ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ ANTOR 3LD 510 DĐZEL MOTORUNDA MR 1 YANMA ODASI KULLANIMININ SĐLĐNDĐR ĐÇĐ PARAMETRELERE VE PERFORMANSA ETKĐLERĐNĐN ĐNCELENMESĐ YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Mak. Müh. Kadir Önder KAVRUK Anabilim Dalı: Makina Mühendisliği Programı: Otomotiv HAZĐRAN 2008
ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ ANTOR 3LD 510 DĐZEL MOTORUNDA MR 1 YANMA ODASI KULLANIMININ SĐLĐNDĐR ĐÇĐ PARAMETRELERE VE PERFORMANSA ETKĐLERĐNĐN ĐNCELENMESĐ YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Müh. Kadir Önder KAVRUK 503061711 Tezin Enstitüye Verildiği Tarih: 29 Nisan 2008 Tezin Savunulduğu Tarih: 09 Haziran 2008 Tez Danışmanı : Prof. Dr. Rafig MEHDĐYEV (Đ.T.Ü.) Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Ertuğrul Arslan (Đ.T.Ü.) Prof. Dr. Orhan Deniz (Y.T.Ü.) HAZĐRAN 2008
ÖNSÖZ Türkiye de farklı silindir hacimlerine sahip dizel motor üretimi yapan Anadolu Motor fabrikası, motorlarının performans değerlerini iyileştirmek için AR-GE çalışmaları düzenlemektedir. Bu çalışmada ANADOLU MOTOR A.Ş. tarafından üretilen Antor 3LD 510 Dizel Motoru üzerinde yapılan yanma odası değişikliğinin sonuçları, silindir içi basınç ölçümü yapılarak belirlenmiştir. Tez hazırlama sürecimde bana değerli görüşleriyle yol gösteren ve ufkumu açan değerli tez danışmanım Sn. Prof. Dr. Rafig Mehdiyev e, yardımlarından dolayı Sn. Dr. O. Akın Kutlar a; ayrıca laboratuar deneylerinin yapılmasında her türlü desteği veren ANADOLU MOTOR A.Ş. ailesinden Teknik Müdür Sn. Kenan GÜNDÜZ, Mamul Mühendislik Şefi Sn. Zeki AYAZ, Mühendis Sn. Ruhi GÖKBEL ve Teknisyen Sn. Coşkun GÜNGÖR e teşekkürü borç bilirim. Haziran 2008 Kadir Önder KAVRUK ii
ĐÇĐNDEKĐLER KISALTMALAR TABLO LĐSTESĐ ŞEKĐL LĐSTESĐ SEMBOL LĐSTESĐ ÖZET SUMMARY vi vii ix xi xiii xiv 1. GĐRĐŞ 1 2. DĐZEL MOTORLAR 2 2.1. Dört Zamanlı Dizel Motorları 2 2.1.1. Emme Zamanı 2 2.1.2. Sıkıştırma Zamanı 3 2.1.3. Yanma ve Genişleme Zamanı 4 2.1.4. Egzoz Zamanı 5 2.2. Dizel Motorlarında Püskürtme 6 2.2.1. Dizel Motorlarında Yakıt Demeti Yapısı 7 2.3. Dizel Motorlarında Yanma Odaları 8 2.3.1. Direk Püskürtmeli Yanma Odalı Dizel Motorlar 8 2.3.2. Bölünmüş Yanma Odalı Dizel Motorlar 9 3. TERMODĐNAMĐK HESAP 10 3.1. Termodinamik Hesapta Yapılan Kabuller 10 3.2. Hesaplanan Parametreler 10 3.2.1. Yakıt 11 3.2.2. Đş Gazı 12 3.2.3. Emme Süreci 16 3.2.4. Sıkıştırma Süreci 18 3.2.5. Yanma Süreci 20 3.2.6. Genişleme Süreci 24 3.2.7. Egzoz Süreci 26 3.2.8. Đndike Parametreler 27 3.2.8.1. Ortalama Đndike Basınç 27 iii
3.2.8.2. Đndike Güç 28 3.2.8.3. Đndike Verim 28 3.2.8.4. Đndike Özgül Yakıt Tüketimi 29 3.2.9. Efektif Parametreler 29 3.2.9.1. Ortalama Efektif Basınç 29 3.2.9.2. Mekanik Verim 29 3.2.9.3. Efektif Verim 29 3.2.9.4. Efektif Özgül Yakıt Tüketimi 30 3.2.9.5. Efektif Güç 30 3.2.9.6. Döndürme Momenti 30 3.2.10. Hesaplama Sonuçları 30 4. DENEY DÜZENEĞĐ VE ÖLÇÜM CĐHAZLARI 31 4.1. Motorun Yüklenmesi 31 4.2. Fren Kuvvetinin Ölçülmesi 32 4.3. Yakıt Tüketiminin Ölçülmesi 35 4.4. Duman Koyuluğunun Ölçülmesi 36 4.5. Yağ Basıncının ve Sıcaklığın Ölçülmesi 36 4.6. Hava Debisinin Ölçülmesi 37 4.7. Egzoz Sıcaklığının Ölçülmesi 38 4.8. Silindir Đçindeki Basıncın Ölçülmesi 39 4.8.1. Basınç Sensörünün Çalışma Prensibi ve Đç Yapısı 39 4.8.2. Sensörün Seçilmesi ve Silindir Kafasına Yerleştirilmesi 40 4.8.3. QC34D Kuvars Basınç Sensörü 42 4.8.4. GU21D Kuvars Basınç Sensörü 43 4.8.5. GU43D Kuvars Basınç Sensörü 44 4.8.6. Basınç Sensörü Seçimi 45 4.8.7. Basınç Sensörünün Yerleştirilmesi 46 4.8.7.1. Kanalı Montaj 46 4.8.7.2. Düz Montaj 48 4.9. Püskürtme Basıncının Ölçülmesi 49 5. DENEY MOTORUNDA YAPILAN TASARIM DEĞĐŞĐKLĐKLERĐ 51 5.1. MR-1 Pistonunun Özellikleri 53 6. DENEYLERĐN YAPILIŞI VE DENEY VERĐLERĐ 54 6.1. Deneylerin Yapılışı 54 6.2. Deney Verileriyle Hesaplanan Parametreler 55 6.3. Deney Verileri 57 6.3.1. Standart Motor 57 6.3.1.1. Kompresyon Basıncı 57 6.3.1.2. 30 0 KMA Statik Püskürtme Avansı 57 6.3.1.3. 25 0 KMA Statik Püskürtme Avansı 64 iv
6.3.1.4. 20 0 KMA Statik Püskürtme Avansı 69 6.3.1.5. 17,5 0 KMA Statik Püskürtme Avansı 74 6.3.2. MR-1 Yanma Odalı Motor 79 6.3.2.1. 25 0 KMA Statik Püskürtme Avansı 79 6.3.2.2. 20 0 KMA Statik Püskürtme Avansı 85 6.3.2.3. 17,5 0 KMA Statik Püskürtme Avansı 90 7. YANMA ODASI PERFORMANSLARININ KARŞILAŞTIRILMASI 95 8. SONUÇLARIN DEĞERLENDĐRĐLMESĐ 100 KAYNAKLAR 101 ÖZGEÇMĐŞ 102 v
KISALTMALAR Ar-Ge ÜÖN KMA max Y.O. db IMEP MEP Std. Ort. Bas. : Araştırma Geliştirme : Üst Ölü Nokta : Krank Mili Açısı : Maksimum : Yanma Odası : Desibel Ses Birimi : Ortalama Đndike Basınç : Ortalama Efektif Basınç : Standart : Ortalama : Basınç vi
TABLO LĐSTESĐ Tablo 6.13 Tablo 6.14 Tablo 6.15 Tablo 6.16 Sayfa No Tablo 2.1 : Dizel yakıtın fiziksel ve kimyasal özellikleri... Tablo 3.1 : Antor 3LD 510 dizel motorunun teknik özellikleri... Tablo 3.2 : Yakıtlardaki elementlerin kütlesel kesirleri... Tablo 3.3 : Artık gazların ortalama molar özgül ısısı... Tablo 3.4 : Đndike ve efektif parametreler... Tablo 4.1 : Yük hücresi teknik özellikleri... Tablo 4.2 : QC34D basınç sensörünün teknik özellikleri... Tablo 4.3 : GU21D basınç sensörünün teknik özellikleri... Tablo 4.4 : GU43D basınç sensörünün teknik özellikleri... Tablo 4.5 : Sensörlerin ısıl performansları... Tablo 4.6 : Farklı montaj yöntemleriyle alınan sonuçlar... Tablo 6.1 : 30 0 statik avanslı standart motorun 3000 d/dak için deney verileri... Tablo 6.2 : 30 0 statik avanslı standart motorun 3000 d/dak için verim değerleri... Tablo 6.3 : 30 0 statik avanslı standart motorun 2500 d/dak için deney verileri... Tablo 6.4 : 30 0 statik avanslı standart motorun 2500 d/dak için verim değerleri... Tablo 6.5 : 25 0 statik avanslı standart motorun 3000 d/dak için deney verileri... Tablo 6.6 : 30 0 statik avanslı standart motorun 3000 d/dak için verim değerleri.... Tablo 6.7 : 25 0 statik avanslı standart motorun 2500 d/dak için deney verileri... Tablo 6.8 : 25 0 statik avanslı standart motorun 2500 d/dak için verim değerleri... Tablo 6.9 : 20 0 statik avanslı standart motorun 3000 d/dak için deney verileri... Tablo 6.10 : 20 0 statik avanslı standart motorun 3000 d/dak için verim değerleri Tablo 6.11 : 20 0 statik avanslı standart motorun 2500 d/dak için deney verileri... Tablo 6.12 : 20 0 statik avanslı standart motorun 2500 d/dak için verim değerleri... : 17,5 0 statik avanslı standart motorun 3000 d/dak için deney verileri... : 17,5 0 statik avanslı standart motorun 3000 d/dak için verim değerleri... : 17,5 0 statik avanslı standart motorun 2500 d/dak için deney verileri... : 17,5 0 statik avanslı standart motorun 2500 d/dak için verim değerleri... 7 11 12 21 30 34 43 44 45 46 49 58 60 61 62 64 65 66 67 69 70 71 72 74 75 76 77 vii
Tablo 6.17 Tablo 6.18 Tablo 6.19 Tablo 6.20 Tablo 6.21 Tablo 6.22 Tablo 6.23 Tablo 6.24 Tablo 6.25 Tablo 6.26 Tablo 6.27 Tablo 6.28 Tablo 7.1 Tablo 7.2 : 25 0 statik avanslı, MR 1 motorunun 3000 d/dak için deney verileri... : 25 0 statik avanslı MR 1 motorunun 3000 d/dak için verim değerleri... : 25 0 statik avanslı MR 1 motorun 2500 d/dak için deney verileri... : 25 0 statik avanslı MR 1 motorunun 2500 d/dak için verim değerleri... : 20 0 statik avanslı MR 1 motorun 3000 d/dak için deney verileri... : 20 0 statik avanslı MR 1 motorunun 3000 d/dak için verim değerleri... : 20 0 statik avanslı MR 1 motorun 2500 d/dak için deney verileri... : 20 0 statik avanslı MR 1 motorunun 2500 d/dak için verim değerleri... : 17,5 0 statik avanslı MR 1 motorun 3000 d/dak için deney verileri... : 17,5 0 statik avanslı MR 1 motorunun 3000 d/dak için verim değerleri... : 17,5 0 statik avanslı MR 1 motorun 2500 d/dak için deney verileri... : 17,5 0 statik avanslı MR 1 motorunun 2500 d/dak için verim değerleri... : 3000 d/dak için yanma süresi parametrelerin karşılaştırılması... : Farklı yük rejimlerinde motor performans ve verimlerin karşılaştırması.... 80 81 82 83 85 86 87 88 90 91 92 93 96 96 viii
ŞEKĐL LĐSTESĐ Şekil 2.1 Şekil 2.2 Şekil 2.3 Şekil 2.4 Şekil 2.5 Şekil 2.6 Şekil 2.7 Şekil 3.1 Şekil 3.2 Şekil 3.3 Şekil 3.4 Şekil 3.5 Şekil 3.6 Şekil 3.7 Şekil 4.1 Şekil 4.2 Şekil 4.3 Şekil 4.4 Şekil 4.5 Şekil 4.6 Şekil 4.7 Şekil 4.8 Şekil 4.9 Şekil 4.10 Şekil 4.11 Şekil 4.12 Şekil 4.13 Şekil 4.14 Şekil 4.15 Şekil 4.16 Şekil 4.17 Şekil 4.18 Şekil 4.19 Şekil 5.1 Şekil 5.2 Şekil 5.3 Şekil 6.1 Şekil 6.2 Şekil 6.3 Şekil 6.4 Sayfa No : Emme zamanı... : Sıkıştırma zamanı... : Yanma ve genişleme zamanı... : Egzoz zamanı... : Dizel yakıt demetinin yapısı... : Direk püskürtmeli yanma odası... : Bölünmüş Yanma Odası... : Emme süreci... : Sıkıştırma süreci... : Sıkıştırma adyabat üssü k 1 için nomograf... : Yanma süreci... : Genişleme süreci... : Genişleme adyabat üssü için nomograf... : Egzoz süreci... : Fren-motor bağlantısı... : Wheatstone köprüsünün şematik resmi... : Yük hücresinin teknik resmi... : Yük hücresi... : Yakıt ölçüm sistemi... : Yağlı radyatör... : Dengeleme kabı... : Sayaç... : Kuvars basınç sensörünün iç yapısı... : Piezoelektrik sensör köprü bağlantısı... : Düz Montajlama... : Kanalı Montajlama... : QC34D basınç sensörü... : GU21D basınç sensörü... : GU43D basınç sensörü... : Kanalı montaj... : Düz Montaj... : Piezoresistif sensörünün iç yapısı... : Piezoresistif sensör... : Standart piston... : MR-1 pistonu... : Piston kesit karşılaştırma... : Püskürtme pompasının altına koyulan şimler... : Đndikatör diyagramı... : Kompresyon basıncı... : Std. Y.O. 30 0 avans 3000 d/dak için verimler ve ort. indike bas... 2 3 4 6 7 8 9 16 18 19 20 24 25 26 32 33 33 35 36 36 38 38 39 40 41 41 42 43 44 47 49 50 50 51 52 52 54 55 57 60 ix
Şekil 6.5 Şekil 6.6 Şekil 6.7 Şekil 6.8 Şekil 6.9 Şekil 6.10 Şekil 6.11 Şekil 6.12 Şekil 6.13 Şekil 6.14 Şekil 6.15 Şekil 6.16 Şekil 6.17 Şekil 6.18 Şekil 6.19 Şekil 6.20 Şekil 6.21 Şekil 6.22 Şekil 6.23 Şekil 6.24 Şekil 7.1 Şekil 7.2 Şekil 7.3 Şekil 7.4 : Std. Y.O. 30 0 avans, 2500 d/dak için verimler ve ort. indike bas... : Std. Y.O. 30 0 KMA için indikatör diyagramları... : Std. Y.O. 25 0 avans, 3000 d/dak için verimler ve ort. indike bas... : Std. Y.O. 25 0 avans, 2500 d/dak için verimler ve ort. indike bas... : Std. Y.O. 25 0 KMA için indikatör diyagramları... : Std. Y.O. 20 0 avans, 3000 d/dak için verimler ve ort. indike bas. : Std. Y.O. 20 0 avans, 2500 d/dak için verimler ve ort. indike bas. : Std. Y.O. 20 0 KMA için indikatör diyagramları... : Std. Y.O. 17,5 0 avans, 3000 d/dak için verimler ve ort. indike bas. : Std. Y.O. 17,5 0 avans, 2500 d/dak için verimler ve ort. indike bas. : Std. Y.O. 17,5 0 KMA için indikatör diyagramları... : MR-1 Y.O. 25 0 avans, 3000 d/dak için verimler ve ort. indike bas... : MR-1 Y.O. 25 0 avans, 2500 d/dak için verimler ve ort. indike bas... : MR-1 Y.O. 25 0 KMA için indikatör diyagramları... : MR-1 Y.O. 20 0 avans, 3000 d/dak için verimler ve ort. indike bas.. : MR-1 Y.O. 20 0 avans, 2500 d/dak için verimler ve ort. indike bas. : MR-1 Y.O. 20 0 KMA için indikatör diyagramları... : MR-1 Y.O. 17,5 0 avans, 3000 d/dak için verimler ve ort. indike bas.... : MR-1 Y.O. 17,5 0 avans, 2500 d/dak için verimler ve ort. indike bas.... : MR-1 Y.O. 17,5 0 KMA için indikatör diyagramları... : 3000 d/dak tam yük noktasında indikatör diyagramının karşılaştırılması... : Silindir içi maksimum basınç... : 3000 d/dak tam yük noktasında silindir içi basınçlar... : MR-1 ve standart yanma odalı motorların indikatör diyagramları... 62 63 65 67 68 70 72 73 75 77 78 81 83 84 86 88 89 91 93 94 95 97 97 99 x
SEMBOL LĐSTESĐ i : Silindir Sayı N e : Efektif Güç N i : Đndike Güç n : Nominal devir sayısı ε : Sıkıştırma oranı λ : Hava fazlalık katsayısı η v : Volümetrik verim S : Piston stroku D : Piston çapı w p : Ortalama piston hızı V h : Strok hacmi C : Yakıtın kütlesel karbon içeriği H : Yakıtın kütlesel hidrojen içeriği O : Yakıtın kütlesel oksijen içeriği W : Yakıtın kütlesel su içeriği S : Yakıtın kütlesel kükürt içeriği H u : Yakıtın alt ısıl değeri L o : Bir kg yakıtın tam yanması için gereken havanın molar miktarı l o : Bir kg yakıtın tam yanması için gereken havanın kütlesel miktarı m 1 : Taze dolgu kütlesi m y : Yakıtın molar kütlesi M 1 : Taze dolgu mol sayısı ρ o : Havanın yoğunluğu M 2 : Yanma sonu ürünleri mol sayısı µ o : Moleküler değişim katsayısı T r, P r : Artık gazlar sıcaklığı ve basıncı T o, P o : Çevre sıcaklığı ve basıncı T a, P a : Emme sonu sıcaklığı ve basıncı T c, P c : Sıkıştırma sonu sıcaklığı ve basıncı T z, P z : Maksimum yanma sıcaklığı ve basıncı T b, P b : Genişleme sonu sıcaklığı ve basıncı γ r : Artık gazlar katsayısı T : Sıcaklık değişimi m r : Artık gaz miktarı k 1 : Sıkıştırma adyabatik üssü k 2 : Genişleme adyabatik üssü n 1 : Sıkıştırma politropik üssü n 2 : Genişleme politropik üssü mc v : Sabit hacimde ortalama molar özgül ısı mc p : Sabit basıncta ortalama molar özgül ısı µ : Gerçek moleküler değişim katsayısı H wm : Đş gazının ısıl değeri xi
