DİZEL MOTORLARINDA YANMA

1. 100 ELECTRICAL MOTOR DİZEL MOTORLARINDA YANMA H/P PUMP ECU CCD CAMERA Doç.Dr.Adnan Parlak Synchro-Unit Device Pulse Generator

2. Dizel motorlarında Yanma safhası oldukça komplekstir. Yanma üzerinde etkili olan faktörler: • Yanma odası tasarımı, • Yakıt sistemine, • Motor çalışma şartları YTÜ, GEMAK II Doç.Dr.Adnan Parlak

3. Dizel Motorlarında Yanma ve çalışma koşulları • Püskürtme yanma başlamazdan hemen önce başladığı için vuruntu riski olmadığından sıkıştırma oranı artırılabilir. Bu yakıt sarfiyatını azaltır. • Püskürtme avansı yanma zamanını kontrol etmek amacıyla kullanıldığı için tutuşma gecikmesi(TG) kısa olmalıdır. Kısa TG süresi Yanma basıncının anormal artışının önüne geçmesi için gereklidir. (Setan sayısı)

4. Dizel Motorlarında Yanma ve çalışma koşulları 3. Motorun çevrim başına harcadığı hava miktarı değişmediği, tork sadece yakıt miktarı değiştirilerek ayarlandığı için benzinli motorlarda olduğu gibi kısmaya gerek yoktur. Bu nedenle pompalama işi düşük,kısmi yük şartlarında mekanik verim benzin motorlarına göre daha yüksektir.

5. Dizel Motor Yanma Sistemleri • Direkt Püskürtmeli • Endirekt Püskürtmeli

6. Yanma Odası ve püskürtme

7. Yanma • Yakıt, hidrojen ve karbon atomlarından oluşur. Yakıt içerisinde hidrojen miktarı(H/C oranı) arttıkça ısıl değeri artar. • Verimli bir yanma için tutuşmayı sağlayacak bir kaynağa ve oksijene ihtiyaç vardır.

8. TG süresinin kısa sürmesi için gerekli beş şart • Doğru H/Y oranı. Yanma odasında tüm yanabilir karışımın yanmasını tamamlaması için yeterli oksijen olmalı, tüm karbonlar CO2 ‘ e tüm hidrojenlerinde H2O ya dönüşmesi gerekir. Yanma için gerekli zaman sınırlı olduğu için yeterli havanın kısa süre içerisinde sağlanması gerekir. Bunun için skavenç sistemi, türbo doldurucu ve hava filtrelerinin düzenli bakımlarının yapılması hayati önem taşır. • Atomizasyon- Yakıtın mümkün olan en kısa süre içerisinde atomize olması gerekir. Bunun için yakıtın küçük delik çaplı enjektörlerden yüksek basınç altında püskürtülmesi gerekir. • Karışım- İyi bir yanma için yakıtın atomize olması yetmez silindir hacminin tamamına yayılması da gerekir. Bu nedenle havanın türbülansının artırılması gerekir. • Püskürtme avansı- Yanmayla açığa çıkan basıncın pozitif iş yapabilmesi için püskürtme avansının doğru testi gerekir. • Sıkıştırma sonu sıcaklığı-Dizel motorları sıkıştırarak ateşlemeli motorlar olarak bilinir. Sıkıştırma sonu sıcaklığı istenen noktaya ulaşamaması(Egzoz valfi ve segmanların kaçırması gibi) geç tutuşmaya neden olur.

10. DİZEL MOTORLARINDA YANMA • Benzin motorlarında homojen benzin-hava karışımı 6:1~11:1 arasında değişen sıkıştırma oranlarında sıkıştırılarak bir buji vasıtasıyla tutuşturulmakta ve alev tek bir cephede ilerlemektedir. • Dizel motorlarında ise, sadece hava sıkıştırılmakta ve sıkıştırma oranı 12:1 ile 22:1 arasında artırılarak; sıcaklık ve basıncı yükseltilmiş hava üzerine enjektör vasıtasıyla yakıt püskürtülmektedir.

