Slayt 1 - yarbis - Yıldız Teknik Üniversitesi
advertisement
Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi MOTORLAR-7 HAFTA İYM YANMA Yrd.Doç.Dr. Alp Tekin ERGENÇ İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi • İçten yanmalı motorlarda yanma olayı 0,002 - 0,004 saniye gibi çok kısa sürede gaz fazında gerçekleşen karmaşık fizikokimyasal prosestir. • Bu kısa sürede yanmanın oluşumu ve gelişimi için yakıt buharı hava ile çok iyi karışmış olması gerekir = HOMOJEN • Bu zorlukların temelindeki sorun moleküler difüzyonu dur. (Hem havanın hem de yakıtın moleküler difuzyonunu tamamlaması için gerekli olan süre oldukça uzundur.) • Bu sürenin kısaltılabilmesi için moleküler difuziyon bir türbülans difuziyonu ile desteklenmesi gerekir. . Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi İçten Yanmalı Motorlarda Yanma • Otto motorlarında karışımın homojenliği oluşturulacak türbülansın fonksiyonudur. • Diesel motorlarında bu durum daha da zordur çünkü karışımın oluşumu ve yanma olayı aynı anda meydana gelmektedir. • Püskürtme sonucu yakıt demetini oluşturan damlacıkları ve havadan oluşan karışım homojen değildir ve yanmanın oluşması için yakıtın ısınıp buharlaşması gerekir. • Diesel motorlarında homojen karışım oluşturmak daha zordur. • Homojen karışımların yanma hızları homojen olmayan karışımlardan daha yüksektir. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi İçten Yanmalı Motorlarda Yanma • Homojen karışımlar yanmalarını daha kısa sürede tamamlarlar ve bu nedenle otto motorların devir sayıları dizel motorlarına göre daha yüksektir. • Karışımın hazırlanmasındaki zorlukların yanı sıra yanma ( oksitlenme) reaksiyonun karmaşık karakteri de ayrı bir sorundur. • Oksitlenmenin zincir reaksiyonlar şeklinde oluştuğu Semenov tarafından açıklanmış ve bu zincir reaksiyonlar teorisi yardımı ile motorlardaki yanmaya yönelik birçok olay açıklanabilmiştir. • Bu teoriye göre yakıt oksitlenmesi birbirini takip eden kesintisiz reaksiyonlardan oluşmakta ve bu esnada birbirinden farklı radikaller, atomik gazlar, valans bağları tamamlanmamış gibi bir çok ara ürün oluşmaktadır. İçten Yanmalı Motorlarda Yanma • Görünür yanmadan önce birtakım ön reaksiyonlar oluşmakta ve aktif oksijen molekülleri hidrokarbon moleküllerine belirli bir şekilde bağlanarak ön oksitlenmiş molekülleri oluşturur. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Bu ara ürünlerin oluşum mekanizması şu şekilde açıklanmaktadır; • Ön reaksiyonların ilerlemesi ile ön oksitlenmiş molekül konsantrasyonu belirli bir kritik değere ulaşınca , bu moleküller parçalanarak yeni aktif atom ve radikalleri oluşturur. • Bu şekilde artan aktif merkez sayısına bağlı olarak ön reaksiyon hızı artar. Fakat gerçek motor çalışma koşullarında ve motorlarda kullanılan karmaşık molekül yapısındaki yakıtların yanma mekanizmasını açıklamak tam olarak hala mümkün olamamıştır. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Örneğin hidrojenin yanması şu şekilde olduğu kabul edilir; • Yüksek sıcaklığın etkisi ile hidrojen molekülü disosasiyona uğramakta ve iki aktif hidrojen atomu oluşmaktadır. (2H) 2H + 2 O2 = 2OH + 2O • Bu atomik hidrojenler oksijen molekülü ile reaksiyona girerek dört adet ( iki adet hidroksil radikali ve iki adet atomik oksijen) yeni aktif merkez oluşturur ve yeni moleküllerin reaksiyona girmesi sonucu reaksiyon ilerlemiş olur. 2OH + H2 = 2H2O + 2H 2O + 2H2 = 2OH + 2H İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Bu yeni altı adet (iki adet hidroksil radikali ve dört adet atomik hidrojen) aktif merkez şu şekilde reaksiyona girer: 2OH + 2H2 = H2O + 2H 4H + 4O2 = 4OH + 4O • Motor çalışma koşullarında yanma odasında bu zincir reaksiyonların ilerlemesi,hızlanması ve dallanması durabilir veya yenilenebilir. Bunun en önemli nedeni aktif merkezleri oluşturan moleküller, radikaller ve atomlar yanma odası cidarlarına veya başka inert gaz molekülleri çarpışmaları sonucu enerji fazlalıklarını kaybetmeleridir • Deneysel çalışmalar göstermiştir ki karışım sıcaklığın zincir reaksiyon hızı üzerindeki etkisi karışım basıncına göre daha fazladır. İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi KENDİ KENDİNE TUTUŞMA- TUTUŞMA VEYA YANMA GECİKMESİ. • Diesel motorlarında sıkıştırma sonucu basıncı ve sıcaklığı artan hava ortamına püskürtülen yakıt ancak bazı fiziksel ve kimyasal proseslerin oluşmasından sonra kendi kendine tutuşur. • Yakıtın yanma odasına girmesinden alevli yanmanın oluşmasına kadar geçen süreye tutuşmanın hazırlık evresi veya tutuşma gecikmesi TG) denir. • Fiziksel prosesler için gerekli süre ( fiz T ) ‘e fiziksel tutuşma gecikmesi, kimyasal prosesler için gerekli süre ( kim T ) ‘e kimyasal tutuşma gecikmesi denir. İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi KENDİ KENDİNE TUTUŞMA- TUTUŞMA VEYA YANMA GECİKMESİ. İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi KENDİ KENDİNE TUTUŞMA- TUTUŞMA VEYA YANMA GECİKMESİ. • Yakıt damlasının ısınması, buharlaşması ve yakıt buharının kendi kendine tutuşma sıcaklığına kadar ısınması fiziksel tutuşma gecikmesi süresinde gerçekleşir. Özellikle ağır dizel yakıtların kullanılması durumunda fiziksel tutuşma gecikmesi , tutuşma gecikmesi süresinin büyük kısmını oluşturur. • Diesel motorlarında fiziksel tutuşma gecikmesi süresini kısaltmak için yakıt çok küçük meme delikleri olan enjektörler kullanılarak çok yüksek basınçla yanma odasına püskürtülür. • Damlacık çapları küçüldükçe birim hacim başına düşen yüzey alanı artar ve yakıt damlacığın ısınma ve buharlaşma süresi kısalır. İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi • Damlanın buharlaşma hızı büyük oranda damla ve sıcak hava arasındaki bağıl hızdan da etkilenmektedir. • Çok küçük çaptaki yakıt damlaların yüksek basınçlı hava ortamında hızları çok çabuk düşmekte ve yakıt damlası ile hava arasındaki bağıl hız kısa bir süre sonra sıfır olmaktadır. • Yanma odasında oluşturulan türbülansın etkisi ile damlacık yüzeyınde oluşan yakıt buharı uzaklaşır ve sıkıştırılmış hava ortamındadağılarak karışım oluşma hızı artar. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Diesel motorlarında püskürtme buharlaşma ve karışım oluşumu olayları ayni anda olmaktadırlar ve bu nedenle yanma odasındaki karışım homojen değildir. Yanma odasının bazı bölgelerinde çok zengin, bazı bölgelerde ise çok fakir yakıt hava karışımı oluşur. Diesel.flv.flv injection.mpg Dizel motorlarda yanma prosesin normal olabilmesi için karışımın kontrollü bir şekilde oluşturulması gerekir. Karışım oluşumu ile alevli (görünür) yanma ayni anda oluşmalı, aksi durumda yanma patlamalı bir karakterde gerçekleşir bunun sonucunda basınç artma hızı artar ve motor sert