α ξ z ρ δ p i p i p i ע τ η i b i p e η m η e b e M e M d F L R H o V γ P v P s V m V c A T L T L H λ h f n p zmax p maxyakıt p c α z α t φ av α i α yakıt φ yanma yakıt G yakıt p/ α : Basınç artış oranı : Isı kullanım katsayısı : Önceden hacim artış oranı : Sonradan genişleme oranı : Artık gaz sıcaklığı hata oranı : Teorik ortalama indike basınç : Pompalama kayıpları ortalama basıncı : Gerçek indike basınç : Yuvarlatma katsayısı : Çevrim zaman sayısı : Đndike verim : Đndike özgül yakıt tüketimi : Ortalama efektif basınç : Mekanik verim : Efektif verim : Efektif özgül yakıt tüketimi : Döndürme momenti : Dinamometreden okunan moment : Kuvvet koluna uygulanan kuvvet : Kuvvet kolu uzunluğu : Direnç : Hodgon sayısı : Dengeleme kabı hacmi : Motorun kesikli hava çekme sıklığıdgon sayısı : Kanaldaki ve debi ölçüm cihazındaki basınç kayıpları : Dengeleme kabındaki ortalama mutlak basınç : Ortalama hava akış hacimsel debisi : Oyuk hacmi : Kanal alanı : Kanal uzunluğu : Oyuk derinliği ile kanal uzunluğunun toplamı : Homojen dalga boyu : Doğal frekans : Silindir içindeki maksimum basınç : Yakıt püskürtme basıncın maksimum değeri : Kompresyon sırasında silindir içinde oluşan maksimum basınç : Yanma başlangıcıyla, maksimum basınç arasındaki süre : Yakıtın %90 ın yanması için geçen süre : Püskürtme avansı : Tutuşma geçikmesi : Yakıt püskürtme süresi : Yanma başlangıçının ÜÖN ya mesafesi : Yakıtın tüketilme süresi : Saatteki yakıt tüketimi : Yanma hızı xii
ANTOR 3LD 510 DĐZEL MOTORUNDA MR 1 YANMA ODASI KULLANIMININ SĐLĐNDĐR ĐÇĐ PARAMETRELERE VE PERFORMANSA ETKĐLERĐNĐN ĐNCELENMESĐ ÖZET Bu çalışmada, Anadolu Motor A.Ş. tarafından üretilen Antor 3LD 510 tipli dizel motoru üzerinde çalışmıştır. Motorun standart yanma odası MR 1 olarak adlandırılan tek döngülü yanma odası ile değiştirilmiştir. Yanma odasının etkisini belirleyebilmek için deneyler sırasında motorun sıkıştırma oranı, hava fazlalık katsayısı, yakıt tipi gibi performansı etkileyebilecek bütün değişkenler sabit tutulmuştur. Motor üzerinde yapılan tek değişiklik yanma odası değişimidir. MR 1 pistonunun performansını standart yanma odasıyla karşılaştırabilmek için öncelikle standart motor 30 0 KMA, 25 0 KMA, 20 0 KMA ve 17,5 0 KMA püskürtme avanslarında deneylere sokulmuştur. Bu deneyler sonucunda en yüksek güç değeri 30 0 KMA püskürtme avansı değerinde elde edilmiştir. Bu sebepten dolayı standart yanma odası için referans değer 30 0 KMA püskürtme avanslı ölçüm değerleri olarak belirlenmiştir. Standart motorun deneylerinden sonra hazırlanan MR 1 yanma odalı motor ise 25 0 KMA, 20 0 KMA ve 17,5 0 KMA püskürtme avanslarında deneylere sokulmuştur. MR 1 yanma odası en yüksek güç değerini 17,5 0 KMA püskürtme avansı değerinde verdiği için MR-1 yanma odası için referans değer 17,5 0 KMA püskürtme avanslı ölçüm değerleri olarak belirlenmiştir. Her iki yanma odasının deney verileri elde edildikten sonra yanma odalarının performansları karşılaştırılmıştır. Deneylerde güç, is, yakıt sarfiyatı ölçümü gibi ölçümlerin yanında silindir içi basınç ve püskürtme basıncı ölçümü de yapılmıştır. Püskürtme basıncını ölçmek amacıyla Kistler firmasının 4067 tipli piezoresistif sensörü, silindir içi basıncın ölçümü için ise AVL firmasının QC34D tipli piezoelektrik sensörü kullanılmıştır. Bu sensörler sayesinde indikatör diyagramları elde edilmiş ve yanma odalarının yanma analizleri yapılabilmiştir. Çalışmanın sonuç kısmında MR 1 yanma odasının standart yanma odasına kıyasla sahip olduğu avantajlar toplu halde gösterilmiştir. xiii
INVESTIGATION OF USING THE MR-1 COMBUSTION CHAMBER AND THE EFFECTS TO THE IN-CYLINDER PARAMETERS AND PERFORMANCE ON THE ANTOR 3LD 510 DIESEL ENGINE SUMMARY In this study, the Antor 3LD 510 Diesel Engine that is produced by ANADOLU MOTOR A.Ş. have been investigated. Standard combustion chamber of the engine is changed by the single swirl type combustion chamber MR-1. During the experiments; compression ratio, air excess ratio and the fuel type of the engine are kept fixed to determine the combustion chamber's effects. The only modification done is the change of the combustion chamber. First, standard engine is experimented with the 30 0 CA, 25 0 CA, 20 0 CA and 17,5 0 CA injection advances to compare the MR-1 piston's performance with the standard combustion chamber. At the end of these experiments, the highest power is obtained 30 0 CA injection advance. Consequently, the reference rate for the standard combustion chamber is determined as the measure rates with 30 0 CA injection advance. The engine with the MR-1 combustion chamber which is prepared after the experiments of standard engine is experimented with the 25 0 CA, 20 0 CA, and 17,5 0 CA injection advances. Since MR-1 combustion chamber gave its highest power rate at the rate of 17,5 0 CA injection advance, the reference rate for the MR-1 combustion chamber is determined as the measure rates with 17,5 0 CA injection advances. After the data s of the experiments of both combustion chambers are obtained, combustion chambers' performances are compared. In the experiments, besides the measuring like power, soot and fuel consumption measures, cylinder internal pressure and injection pressure measures are done. 4067 type piezoresistiv sensor of the firm Kistler is used for measuring the injection pressure and QC34D type quartz pressure transducer of the firm AVL is used for measuring the cylinder internal pressure. Owing to these sensors, indicator diagrams are obtained and combustion analyses of the combustion chambers are done. At the end of the study, advantages that MR-1 combustion chamber has, comparing the standard combustion chamber, are shown altogether. xiv
1. GĐRĐŞ Đçten yanmalı motorlar yaygın kullanım alanı buldukları için firmalar arası rekabet gün geçtikçe artmaktadır. Daha yüksek verime sahip motorların piyasada daha fazla talep görmesi nedeniyle firmalar imal ettikleri motorları geliştirmek için araştırma geliştirme faaliyetlerine yönelmektedirler. Gelişen teknolojilere ayak uyduramayan, yeterli AR-GE çalışması yapmayan firmaların motorları zaman içinde diğer firmaların motorlarına pazar paylarını kaptırmaktadırlar. Bu sebeplerden dolayı, Türkiye de farklı silindir hacimlerine sahip dizel motor üretimi yapan Anadolu Motor fabrikası, motorlarının performans değerlerini iyileştirmek için AR-GE çalışmaları düzenlemektedir. AR-GE çalışmaları Antor 3LD 510 tipli, 510 cm 3 silindir hacmine sahip motor üzerinde yapılmaktadır. Bu çalışmada Antor 3LD 510 tipli motorun yanma odası değiştirilmiş ve bu değişimin motor parametreleri üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Yanma odası olarak, motorun standart yanma odası yerine MR 1 olarak adlandırılan tek döngülü yanma odası kullanılmıştır. Motorun diğer özellikleri sabit tutularak, yanma odası değişiminin yakıt sarfiyatı, performans, silindir içindeki basınç, is emisyonu gibi motor parametrelerine etkisi incelenmiştir. Ayrıca her iki yanma odasında da farklı püskürtme avanslarının yanma üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Farklı yanma odalı motorların indikatör diyagramları deneysel olarak elde edilip, oluşan değişimler tespit edilmiştir. Motorun termodinamik hesabı yapılarak deney sonuçlarıyla karşılaştırılmış, böylece Antor 3LD 510 tipli motor için termodinamik hesapta kullanılan ısı kullanım katsayısı gibi daha önceden tahmini olarak hesaplara katılan katsayılar deney sonuçlarından elde edilen verilere göre belirlenmiştir. 1
2. DĐZEL MOTORLARI [1] Dizel çevrimi 1892 yılında Alman Mühendis Rudolf Diesel tarafından bulunmuş, 23 Şubat 1893 te patenti alınmıştır. Dizel motorunun sunumu ise 1900 yılında düzenlenen Dünya Fuarı nda, yakıt olarak yer fıstığı yağı kullanarak yapılmıştır. 2.1. Dört Zamanlı Dizel Motorları [2] Dört zamanlı dizel motorlarında çevrim emme, sıkıştırma, genişleme ve egzoz safhalarından oluşmaktadır. 2.1.1. Emme Zamanı Dizel motorlarında pistonun üst ölü noktadan, alt ölü noktaya doğru gidişi sırasında silindir içinde vakum oluşur. Bu vakumun yardımıyla hava filtresinden geçen taze hava silindirin içine girmektedir. Şekil 2.1 de gözüktüğü gibi, 5 ve 1 noktaları arasında emme stroku tamamlanır. Şekil 2.1: Emme Zamanı 2
Emme sisteminde akışkan emme supaplarının, emme kanalının yapısına ve kesitlere bağlı olarak sürtünme kayıplarına uğramaktadır. Bu sürtünme kayıpları sebebiyle emme zamanında silindir içindeki basınç atmosfer basıncından daha küçük olur. A noktasındaki basınç yaklaşık olarak 0,85 0,95 bardır. Bu noktadaki sıcaklık ise dizel motorlarında 310 350 K arasında oluşmaktadır. Silindir içine giren taze hava miktarını arttırmak amacıyla emme supabı üst ölü noktadan biraz önce açılır. Bu olaya emme açılma avansı denir. Supabın önceden açılma miktarı motorun devir sayısına bağlıdır. Bu değer yüksek devir sayılı motorlarda 20 30 0 KMA civarında olmaktadır. Dönme sayısı azaldıkça açılma avansı da azalır. Bunun yanı sıra emme supabının kapanması da tam alt ölü noktada oluşmaz. Alt ölü nokta 20 40 0 KMA kadar geçildikten sonra emme supapları kapanır. Bu olaya da emme kapanma gecikmesi denir. 2.1.2. Sıkıştırma Zamanı Emme zamanı silindir içine emilen taze hava 1 noktasından başlayarak sıkıştırılır. Silindir hacmi içinde sıkışan havanın basıncı ve sıcaklığı artar. Şekil 2.2 de gözüken 2 noktasında havanın basınç ve sıcaklık değerleri maksimum olur. Bu nokta üst ölü noktadır. Şekil 2.2: Sıkıştırma Zamanı 3
2.1.3. Yanma ve Genişleme Zamanı Bu zaman çevrimden iş alınan stroktur. Dizel motorlarında pistonun üst ölü noktaya yaklaşmasıyla birlikte enjektörden silindir içinde bulunan, sıkıştırılacak sıcaklığı yükseltilmiş havaya yakıt püskürtülür. Üst ölü nokta ile püskürtmenin başladığı nokta arasında kalan süreye püskürtme avansı denir. Mekanik püskürtmeli dizel motorlarda püskürtme avansı açısı yaklaşık olarak 10 0 20 0 KMA kadardır. Enjektörden püskürtülen yakıtın tutuşması için zaman lazımdır, bu sebepten dolayı püskürtülen yakıt hemen tutuşmaz. Bu nedenle püskürtme üst ölü noktadan önce yapılmalıdır. Silindir içindeki maksimum basınç üst ölü noktadan hemen sonra meydana gelmelidir. Şekil 2.3 yanma ve genişleme zamanını p V diyagramı üstünde göstermektedir. Şekil 2.3: Yanma ve Genişleme Zamanı Direk püskürtme dizellerde maksimum basınç 70 80 bar, ön yanmalı odalı dizel motorlarında ise 40 60 bar arasında olmaktadır. Sıcaklık 1700 2100 K dolaylarındadır. 4
Yanma egzoz supaplarının açılmasından önce tamamlanmalıdır. Ayrıca yakıtın yanmaya başlamasıyla basınç büyük bir hızla artar. Maksimum basıncın en az yarısının üst ölü noktada oluşması sağlanmalıdır. Eğer bu koşul sağlanmaz ise basınç artışı üst ölü noktadan uzakta meydana gelir ve motordan istenilen güç alınamaz. 2.1.4. Egzoz Zamanı Genişleme sonunda piston alt ölü noktaya ulaşmadan egzoz supabı açılır. Supabın erken açılması olayına egzoz supabı açılma avansı denir. Yüksek devir sayısına sahip motorlarda egzoz supabının açılma avansı 20 40 0 KMA kadardır. Egzoz supabının açılmasından hemen önce silindir içindeki gazların basıncı 3 5 bar sıcaklıkları ise 1050 K civarındadır. Egzoz supabının açılmasından hemen sonra silindir içindeki gazların basıncı 1,05 1,1 bar, sıcaklık ise 640 740 K mertebelerinde olmaktadır. Pistonun alt ölü noktadan üst ölü noktaya hareketi sırasından gazlar egzoz kanalından dışarı atılır. Egzoz gazlarının mümkün olduğu kadar dışarı atılabilmesi için egzoz supabı üst ölü noktadan sonra da kısa bir süre açık kalarak kapanır. Egzoz supaplarının kapanmasındaki bu gecikmeye egzoz supabı kapanma gecikmesi denmektedir. Egzoz supabı kapanma gecikmesi dizel motorlarında 5 10 0 KMA kadar olup, motorun dönme sayısına bağlı bir parametredir. Dönme sayısı azaldıkça açı azalmaktadır. Ancak egzoz zamanı içerisinde gazların tamamı dışarı atılamamaktadır. Bir miktar gaz silindir içinde kalır. Silindir içinde kalan, egzoz zamanı sırasında dışarı atılamayan bu gazlara artık gazlar denir. Şekil 2.4 te egzoz zamanı p V diyagramı üstünde gösterilmiştir. 5
Şekil 2.4: Egzoz Zamanı Sonuç olarak dört zamanlı motorlarda iş periodu krank milinin iki defa dönmesiyle tamamlanmaktadır. 2.2. Dizel Motorlarında Püskürtme [3] Dizel motorlarında silindir içine püskürtülen yakıtın basıncı genellikle 100 300 bar aralığında olmaktadır. Ancak son yıllarda kullanılan püskürtme sistemlerinde püskürtme basınç değerleri 1000 1500 bar mertebelerine kadar çıkabilmektedir. Silindir içi basınç püskürtme anında 30 50 bar, sıcaklık ise 900 1200 K civarlarındadır. Delik çapı 0,15 1,0 mm arasında olan bir enjektörden püskürtülen dizel yakıtın damlacık çapı ortalama olarak 10 100 µm dolaylarındadır. Tablo 2.1 de dizel yakıtın fiziksel ve kimyasal özellikleri verilmiştir. 6