11. DİZEL MOTORLARINDA YANMA • Yanma odasındaki hava hareketi (türbülans) yakıt jetini parçalayarak yakıt partikülleri haline dönüştürür. Yanma için elverişli hava ve yakıt karışımı yakıt demetinin farklı noktalarında oluşur ve oksidasyon başlar. • Sıvı fazdaki yakıt damlacıkları çevresini saran sıcak havanın etkisiyle ısı absorbe ederek buharlaşır ve çevresinden aldığı ısı etkisiyle damlacık çevresindeki sıcaklık bir miktar düşer.Bu sıcaklık düşme süresi oldukça kısadır ve çevresini saran sıcak havanın etkisiyle tekrar yükselir. • Yakıt buharı ve hava kendi kendine tutuşma sıcaklığına ulaşır ulaşmaz ve yerel H/Y oranının yanabilir aralıkta olduğu noktada tutuşma başlar. Tutuşma meydana gelmeden önce belli bir tutuşma gecikme periyodu vardır. • Benzin motorlarında, tutuşma tek bir noktada başlar (bu kontrollü yanma için istenir) ve basınç artış hızı yavaştır. Oysa dizel motorlarında aynı anda pek çok noktadan tutuşma meydana gelir ve bu yüzden basınç artış hızı yüksektir(dP/d). Benzin motorlarındaki yanmanın aksine, dizel motorlarında belirli bir alev cephesi yoktur.

12. Yakıt Jeti

13. DİZEL MOTORLARINDA YANMA • Benzin motorlarında hava-yakıt oranı yüksüz ve yüklü konumlarda stokiyometrik karışıma oldukça yakındır. O yüzden homojen karışımlı motor olarak da adlandırılmaktadırlar. • Dizel motorlarında ise yüke bağımlı olmaksızın, verilen herhangi bir devirde, silindire giren hava miktarı sabit kalır. H/Y oranı yük değişimine bağlı olarak püskürtülen yakıt miktarı ile değiştirilir. • Dizel motorları fakir karışımla çalışırlar. Rölantideki hava/yakıt (H/Y) oranı 80:1~100:1, tam yükte ise 18:1~20:1 civarındadır.Tam yük şartlarında bile H/Y oranı benzin motorlarından yüksektir.

14. Yanma esnasında gücü artırmak için negatif iş azaltılmalıdır.

15. YANMA VE SAFHALARI • Benzin ve dizel motorlar, çevrimin termodinamiği bakımından birbirlerine son derece benzemelerine rağmen yanma olayının geçirdiği safhalar ve olayın kontrolü bakımından önemli farklılıklar söz konusudur. Dizel motorlarında yanmanın dört safhada gerçekleştiği düşünülmektedir

16. YANMA VE SAFHALARI • Tutuşma gecikmesi periyodu • Hızlı yanma periyodu • Kontrollü yanma periyodu • Ard yanma periyodu

17. YANMA VE SAFHALARI

18. 1.Tutuşma Gecikmesi • Yanma püskürtme meydana gelir gelmez meydana gelmez. Yakıtın ilk damlasının sıcak hava ile teması ve gerçek yanmanın meydana geldiği zamanlar arasında belirli bir süre vardır.Bu periyot tutuşma gecikmesi (TG) periyodu olarak adlandırılır. İkiye ayrılır: Tutuşma Gecikmesi=Fiziksel Gecikme+Kimyasal Gecikme

19. 1.Tutuşma Gecikmesi • FİZİKSEL GECİKME Yakıt spreyinin parçalanması ve damlacık oluşumu Sıvı haldeki yakıtın ısınarak buharlaşması Buhar haline geçen yakıtın hava ile karışarak yanmaya hazır hale gelmesi • KİMYASAL GECİKME Ağır hidrokarbonların daha hafif elemanlara bölünmesi Bölünen elemanlarla oksijen arasında kimyasal tepkimelerin oluşması

20. 1.Tutuşma Gecikmesi TUTUŞMA GECİKMESİ AŞAĞIDAKİ FAKTÖRLERE BAĞLIDIR: • Yakıtın cinsine • Havanın Sıcaklığına • Havanın Basıncına • Silindirdeki hava girdaplarının oluşumuna • Hava fazlalık katsayısına • Yakıt zerrelerinin büyüklüğüne • Yakıtın püskürtme zamanına • Yakıtın sıcaklığına • Yakıtın püskürtme basıncına

