkı

Benzinli araclarda egzoz sistemine konulan bir katalizor sayesinde emisyon problemi cozulur. Cunku benzinli aracların calıştığı hava yakıt oranında, tek bir katalizor azot oksit, karbonmonoksit ve hidrokarbon gazlarının hepsinin temiz olarak salınabilmesini sağlar.

Dizel araclarda ise yanma icin gerekli hava yakıt oranı benzindekinden farklı olduğu icin durum daha karmaşık bir hal alır. Egzoza koyulacak bir katalizor cozum olmaz.

Dizel yakıtlı aracların egzoz sistemleri cok karmaşıktır, yanan gaz dışarı cıkana kadar bircok arıtma işleminden gecer. Her egzoz elemanında ayrı bir kirli gaz temizleme işlemi gercekleşir.

Avrupa Birliği (AB) ve ABD ’nin emisyon komitelerinin yayınladığı kurallardaki azot oksit limitlerini tutturabilmek icin yanma sıcaklıkları duşurulur. Bunu sağlayabilmek icin tum dizel arac ureticileri Egzoz Gazı Resirkulasyonu (EGR) yontemini kullanır.

EGR sistemi, egzozdan atılacak yanmış (oksijen olarak fakir) gazın temiz hava ile birlikte yanma odasına geri gonderilmesidir. Bu yontemle yakıtın verimli olarak yanması engellenir, ama aracın cevre dostu olması sağlanır. Yakıtın yeterli miktarda oksijenle buluşması verimli olarak yanmasına, yanma odasındaki sıcaklığın 1800°C ’nin uzerine cıkmasına ve cok fazla azot oksit gazının oluşmasına sebep olur. EGR gazı ile bu sıcaklık artışı engellenerek azot oksit oluşumu azaltılabilir.

Fakat AB ’ninve ABD ’nin binek araclar icin acıkladığı EURO-VI, SULEV emisyon limitlerini tutturmak icin EGR kullanmak yetersizdir.

EGR sistemine ek olarak araclarda 1000 Avro ek maliyet getiren ve ure puskurtme sistemi iceren Secici Katalitik İndirgeme (Selective Catalyst Reduction, SCR) veya azot oksit hapsetme mekanizması olarak tarif edilebilecek fakir azot oksit hapsedici (Lean NOx Trap, LNT) sistemi kullanılması gerekir.

SCR sisteminde egzoza ayrı bir katalizor koyulur ve motorda gercekleşen yanma sonrası oluşan azot oksitler bu katalizorden gecerken temizlenir. Azot oksitler puskurtulen ure (NH3) ile tepkimeye girerek hidrojen (N2) ve su (H2O) olarak cevre dostu bir halde doğaya salınır.Ure puskurtulebilmesi icin araclarda ayrıca bir ure tankı bulunur. ISO22241 standardı ile belirlenmiş %32,5 ’i ure, %67,5 ’i de iyonize sudan oluşan AUS32 sulu ure cozelti- si ure tankına koyulur. AUS32, Adblue ismi ile ticarileşmiştir.)

LNT sisteminde ise motorda gercekleşen yanma sonrası oluşan azot oksitler egzozda hapsedilir. LNT ’deki ozel madde azot oksitleri tutabilir. LNT ’nin belirli bir azot oksit tutabilme kapasitesi vardır. Bu kapasite limitine vardığında, LNT uzerine gonderilen fazladan yakıt ile azot oksitler nitrojen, su ve karbondioksite donuşturulerek doğaya salınır.

Bahsedilen tum bu sistemler cevre dostu olabilmek icin egzoz gazının aractan atılmasını zorlaştırır ve aracın fazladan yakıt tuketmesine sebep olur.

EGR gazı yontemi, EURO-VI ve SULEV emisyon duzenlemelerinin koyduğu azot oksit miktarlarını sağlar. Ama bu durum yanma verimini cok azalttığı icin aracın cok fazla yakıt tuketmesine ve cok yavaş hızlanmasına sebep olur. Bu da suruculerin aractan memnun kalmamasına neden olacağı icin otomotiv firmaları EGR sistemine ek olarak fiyatı 1000 Avro olan LNT veya SCR sistemini kullanır