Tablo 2.1: Dizel Yakıtın Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Bileşimi [%] 86 C, 13 H Yoğunluğu 15 0 C [g/ml] 0,82-0,86 Kinematik viskozitesi 20 0 C [mm 2 /s] 2-8 Kaynama noktası [ 0 C] 180-360 Buharlaşma gizli ısısı [kj/kg] 250 Alt ısıl değeri [kj/kg] 42500 Tutuşma sıcaklığı [ 0 C] 250 Setan sayısı 25-65 Kükürt oranı maksimum [%kütlesel] 0,3 Yanma için minimum hava miktarı [kg hava/kg yakıt] 14,5 2.2.1. Dizel Motorlarında Yakıt Demeti Yapısı Dizel motorlarında yakıt demeti eksensel doğrultuda üç bölgeden oluşmaktadır. Bu bölgeler başlangıç bölgesi, karışım bölgesi ve durgun bölge olarak adlandırılırlar. Yakıt demeti, radyal doğrultuda incelendiğinde ise eksene yakın kesimde çekirdek bölge, eksene uzak kesimde ise karışım bölgesi oluştuğu gözlenmektedir. Şekil 2.5 te dizel motorlarında oluşan yakıt demeti gösterilmektedir. Şekil 2.5: Dizel Yakıt Demetinin Yapısı 7
Yakıt demetinin çekirdek bölgesinde damlacık yoğunluğu ve damlacık hızı yüksektir. Çekirdek bölge ile silindir içindeki havanın arasında bulunan karışım bölgesinde ise damlacık yoğunluğu azdır ve türbülanslı akım oluşmaktadır. Yakıt demeti eksensel doğrultuda incelenirse, başlangıç bölgesinde yakıtın parçalanmaya başlandığı görülür. Bu bölge sıvı yoğunluğu açısından en yoğun bölge konumundadır. Başlangıç bölgesinden sonra karışım bölgesi gelir. Bu bölgede damlacıklarla hava türbülanslı ortamda karışmaktadırlar. Karışım bölgesinden sonraki bölge ise demetin ilerlemesini sağlamak için havayı dışarı ve yanlara doğru itmektedir. 2.3. Dizel Motorlarında Yanma Odaları [4] Dizel motorlarda yanma odaları fiziksel açısından iki temel gruba ayrılır. 2.3.1. Direk Püskürtmeli Yanma Odalı Dizel Motorlar Direk püskürtmeli dizel motorlarında, yakıt direk olarak pistonun üst yüzeyi, silindir kafası ve silindir cidarları arasındaki boşluğa püskürtülür. Karışım bu bölgede oluşur. Direk püskürtmeli dizel motorlarında hava hızı 20 80 m/s civarlarındadır. Bu değerler yüksek olmadığı için yakıt demetinin parçalanıp yanma odası içine dağılması zaman almaktadır. Bu sebepten dolayı direk püskürtmeli yanma odalı dizel motorların dönme sayısı 1000 3000 d/dak arasında olması gerekmektedir. Yüksek dönme sayılarına doğru gidildikçe verim azalmaktadır. Ancak püskürtme basıncı yüksek tutularak hava hareketlerine olan ihtiyaç azaltılabilir ve daha yüksek devir sayılarında verimli çalışma sağlanabilir. Şekil 2.6 te direk püskürtmeli yanma odasını gösterilmektedir. Şekil 2.6: Direk Püskürtmeli Yanma Odası 8
Bu tip yanma odalarında alan hacim oranı düşük olduğu için ısı kaybı azdır. Silindir içi sıcaklıklar yüksek mertebelerdedir. 2.3.2. Bölünmüş Yanma Odalı Dizel Motorlar Bölünmüş yanma odalı dizel motorlarında yakıt yardımcı yanma odasına püskürtülmektedir. Tutuşma ve yanma başlangıcı bu yardımcı yanma odası içinde oluşmaktadır. Yanmaya başlayan gazlar yüksek hızla iki yanma odası arasındaki kanaldan geçerler. Bu tip yanma odalı dizellerde hava hareketleri yüksek olduğu için dönme sayıları 4000 4500 d/dak ya çıkabilmektedir. Bölünmüş yanma odası basıncı silindir basıncını üst ölü noktaya kadar gecikme ile takip eder, üst ölü noktadan sonra her iki yanma odasındaki basınçlar aynı değerlere ulaşır. Bu tip yanma odalarında alan hacim oranı yüksek olduğu için ısı kayıpları yüksektir. Bu sebepten dolayı soğuma yüksek değerlere ulaşabilir. Şekil 2.7 de bölünmüş yanma odalı dizellerin yapısı gösterilmektedir. Şekil 2.7: Bölünmüş Yanma Odası Hava hızları yüksek olduğu için karışım hızlı ve kolay oluşmaktadır. Bu sebeple püskürtme basınçları düşük değerlerde tutulabilir. 9
3. TERMODĐNAMĐK HESAP [5,6] Deneylerde kullanılacak olan Antor 3LD 510 tipli motorun parametrelerini belirlemek amacıyla motorun termodinamik hesabı yapılmıştır. Daha sonra deneylerden elde edilen verilerle hesaplar karşılaştırılacaktır. 3.1. Termodinamik Hesapta Yapılan Kabuller Termodinamik hesap verilen şu şartların kabulü ile yapılmaktadır. 1) Silindir içindeki gazlar, aralarında reaksiyona girmeyen ve özgül ısısı sıcaklığa bağlı olarak değişen ideal gazlardır. 2) Đdeal çevrimlerdeki gibi, yanma süreci kısmen sabit hacimde kısmen de sabit basınçta zaman faktörü göz önüne alınmadan gerçekleşir 3) Sıkıştırma ve genişleme süreçlerindeki isi kayıpları politropik süreçlerin istatistik olarak belirlenmiş üs değerleriyle hesaba katılır. 4) Yanma süreci ısı kayıpları tecrübi olarak belirlenmiş ısı kullanım katsayısı ile hesaba katılır. 3.2. Hesaplanan Parametreler Hesapları yapılacak Antor 3LD 510 tipli dizel motorun hesaplarda lazım olacak olan teknik özellikleri Tablo 3.1 de verilmiştir. 10
Tablo 3.1: Antor 3LD 510 Dizel Motorunun Teknik Özellikleri PARAMETRE SEMBOL DEĞER BĐRĐM Silindir Sayısı i 1 Efektif Güç Ne 11,25 [BG] Nominal Devir Sayısı n 3000 [d/dak] Sıkıştırma Oranı ε 17,5 Hava Fazlalık Katsayısı λ 1,45 Volümetrik Verim n v 0,80 Piston Stroku S 90 [mm] Piston Çapı D 85 [mm] Ortalama Piston Hızı Wp 9 [m/s] 3.2.1. Yakıt Yakıt hava karışımı termodinamik hesabı kolaylaştırmak için 1 kg olarak kabul edilir. Motor yakıtları farklı hidrokarbon karışımlarından oluşur. Sıvı yakıt için; C + H + O = 1 (3.1) Denklem 3.1 de C, H ve O 1 kg yakıtta karbonun, hidrojenin ve oksijenin kütlesel kesirlerini ifade etmektedirler. Eğer bu kütlesel kesirler biliniyor ise, alt ısıl değer (H u ) Denklem 3.2 deki gibi hesaplanır. 3 [ 33,91 C + 125,6 H 10,89 ( O S) 2,51 ( 9 H + )] 10 H u = W kj/kg Denklemde yer alan S ve W sırasıyla sülfürün ve su buharının kütlesel kesirleridir. Tablo 3.2 de yakıtlarda bulunan elementlerin kütlesel kesirleri verilmiştir. 11
Tablo 3.2: Yakıtlardaki Elementlerin Kütlesel Kesirleri Sıvı Yakıt C H O Benzin 0,855 0,145 - Dizel Yakıt 0,870 0,126 0,004 Hesaplamalarda kükürt ve su buharının kütlesel kesirleri sıfır olarak alınmıştır. Bu verilerle dizel yakıt için alt ısıl değer hesaplanır. H u = 3 [ 33,91 0,87 + 125,6 0.126 10,89 ( 0,004) 2,51 ( 9 0,126) ] 10 H = 42437,4 kj/kg = 42, 4374 MJ/kg bulunur. u 3.2.2. Đş Gazı 1 kg yakıtın tam yanması için gerekli teorik hava miktarı hacimsel olarak Denklem 3.2, kütlesel olarak da Denklem 3.3 teki gibi hesaplanır. 1 C H O L o = + kmol hava/kg yakıt (3.2) 0,208 12 4 32 1 0,87 0,126 0,004 L o = + = 0,4993 kmol hava/kg yakıt 0,208 12 4 32 1 8 l0 = C + 8 H O kg hava/kg yakıt (3.3) 0,23 3 1 8 l 0 = 0,87 + 8 0,126 0,004 = 14,45 kg hava/kg yakıt 0,23 3 Hava fazlalık katsayısı ile yakıt hava karışımındaki gerçek hava miktarı hesaplanır. Denklem 3.4 hava fazlalık katsayısını göstermektedir. λ = L L o (3.4) Antor 3LD 510 için hava fazlalık katsayısının değeri 1,45 dir. Denklem 3.4 ten Denklem 3.5 çekilirse karışımdaki gerçek hava miktarı hesaplanabilir. L = λ L o kmol hava/kg yakıt (3.5) 12
L = 1,45 0,4993 = 0,724 kmol hava/kg yakıt Gerçek hava miktarı hacimsel olarak hesabı Denklem 3.6 da gösterilmiştir. l = λ l o kg hava/kg yakıt (3.6) l = 1,45 14,45 = 20,95 kg hava/kg yakıt Taze dolgu yakıt hava karışımı, 1 kg yakıta ek olarak havadan oluştuğu için taze dolgunun kütlesel (m 1 ) ve mol (M 1 ) miktarları sırasıyla Denklem 3.7 ve Denklem 3.8 ile hesaplanır. 1 = 1+ l = 1+ λ l o kg/kg yakıt (3.7) m m = 1+ l = 1+ 20,95 21,95 kg/kg yakıt 1 = Termodinamik hesaplarda gazların hacimsel miktarı ile gösterilmesi sebebiyle formüllerde gaz miktarları mol olarak ele alınmıştır. 1 1 M = + L = + λ L 1 o kmol/kg yakıt (3.8) m y m y Burada m y yakıtın molar kütlesidir. Birimi kg/kmol dür. 180 ile 200 arasında değişen değerler almaktadır. m y = 190 kg/kmol için, 1 M 1 = + 0,724 = 0,73 kmol/kg yakıt 190 Đş karışımı, taze dolgu ve egzoz sürecinde atılamayan yanma ürünlerinden oluşmaktadır. Đş karışımı miktarı hesaplarda M a olarak gösterilmiştir. Denklem 3.9 ile M a hesaplanır. M + a = M 1 M r (3.9) Artık gazların miktarı, artık gazlar katsayısı ile belirlenir. Artık gazlar katsayısı 0,03 olarak alınmıştır. 13
M a = M + γ M = M (1 + γ ) (3.10) 1 r 1 1 r M = 0,73 + (1 + 0,03) = 0,752 kmol/kg yakıt a Đş karışımı miktarı bulunduktan sonra taze dolgu yoğunluğu Denklem 3.11 ile hesaplanır. ρ o P o 10 6 = 287 T o (3.11) 6 0,1 10 ρ o = = 1,189 kg/m 3 olarak bulunur. 287 293 Taze dolgu yoğunluğunun hesabından sonra yanma ürünlerinin bileşim miktarı hesaplanacaktır. Stokiyometrik yakıt hava karışımının tam yanma ürünleri karbon dioksit, su buharı ve azottan oluşmaktadır. Ancak Antor 3LD 510 Dizel Motoru nda fakir yakıt hava karışımı kullanıldığından oksijen de yanma ürünü olarak oluşur. Buna göre Antor 3LD 510 motorunda sıvı yakıtın yanma ürünleri miktarı aşağıdaki gibi hesaplanır. M = M + M + M + M (3.12) 2 CO H O O N 2 2 2 2 C M CO = 2 12 (3.13) 0,87 M CO = = 0,0725 kmol/kg yakıt olarak bulunur. 2 12 M H 2 O = H 2 (3.14) 0,126 M H = = 0,063 2O kmol/kg yakıt yanma ürünleri içinde bulunan su buharı 2 miktarıdır. Yanma ürünleri içindeki oksijen miktarını hesaplamak için Denklem 3.15 kullanılır. M O = 0,208 ( λ 1) L 2 o (3.15) 14
M = 0,208 (1,45 1) 0,4993 0,0467 kmol/kg yakıt O = 2 M = N 0,792 λ L 2 o (3.16) M = 0,792 1,45 0,4993 0,5734 kmol/kg yakıt N = 2 Yanma ürünleri içindeki bütün gazların miktarları ayrı ayrı hesaplandıktan sonra Denklem 3.12 kullanılarak yanma ürün miktarı M 2 bulunur. M = 0,0725 + 0,063 + 0,0467 + 0.5734 0,7556 kmol/kg yakıt 2 = Yanma sırasında bağıl hacim değişimi, yanma ürünleri mol miktarının yakıt hava karışımı mol miktarı oranına eşit olan, yakıt hava karışımının kimyasal moleküler değişim katsayısı değişim katsayısını göstermektedir. µ o büyüklüğü ile tanımlanır. Denklem 3.17 kimyasal moleküler µ o = M M 2 1 (3.17) Eğer λ > 1 ise yakıt hava karışımının kimyasal moleküler değişim katsayısı µ o Denklem 3.18 ile de hesaplanabilir. ( H / 4) + ( O / 32) (1/ m y ) µ o = 1+ (3.18) ( λ L ) + (1/ m ) o y (0,126 / 4) + (0,0467 / 32) (1/190) µ o = 1 + = 1,0377 olarak hesaplanır. (1,45 0,4993) + (1/190) Artık gaz parametreleri p r ve T r iki yolla tayin edilir. Bu veriler ya benzer motor bilgilerinden yararlanarak tahmini olarak kabul edilir ya da ampirik formüllerle hesaplanır. Denklem 3.19 ve 3.20 de bu parametreler için deneye dayalı formüller gösterilmiştir. 4 pr = po (1 + 0,55 10 n) (3.19) T r = 1302 403,5 λ + 0,037 n 7, 38 ε (3.20) 15
Benzin ve dizel motorlarında artık gaz basıncı aşırı doldurma olmadığı durumlarda atmosfer basıncının 1,05 ile 1,25 katı arasında değişmektedir. Sıcaklıklar ise benzin motorlarında 900 ile 1100 K, dizel motorlarında 600 ile 900 K sınırları arasında olmaktadır. Antor 3LD 510 Dizel Motoru için hesaplarda aşağıdaki değerler kabul edilmişlerdir. p = 0,105 MPa r T = 750 K r Hesaplamanın sonunda, kabul edilen değerler %5 hata payından daha az bir hata ile kabul edildiği görüldüğü takdirde hesaplamalar doğru kabul edileceklerdir. Daha önceden de bahsedildiği gibi içten yanmalı motorların çevrimi emme, sıkıştırma, yanma ve genişleme son olarak da egzoz evrelerinden oluşmaktadır. Hesaplamalarda her evre ayrı başlık altında tek tek incelenecektir. 3.2.3. Emme Süreci Şekil 3.1 de emme zamanı p-v diyagramı üzerinde gösterilmiştir. Şekil 3.1: Emme Süreci 16
Emme süreci sonu iş gazı basıncı Denklem 3.21 ile hesaplanır. a [( T + T ) ε 1) p η + p T ]/( T ) p = ( ε (3.21) Bu denklemde o o v r o o T taze dolgunun emme süresince motorun sıcak çeperlerinden aldığı ek ısıdan kaynaklanan sıcaklık artışıdır. Benzin motorlarında T 0 ile 20 K, dizel motorlarında aşırı doldurma olmadığında 10 ile 40 K arasındadır. Aşırı doldurmalı motorlarda bu değer -5 ile 10 K arasında değişmektedir. T tahmini olarak belirlenebileceği gibi deneysel verilere dayalı bir denklem ile de hesaplanabilir. Denklem 3.22 T in ampirik olarak hesaplanışını göstermektedir. T = 30 0, 006 n (3.22) Antor 3LD 510 Dizel Motoru aşırı doldurmasız dizel motor için olduğu için yaklaşık olarak 10 ile 40 K arasındadır. Hesaplamalar için T 15 K alınmıştır. T T = 15 K T değeri belirlendikten sonra p a değeri Denklem 3.21 yardımıyla hesaplanır. [( 293 + 15) (17,5 1) 0,1 0,8 + 0,105 293] /( 17,5 293) = 0, 0853 p = MPa a A noktasındaki basınç atmosfer basıncından daha düşük olarak bulunmuştur. Bunun başlıca sebebi emme kanalı boyunca havanın motor çeperlerine sürtünerek basınç kaybına uğramasıdır. A noktasındaki basınç bulunduktan sonra artık gazlar katsayısı Denklem 3.23 ile hesaplanabilir. r r o ( T ( p p )) γ = p ( T + T ) / ε (3.23) γ r r a r ( 750 ( 17,5 0,0853 0,105) ) 0, 031 = 0,105 (293 + 15) / = Aşırı doldurma olmadığı durumlarda A noktasındaki sıcaklık değeri Denklem 3.24 ile hesaplanır. T a [( T + T ) + γ T ] ( + γ ) = / 1 (3.24) o r r r 17