21. 1.Tutuşma Gecikmesi

22. 2 – Hızlı Yanma Periyodu • Yanmanın oluşup, basıncın ani olarak yükselmeye başladığı noktadan, maksimum basıncın elde edildiği noktaya kadar geçen süreye " hızlı yanma" yada "gerçek enerjinin elde edildiği yanma" denir. • Tutuşma gecikmesi süresi içinde silindire giren yakıtın yanmaya başlaması nedeniyle, yanma odasındaki basınç ani olarak çok hızlı bir şekilde artar. Alev hızla yayılır. Yanma, patlamalı yanma karakterindedir. Bu fazda oluşan basınç artma hızının değeri motorun yumuşak veya sert çalışma özelliğini belirler. • Tutuşma gecikmesi fazında ne kadar çok yakıt silindir içerisine birikirse, basınç artma hızı o oranda büyük olur. Hızlı yanma fazı krank açısı cinsinden 5-100 kadardır. Bu faz sırasında bütün çevrim boyunca üretilen ısının % 40- 70'i elde edilir. Hızlı yanma fazında üretilen ısı miktarının artması yanmanın iyi ve tam olmasıyla doğru orantılıdır. Bu değer azaldıkça yanmanın kötüleştiği görülür. Maksimum yanma basıncının da bu faz içinde oluştuğu için , bu fazda elde edilen enerji düşerse, üretilen güç te düşer.

23. 3.Kontrollü Yanma • Hızlı yanma periyodunu üçüncü yanma fazı, kontrollü yanma fazı takip eder. Hızlı yanmanın bu ikinci aşamasında sıcaklık ve basınç hala oldukça yüksektir. Dolayısıyla ikinci aşamada püskürtülen yakıt damlacıkları yeterli oksijeni bulur bulmaz düşük tutuşma gecikmesi nedeniyle daha hızlı yanar ve basınç artış hızı püskürtme miktarıyla kontrol edilen kontrollü yanma periyodu maksimum çevrim sıcaklığına ulaşıldığı nokta olarak kabul edilir. Bu safha difüzyon yanması olarak da bilinir. Yanma HFK=1 civarındadır. İlerleyen alev cephesi bulduğu oksijenle yanmasını sürdürür. Bu safhaya kontrollü yanma denmesinin nedeni budur.

24. 4-ArdYanma Periyodu • Yanma enjeksiyon işleminin tamamlanmasıyla bitmez. Yanma odasında kalmış yanmamış ve kısmi yanmış yakıt partikülleri oksijen ile temas ettikçe yanmaya devam eder. • Bu safhaya ard yanma safhası denir. Genellikle bu periyot, maksimum çevrim sıcaklığının meydana geldiği noktalarda başlar ve genişleme stroku boyunca devam eder. Ard-yanma hızı difüzyon hızına, yanmamış ve kısmi yanmış yakıtın hava ile karışım hızına bağlıdır. Ard-yanma süresi,ÜÖN’ dan sonra 70-80 KMA kadar devam eder.

25. DEMETİN ŞEKLİ AŞAĞIDAKİLERE BAĞLIDIR • Yanma odası içerisine nüfuz etme derinliği ve hızına • Yakıt püskürtme sistemine • Nozulun delik sayısına • Nozulun ağzının formuna • Püskürtme basıncına • Yanma odası içerisindeki karşı basınca • Yakıtın cinsine • Yanma odası sıcaklığına • Hava türbülansına

26. GECİKME PERİYODUNU ETKİLEYEN FAKTÖRLER • 1-Sıkışma Oranı • 4-Yakıt Atomizasyonu • 5-Püskürtme Zamanı • 6-Yakıt Kalitesi • 7-Emme Havası • 8-Emme Basıncı

