Dizel Motorda Yanmayı Etkileyen Parametreler

Dizel motorlarda yanmayı belirleyen en önemli etkilerden birisi tutuşma gecikmesidir. Tutuşma gecikmesi süresinin bağlı olduğu parametreler, yakıt spreyinin oluşumu ve giriş havasının durumu (basınç, sıcaklık ve hız) üzerinde etki gösteren fiziksel faktörlerdir. Bu nicelikler yakıt enjeksiyon sistemine, yanma odası dizaynına ve motor çalışma koşullarına bağlıdır. Yakıt sprey oluşumunu etkileyen enjeksiyon sistemi değişkenleri enjeksiyon zamanı, miktarı, hızı, oranı, damla boyutu ve sprey şekli ile tipidir. Uygun şarj koşulları ise yanma sistemine, yanma odası dizaynının detaylarına, giriş havasının sıcaklığı ve basıncına, sıkıştırma oranına, enjeksiyon zamanına, atık gaz durumuna, soğutma ve yağ sıcaklığına ve motor devrine bağlı olmaktadır. [109,138,141,142].

Enjeksiyon Zamanı

Enjeksiyon zamanının optimum değerinden büyük yada küçük oluşu, yanma olaylarını olumsuz etkilemekte ve motor performansını da kötüleştirmektedir. Normal motor çalışma koşullarında (80 °C çalışma sıcaklığında ve düşük devirde) ve Ü.Ö.N’den yaklaşık 10°-15° önce yakıt enjeksiyonunda minimum tutuşma gecikmesi oluşur. Erken ya da geç enjeksiyon zamanlarında hava sıcaklığı ve basıncı Ü.Ö.N’ye çok yakın değiştiği için TG artar. Eğer enjeksiyon erken başlarsa başlangıçtaki hava sıcaklığı ve basıncı düşüktür, bu nedenle TG artacaktır. Eğer enjeksiyon geç başlarsa

(Ü.Ö.N’ye yakın) sıcaklık ve basınç ilk olarak yüksektir, fakat daha sonra gecikmenin devam etmesiyle azalır. Erken püskürtme, motor vuruntusu bakımından olumsuz olan uzun tutuşma gecikmesi süresine sebep olacağından, geç püskürtme ise yanma sonunu geciktirip fazla ısı kaybına neden olmaktadır. Bu nedenle tutuşma için en avantajlı durum, ikisi arasında gerçekleşmesidir [109,137,138].

Motor Hızı

Dizel motorlarında yüksek devirlerde TG açısı daha büyük olacağından gecikme süresince daha fazla yakıt püskürtülecek ve basınç yükselme hızı (dp/dt) değeri daha yüksek olacaktır. Düşük motor hızlarında TG süresince daha az yakıt birikeceğinden basınç yükselme hızı ve miktarı daha az olur. Yanma odasına giren havaya girdap hareketi oluşturmayan yanma odasına sahip dizel motorlarda, karışım hızı motor hızından oldukça bağımsızdır. Bu durumda karışımın ve yanmanın tamamlanması çok daha büyük krank açısı değerlerine karşılık geleceğinden yanma verimi düşer ve egzoz gazlarındaki is miktarı artar [109,138,142].

Yakıt/Hava Oranı

Dizel motorlarında Y/H oranı üzerinde, yanma yönünden bir sınırlama olmadığından dolayı, yanma odasına emilen hava ve püskürtülen yakıt miktarları üzerinden hesaplanan Y/H oranının basınç-krank açısı eğrisi üzerinde doğrudan bir etkisi yoktur. Çünkü silindir içerisinde sıfırdan sonsuza kadar değişen değerlerde Y/H oranları mevcuttur. Dolayısıyla önemli olan püskürtülen yakıt miktarı değil, yanma öncesi buharlaşan yakıt miktarıdır.