[( 293 + 15) + 0,031 750] /( 1+ 0,031) = 321, 3 T = K olarak hesaplanır. a Dizel motorlarında p a 0,082 0,097 MPa, T a ise 310 350 K arasındadır. Hesaplanan sıcaklık ve basınç değerleri bu aralıklar arasında kalmaktadır. 3.2.4. Sıkıştırma Süreci Şekil 3.2 de sıkıştırma süreci p-v diyagramı üzerinde gösterilmiştir. Şekil 3.2: Sıkıştırma Süreci Sıkıştırma sürecinde sıkıştırma politrop üssü sabit kabul edilir. Bu kabule dayanarak Denklem 3.25 ve Denklem 3.26 yazılabilir. p a n1 n1 n1 V = p V = p V (3.25) a x x c c T V = T V = T V (3.26) a n1 1 n1 1 n1 1 a x x c c T = 321,3 K ve sıkıştırma oranı ε, 17,5 için Şekil 3.3 te gösterilen nomograftan k 1 a değeri 1,372 olarak belirlenir. Sıkıştırma politrop üssü n 1 adyabat üssüne eşit alınarak hesaplar yapılır. 18
Şekil 3.3: Sıkıştırma Adyabat Üssü k 1 için Nomograf Nomograftan okunan k değeri c v ile c p oranını göstermektedir. Denklem 3.25 ve Denklem 3.26 dan yararlanarak sıkıştırma sonu basınç ve sıcaklık değerleri hesaplanabilir. p = c p a ε n 1 (3.27) 1,372 p = 0,0853 17,5 = 4,329 MPa c Denklem 3.27 ile c noktasındaki basınç değeri hesaplanır. Denklem 3.28 ise c noktasındaki sıcaklık değerini veren denklemdir. T = ε c T a n1 1 (3.28) 1,372 1 T = 321,3 17,5 = 931,76 K c 19
3.2.5. Yanma Süreci Şekil 3.4 de sıkıştırma süreci p-v diyagramı üzerinde gösterilmiştir. Şekil 3.4: Yanma Süreci Yanma sürecinin termodinamik hesabı motor tipi ve yakıt hava karışım oluşturma yöntemine bağlı olarak yapılır. Hesaplamalar termodinamiğin birinci kanunu ve ideal gaz denklemine bağlı olarak yapılmaktadır. Denklem 3.29 da yanma ürünlerinin belli sıcaklık sınırları aralığında ortalama mol özgül ısısı tablolardan veya ampirik formüllerden hesaplanır. t ( c ) t 2 t 2 ( m c ) + ( ) ( ) ( ) vco 2 m 0 h20 m c t vh2o to t 2 t 2 2 m cvo 2 + m N 2 m c to ch 2 to 2 mco 2 m v = 1/ m2 (3.29) t 0 + mo Yakıt hava karışımının ortalama molar özgül ısısı Denklem 3.30 ile hesaplanır. c 3 ( m c v ) = 20,6 + 2,638 10 t (3.30) t t o c ( 931,76 273) = 22, 337 tc 3 ( m ) = 20,6 + 2,638 10 kj/kmol derece c v t o 20
Artık gazların ortalama molar özgül ısısı tablo aracılığı ile belirlenir. Tablo 3.3 ten hava fazlalık katsayısı 1,45 ve sıkıştırma sonu sıcaklığı 658,76 o C için artık gazların ortalama molar özgül ısısı okunur. Tablo 3.3: Artık Gazların Ortalama Molar Özgül Isısı Artık gazların ortalama molar özgül ısısı; tc ( ) = 24, 2 m kj/kmol derece olarak bulunur. c v to Đş gazı ortalama molar özgül ısısı Denklem 3.31 ile hesaplanır. c ( ) tc tc t ( m c ) = ( m c ) + γ ( m c ) v t o 1 1+ γ r v t o r v t o (3.31) 1 m c v kj/kmol derece to 1+ 0.031 tc ( ) = ( 22.337 + 0.031 24.2) = 22, 39 Đş karışımının gerçek moleküler değişim katsayısı Denklem 3.32 ile hesaplanır. 21
µ = µ + γ ) /(1 + γ ) (3.32) ( o r r Değerler yerine koyulursa gerçek moleküler değişim katsayısı hesaplanabilir. µ = ( 1,0377 + 0,031) /(1 + 0,031) = 1,034 Đş gazının ısıl değeri Denklem 3.33 ile hesaplanır. H = H u w, m ( m1 ( 1+ γ r )) (3.33) 42437 H = 56385 kj/kmol ( 0,73 ( 1+ 0,031) ) w, m = Yanma ürünlerinin sabit hacimdeki ortalama molar özgül ısısı aşağıdaki denklemde olduğu gibi hesaplanır. ( m c ) " tz v to = 1 M 2 M + M CO 2 O 2 tz tz ( m c ) + ( ) ( ) v " CO t M o H O ( m cv )" 2 2 H 2O to tz tz m cv " + O t M o N m cv " 2 2 N 2 to (3.34) ( m c ) " tz v t ( 39,123 0,003349 t ) 0,0725 z 1 + 0,063 (26,67 0,004438 t z ) = 0,7556 + 0,0467 + 0,5734 3 o = 24,1 + 1,89 10 ( 23,723 0,00155 t z ) ( 21,951 0,001457 t ) Yanma ürünlerinin sabit basınçtaki ortalama molar özgül ısısı ise Denklem 3.35 ile hesaplanır. tz tz ( c )" = ( m c )" + 8, 315 m (3.35) p t o v t o tz 3 3 ( m c p )" t = 24,1 + 1,89 10 t z + 8,315 = 32,415 + 1,89 10 t z o z t z Hesaplamaların devamında sabit hacimdeki basınç artış oranın belirlenmesi gerekmektedir. α simgesiyle gösterilen basınç artış oranı ön yanma odalı dizel motorlarında 1,6 ile 1,8 arasında değerler almaktadır. Direk püskürtmeli dizel motorlarında ise 1,8 ile 2,2 arasındadır. Antor 3LD 510 Dizel Motoru direk püskürtmeli olduğu için basınç artış oranı 1,8 seçilmiştir. 22
Antor 3LD 510 motoru için ısıl kullanım katsayısı değeri olarak 0,70 değeri alınmıştır. tc tc ( m cv ) + 8,315 α ) tc + ( α µ ) = ( m c p ) t z ξ z H w, m + 2270 µ (3.36) 0,7 56385 + = 1,034 t o ( 22,39 + 8,315 1,8 ) 658,76 + 2270 ( 1,8 1,034) 3 ( 32,415 + 1,834 10 t z ) t z Yukarıdaki denklem sadeleştirir. t o 0,00196 + 33,5526 t 2 t z z 65852 = 0 Bu ikinci dereceden denklem çözüldüğü zaman biri pozitif diğeri negatif olmak iki adet kök bulunur. Sıcaklık değeri olarak pozitif kök alınır. t z = 1778,055 o C T = 2051,055 K z Sıcaklık değerinin elde edilmesinden sonra z noktasındaki basınç değeri Denklem 3.37 ile bulunur. p z = λ p c (3.37) p = 1,8 4,329 = 7,8 MPa z Doğal emişli dizel motorlarında T z değeri 1850 ile 2100 K, p z ise 6 ile 8 MPa aralıklarındadır. Hesaplanan parametreler bu aralık değerine uymaktadır. 23
3.2.6. Genişleme Süreci Şekil 3.5 te genişleme süreci p-v diyagramı üzerinde gösterilmiştir. Şekil 3.5: Genişleme Süreci Önceden hacim artış oranı Denklem 3.38 ile hesaplanır. µ T ρ = λ T z c (3.38) ρ = 1,034 2051,055 = 1,26 1,8 931,76 Sonradan genişleme oranı ise Denklem 3.39 ile hesaplanır. ε δ = ρ (3.39) δ = 17,5 1,26 = 13,82 24
Genişlemenin politropik üssü sabit kabul edilerek aşağıdaki denklemlerle basınç ve sıcaklık değerleri hesaplanır. p a n2 n2 n2 V = p V = p V (3.40) a x x c c n2 1 n2 1 n2 1 T a Va = Tx Vx = Tc Vc (3.41) Şekil 3.6 da gözüken nomograftan adyabat üssü k 2 okunur. Politropik üs adyabat üstten yaklaşık olarak 0,02 daha ufaktır. Şekil 3.6: Genişleme Adyabat Üssü Đçin Nomograf Genişleme politropik üssü n 2 1,26 olarak bulunur. 1 p b = p z n δ 2 (3.42) 25
1 p b = 7,9 = 0,284 MPa 1, 26 13,82 T b T z 1 = n 1 δ 2 (3.43) 1 T b = 2051,055 = 1036,072 K 1,26 1 13,82 Dizel motorlarında p b 0,2 ile 0,4 MPa, T b ise 1000 ile 1200 K değerleri arasındadır. Hesaplanan değerler de bu mertebelerdedir. 3.2.7. Egzoz Süreci Şekil 3.7 de egzoz süreci p-v diyagramı üzerinde gösterilmiştir. Şekil 3.7: Egzoz Süreci Bu sürede artık gazların sabit basınçta dışarı atıldığı kabul edilir. Hesapların başlangıcında T r ampirik olarak tayin edilir. 26
T = ' r 3 T b p p b r (3.44) ' 1036,072 T r = = 743,0465 K 0,284 3 0,105 Hesapların başlangıcında Tr sıcaklığı 750 K olarak kabul edilmişti. Denklem 3.45 ile yapılan hata değeri belirlenir. ' ( T r Tr )/ Tr = 100 (3.45) ( 743,0465 750) / 750 = 0, 92 = 100 Hata değeri %5 in altında olduğu için hesaplar doğru kabul edilebilir. 3.2.8. Đndike Parametreler 3.2.8.1. Ortalama Đndike Basınç p-v diyagramının alanı, yanma sonu ürünlerinin pistona yaptığı işle orantılıdır. Bu işe indike iş denilir. Đndike işin strok hacmine oranı ortalama indike basınç değerini verir. Dizel motorlarında ortalama indike basıncın teorik değeri Denklem 3.46 ile hesaplanır. p ' i pc α ε 1 α ρ 1 1 1 ( ρ 1) + 1 1 = n 2 1 n1 1 n2 1 δ 1 1 ε n (3.46) ' p = 0,8 MPa olarak bulunur. i Dizel motorlarında emme ve egzoz sürelerinde pompalama kayıpları oluşmaktadır. Bu basınç kaybı Denklem 3.47 ile gösterilir. p i = p r p a (3.47) i p = 0,105 0,0853 = 0,0197 MPa 27
Dizel motorlarında ortalama indike basıncın gerçek değeri ise Denklem 3.48 ile hesaplanır. p i = υ p p (3.48) ' i i Denklem 3.48 de kullanılan υ teorik çevrimin r, c, z ve b geçiş noktalarında çevrimi yuvarlatarak gerçek çevrime yaklaştırmak için kullanılan yuvarlatma katsayısıdır. Dizel motorlarında υ 0,92 ile 0,97 değerleri arasındadır. γ = 0,97 olarak seçilir ise; p = 0,97 0,8 0,0197 = 0,76 MPa i Antor 3LD 510 Dizel Motoru için ortalama indike basınç 0,76 MPa olarak hesaplanmıştır. 3.2.8.2. Đndike Güç Đndike güç Denklem 3.49 ile hesaplanır. pi Vh i n N i = (3.49) 30 τ Denklemdeki τ motorun zaman değeridir. Antor 3LD 510 motoru 4 zamanlı olduğu için τ un değeri 4 dür. i sembolü ise motorda bulunan silindir sayısıdır. 0,76 0,51 1 3000 N i = = 13,2 kw 30 4 3.2.8.3. Đndike Verim η p l λ i o i = (3.50) H u ρ o ηv η i = 0,76 14,45 1,45 = 0,394 42,4374 1,189 0,8 28
3.2.8.4. Đndike Özgül Yakıt Tüketimi b i = 3600 H η u i (3.51) 3600 b i = = 214,795 g/kw saat 42,4374 0,394 3.2.9. Efektif Parametreler 3.2.9.1. Ortalama Efektif Basınç Đndike işten sürtünme kayıpları çıkarıldıktan sonra geri kalan iş krank miline geçer. Bu işe mekanik iş veya mil işi denilmektedir. Bu işin silindir hacmine oranına ortalama efektif basınç denilmektedir. Denklem 3.52 ile hesaplanır. p e P = 36 e 120 1, n Vh (3.52) Değerler yerine koyulursa p e, MPa biriminde bulunur. p e 11,25 120 = 1,36 3000 0,51 p = 0,64 MPa e 3.2.9.2. Mekanik Verim Krank miline geçen işin, indike işe oranına mekanik verim denir. p e η m = (3.53) pi η m 0,64 = = 0,76 0,84 3.2.9.3. Efektif Verim η = η η (3.54) e m i η e = 0,84 0,363 = 0,3 29
3.2.9.4. Efektif Özgül Yakıt Tüketimi Efektif özgül yakıt tüketimi kw saat başına gram olarak sarf edilen yakıt miktarını gösterir. b e = 3600 H 0,3 u (3.55) b = 282,76 g/kw saat e 3.2.9.5. Efektif Güç pe Vh i n N e = (3.56) 30 τ 0,64 0,51 1 3000 N e = = 8,16 kw 30 4 3.2.9.6. Döndürme Momenti Döndürme momenti Denklem 3.57 ile hesaplanır. M e 3 30 10 N = π n e (3.57) 3 30 10 8,16 M e = = 25,97 Nm π 3000 3.2.10. Hesaplama Sonuçları Hesaplanan indike ve efektif parametreler Tablo 3.4 ile gösterilmiştir. Tablo 3.4: Đndike ve Efektif Parametreler Đndike Parametreler Efektif Parametreler Birimler Ortalama Basınç 0,76 0,64 MPa Güç 13,2 11,09 BG Verim 0,394 0,3 Özgül Yakıt Tüketimi 214,79 282,76 g/kw saat 30
4. DENEY DÜZENEĞĐ VE ÖLÇÜM CĐHAZLARI 4.1. Motorun Yüklenmesi [7] Antor 3LD 510 Dizel Motorunun performans karakteristiklerini belirlemek amacıyla motor elektromanyetik bir frenle yüklenmiştir. Motor freni, motorun çıkış miline iletilen güce eş değer bir karşı yük uygulayarak motoru frenlemeye çalışmaktadır. Bu frenleme momenti ölçülerek motorun ürettiği güç bulunur. Ancak moment direk olarak ölçülmez. Uygulanan kuvvet ölçülerek, moment kolu uzunluğu ile çarpılır. M d = F L (4.1) Motorlarda frenleme, momentleri gücün yutuluş yöntemine göre çeşitli gruplara ayrılır. En yaygın kullanılan motor freni çeşitleri şunlardır: 1- Mekanik sürtünmeli frenler 2- Hava sürtünmeli frenler 3- Su sürtünmeli frenler 4- Elektrik jeneratörlü frenler 5- Elektromanyetik frenler Deneylerde kullanılan elektromanyetik frenin çalışma prensibi Fuko akımlarına dayanır. Elektromanyetik frenlerde, içerisinde sargılar bulunan ve soğutulma imkanına sahip bir stator ve üzerinde dönme eksenine paralel oluklar olan bir rotor bulunmaktadır. Rotor üzerindeki bu oluklar rotor üzerinde bir dişli çark şeklinde tepe noktaları oluşturur. Rotor, motor tarafından döndürülmek istendiği zaman stator sargılarına uygulanan doğru akımın yaratığı manyetik alanın rotordan statora ve tersine Fuko akımları oluşması nedeniyle manyetik kuvvet çizgileri de birlikte dönmek isteyeceğinden stator sürüklenir. Bu sürüklenme motora ters yönde bir moment uygulanmasına neden olur. 31
Fren içerisinde Fuko akımları şeklinde harcanan elektrik enerjisi rotor ve statoru ısıtmaktadır. Bu sebeple fren su ile soğutulur. Frenin motora bağlanması dişli ve kaplin grubu ile sağlanır. Şekil 4.1 de motorla frenin bağlanış şekli gözükmektedir. Şekil 4.1: Fren-Motor Bağlantısı 4.2. Fren Kuvvetinin Ölçülmesi [8] Dinamometrenin kuvvet kolundaki gücün ölçümünde yük hücresi kullanılmaktadır. Yük hücresi, fiziksel kuvveti elektrik sinyali olarak çıkaran elemandır. Yapı yay elemanı olarak adlandırılan, özel olarak seçilmiş ve şekil verilmiş metal şase ile strain gagelerle kurulmuş bir wheatstone köprüsünden oluşur. Yay elemanı üzerine bir fiziksel kuvvet uygulandığında bu bir deformasyona sebep olur, yay elemanında meydana gelen bu deformasyon wheatstone köprüsü üzerinden bir elektrik sinyali olarak çıktılaşır. Elde edilen bu sinyal mikroişlemci tabanlı bir göstergede işlenerek, kuvvet bilgisi olarak gösterilmiştir. Kuvvet değeri kol uzunluğu ile çarpılınca motorun verdiği moment değeri elde edilir. Şekil 4.2 de wheatstone köprüsünün şematik olarak gösterilişi bulunmaktadır. 32
Şekil 4.2: Wheatstone Köprüsünün Şematik Resmi R1, R2,R3 ve Rg dirençleri birbirine eşitse, Vcc beslemesi köprü girişine uygulandığında B ve D çıkışında herhangi bir voltaj okunmaz, çıkış sıfır olur. Rg ye bağlanan yük ile strain gauge in direnci değişir, çıkış terminalinde voltaj artmaya başlar. Böylece yük hücresine bir ağırlık bağlanırsa çıkış terminalinde voltaj oluşur. Bu yöntemle Rg direnci uygulanan kuvvetle değişir. Yük hücresinin çalışma prensibi bu şekilde özetlenebilir. Motor test düzeneğinde Esit firmasının STCS tipli yük hücresi kullanılmıştır. Kullanılan yük hücresinin teknik resmi Şekil 4.3 ile gösterilmiştir. Şekil 4.3: Yük Hücresinin Teknik Resmi 33