çalışır. İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi •Fiziksel tutuşma gecikmesi süresini ( fiz T ) azaltmanın en etkili yolu damlacık çaplarını minimuma indirmek sureti ile ve damlacık sayısını artırmak(Aşırı doldurma destekli), veya sıkıştırılmış havanın sıcaklığını arttırarak yani motor sıkıştırma oranını arttırmaktır. • Kimyasal kendi kendine tutuşma gecikmesi yakıt moleküllerin yapısı ve özelliklerinden,yani yakıt moleküllerin önoksitlenmeye karşı eylimlerinden büyük oranda etkilenir. • Örneğin normal parafinik hidrokarbonlarda en kısa kim T süresi gözlenirken aromatik hidrokarbonlarda en uzundur. • Dizel motorlarında kimyasal tutuşma gecikmesi süresinin mümkün olduğu kadar kısa olması istenir , bu nedenle yakıtın ön oksitlenme reaksiyonları arttıran organik oksitler , eterli bileşenler ve nitratlar gibi bazı bileşenler yakıta ilave edilirler. • Otto motorlarında ise tam tersi olarak, yakıtın ön oksitlenmesini yavaşlatan katıklar kullanılarak yakıtın kendi kendine tutuşması zorlaştırılmaktadır. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi İçten Yanmalı Motorlarda Yanma • Fiziksel tutuşma gecikmesi süresince basınçta bir değişiklik olmadığı buna karşın kimyasal tutuşma gecikmesi esnasında ise basınçta küçük bir artış olmaktadır • Buji ateşlemeli motorlarında homojen olan yakıt-hava karışımı kıvılcımın oluşması ilehemen tutuşmaz. • Yakıtın tutuşması için çok kısada olsa bir hazırlık süresine gereksinim vardır. • Bu süreye yanma gecikmesi diyebiliriz. • Otto motorlarında yanma gecikmesi kıvılcım oluşmasından silindir basıncının hızlı artmaya başlamasına kadar geçen süre olarak tanımlanır. İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Yanma hızına etki eden faktörler. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Hava fazlalık katsayısı λ ’nın etkisi: •0,90 – 0,95 değerlerinde yanma hızı maksimum değerine ulaşır. Karışımın daha fazla zenginleşmesi veya fakirleşmesi halinde ise yanma hızı düşer. •Çok zengin veya çok fakir karışımlarda yanma meydana gelmez ki buna yanma sınırı denir. • Kıvılcım ateşlemeli motorlarda λ = 1,05 – 1,1 değerlerinde en iyi çalışma verimi elde edilir. • Çok fakir karışımların yanma hızları çok düşük olduğundan yanma egzoz borusunda da devam edebilir. İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Motor devir sayısı n’nın etkisi: Yanma hızı motor devir sayısı artışına bağlı olarak artar. Artan motor devir sayısı silindir içersindeki hava hareketlerinin artışına bağlı olarak yanma hızıda artar. Sıkıştırma oranın etkisi: • Sıkıştırma oranı artması ile sıkıştırma sonu sıcaklıklar yükselir ve bunun sonucunda yanma hızı artar. • Yanma hızı artışına bağlı olarak basınçta daha hızlı yükselir. İçten Yanmalı Motorlarda Yanma Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Tutuşma Gecikmesine Etki Eden Faktörler: • Püskürtme Basıncı TG • Püskürtme Avansı TG • Püskürtme Faz adedi • Damlacık çapı • Silindir içi sıcaklık • Aşırı doldurma- TG • Uçucu bileşik ilavesi TG • Parafinik yapyı TG TG TG TG Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Tasarımın büyüğü küçüğü YOKTUR ÖNEMLİ OLAN POZİTİF FAYDADIR Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Bir Yıldızlının sağ kolu gene bir YILDIZLIDIR Dostluk ortak değer ve ortak amaçla başlar Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Bazı şeyler yalnız ama yalnız merakla başlar