Y/H oranı azaldıkça yanma sonu ve silindir duvar sıcaklıkları azalacağından TG süresi artabilir. Y/H oranı üzerinde yanma yönünden bir sınırlama yoktur. Ancak düşük Y/H oranlarında istenilen püskürtme karakteristiğinin oluşturulabilmesi zordur. Bu ise yanma ile ilgili olmaktan daha çok mekanik bir problemdir. Dizel motorlarında Y/H oranına sınır koyan en önemli problem emisyonlardır. Her motor için emisyon açısından mutlaka pratik bir Y/H oranı sınırı vardır. Bu sınır aşılırsa fazla yakıt ile havanın karışımı için yeterli zaman olmayacağından yakıtın büyük bir bölümü kısmen yanmış veya yanmamış olarak dışarı atılır. Bu durum, egzoz

gazlarında is emisyonunun artması ve silindir cidarlarında karbon birikimi gibi istenmeyen sonuçlara yol açar [109,137,138,142].

Sıkıştırma Oranı

Sıkıştırma oranının artması, sıkıştırma sonu basıncı ve sıcaklığını artırır. Ancak sıkıştırma sonu basıncı ve sıcaklığı belli bir sınırda tutulmak zorundadır. Aksi takdirde motor parçalarının maruz kalacağı aşırı yükleme ve zorlamalardan dolayı krank-biyel mekanizması zarar görmektedir. Sıkıştırma oranının TG üzerindeki etkisi net değildir. Sıkıştırma oranı arttıkça, artan basınç ve sıcaklıklar nedeni ile tutuşma gecikmesi süresi azalmaktadır. Fakat basınç artma hızı küçülür. Böylece motorun çalışması daha yumuşak olur. Sıkıştırma oranı tutuşma gecikmesini kontrol eder. Sıkıştırma oranı direkt püskürtmeli dizel motorlarında NO oluşumuna etkiyen önemli faktörlerden biridir [109,137,138,142].

Giriş Hava Sıcaklığı ve Basıncı

Dizel motorlarında emme zamanında silindir içerisine alınan havanın giriş basıncı arttıkça sıkıştırma sonu basıncı ve sıcaklığı artacağından tutuşma gecikmesi süresi kısalır. Tutuşma gecikmesi süresinin kısalması yanmanın diğer safhalarını ve sonuçta yanma sonu basıncı ve sıcaklığını etkilemektedir. Dolgu havası giriş sıcaklığının artması tutuşma gecikmesi süresinin azalmasına neden olmaktadır. Çünkü emme zamanında silindir içerisine alınan daha yüksek sıcaklıklardaki havanın içerisine püskürtülen yakıt ile daha kolay ve kademeli buharlaşma sağlanmaktadır. Giriş hava sıcaklığı ve basıncı, gecikme periyodu boyunca şarj durumları üzerindeki kendi etkisi yoluyla TG’yi etkileyecektir.

Püskürtme anındaki basıncın gecikme üzerinde bir etkisi vardır, yüksek basınç gecikmeyi kısaltır, şarj sıcaklığı arttığında bu etki azalır. Çünkü gecikme periyodu boyunca hava sıcaklığı ve basıncı önemli değişkenlerdir. Püskürtme anındaki giren hava ve şarj havası durumu arasındaki ilişkinin etkisindeki diğer motor değişkenleri de gecikmeyi etkileyecektir. Böylece, sıkıştırma oranındaki artış tutuşma gecikmesini azaltacaktır ve büyük ölçüde püskürtme anındaki şarj havasının sıcaklığı ve basıncının değişimi yoluyla püskürtme zamanı gecikmeyi etkileyecektir. Giriş

basıncının artması TG ve dp/dt’yi azaltır. Bu azalma temel olarak sıcaklık artışından kaynaklanmaktadır. Giriş basıncı arttıkça dolgu miktarı da artacağından, daha fazla yakıt püskürtülerek motor gücü de artırılabilir [109,137,138].

Soğutucu Akışkan ve Giriş Sıcaklıkları

Motor soğutma suyu ve giriş sıcaklıkları arttıkça TG ve dp/dt azalır. Bu, püskürtme sırasında silindir içerisinde daha yüksek bir sıcaklığın oluşmasındandır. Ancak içeriye emilen hava miktarı yani volumetrik verim azalacağından maksimum güç azalır ve is emisyonlarında artış meydana gelebilmektedir [109,138].