Yük hücresinin teknik özellikleri Tablo 4.1 ile gösterilmiştir. Tablo 4.1: Yük Hücresi Teknik Özellikler Özellik Değer Birim Maksimum kapasite (Emax) 500 kg Hassasiyet sınıfı (OIML R 60 standartlarına göre) C3 Maksimum bölüntü sayısı (nlc) 3000 Minimum ölçüm aralığı (Vmin) Emax/10000 Toplam hata ±0.02 % Sıfıra dönüş hatası (DR) 0.007 %Emax Minimum yük 0 %Emax Aşırı yükleme kapasitesi 150 %Emax Aşırı yan yükleme kapasitesi 100 %Emax Kırılma kapasitesi 200 %Emax Esneme (Emaxyükte) 0.4 mm Maksimum uyarma gerilimi (Umax) 15 V Kazanç (Cn) 2 ±0.1% mv/v Yüksüz çıkış ±1.0 %Cn Giriş direnci 385 ±20 Ω Çıkış direnci 350 ±3 Ω Đzolasyon direnci 500 MΩ Düzeltilmiş çalışma sıcaklığı aralığı -10...+40 C Çalışma sıcaklığı aralığı -40...+80 C Yük Hücresi malzemesi Koruma sınıfı (EN60529 standartlarına göre) Paslanmaz Çelik IP66 Ağırlık 0.5 kg Yük hücresinin çıkış kablolarında 2 adet besleme ve 2 adet çıkış kablosu olmak üzere 4 kablo bulunur. Bu kablolar bağlantı kutusuna bağlanır. Yük hücresinin kablo açıklaması şu şekildedir: Kırmızı - Çıkış Beyaz + Çıkış Yeşil + Besleme Siyah - Besleme Şekil 4.4 ile fren üzerindeki yük hücresi gösterilmiştir. 34
Şekil 4.4: Yük Hücresi 4.3. Yakıt Tüketiminin Ölçülmesi [7] Motor deneylerinde, motor tarafından tüketilen yakıt miktarı üç şekilde ölçülebilir. Bu yöntemler şunlardır: 1- Hacimsel ölçü yöntemi 2- Ağırlıksal ölçü yöntemi 3- Debi ölçme yöntemi Motor deneyleri sırasında ağırlıksal ölçü yöntemi kullanılmıştır. Yakıt ölçümünde kullanılan sistem Şekil 4.5 te gösterilmektedir. Bu sistemde kap içinde bulunan yakıtın ağırlığı 150 grama düştüğü anda süreölçer çalışmaya başlamaktadır. Yakıt miktarı 100 grama düşünce ölçüm yine otomatik olarak sonlanır. Böylece motorun 50 gramlık yakıtı ne kadar sürede tükettiği belirlenmiş olur. 35
Şekil 4.5: Yakıt Ölçüm Sistemi 4.4. Duman Koyuluğunun Ölçülmesi Deneyler sırasında is ölçümü için Bosch marka duman koyulu ölçüm cihazı kullanılmıştır. 4.5. Yağ Basıncının ve Sıcaklığının Ölçülmesi Motorda yağ seviye çubuğu yerine sıcaklık ve basınç probu yerleştirilmiştir. Ölçümler sırasında motorun yağ sıcaklığı, yağlı bir radyatör ile sabit tutulmaktadır. Kullanılan radyatör Şekil 4.6 ile gösterilmiştir. Şekil 4.6: Yağlı Radyatör 36
4.6. Hava Debisinin Ölçülmesi Yanma havası debisi ölçmek amacıyla yapılmış tüm debi ölçüm cihazları sürekli hava akışı ile ölçüm yapmak üzere, başka bir deyişle zamanla seyrini değiştirmeyen akışları ölçebilecek şekilde tasarlanmışlardır. Ancak dört zamanlı bir motorun hava emişi sırasında emişin yapıldığı kesitte debi ölçümü yapılmak istenildiğinde, debinin sabit olmadığı, sürekli bir akışın oluşmadığı gözlenir. Dört zamanlı motorun periyodik çalışması sırasında gözlenen sürekli olmayan ve kesikli darbeler şeklinde bir hava debisinin çekildiğidir. Motor çalışması sırasında zamanla değişen bir akım yaratır. Debi ölçüm cihazlarının hiçbiri stabil olmayan akışın debisini ölçme yeteneğine sahip değildir. Bu nedenle bir motorun emdiği debiyi ölçebilmek için motor ile ölçümün yapılacağı debi ölçerin arasına dengeleme deposunun yapılması zorunludur. Ancak yapılan bu depo ile emiş hattında sürekliye yakın bir akış sağlanabilmesi mümkündür. Bu depo sayesinde elde edilen akıştaki zamanla görülen dalgalanmalar ve kesiklikler yok edilebilirler. Dengeleme kabının hacmi öyle bir büyüklükte tasarlanmalıdır ki, bir yandan debi ölçüm cihazı ve ölçümün doğruluğu için gerekli hassasiyeti ve akıştaki pürüzsüzlüğü sağlayabilmeli, diğer yandan da aşırı büyük olmamalıdır. Gerekli dengeleme deposu hacmi Hodgons Sayısı yardımıyla hesaplanabilir. Denklem 4.2 ile Hodgons Sayısı gösterilmiştir. V γ Pv Ho =. P V m s (4.2) Hodgons sayısından dengeleme kabının hacmini veren ifadeyi çekilebilir. V Ps V = Ho γ P. v m (4.3) Deneyler sırasında kullanılan dengeleme kabı Şekil 4.7 ile gösterilmiştir. 37
Şekil 4.7: Dengeleme Kabı Emme havasının debisinin ölçümü sayaç yardımıyla yapılmıştır. Şekil 4.8 de ölçüm yapılan sayaç gösterilmiştir. Şekil 4.8: Sayaç 4.7. Egzoz Sıcaklığının Ölçülmesi Egzoz manifolduna mümkün olduğu kadar yakın yerleştirilen bir termokupul ile egzoz sıcaklığı ölçülmüştür. 38
4.8. Silindir Đçindeki Basıncın Ölçülmesi Silindir içindeki basınç değişimi bir sensör ile elektrik sinyallerine dönüştürülmekte, daha sonra bu sinyaller bir amplifikatörde yükseltilerek bir bilgisayara aktarılmaktadır. 4.8.1. Basınç Sensörünün Çalışma Prensibi ve Đç Yapısı [9] Silindirdeki basıncın ölçümü için kuvars basınç sensörü kullanılmıştır. Bu sensörlerde mekanik yükü elektrik akıma çeviren kristaller bulunmaktadır. Piezoelektrik etki olarak adlandırılan bu olay şu şekilde oluşmaktadır. Katı maddeler yüklü parçacıklardan oluşur. Katı madde elektriksel olarak yüksüzdür. Ancak mekanik bir yolla malzeme üzerine bir kuvvet uygulamak, yüzey yüklerinin oluşmasına neden olabilir. Bir kristalde piezoelektrik özelliğin gözlenmesi, bu yüzey yüklerinin oluşmasına bağlıdır. Fakat simetri özellikleri bu yüklerin oluşması için gerekli koşulları kısıtlamaktadır. Bu nedenle simetri merkezi olmayan kristaller bu iş için en uygun malzeme grubunu oluşturmaktadır. Elektriksel olarak yüksüz ve yapısal simetri merkezi bulunmayan bir kristale uygulanan basınç, artı yüklerin merkezi ile eksi yüklerin merkezinin birbirinden hafifçe ayrılmasına ve kristalin karşılıklı yüzeylerinde zıt yüklerin ortaya çıkmasına neden olur. Yüklerin bu şekilde ayrılması bir elektrik alanı yaratır ve kristalin karşılıklı yüzeyleri arasında ölçülebilir bir potansiyel farkı oluşur. Piezoelektrik etkiyi ifade eden bu sürecin tersi de geçerlidir. Ters piezoelektrik etkide de, karşılıklı yüzeyleri arasına bir elektrik gerilimi uygulanan kristalde boyutsal şekil değişimi oluşmaktadır. Bu prensip kullanılarak üretilen kuvars basınç sensörlerinin içyapısı Şekil 4.9 ile gösterilmiştir. Şekil 4.9: Kuvars Basınç Sensörünün Đç Yapısı 39
Piezoelektrik sensörün köprü bağlantısı ise Şekil 4.10 daki gibi yapılmaktadır. Şekil 4.10: Piezoelektrik Sensör Köprü Bağlantısı Kullanım sırasında oluşabilecek mekanik darbeler, kimyasal veya fiziksel etkilerden dolayı sensör seramik bir koruyucu içine yerleştirilir. Daha sonra süreç bağlantısına uygun bir metal yapıya oturtturulur. Sensörle birlikte çalışacak olan cihazın giriş yapısına uygun elektronik kart ilave edilerek, piezo sensör elektronik kartla birlikte, bağlantı soketinin tespit edileceği paslanmaz tüpün içine yerleştirilir. 4.8.2. Sensörün Seçilmesi ve Silindir Kafasına Yerleştirilmesi [10] Proje için laboratuarda üç farklı boyutta sensör bulunmaktadır. Bu sensörlerin ölçüleri M14, M10 ve M7 dir. Sensörler yüzey alanı büyüdükte ölçüm alanı büyüdüğü için daha iyi sonuçlar alınmaktadır. Ancak büyük boyutlu sensörün silindir kafasına yerleştirilmesinde konstrüktif açıdan zorluklar vardır. Basınç sensörünün silindir kafasına yerleştirilmesi iki farklı şekilde yapılmaktadır. Birinci metot düz montaj, ikinci metot ise kanallı montajdır. Genellikle kullanılan yöntem düz montaj yöntemidir. Şekil 4.11 de düz montajın uygulanışı gözükmektedir. 40
Şekil 4.11: Düz Montajlama Diğer bir montaj yöntemi olan kanallı montajın uygulanış şekli ise Şekil 4.12 de gösterilmektedir. Şekil 4.12: Kanallı Montajlama Her iki yöntemin de avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. Ancak seçilecek montaj yönteminden önce elde bulunan sensörlerden hangisinin kullanılacağını belirlemek gerekmektedir. 41
4.8.3. QC34D Kuvars Basınç Sensörü QC34D basınç sensörünün motora montaj edilebilmesi için motora M 10 luk vida deliği açılmalıdır. Bu sensörde soğutma sıvısı kullanıldığı için termal şoklara direnci fazladır. Şekil 4.13 te QC34D kuvars basınç sensörünün teknik resim ile montajlanmış halde gösterilmektedir. Şekil 4.13: QC34D Basınç Sensörü Tablo 4.2 de QC34D basınç sensörünün teknik özellikleri verilmiştir. 42
Tablo 4.2: QC34D Basınç Sensörünün Teknik Özellikleri QC34D Ölçme Aralığı Aşırı Yüklenme Hassasiyet Doğrusallık Doğal Frekans Đvme Sıcaklık Hassasiyet Katsayısı 0 250 bar (3625 psi), 25 MPa 300 bar (4350 psi), 30 MPa 19 pc/bar (1,31 pc/psi), 190 pc/mpa < ± 0,2 % FSO 69 khz < 0,013 bar/g (soğutma suyuyla) 0,003 %/ºC 20 80ºC arasında 20º'C'da Yalıtım Direnci >10 13 Ω Kapasitans 10 pf Soğutma Suyu Debisi 20 lt/h Soğutma Suyu Maksimum Basıncı 2,0 bar (29 psi) Ağırlık (kablosuz) 15 gr Montaj torku 10 Nm IMEP - Kararlılığı < 2 % Çevrimsel Sıcaklık Sapması < ± 0,3 bar 4.8.4. GU21D Kuvars Basınç Sensörü GU21D kuvars basınç sensörü ufak boyutları sayesinde montaj zorluğu olan yerlerde kullanılmaya uygundur. Ancak bu sensörde soğutma suyu bulunmamaktadır. Şekil 4.14 te GU21D kuvars basınç sensörünün teknik resim ile montajlanmış halde gösterilmektedir. Şekil 4.14: GU21D Basınç Sensörü Tablo 4.3 de GU21D basınç sensörünün teknik özellikleri verilmiştir. 43
Tablo 4.3: GU21D Basınç Sensörünün Teknik Özellikleri GU21D Ölçme Aralığı 0 250 bar (3625 psi), 25 Mpa Aşırı Yüklenme 300 bar (4350 psi), 30 Mpa Hassasiyet 35 pc/bar (2,41 pc/psi), 350 pc/mpa Doğrusallık < ± 0,3 % FSO Doğal Frekans 85 khz Đvme < 0,002 bar/g Şok Direnci > 2000 g Operasyon Sıcaklık Aralığı 0 400ºC Termal Hassasiyet Değişimi 20 400ºC < ± 2 % 20º'C'da Yalıtım Direnci > 10 13 Ω Kapasitans 8 pf Ağırlık (kablosuz) 6 gr Montaj torku 3 Nm IMEP - Kararlılığı < 2,5 % Çevrimsel Sıcaklık Sapması < ± 0,4 bar 4.8.5. GU43D Kuvars Basınç Sensörü Bu sensörler içten yanmalı motorlarda termodinamik değerlendirme için uygundur. Şekil 4.14 te GU43D kuvars basınç sensörünün teknik resim ile montajlanmış halde gösterilmektedir. Şekil 4.15: GU43D Basınç Sensörü Tablo 4.4 de GU43D basınç sensörünün teknik özellikleri verilmiştir. 44
Tablo 4.4: GU43D Basınç Sensörünün Teknik Özellikleri GU43D Ölçme Aralığı Aşırı Yüklenme Hassasiyet Doğrusallık Doğal Frekans Đvme Şok Direnci Sıcaklık Hassasiyet Katsayısı 0 250 bar (2900 psi), 20 MPa 260 bar (3770 psi), 26 MPa 68 pc/bar (4,69 pc/psi), 680 pc/mpa < ± 0,2 % FSO 50 khz < 0,02 bar/g (soğutma suyuyla) > 2000 g 0,02 %/ºC 20 80ºC arasında 20º'C'da Yalıtım Direnci > 10 13 Ω Kapasitans 18 pf Soğutma Suyu Debisi 20 lt/h Soğutma Suyu Maksimum Basıncı 2,0 bar (29 psi) Ağırlık (kablosuz) 34 gr Montaj torku 20 Nm IMEP - Kararlılığı < 1,5 % Çevrimsel Sıcaklık Sapması < ± 0,35 bar 4.8.6. Basınç Sensörü Seçimi Sensör seçiminde önemli üç temel parametre bulunmaktadır. Bunlar sensörün ısıl değişimlerde gösterdiği karakter, hassasiyeti ve montaj edilebilirliğidir. Đçten yanmalı motorlarda her çevrimde iş gazı sıcaklığı 2000 K ile 300 K arasında çok kısa süreler içinde değişim göstermektedir. Sıcaklık değerlerindeki bu ani değişimler termal şok denilen olayın oluşmasına sebebiyet vermektedir ve sensörden okunan basınç değerinde hata oluşumuna neden olur. Sıcaklıktaki değişimler kuvars kristalinin young modülünü ve rezonans frekansını etkiler böylece ölçüm sonuçlarında hata oluşur. Termal şokun önüne geçebilmek için üretici firmalar sensör diyaframını silikonla kaplama, sensörün içinden soğutma suyu geçirme gibi yöntemler geliştirmişlerdir. Silikon tabaka diyafram önündeki hızlı sıcaklık değişimlerini sönümleyerek termal şokun etkisini azaltır. Soğutma suyu ise sensörü soğutarak termal şoku azaltır. Ancak termal şok tamamen engellenmesi mümkün değildir. Bu tip sensörlerin en büyük dezavantajı termal şoktur. Laboratuarda bulunan üç sensörün ısıl değerleri Tablo 4.5 te verilmiştir. 45
Tablo 4.5: Sensörlerin Isıl Performansları QC34D GU21D GC43D Çevrimsel Sıcaklık Sapması < ± 0,3 bar < ± 0,4 bar < ± 0,35 bar Soğutma Suyu Var Yok Var Soğutma Suyu Debisi 20 lt/h - 20 lt/h Sıcaklık Hassasiyet Katsayısı 0,003 % 2% 0,02 % Hassasiyet açısından en iyi sonucu boyutlarının büyük olmasından dolayı GC43D vermektedir. Çünkü ortalama indike basınç kararlığı en iyi olan sensördür. Ayrıca bar başına en yüksek pc u vermektedir. Sensörlerin yerleştirmesi direk olarak sensörün boyutlarıyla ilgilidir. Sensör mümkün olduğu kadar yanma odasının merkezine yakın şekilde monte edilmelidir. Ayrıca supapların açılıp kapanması basınç dalgaları oluşturur, supap gürültüsü denen bu dalgalanmaların indikatör diyagramında oluşmaması için sensörün supaplardan mümkün olduğu kadar uzağa yerleştirilmesi uygundur. QC34D sensörü için silindir kafasına M10 luk, GU21D için M7 lik, GC43D için M14 luk vida delikleri açılması gerekmektedir. Sonuç olarak her sensörün avantajlı ve dezavantajlı olduğu noktalar vardır. Ancak kuvars sensörlerinin en önemli sorunu termal şoklar olduğu için ve M14 luk delik açılması için silindir kafasında yeterli alan olmadığı, açılması durumunda bile sensörün yerinin yanma merkezinden uzaklaşacağı için QC34D kullanılacak sensör olarak seçilmiştir. 4.8.7. Basınç Sensörünün Yerleştirilmesi [11] Sensörün silindir kafasına monte edilmesi için daha önce de belirtildiği gibi iki yöntem bulunmaktadır Bu yöntemler düz montaj ve kanalı montaj yöntemi olarak adlandırılır. Đki yönteminde belirli avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. 4.8.7.1. Kanallı Montaj Kanallı montajda basınç sensörü yanma odasına bir kanal aracılığı ile bağlanmaktadır. Kanalı montajın şematik resmi Şekil 4.16 da gösterilmektedir. 46
