Motor yükün etkisi - yarbis - Yıldız Teknik Üniversitesi
advertisement
Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi MOTORLAR-9 HAFTA GENİŞLEME-EGZOZ-VURUNTU Yrd.Doç.Dr. Alp Tekin ERGENÇ Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi İçten Yanmalı Motorlarda Genişleme • Genişleme sürecinde yanma sonucu meydana gelen ısı enerjisi mekanik işe dönüşür. • Genişleme başlangıcı olarak maksimum basınca ulaşıldığı an kabul edilir. • İdeal çevrimde genişleme prosesin adiabatik oldu kabul edilir , fakat gerçek çevrimde durum daha farklıdır. • Bu süreçte yoğun yanma ve gazdan cidara doğru olan ısı iletimi ayni anda ve mertebe olarak sürekli değişerek devam etmektedir ve yüksek gaz basıncın etkisi ile gaz kaçakları daha fazladır. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi İçten Yanmalı Motorlarda Genişleme • İş gazın sıcaklığı , silindir cidarlar sıcaklıklarından daha yüksek olduğundan genişleme süreci boyunca gazdan cidara doğru ısı akışı olur. • Bu ısı akışı , sıcaklık farkının ve ısı transfer alanın sürekli değişiminin sonucunda her an değişkendir. • Genişlemenin başında gaz ve cidar sıcaklıklar arasındaki fark en yüksektir buna karşı ısı transfer alanı en düşük seviyededir. • Daha sonra ısı transfer alanı artarken gaz ve cidar arasındaki sıcaklık farkı düşer. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi İçten Yanmalı Motorlarda Genişleme • Genişleme başında gaz basınçlarınında en yüksek mertebede olması nedeni ile gaz kaçakları yüksek olur buda genişleme sonucu oluşması gereken basınç ve sıcaklıkları önemli oranda etkiler. • Genişleme sürecinde yanmanın devam etmiş olması, gaz ve cidar arasında sürekli ve değişken ısı transferin olması ve gaz kaçakları gibi olaylar genişlemenin adiyabatik olarak gerçekleşmesini engellemektedirler. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi İçten Yanmalı Motorlarda Genişleme • Genişleme prosesin başlarında yanma yoğunluğu en fazladır , buna karşın ısı transfer alanın en küçük seviyede olması sonucunda gazdan cidara geçen ısının etkisini azaltmakta ve yanmanın devam etmiş o lması gaza dışardan (cidardan) iletilen ısı gibi etki yapar. • Genişleme üst katsayısı n2 adiyabat üst katsayısı k2 ’den daha küçük olur ve dolaysıyla genişlemeden beklenen sıcaklık ve basınç düşümü daha az olur. Bu durumda faydalı iş alanı daha fazladır. • Piston AÖN’ya doğru hareket ederken yanmanın etkisi azalırken , ısı transfer alanın artması sonucu ısı iletimi n2 üzerinde daha etkili olmakta ve bunun sonucunda genişleme üst katsayısı artarak , ve genişlemenin ikinci yarısından sonra adiyabat üst katsayısı k2 ’den daha büyük olur. İçten Yanmalı Motorlarda Genişleme Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi ORTALAMA GENİŞLEME POLİTROP ÜST KATSAYISINA (n2) ETKİ EDEN FAKTÖRLER: - Hava fazlalık katsayısı λ ’nın etkisi: • λ ’nın 1’den büyük olması halinde , yanma hızının düşük olması nedeni ile yanma daha uzun süre devam eder ve n 2 ’nin değeri daha düşük olur. - Motor devir sayısının etkisi: • Motor devir sayısının artması halinde , ısı iletimi için ayrılan sürenin azalması ve art yanmanın uzaması sonucunda n 2 azalır. - Motor yükün etkisi: • Motor yükü azalınca n2 düşer, yükün artması halinde ise n2 daha büyük değer alır. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi İçten Yanmalı Motorlarda Egzoz Süreci • Dört stroklu motorlarda egzoz süreci , genişleme stokun sonlarına doğru egzoz supabın avansla açılması ile başlar ve emme strokun başlarında egzoz supabın gecikme ile kapanması ile sona erer. • Egzoz gazların dış ortama akışın nedenlerine bağlı olarak egzoz sürecini üç periyoda ayırılır BİRİNCİ PERİYOT • Egzoz supabın avansla açılması ile başlar ve pistonun A.Ö.N.’ya gelmesi ile biter • Bu periyotta egzoz gazları silindir iç basıncı ve egzoz sistemi basıncı arasında oluşan basınç farkının etkisi ile dış ortama akarlar. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi İçten Yanmalı Motorlarda Egzoz Süreci İKİNCİ PERİYOT • İkinci periyot A.Ö.N.’da başlar ve Ü.Ö.N.’ya kadar devam eder. Bu periyotta egzoz gazları pistonun yapmış olduğu süpürme etkisi ile dış ortama atılırlar. Bu periyottaki gaz akış hızı (200 – 250) m/s mertebesinde olur. ÜÇÜNCÜ PERİYOT • Üçüncü periyot Ü.Ö.N.’da başlar ve egzoz supabın kapanması ile sona erer. • Bu periyotta ΔPr sıfırdan büyük olduğundan , gaz akışı , gazların atalet kuvvetlerinin etkisi ile olur. İçten Yanmalı Motorlarda Egzoz Süreci Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi • Egzoz supabın açılma avansı motorun performansını üzerinde önemli etkisi vardır. • Şekilde de görüleceği gibi Egzoz supabı açılma avansının çok büyük olması halinde pozitif iş alanından önemli bir iş alanı kaybı meydana gelir. • Egzoz açılma avansını çok küçük yapmamız halinde de pozitif iş alanından önemli bir kayıp meydana gelir ,ayrıca ikinci periyotta atılması gereken egzoz gaz miktarı fazla olacağından pistonun yapması gereken süpürme işi de artar. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi VURUNTU OTTO MOTORLARINDA VURUNTU • Yanma hızının çok yüksek olması sonucunda, ısının açığa çıkış hızıda çok yüksek olur ve bunun sonucunda meydana gelen basınç artışı, pistonun genişleme yapması ile dengelenemez. bu nedenle yüksek yanma hızlarında basınçta ve sıcaklıkta ani artışlar meydana gelir. • Yanma hızı normal seviyenin üzerine çıkmaya başlayınca önceleri zile benzeyen bir ses, yanma hızı daha da artınca çekiç darbesine benzeyen sese dönüşür. Bu durum VURUNTU olarak adlandırılır. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi VURUNTU 1-Ön reaksiyonlar teorisi(Peroksit teorisi): • Taze dolgu içersinde buji çakmadan önce ve alev cephesinin önündeki yanmamış dolgu içersinde bir takım kimyasal zincir reaksiyonları meydana gelir. • Genellikle stabil olmayan ara ürünler oluşur ki bunlarda genellikle peroksitlerdir. Bu olaya yakıtın kimyasal hazırlığı denir. • Yakıtın kendi kendine tutuşması yalnız onun ısınma süresine bağlı değildir aynı zamanda onun ön reaksiyonlarının süresine de bağlıdır ki buda sıcaklığın ve basıncın bir fonksiyonudur. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi VURUNTU • Ön reaksiyonların artması ile yakıtın kendi kendine tutuşması hızlanmaktadır. Motorun yanma odasının farklı bölgelerindeki ön reaksiyonların, yani ön hazırlıklar farklıdır. yanmamış dolgunun hazırlık süresi daha uzun ve daha yüksek basınç ve sıcaklıklarda olur. • Alevin yayılması esnasında, alevden basınç dalgaları yayılır ve bu dalgalar sıkıştırmanın artmasına neden olur. • Yanmamış dolguda yeterli ön reaksiyonlar oluşmuş ise basınç dalgasının geçmesi esnasında o bölgenin basınç ve sıcaklıklarında meydana gelecek çok küçük artışlar basınç dalgası içersinde ani olarak kendi kendine yanma meydana gelir. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi VURUNTU • Çok yüksek hızla yayılan yeni bir basınç dalgası oluşması neticesinde yanmamış dolgunun yakılmasını sağlar. • Bu basınç dalgasının içersindeki gazların sıcaklığı 3000-4000 K mertebesindedir. • SONUÇTA =yanmamış dolgu alev cephesi yerine bu basınç dalgası tarafından tutuşturulmaktadır yani alev cephesi gelmeden önce bu dolgu tutuşmaktadır. • Meydana gelen basınç dalgası ile reflagasyon dalgaları silindir cidarına çarparak vuruntu dediğimiz sesin doğmasına neden olmaktadır. • Yakıt bir hidrokarbondur ve ilk oksidasyon ürünü alkoldür. Daha sonra aldehit oluşur ve bu aldehitteki oksijen basıncın ve sıcaklığın etkisi ile peroksite dönüşür. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi VURUNTU • Peroksit çok dengesizdir,aldığı oksijeni hemen kaybeder, hidrokarbon molekülüne verir ve alkole dönüşmesini hızlandırır.Bu nedenle peroksite oksijen pompası denir. Bu olaylar zincir reaksiyon şeklinde devam eder. Buzincir reaksiyonu kurşun (TEL) durdurabilir, zincir kopar ve vuruntu meydana gelmez. 2-Vuruntu= kendi kendine yanma (Teorisi): • Birçok bilim adamı vuruntuyu kendi kendine yanma olarak tarif etmişlerdir. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi VURUNTU • Bunlara göre yanma başlamakta ve bu yanma alev cephesi halinde yayılmaktadır. Yanan kısımlarda basınç yükselmekte ve bu basınç sonucunda henüz yanmamış olan taze dolgu sıkıştırılmakta ve sıcaklığı yükselmektedir. Eğer bu sıcaklık kendi kendine tutuşma sıcaklığı Tz'nin üstüne çıkarsa o bölgede alev çekirdeği oluşur. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi VURUNTU • Art taze dolgu tam homojen olmadığından her tarafta aynı anda tutuşma başlamayabilir. • Art taze dolgunun hangi bölgesinde sıcaklık Tz'nin üzerine çıkarsa o bölgede tutuşma başlayacaktır. • Karışım çok kısa sürede yanarak ani basınç yükselmesine neden olacaktır. • Vuruntu bu şekilde bir kendi kendine yanma yani buji çakması ile meydana gelen primer yanmadan tamamen bağımsız meydana gelişini ilk olarak Rassweiler Withrow yapmış oldukları pencere deneyleri ile kanıtlamayı başarmışlardır. VURUNTU • Bazı motor araştırmacıları benzin motorlarında vuruntunun klasik bir detonasyon olduğunu savunurlar. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi 3-Vuruntu = detonasyon (Teorisi): • Klasik detonasyon: Bir tarafı açık uzunca bir boruda bulunan tutuşabilir karışımı açık taraftan tutuşturulur. • Alev boru içinde belirli bir hızda ilerlemeye başlar ve yanma sonucunda meydana gelen gazlar açık tarafa akarlar. • Yanan gazların hacmi evvelkinden çok daha büyük olduğundan bu gazların akış hızı alevin ilerleme hızından çok daha büyüktür. Çıkan gazların hızı yüksek bir değer alınca içerde büyük bir basınç dalgası doğar. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi VURUNTU • Bu basınç dalgası ses hızı ile boruda yayılır ve ulaştığı yerdeki gazı kendi kendine tutuşma sıcaklığının üstüne çıkaracak şekilde sıkıştırır ve orayı tutuşturur. Yani yanma basınç dalgasına akuple olabilir. Bu durumda yanma ses hızı ile ilerler. Bu olaya detonasyon denir. (Detonasyonda yanma hızı 2000 m/s kadardır.) Bu teorinin motor şartlarına uygulanamaması aşağıdaki hususlar ile izah edilebilir. Kurşun vuruntuyu önlediği halde detonasyonu önleyememektedir. 2- vuruntu anında yanma hızı 200-300 m/s detonasyonda 2000 m/s civarındadır. 3- Peroksitlerin detonasyona etkisi yoktur fakat vuruntuya önemli etkileri vardır. 1- VURUNTU Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Vuruntunun mahsurları • Vuruntu esnasında yanma çok ani hemen hemen sabit hacimde olmaktadır. bu yüzden silindir içersinde çok yüksek basınç bölgeleri doğmaktadır. bu basınç diğer bölgelerdeki alçak basınçla denge haline gelir ve bu esnada kuvvetli gaz titreşimleri doğar. Bu titreşimler ve basınç dalgalarının malzemeye titreşim vererek meydana getirdiği ses vuruntu esnasında duyulan sesi doğurur. 1- Vuruntu termik zorlanmaları arttırır. • Silindir ve yanma odası çeperlerine olan ısı iletimi artar ve motor ömrünün kısalmasına neden olur. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi VURUNTU 2- Vuruntu mekanik zorlanmaları arttırır. • Vuruntu esnasında meydana gelen basınç bütün elemanlara dağılır ve dolayısı ile mekanik zorlanmalara ve malzeme yorulmalarına neden olur ve motorun ömrü kısalır. 3- Vuruntu özgül yakıt harcamını arttırır. • Yanma odası çeperlerine olan ısı iletiminin artması, gazın enerjisinin büyük kısmının soğutmaya harcanması demektir. Bu da verimi düşürür ve yakıt harcamınıda arttırır. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi VURUNTU 4- Vuruntunun kendi kendini arttırıcı özelliği • İlk vuruntu meydana gelince çeper sıcaklıkları bir miktar ikincide biraz daha fazla ve müteakiben daha da fazla yükselir. Yüksek çeper sıcaklıkları art karışımın hazırlanma zamanını kısaltır, yani kendi kendine tutuşmayı kolaylaştırır. Mekanik ve termik zorlanmalar çok daha fazla artar. VURUNTU Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Vuruntuya etki eden faktörler 1- Konstrüktif faktörler (Motorun yapısında olan faktörler) 2- İşletme faktörleri (Motor çalışırken ayarlanabilen faktörler) 3- Yakıt faktörü 1-KONSTRÜKTİF FAKTÖRLER a- Sıkıştırma oranı ε T2=T1.ε k-1 Sıkıştırma sonu sıcaklığı • Sıkıştırma sonu sıcaklığı ε 'un artması ile T2 'de artacaktır ve T2 artınca art karışım kendi kendine tutuşma sıcaklığına yaklaşacaktır. Bundan dolayı sıkıştırma oranı vuruntu olmaması için sınırlanır. • Motorların sıkıştırma oranının değişmesine meydan vermemek için karbon birikmesine meydan vermemek gerekir. VURUNTU • Motorun strok hacmi küçüldükçe hacme göre soğutma yüzeyi büyür. Soğutma daha iyi olduğundan ön reaksiyonlar azalır. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi b- Motor büyüklüğü ve soğutma c- Supapların süper pozisyonu • Bu süre uzarsa vuruntu azalır. Çünkü egzoz gazları emme havası tarafından çok iyi bir şekilde süpürülür. Art egzoz gazı azalınca karışım sıcaklığı düşer. Çeperlerle de ısı alış verişi olur; onların da sıcaklığı düşer. • Bunlara bağlı olarak sıkıştırma sonu sıcaklıkları düşer ve vuruntu olasılığı azalır.