27. Sıkıştırma Oranı: • Sıkıştırma oranı arttıkça havanın sıkıştırma sonu sıcaklığı artar. Sıkıştırma oranı arttıkça yakıtın kendi kendine tutuşma sıcaklığı; sıkışmış havanın yoğunluğu arttığı için düşmektedir.Bu yakıt ve oksijen molekülleri arasındaki temasın yakınlaşması sebebiyle reaksiyon süresinin düşmesinden kaynaklanmaktadır. • Sıkıştırma sonu sıcaklığının artmasıyla birlikte minimum kendi kendine tutuşma sıcaklığının düşmesi gecikme periyodunu azaltır.Yanma işlemi esnasında maksimum basıncı sıkıştırma oranıyla olumlu etkilenir.Gecikme periyodu sıkıştırma oranı arttıkça kısaldığı için basınç yükselme hızı azalır.

28. Yakıt Kalitesi • Krank miline tutuşma sıcaklığı, tutuşma periyodunu etkilediği için yakıtın en önemli özelliğidir. Daha düşük kendi kendine tutuşma sıcaklığı gecikme periyodunu azaltır.Aynı şekilde yakıtın setan sayısı yükseldikçe gecikme periyodu kısalır ve motor daha düzgün çalışır.Gecikme periyodunu etkileyen diğer yakıt özellikleri,uçuculuk, gizli ısı, viskozite ve yüzey gerilimidir.

29. 7-Emme Havası Sıcaklığı: • Artan giriş sıcaklığı sıkışmış havanın sıcaklığı artırarak tutuşma gecikme süresini azaltır.Bununla birlikte bu amaçla giriş havasının sıcaklığını arttırmak, hava yoğunluğunu düşürerek volumetrik verimi ve motor gücünü azalttığı için tavsiye edilmez. 8-Giriş Havası Basıncı : • Giriş havası basıncını arttırmak veya aşırı doldurma kendi kendine tutuşma sıcaklığını düşürmekte ve dolayısıyla gecikme periyodu kısalmaktadır.Maksimum basınç giriş hava basıncı yüksek olduğu için yükselebilir.

30. Püskürtme avansı • Püskürtme avansı optimum değere göre arttığında yada azaldığında TG süresi uzar. Erken püskürtmede sıcaklık düşüktür.Geç püskürtmede ise başlangıçta basınç bir miktar artsa da basınç düşmeye başladığı için TG her iki durumda da artmış olur.

31. Giriş basıncı ve sıcaklığının TG ye etkisi

32. Yakıt özelliklerinin etkisi-Setan sayısı ve yük

33. Yakıt özelliklerinin etkisi-Yakıt yapısı

34. VURUNTU VE TUTUŞMA GECİKMESİNE ETKİ EDEN PARAMETRELER TG ms cinsinden: N: Devir EA aktivasyon enerjisi (Yakıt özellikleri önemli): Politropik indeks modeli kullanılarak sıkıştırma sonu T ve P tahmini:

36. SORU: 4 stroklu bir dizel motorunun soğuk ilk harekette rahat çalışabilmesi için sıkıştırma oranı 18 olması gerekmektedir. Yukarıdaki denklemleri kullanarak ve Pi= 1atm, Ti=255 K, n=1.13, N=100 d/d, D=H=120mm, ve CN=45 kabullerini yaparak =12-20 için bir - TG grafiği çiziniz.Şayet güvenli bir ilk hareket için TG<20 0KMA olması gerekiyorsa, Sıkıştırma oranı ne olmalıdır?

37. Yakıt Atomizasyonu ve damlacık çapına vizkozite ve yüzey gerilmesinin etkisi viskozitenin etkisi Yüzey gerilme kuvvetinin etkisi PÜSKÜRTME BASINCI (MPa) PÜSKÜRTME BASINCI (MPa)

38. Yakıt Atomizasyonu ve damlacık çapına vizkozite ve yüzey gerilmesinin etkisi sabit delik çapı sabit L / d oranı PÜSKÜRTME BASINCI (MPa)PÜSKÜRTME BASINCI (MPa) Damlacık çapına püskürtme basıncı ve delik çapının etkisi L/d oranı ve enjektör delik çapı küçüldükçe artan püskürtme basıncıyla damlacık çapı küçülmektedir.

39. Problem1

40. Problem 2