Şekil 4.16: Kanalı Montaj Kanalı montajda sensörün yanma odasından uzak olması termal şok oluşumunu azaltmadır. Ancak kanal hacmi sıkıştırma oranını etkileyeceği için yanma basıncının ölçülmesinde olumsuz etkisi olacaktır. Ayrıca kanal içindeki gazın titreşim yapması ölçüm sonuçlarında istenmeyen salınımların oluşmasına neden olacaktır. Bu yüzden kanal tasarımında dikkat edilmesi gereken noktalar şunlar; Geçiş içinde oluşan salınımların olumsuz etkilerini azaltmak için kanal; bu salınımların rezonans frekansının, yanmanın rezonans frekansının üstünde oluşacağı şekilde tasarlanmalıdır. Böylece filtreleme ile istenmeyen basınç dalgalanmalarından engellenebilir. Kanalın yapısı L T kısa olacak, kanal alanı A T büyük olacak şekilde tasarlanmalıdır. Kanal alanı basınç kaybının fazla olmayacağı kadar geniş, ancak termal şok etkisini azaltacak kadar dar olmalıdır. Oyuk hacmi içindeki gazların türbülans oluşturmasına engel olacak kadar büyük olmalıdır, ancak oyuk hacmi artıkça basınç düşüşleri olmaktadır. Kanal geometrisi tasarlanırken genel olarak Helmholtz rezonatör denklemi kullanılmaktadır. Helmholtz rezonatör modeli oyuk içindeki hareketi yay modeli olarak kabul eder. Oyuk hacmi içindeki gaz yay, kanaldaki gaz ise kütle(m T ) olarak ele alınır. Oyuk içindeki basıncın homojen olduğu kabul edilip Newton kanunu uygulanırsa Denklem 4.4 elde edilir. 2 d x dp F = mt = AT dρ = AT V = AT AT x 2 dt dv C dp dv C (4.4) 47
Adyabatik bulk modülü Denklem 4.5 de gösterilmiştir. dp V = ρ κ (4.5) dv Denklem 4.4 te m T yerine çözülür ise Denklem 4.6 elde edilir. m = p A L yerleştirilip diferansiyel denklem T T T 2 d x AT κ p + x = 0 2 dt V ρ L C T (4.6) Doğal frekans; f n = c 2 π AT V L C T (4.7) Đdeal gaz için c; c = κ R T (4.8) Oyuk içindeki basıncın homojen olduğu kabulü ile dalga boyu Denklem 4.9 ile hesaplanır. λ H = c >> f n L H (4.9) Bu sonuç hacmin genişledikçe daha düşük doğal frekansların oluştuğunu göstermektedir ve kaçınılması gereken durumdur. Çünkü önceden de belirtildiği gibi kanal boyu uzadıkça dalgalanmalar artmaktadır. 4.8.7.2. Düz Montaj Düz montajda, kanallı montajda oluşan hacim değişimi, kanal içindeki basınç dalgalanmaları gibi olumsuz etkiler oluşmamaktadır. Ancak termal şok etkisi kanallı montaja göre daha yoğun şekilde oluşmaktadır. Düz montajın şematik resmi Şekil 4.17 de gösterilmiştir. 48
Şekil 4.17: Düz Montaj Kistler 6121 basınç sensörü ile farklı yüklerde her iki montaj yöntemi denenmiş ve Tablo 4.6 daki sonuçlar elde edilmiştir. Tablo 4.6: Farklı Montaj Yöntemleriyle Alınan Sonuçlar Düşük Yük Orta Yük IMEP (bar) IMEP (bar) Düz montajlama 3.84 5.72 Kanallı montajlama 3.85 5.77 Görüldüğü gibi aynı sensörle aynı şartlarda yapılan ölçümlerde farklı montajlama teknikleri farklı sonuçlar vermektedir. Bu farklılığın sebebi yukarıda belirtilen durumlardan kaynaklanmaktadır. Motorun yükü arttıkça ölçüm sonuçlarındaki farklılığın miktarı artmaktadır. Đki yönteminde avantajları, dezavantajları ve kullanılacak sensör göz önüne alınınca sensörün düz montajlama yöntemiyle silindir kafasına yerleştirilmesine karar verilmiştir. Çünkü kullanılacak sensörün soğutma suyu tertibatı bulunacağı için termal şokların etkisi azalacaktır. Kanaldan dolayı oluşan basınç dalgalanmalarından kaçınmak için düz montajlama ile silindir kafasına uygun delik açılmıştır. 4.9. Püskürtme Basıncının Ölçülmesi [12] Püskürtme basıncı piezoresistif sensör ile yapılmıştır. Piezoresistif sensörler ile hem statik hem de dinamik basınç ölçümü yapılabilir. 5000 bara kadar ölçüm yapan piezoresistif sensörler bulunmaktadır. Uygulanan basınç sensörün içindeki wheatstone köprüsünün direnç değerini değiştirir ve elektriksel akım oluşur. Strain gagele ölçüm yapıldığı için aşırı yüklemeden kaçınılması gerekir. Aşırı yükleme durumunda metal strain gage deforme olur ve basınç ölçüm değerlerinde hata oluşmaya başlar. Strain gage in metalinin direnç değeri ile sıcaklık arasında doğrusal olmayan ilişki bulunmaktadır. Bu yüzden sensörden alınan veriler düzeltmeden 49
geçirilmedir. Strain gage malzemesi olarak yarı-iletken bir malzeme kullanılarak sıcaklığın direnç üstündeki olumsuz etkisi azaltılabilir. Piezoresistif sensörün içyapısı Şekil 4.18 de gösterilmiştir. Şekil 4.18: Piezoresistif Sensörünün Đç Yapısı Deneylerde yakıt borusundaki basıncın ölçülmesi için Kistler firmasının 4067 tipli piezoresistif sensörü kullanılmıştır. Sıcaklık kompanzasyonu amplifikatörde yapılmaktadır. Amplifikatör olarak Kistlerin 4618 tipli amplifikatörü kullanılmıştır. Bu amplifikatör hem güç kaynağı, hem yükseltici hem de basınç sinyalini sıcaklık değerine göre lineerleştirici görevini görmektedir. Bu yüzden yakıt borusundaki basınç değeri ölçümü için sensör ve amplifikatör eş olarak kullanılmıştır. Sensör kendisine ait kelepçe kullanılarak, yakıt borusunda olabildiğince enjektöre yakın şekilde monte edilmiştir. Şekil 4.19 da püskürtme basıncının ölçümü için kullanılan piezoresistif sensör görülmektedir. Şekil 4.19: Piezoresistif Sensör 50
5. DENEY MOTORUNDA YAPILAN TASARIM DEĞĐŞĐKLĐKLERĐ Antor 3LD 510 Dizel Motorunda performansı iyileştirmek için MR 1 olarak adlandırılan tek döngülü yanma odası kullanılmıştır. Yanma odasının motor parametrelerine etkisinin tam olarak anlaşılabilmesi için piston dışında motorun bütün özellikleri sabit tutulmuştur. Şekil 5.1 de kullanılan standart pistonun katı modeli gözükmektedir. Şekil 5.1: Standart Piston Tasarlanan yeni pistonda yanma odası hacmi, standart pistonun yanma odası hacmi olan 23,3 cm 3 olarak ayarlanmıştır. Böylece kullanılan şimler de sabit tutularak sıkıştırma oranı, standart motorun aynısı olacak şekilde ayarlanmıştır. Şekil 5.2 de standart piston yerine motora takılan MR 1 pistonu gözükmektedir. 51
Şekil 5.2: MR 1 Pistonu Şekil 5.3 te ise iki pistonun kesitlerinin karşılaştırılması verilmiştir. Şekil 5.3: Piston Kesit Karşılaştırma 52
5.1. MR 1 Pistonunun Özellikleri [13] MR 1 pistonunda yakıt hava karışım oluşumu MAN-M Prosesli motorlara benzer şekilde tabakalı karışma yöntemi ile gerçekleşmektedir. Sıkıştırma sürecinin sonlarına doğru en az 3, en çok 5 delikli bir enjektör ile düşük basınçlı yakıt, yanma odası oyuğunun duvarlarına sıvanacak biçimde püskürtülür. Püskürtülen yakıtın sıvanmasını sağlamak için yanma odası duvarının yüzey alanı artırılmalıdır. Yakıtın çabuk buharlaşması için yanma odası oyuğunun koni açısı belli değerlerde tutulmalıdır. Tasarım sırasında bu açı 40 0 olarak alınmıştır. Düşük basınçta püskürtülen yakıtın sağlıklı bir biçimde duvarın yüzeyine sıvanıp, hızlı buharlaşmasını sağlamak için sıkıştırılan havanın düşey yönündeki istenilen baskı hızı, oyuğun en küçük çapının silindir çapına oranını optimum sınırlar arasında tutularak ayarlanır. Yakıtın duvarlara sıvanma alanını artırmak için yanma odası oyuğunun simetri ekseni üzerine yerleştirilmiş enjektör deliklerinin yönlendirilme açısı, piston üst ölü noktada olduğu an püskürtülen yakıt demetinin üst dış kenarı ile pistonun yüzey alanı yaklaşık aynı hat üzerinde olması esasına göre belirlenmiştir. Böylece 300 ile 350 o C sıcaklık ortamında hızla buharlaştırılan yakıt piroliz işlemine uğramadan buharlaştırılır ve is oluşumu engellenmiş olur. Buhar haline gelmiş yakıtın yanma odasının en sıcak bölgesi olan merkeze yönlendirip buradaki hava ile karışmasını sağlama için oyuğun dibinde koni çıkıntısı yerleştirilmiştir. Bunlara ek olarak çevrim başına püskürtülen yakıtın büyük bir kısmı yanma odası duvarının aracılığıyla buharlaşıp hava ile karıştırıldıktan sonra yakıldığı için yanma sırasındaki basınç artış hızı frenlenir ve böylece NO x ve gürültü emisyonu azaltılmış olur. Motorun parçaları daha düşük yanma basıncı nedeniyle daha az zorlanacağı için motorun ömrü uzamaktadır. 53
6. DENEYLERĐN YAPILIŞI VE DENEY VERĐLERĐ Piston değişiminin motor parametrelerine etkisini inceleyebilmek için standart pistonun ve MR 1 pistonunun deneyleri yapıldı. Standart motor 30 0 KMA, 25 0 KMA, 20 0 KMA ve 17,5 0 KMA olmak üzere dört farklı statik avans değerinde incelendi. MR 1 pistonlu motor ise 25 0 KMA, 20 0 KMA ve 17,5 0 KMA olmak üzere üç farklı statik avans değeri için incelendi. Statik avansı yakıt pompasının altına koyulan şimlerle ayarlanmaktadır. Şekil 6.1 de püskürtme pompasının altına koyulan şimler gözükmektedir. Şekil 6.1: Püskürtme Pompasının Altına Koyulan Şimler 6.1. Deneylerin Yapılışı Ölçümleri almadan önce deney düzeneği ile ilgili bazı hazırlıkların yapılması gerekmektedir. 1- Yük hücresinin kalibrasyonu 2- QC34D sensörünün, frenin ve motorun soğutma suyu vanalarının açılması 3- Amplifikatörlerin açılması 4- Motorun ve yağ soğutma sisteminin açılması 5- Motoru ısıtmak amacıyla motorun kademeli olarak yüklenmesi 54
6- Basınç ölçümlerini alabilmek için COMBI ve SCP programlarının açılıp, ayarlarının yapılması 7- Motorun yağ sıcaklığı 80 0 C geldikten sonra 50 gram yakıtı 79 saniyede tüketecek şekilde püskürtme pompasının ayarlanması Bu hazırlıklar yapıldıktan sonra motor verileri, dakikada 3000 devir ve 2500 devirleri için tam yük, %75 yük, %50 yük, %25 yük ve yüksüz olduğu noktalarda alınmıştır. 6.2. Deney Verileriyle Hesaplanan Parametreler Şekil 6.2 de örnek bir indikatör diyagramı gösterilmiştir. Şekil 6.2: Đndikatör Diyagramı Grafiğin sol tarafındaki ölçek püskürtme basıncını göstermektedir. Sağ taraftaki ölçek ise silindir içindeki basıncı ölçülendirmektedir. Grafikteki p zmax silindir içindeki maksimum basıncın oluştuğu noktayı göstermektedir. Yakıt püskürtme basıncının maksimum olduğu nokta ise p maxyakıt ile gösterilmiştir. Denklem 6.1 ile yanmanın hızı belirlenmektedir. Yanmanın başladığı c noktasıyla p zmax ın değerleri arasındaki farkın bu iki nokta arasında geçen krank mili açısına oranı yanmanın hızlı veya yavaş olduğu hakkında fikir vermektedir. p = α p z max p c α z (6.1) 55
Denklemde gözüken açısı değeridir. α z, c noktasıyla p zmax ın oluştuğu yer arasındaki krank mili Yanmanın başlangıcıyla, püskürtülen yakıtın %90 ın yanması arasında geçen krank mili açısından süre ise α t ile gösterilmektedir. Püskürtme avansı ise ϕ av ile gösterilmektedir. Püskürtmenin başladığı nokta ile üst ölü nokta arasındaki krank mili açısını göstermektedir. Tutuşma gecikmesi α i ile gösterilmektedir. Püskürtmenin başladığı nokta ile yanmanın başladığı c noktası arasındaki krank mili açısı cinsinden mesafedir. Grafikte gözüken göstermektedir. α yakıa, püskürtmenin başlangıcıyla, sonu arasında geçen süreyi Yanmanın başlangıcının üst ölü noktaya mesafesini ϕ yanma göstermektedir. Saatteki yakıt tüketimi Denklem 6.2 ile hesaplanmıştır. G yakıa G = 3, 6 kg/saat (6.2) t yakıa Denklemdeki G tüketilen yakıt miktarı, t yakıa ise yakıtın ne kadar sürede tüketildiğidir. Efektif özgül yakıt tüketimi Denklem 6.3 ile hesaplanmıştır. b e G yakıa = 1000 g/bgsaat (6.3) P e Motorun hava tüketimi Denklem 6.4 ile hesaplanmıştır. G hava 3600 V = t hava hava ρ hava kg/saat (6.4) Hava fazlalık katsayısı Denklem 6.5 ile hesaplanmıştır. λ = l o G hava G yakıa (6.5) 56
Volümetrik verimin hesaplanması ise Denklem 6.6 ile yapılmaktadır. 10 6 G ηv = 30 n ρ hava hava V strok (6.6) Ortalama efektif basınç Denklem 6.7 ile hesaplanmıştır. p e Pe = 120 MPa (6.7) V n strok 6.3. Deney Verileri 6.3.1. Standart Motor Deneylerde fabrikanın seri üretim motorlarından biri olan 341.183 motor numaralı, su soğutmalı, 3LD 510 tipli motoru kullanılmıştır. 6.3.1.1. Kompresyon Basıncı Standart motorun kompresyon basıncının bulunabilmesi için motor 3300 d/dak ile çalışırken motorun yakıtı kesilmiştir. Motor devri 2500 d/dak mertebesine düştüğü anda 10 tane çevrim ölçülmüş ve bunların ortalaması alınmıştır. Standart motor için kompresyon maksimum basıncı, p c, 45,59 bar olarak bulunmuştur. Şekil 6.3 teki kompresyon sırasında elde edilen indikatör diyagramı gözükmektedir. Şekil 6.3: Kompresyon Basıncı 6.3.1.2. 30 0 KMA Statik Püskürtme Avansı Tablo 6.1 de statik püskürtme avansı 30 0 KMA olarak ayarlanmış standart motorun performans değerleri bulunmaktadır. Tabloda gözüken 90% HR sembolü yakıtın %90 ının yandığı noktayı temsil etmektedir. Diğer sembollerin açıklamaları Bölüm 6.2. de yapılmıştır. 57