Yakıt Özelliği, Miktarı veya Yük

Dizel yakıtında en önemli özelliklerden bir tanesi setan sayısıdır. Yakıtın setan sayısı tutuşma gecikmesi süresini doğrudan etkileyen bir parametredir. Setan sayısı yüksek olan yakıtın, tutuşma gecikmesi süresi daha kısa olmaktadır. Ancak gereğinden yüksek setan sayısı çok kısa sürede tutuşma sağlayacağından ani yanma safhasındaki basınç artma oranını azaltır. Yakıtın çoğunluğu, kontrollü yanma safhasında yandığından silindir içerisinde oluşan maksimum basınç daha düşük olmaktadır. Ayrıca, karışımın sağlanabilmesi için daha az süre olması ve yakıtın yanma odası içerisinde iyi dağılamaması nedeniyle yanma hızı da azalmaktadır.

Yük arttığında, atık gaz sıcaklığı ve duvar sıcaklıkları artar. Bu durum yüksek şarj havası sıcaklığı ve basıncı ile sonuçlanır ve böylece TG kısalır. Bu artan sıcaklık için ayarlama yapıldığında, normal çalışma koşulları altında püskürtülen yakıt miktarının artırılmasının gecikme periyodu üzerinde önemli bir etkisinin bulunmadığı tespit edilmiştir. Motorun ilk çalışma koşulları altında, karışım içindeki daha büyük yakıt damlacıklarının sıcaklığa bağlı olarak buharlaşma ve ısınma süresinin artması nedeniyle TG süresi artar. İlk püskürtülen yakıt parçasının ilk olarak tutuştuğu göz önüne alındığında daha sonra püskürtülen yakıt TG’yi etkilemez.

Dizel motorlarından elde edilen güç yakıt miktarıyla ayarlanır. Maksimum güç elde edebilmek için tam gaz verilir. Ancak bu durumda iyi bir karışım teşkil etmek daha zordur ve egzoz emisyonları içindeki is miktarı artar veya silindir içerisinde

karbon birikintileri oluşur. Bundan dolayı Y/H oranına da bir üst sınır koyulması zorunlu hale gelir. Alt sınır ise, tutuşmanın başlayabileceği en düşük Y/H oranıdır. Sıcaklık ve basınç yüksek olduğundan çok az yakıt miktarı bile püskürtme sistemindeki mekanik problemlerin aşılması halinde yüksek bir termik verimle yanar. Sıcaklık ve basıncın yüksek olması ve yanmanın birden fazla noktada aynı anda başlaması nedeniyle, alev hızı problemi yoktur [109,138,142].

Girdap (Türbülans) Oranı

Silindir içerisindeki hava hareketi, yakıtın hava ile karışımına dolayısıyla yanma sürecine ve emisyonlara doğrudan etki etmektedir. Girdap oranındaki değişim yakıtın buharlaşması ve yakıt-hava karışım sürecini değiştirir. Aynı zamanda sıkıştırma esnasındaki silindir cidarlarındaki ısı transferini etkileyerek yakıtın püskürtülmesi anındaki şarj hava sıcaklığını değiştirir. Girdap oranı arttıkça tutuşma gecikmesi süresinde herhangi bir değişme olmadığı ancak, maksimum basıncın ve basınç artma oranının daha yüksek olduğu görülmüştür [109,137,138].

Silindir içerisine alınan dolgu hareketinin azaltılması püskürtülen yakıtın hava ile karışmasını azaltmaktadır. Yakıt hava karışımının kötüleşmesi, yanan karışım bölgesindeki yanmamış karışım miktarını arttırmaktadır. Bu durum NOxemisyonunu azaltıcı etki göstermektedir.

Oksijen Konsantrasyonu

Yakıtın püskürtülmesi esnasındaki silindir içine alınan havasının oksijen konsantrasyonu tutuşma gecikmesini etkilemektedir. Oksijen konsantrasyonu azaldığında yakıt damlacıklarının buluşabileceği molekül sayısı da azalacağından tutuşma gecikmesi uzamaktadır [109,138].