Tablo 6.1: 30 0 Statik Avanslı Standart Motorun 3000 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 3000 3000 3000 3000 3000 Güç (hp) 11,13 8,34 5,62 2,74 0,00 Maksimum Basınç (bar) 76,87 74,35 70,32 63,57 59,33 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 363,86 362,80 362,37 362,68 361,59 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,62 6,06 3,92 2,63 2,17 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,42 4,81 3,24 1,58 0,00 90% HR 381,58 376,38 374,16 378,73 377,83 Püskürtme Başlangıç (bar) 217,25 226,51 222,18 184,65 161,54 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 343,00 343,28 342,93 342,22 341,52 Yanma Başlangıç (bar) 43,53 43,49 43,09 44,71 45,71 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 354,20 354,50 354,30 355,40 355,90 φ av ( 0 KMA) 17,00 16,72 17,07 17,78 18,48 α i ( 0 KMA) 11,20 11,22 11,37 13,18 14,38 α z ( 0 KMA) 9,66 8,30 8,07 7,28 5,69 α t ( 0 KMA) 27,38 21,88 19,86 23,33 21,93 p/ α (bar/1 0 KMA) 3,24 3,47 3,06 2,47 2,41 φ yanma avansı ( 0 KMA) 5,80 5,50 5,70 4,60 4,10 Püskürtme Bitiş (bar) 210,32 115,19 64,99 0,00 23,10 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 351,90 348,00 347,90 349,20 346,00 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 8,90 4,72 4,97 6,98 4,48 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 79,40 112,60 156,50 223,10 310,20 Yakıt ölçüm kütlesi (g) 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 G yakıt (kg/h) 2,27 1,60 1,15 0,81 0,58 b e (g/kwsaat) 277,01 260,68 278,33 400,46 - Emilen hava: Süre t hava (s) 89,20 89,40 89,40 89,10 89,40 H emme (mmh 2 O) 135,00 135,00 135,00 135,00 135,00 t emme ( o C) 24,00 23,00 23,00 23,00 23,00 Hava ölçüm hacmi (m 3 ) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 48,83 48,72 48,72 48,89 48,72 Yağ: Basınç (bar) 4,60 4,60 4,70 4,80 4,90 Sıcaklık ( o C) 84,00 84,00 81,00 79,00 76,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 592,00 434,00 323,00 241,00 181,00 H egz (mm H 2 O) 130,00 75,00 40,00 10,00 0,00 Đs (k,m -1 ) 2,60 0,37 0,08 0,15 0,07 Đs (Bosch,%) 68,40 16,70 4,50 7,20 3,70 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,49 2,11 2,93 4,19 5,81 Volümetrik Verim (η v ) 0,88 0,88 0,88 0,88 0,88 58
Motorun maksimum basıncı 76,87 bar olarak bulunmuştur. Denklem 6.8 ile basınç artış oranı hesaplanmıştır. α = pz max p c (6.8) α = 76,87 45,59 = 1,68 Motorun efektif verimi tam yük için Denklem 6.9 ile hesaplanmıştır. η e = 3600 H b u e (6.9) η e = 3600 = 0,306 42,44 277,01 Motorun mekanik verimi ortalama efektif basınç ile ortalama indike basıncının birbirine oranlanmasıyla bulunmaktadır. Tam yük için mekanik verim 0,842 bulunmuştur. η m = p p e i (6.10) η m 6,42 = = 7,62 0,842 Tam yük için motorun indike verimi Denklem 6.11 ile hesaplanır. ηe η i = η m (6.11) η i 0,306 = = 0,842 0,363 Statik avansı 30 0 KMA olan motorun tam yükte dinamik avansı 17 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 11,2 0 KMA, α yakıt ise 8,9 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Motorun silindir içinden ses ölçüm değeri ise 95,7 db dir. 59
Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. α i 1000 τ i = 6 n (6.12) 11,2 1000 τ i = = 0,62 ms 6 3000 Denklem 6.13 ile mekanik kayıpların ortalama basıncı tam yük için hesaplanmıştır. p m = p i p e (6.13) p = 7,62 6,42 = 1,2 bar m Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.2 de gösterilmiştir. Tablo 6.2: 30 0 Statik Avanslı Standart Motorun 3000 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,31 0,33 0,30 0,21 - Đndike verim (η i ) 0,36 0,41 0,37 0,35 - Mekanik Verim (η m ) 0,84 0,79 0,83 0,60 0,00 Ortalama mekanik bas. (p m ) 1,20 1,25 0,68 1,05 - Şekil 6.4 de verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.4: Std. Y.O., 30 0 Avans, 3000 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. 60
Tablo 6.3 te statik püskürtme avansı 30 0 KMA olarak ayarlanmış standart motorun 2500 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.3: 30 0 Statik Avanslı Standart Motorun 2500 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 2500 2500 2500 2500 2500 Güç (hp) 10,35 7,72 5,16 2,58 0,00 Maksimum Basınç (bar) 80,99 77,84 73,40 65,20 60,28 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 364,42 363,41 361,41 361,11 360,73 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 8,03 6,24 4,59 3,14 1,91 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 7,16 5,34 3,57 1,79 0,00 90% HR 382,31 375,62 371,28 375,52 370,51 Püskürtme Başlangıç (bar) 203,19 212,68 212,03 181,26 164,24 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 341,60 341,57 341,33 340,46 339,78 Yanma Başlangıç (bar) 42,05 42,16 40,75 42,39 43,79 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 352,70 352,80 352,20 353,00 353,60 φ av ( 0 KMA) 18,40 18,43 18,67 19,54 20,22 α i ( 0 KMA) 11,10 11,23 10,87 12,54 13,82 α z ( 0 KMA) 11,72 10,61 9,21 8,11 7,13 α t ( 0 KMA) 29,61 22,82 19,08 22,52 16,91 p/ α (bar/1 0 KMA) 3,02 3,04 3,02 2,42 2,06 φ yanma avansı ( 0 KMA) 7,30 7,20 7,80 7,00 6,40 Püskürtme Bitiş (bar) 177,79 113,34 59,13 7,47 44,29 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 351,90 348,10 347,00 346,00 343,90 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 10,30 6,53 5,67 5,54 4,12 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 87,80 131,50 182,10 266,90 393,40 Yakıt ölçüm kütlesi (g) 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 G yakıt (kg/h) 2,05 1,37 0,99 0,67 0,46 b e (g/kwsaat) 269,39 241,14 260,53 355,50 - Emilen hava: Süre t hava (s) 103,10 102,90 100,60 99,40 99,30 H emme (mmh 2 O) 95,00 95,00 95,00 100,00 100,00 t emme ( o C) 23,00 23,00 23,00 23,00 25,00 Hava ölçüm hacmi (m 3 ) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 42,25 42,33 43,30 43,82 43,87 Yağ: Basınç (bar) 4,20 4,30 4,30 4,40 4,50 Sıcaklık ( o C) 80,00 79,00 76,00 73,00 69,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 575,00 411,00 297,00 210,00 149,00 H egz (mm H 2 O) 80,00 60,00 40,00 20,00 5,00 Đs (k,m -1 ) 4,18 0,56 0,18 0,33 0,10 Đs (Bosch,%) 86,70 26,20 7,90 13,70 5,20 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,43 2,14 3,03 4,50 6,63 Volümetrik Verim (η v ) 0,91 0,91 0,94 0,95 0,95 61
Motorun devir sayısı dakikada 2500 devire düşürüldüğünde tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 80,99 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 30 0 KMA olan motorun 2500 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 18,4 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 11,1 0 KMA, α yakıt ise 10,30 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 11,1 1000 τ i = = 0,74 ms 6 2500 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.4 de gösterilmiştir. Tablo 6.4: 30 0 Statik Avanslı Standart Motorun 2500 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,315 0,352 0,326 0,239 - Đndike verim (η i ) 0,353 0,411 0,419 0,420 - Mekanik Verim (η m ) 0,892 0,856 0,778 0,569 0,000 Ortalama mekanik bas. (p m ) 0,867 0,897 1,019 1,355 1,910 Şekil 6.5 te 2500 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.5: Std. Y.O. 30 0 Avans, 2500 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. Şekil 6.6 standart yanma odası, 30 0 KMA avanstaki indikatör diyagramlarıdır. 62
Şekil 6.6: Std. Y.O. 30 0 KMA Đçin Đndikatör Diyagramları 63
6.3.1.3. 25 0 KMA Statik Püskürtme Avansı Tablo 6.5 te statik püskürtme avansı 25 0 KMA olarak ayarlanmış standart motorun 3000 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.5: 25 0 Statik Avanslı Standart Motorun 3000 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 3000 3000 3000 3000 3000 Güç (hp) 11,01 8,24 5,53 2,73 0,72 Maksimum Basınç (bar) 72,90 71,46 68,39 61,96 57,84 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 364,94 364,06 363,48 363,06 362,92 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,79 6,25 4,76 3,30 2,24 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,35 4,75 3,19 1,57 0,42 90% HR 385,48 380,37 377,76 380,02 378,09 Püskürtme Başlangıç (bar) 231,59 234,72 229,66 190,28 167,37 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 346,17 346,44 346,02 345,18 344,67 Yanma Başlangıç (bar) 45,95 44,35 45,13 45,56 46,02 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 356,50 356,00 356,90 357,50 357,70 φ av ( 0 KMA) 13,83 13,56 13,98 14,82 15,33 α i ( 0 KMA) 10,33 9,56 10,88 12,32 13,03 α z ( 0 KMA) 8,44 8,06 6,58 5,56 5,22 α t (KMA) 28,98 24,37 20,86 22,52 20,39 p/ α (bar/1 0 KMA) 3,24 3,21 3,47 2,94 2,35 φ yanma avansı ( 0 KMA) 3,50 4,00 3,10 2,50 2,30 Püskürtme Bitiş (bar) 209,14 125,25 58,16 0,00 22,22 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 354,80 352,10 352,30 351,10 348,60 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 8,63 5,66 6,28 5,92 3,93 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 79,20 111,30 152,10 214,00 304,20 G yakıt (kg/h) 2,27 1,62 1,18 0,84 0,59 b e (g/kwsaat) 280,74 266,92 291,04 419,02 - Emilen hava: Süre t hava (s) 91,40 90,40 89,50 89,00 89,20 H emme (mmh 2 O) 135,00 140,00 140,00 145,00 145,00 t emme ( o C) 19,00 18,00 18,00 19,00 19,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 47,66 48,19 48,67 48,94 48,83 Yağ: Basınç (bar) 4,60 4,60 4,70 4,80 4,90 Sıcaklık ( o C) 83,00 83,00 80,00 75,00 72,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 608,00 447,00 332,00 245,00 182,00 H egz (mm H 2 O) 145,00 85,00 40,00 10,00 0,00 Đs (k,m -1 ) 2,75 0,50 0,13 0,09 0,07 Đs (Bosch,%) 73,20 23,60 5,90 5,00 3,60 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,45 2,06 2,85 4,03 5,71 Volümetrik Verim (η v ) 0,86 0,87 0,88 0,88 0,88 64
Motorun devir sayısı dakikada 3000 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 72,90 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 25 0 KMA olan motorun 3000 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 13,83 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 10,33 0 KMA, α yakıt ise 8,63 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 10,33 1000 τ i = = 0,57 ms 6 3000 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.6 de gösterilmiştir. Tablo 6.6: 30 0 Statik Avanslı Standart Motorun 3000 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,30 0,32 0,29 0,20 - Đndike verim (η i ) 0,37 0,42 0,44 0,42 - Mekanik Verim (η m ) 0,82 0,76 0,67 0,48 0,19 Ortalama mekanik bas. (p m ) 1,44 1,50 1,57 1,73 1,82 Şekil 6.7 de 3000 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 0,0 5 0 0 25 50 75 100 125 % yük Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.7: Std. Y.O. 25 0 Avans, 3000 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. 65
Tablo 6.7 de statik püskürtme avansı 25 0 KMA olarak ayarlanmış standart motorun 2500 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.7: 25 0 Statik Avanslı Standart Motorun 2500 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 2500 2500 2500 2500 2500 Güç (hp) 10,16 7,61 5,19 2,55 0,00 Maksimum Basınç (bar) 76,27 75,15 71,94 63,89 59,28 Maksimum Basınç (KMA) 365,11 362,74 362,27 362,08 361,85 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 8,08 6,47 4,84 3,24 1,97 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 7,03 5,27 3,59 1,76 0,00 90% HR 383,98 378,83 374,54 376,43 373,37 Püskürtme Başlangıç (bar) 217,84 218,04 217,08 184,17 165,30 Püskürtme Başlangıç (KMA) 345,00 344,77 344,62 343,63 342,99 Yanma Başlangıç (bar) 43,35 42,48 44,41 44,53 44,41 Yanma Başlangıç (KMA) 354,10 353,90 355,00 355,10 355,30 φ av (KMA) 15,00 15,23 15,38 16,37 17,01 α i (KMA) 9,10 9,13 10,38 11,47 12,31 α z (KMA) 11,01 8,84 7,27 6,98 6,55 α t (KMA) 29,88 24,93 19,54 21,33 18,07 p/ α (bar/1 0 KMA) 2,79 3,34 3,62 2,62 2,09 φ yanma avansı (KMA) 5,90 6,10 5,00 4,90 4,70 Püskürtme Bitiş (bar) 182,77 126,03 72,90 14,11 43,70 Püskürtme Bitiş (KMA) 354,40 350,70 350,20 348,40 346,90 α yakıt (püskürtme zamanı) (KMA) 9,40 5,93 5,58 4,77 3,91 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 89,60 128,60 176,10 261,90 394,40 Yakıt ölçüm kütlesi (g) 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 G yakıt (kg/h) 2,01 1,40 1,02 0,69 0,46 b e (g/kwsaat) 268,91 250,14 267,85 366,55 - Emilen hava: Süre t hava (s) 103,40 102,70 101,30 99,90 99,70 H emme (mmh 2 O) 90,00 100,00 100,00 100,00 100,00 t emme ( o C) 19,00 19,00 20,00 20,00 20,00 Hava ölçüm hacmi (m 3 ) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 42,13 42,41 43,00 43,60 43,69 Yağ: Basınç (bar) 4,30 4,30 4,40 4,40 4,50 Sıcaklık ( o C) 77,00 76,00 73,00 71,00 67,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 576,00 425,00 305,00 217,00 152,00 H egz (mm H 2 O) 85,00 65,00 50,00 20,00 5,00 Đs (k,m -1 ) 4,25 0,75 0,20 0,34 0,10 Đs (Bosch,%) 87,20 29,70 8,50 16,50 5,20 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,45 2,10 2,91 4,39 6,63 Volümetrik Verim (η v ) 0,91 0,92 0,93 0,94 0,94 66
Motorun devir sayısı dakikada 2500 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 76,27 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 25 0 KMA olan motorun 2500 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 15,00 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 9,1 0 KMA, α yakıt ise 9,40 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 9.1 1000 τ i = = 0,606 ms 6 2500 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.8 de gösterilmiştir. Tablo 6.8: 25 0 Statik Avanslı Standart Motorun 2500 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,315 0,339 0,317 0,231 - Đndike verim (η i ) 0,363 0,417 0,427 0,425 - Mekanik Verim (η m ) 0,870 0,814 0,742 0,545 0,000 Ortalama mekanik bas. (p m ) 1,049 1,204 1,248 1,475 1,970 Şekil 6.8 de 2500 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.8: Std. Y.O. 25 0 Avans, 2500 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. Şekil 6.9 standart yanma odası, 25 0 KMA avanstaki indikatör diyagramlarıdır. 67
Şekil 6.9: Std. Y.O. 25 0 KMA Đçin Đndikatör Diyagramları 68
6.3.1.4. 20 0 KMA Statik Püskürtme Avansı Tablo 6.9 da statik püskürtme avansı 20 0 KMA olarak ayarlanmış standart motorun 3000 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.9: 20 0 Statik Avanslı Standart Motorun 3000 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 3000 3000 3000 3000 3000 Güç (hp) 10,71 8,28 5,48 2,75 0,00 Maksimum Basınç (bar) 62,74 62,41 60,38 54,29 50,80 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 366,85 366,63 366,35 366,43 366,34 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,36 5,91 4,59 3,15 2,19 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,18 4,78 3,16 1,59 0,00 90% HR 392,56 387,08 385,61 390,92 396,49 Püskürtme Başlangıç (bar) 231,61 237,41 235,11 189,42 162,51 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 351,10 351,20 350,57 350,14 349,64 Yanma Başlangıç (bar) 45,89 45,33 44,76 44,88 45,51 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 360,10 360,30 360,50 360,60 361,30 φ av ( 0 KMA) 8,90 8,80 9,43 9,86 10,36 α i ( 0 KMA) 9,00 9,10 9,93 10,46 11,66 α z ( 0 KMA) 6,75 6,33 5,85 5,83 5,04 α t ( 0 KMA) 32,46 26,78 25,11 30,32 35,19 p/ α (bar/1 0 KMA) 2,54 2,66 2,53 1,49 1,03 φ yanma avansı ( 0 KMA) -0,10-0,30-0,50-0,60-1,30 Püskürtme Bitiş (bar) 186,10 130,82 72,22 5,71 3,27 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 360,10 356,20 356,00 355,30 354,30 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 9,00 5,00 5,43 5,16 4,66 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 79,90 110,20 150,90 217,90 300,10 G yakıt (kg/h) 2,25 1,63 1,19 0,83 0,60 b e (g/kwsaat) 286,07 268,29 296,03 408,53 - Emilen hava: Süre t hava (s) 89,80 89,20 88,90 88,90 89,00 H emme (mmh 2 O) 135,00 135,00 140,00 140,00 140,00 t emme ( o C) 22,00 22,00 22,00 22,00 22,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 48,51 48,83 49,00 49,00 48,94 Yağ: Basınç (bar) 4,50 4,60 4,70 4,80 4,90 Sıcaklık ( o C) 87,00 86,00 83,00 79,00 75,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 612,00 457,00 345,00 248,00 189,00 H egz (mm H 2 O) 125,00 80,00 50,00 20,00 10,00 Đs (k,m -1 ) 3,58 0,66 0,23 0,14 0,10 Đs (Bosch,%) 81,00 27,00 10,60 6,60 4,90 Volümetrik Verim (η v ) 0,87 0,88 0,88 0,88 0,88 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,49 2,07 2,84 4,10 5,65 69
Motorun devir sayısı dakikada 3000 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 62,74 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 20 0 KMA olan motorun 3000 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 8,90 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 9,00 0 KMA, α yakıt ise 9,00 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 9,00 1000 τ i = = 0,5 ms 6 3000 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.10 da gösterilmiştir. Tablo 6.10: 20 0 Statik Avanslı Standart Motorun 3000 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,297 0,316 0,287 0,208 - Đndike verim (η i ) 0,353 0,391 0,416 0,412 - Mekanik Verim (η m ) 0,839 0,808 0,689 0,503 0,000 Ortalama mekanik bas. (p m ) 1,184 1,135 1,430 1,564 2,190 Şekil 6.10 da 3000 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.10: Std. Y.O. 20 0 Avans, 3000 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. 70
Tablo 6.11 de statik püskürtme avansı 20 0 KMA olarak ayarlanmış standart motorun 2500 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.11: 20 0 Statik Avanslı Standart Motorun 2500 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 2500 2500 2500 2500 2500 Güç (hp) 9,91 7,48 4,96 2,55 0,00 Maksimum Basınç (bar) 67,82 68,29 64,90 58,02 54,24 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 366,21 364,91 364,32 363,68 363,62 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,81 6,17 4,61 3,12 1,94 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,86 5,18 3,43 1,76 0,00 90% HR 389,64 383,91 381,16 387,68 387,76 Püskürtme Başlangıç (bar) 220,38 225,71 220,82 183,31 160,79 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 349,37 349,22 349,07 348,52 347,92 Yanma Başlangıç (bar) 45,45 44,91 44,57 45,98 46,28 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 357,80 357,60 357,60 358,40 358,50 φ av ( 0 KMA) 10,63 10,78 10,93 11,48 12,08 α i ( 0 KMA) 8,43 8,38 8,53 9,88 10,58 α z ( 0 KMA) 8,41 7,31 6,72 5,28 5,12 α t ( 0 KMA) 31,84 26,31 23,56 29,28 29,26 p/ α (bar/1 0 KMA) 2,64 3,11 2,87 2,35 1,69 φ yanma avansı ( 0 KMA) 2,20 2,40 2,40 1,60 1,50 Püskürtme Bitiş (bar) 176,62 118,61 73,69 0,00 35,35 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 359,00 355,20 354,00 353,50 351,20 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 9,63 5,98 4,93 4,98 3,28 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 90,20 129,50 183,00 263,90 394,20 Yakıt ölçüm kütlesi (g) 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 G yakıt (kg/h) 2,00 1,39 0,98 0,68 0,46 b e (g/kwsaat) 273,86 252,72 269,70 363,77 - Emilen hava: Süre t hava (s) 102,90 101,70 100,40 99,80 100,10 H emme (mmh 2 O) 95,00 95,00 100,00 100,00 100,00 t emme ( o C) 22,00 22,00 22,00 22,00 22,00 Hava ölçüm hacmi (m 3 ) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 42,33 42,83 43,39 43,65 43,52 Yağ: Basınç (bar) 4,30 4,30 4,30 4,40 4,50 Sıcaklık ( o C) 77,00 77,00 76,00 72,00 68,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 575,00 422,00 307,00 221,00 155,00 H egz (mm H 2 O) 90,00 60,00 50,00 30,00 10,00 Đs (k,m -1 ) 4,94 0,89 0,23 0,34 0,13 Đs (Bosch,%) 90,60 34,10 12,00 14,60 6,20 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,47 2,13 3,05 4,43 6,60 Volümetrik Verim (η v ) 0,91 0,93 0,94 0,94 0,94 71
Motorun devir sayısı dakikada 2500 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 67,82 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 20 0 KMA olan motorun 2500 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 10,63 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 8,43 0 KMA, α yakıt ise 9,63 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 8,43 1000 τ i = = 0,562 ms 6 2500 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.12 de gösterilmiştir. Tablo 6.12: 20 0 Statik Avanslı Standart Motorun 2500 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,31 0,34 0,31 0,23 - Đndike verim (η i ) 0,35 0,40 0,42 0,41 - Mekanik Verim (η m ) 0,88 0,84 0,74 0,57 0,00 Ortalama mekanik bas. (p m ) 0,95 0,99 1,18 1,36 - Şekil 6.11 de 2500 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.11: Std. Y.O. 20 0 Avans, 2500 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. Şekil 6.12 standart yanma odası, 20 0 KMA avanstaki indikatör diyagramlarıdır. 72
Şekil 6.12: Std. Y.O. 20 0 KMA Đçin Đndikatör Diyagramları 73
6.3.1.5. 17,5 0 KMA Statik Püskürtme Avansı Tablo 6.13 de statik püskürtme avansı 17,5 0 KMA olarak ayarlanmış standart motorun 3000 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.13: 17,5 0 Statik Avanslı Standart Motorun 3000 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 3000 3000 3000 3000 3000 Güç (hp) 10,68 8,03 5,40 2,79 0,00 Maksimum Basınç (bar) 58,16 58,18 55,07 50,48 47,19 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 368,35 368,16 368,23 368,24 367,93 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,19 5,79 4,38 3,05 2,19 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,16 4,63 3,11 1,61 0,00 90% HR 399,09 392,00 391,85 396,92 401,49 Püskürtme Başlangıç (bar) 236,88 237,32 227,38 187,67 164,54 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 352,80 352,98 352,65 352,11 351,66 Yanma Başlangıç (bar) 44,67 44,05 44,42 43,88 44,11 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 362,20 361,90 363,10 363,50 363,30 φ av ( 0 KMA) 7,20 7,02 7,35 7,89 8,34 α i ( 0 KMA) 9,40 8,92 10,45 11,39 11,64 α z ( 0 KMA) 6,15 6,26 5,13 4,74 4,63 α t ( 0 KMA) 36,89 30,10 28,75 33,42 38,19 p/ α (bar/1 0 KMA) 2,04 2,01 1,85 1,03 0,35 φ yanma avansı ( 0 KMA) -2,20-1,90-3,10-3,50-3,30 Püskürtme Bitiş (bar) 177,31 138,83 68,31 0,00 4,15 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 361,50 358,10 356,90 357,20 356,00 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 8,70 5,12 4,25 5,09 4,34 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 79,00 112,10 153,90 219,30 296,30 G yakıt (kg/h) 2,28 1,61 1,17 0,82 0,61 b e (g/kwsaat) 290,14 271,95 294,56 400,10 - Emilen hava: Süre t hava (s) 88,60 87,90 87,70 87,40 88,00 H emme (mmh 2 O) 135,00 135,00 135,00 140,00 140,00 t emme ( o C) 24,00 24,00 24,00 24,00 24,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 49,16 49,56 49,67 49,84 49,50 Yağ: Basınç (bar) 4,50 4,60 4,70 4,70 4,80 Sıcaklık ( o C) 87,00 86,00 81,00 79,00 75,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 625,00 460,00 347,00 256,00 194,00 H egz (mm H 2 O) 130,00 90,00 50,00 30,00 20,00 Đs (k,m -1 ) 3,90 0,58 0,22 0,18 0,13 Đs (Bosch,%) 85,20 23,60 9,70 9,20 6,30 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,49 2,14 2,94 4,20 5,64 Volümetrik Verim (η v ) 0,89 0,89 0,89 0,90 0,89 74
Motorun devir sayısı dakikada 3000 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 58,16 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 17,5 0 KMA olan motorun 3000 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 7,2 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 9,4 0 KMA, α yakıt ise 8,7 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 9,4 1000 τ i = = 0,522 ms 6 3000 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.14 de gösterilmiştir. Tablo 6.14: 17,5 0 Statik Avanslı Standart Motorun 3000 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,29 0,31 0,29 0,21 - Đndike verim (η i ) 0,34 0,39 0,41 0,40 - Mekanik Verim (η m ) 0,86 0,80 0,71 0,53 0,00 Ortalama mekanik bas. (p m ) 1,03 1,16 1,27 1,44 2,19 Şekil 6.13 de 3000 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.13: Std. Y.O. 17,5 0 Avans, 3000 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. 75
Tablo 6.15 de statik püskürtme avansı 17,5 0 KMA olarak ayarlanmış standart motorun 2500 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.15: 17,5 0 Statik Avanslı Standart Motorun 2500 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 2500 2500 2500 2500 2500 Güç (hp) 9,80 7,47 5,08 2,49 0,00 Maksimum Basınç (bar) 63,05 63,79 61,06 55,01 51,42 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 367,17 366,08 365,39 365,23 365,13 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,64 6,05 4,55 3,02 1,91 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,78 5,17 3,52 1,72 0,00 90% HR 394,30 390,50 386,37 394,18 393,03 Püskürtme Başlangıç (bar) 218,08 225,10 219,44 182,35 162,03 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 351,37 351,20 351,02 350,46 349,86 Yanma Başlangıç (bar) 44,91 45,49 45,61 45,83 45,95 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 359,70 360,30 360,00 360,50 360,50 φ av ( 0 KMA) 8,63 8,80 8,98 9,54 10,14 α i ( 0 KMA) 8,33 9,10 8,98 10,04 10,64 α z ( 0 KMA) 7,47 5,78 5,39 4,73 4,63 α t ( 0 KMA) 34,60 30,20 26,37 33,68 32,53 p/ α (bar/1 0 KMA) 2,34 3,15 2,87 1,99 1,26 φ yanma avansı ( 0 KMA) 0,30-0,30 0,00-0,50-0,50 Püskürtme Bitiş (bar) 190,10 117,44 62,36 0,00 32,08 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 359,90 357,20 357,00 355,60 354,00 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 8,53 6,00 5,98 5,14 4,14 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 90,10 132,20 181,80 257,90 391,00 Yakıt ölçüm kütlesi (g) 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 G yakıt (kg/h) 2,00 1,36 0,99 0,70 0,46 b e (g/kwsaat) 277,24 247,89 265,07 381,21 - Emilen hava: Süre t hava (s) 103,20 100,80 99,80 98,90 99,40 H emme (mmh 2 O) 95,00 95,00 95,00 100,00 100,00 t emme ( o C) 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 Hava ölçüm hacmi (m 3 ) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 42,21 43,21 43,65 44,04 43,82 Yağ: Basınç (bar) 4,20 4,30 4,40 4,40 4,50 Sıcaklık ( o C) 77,00 76,00 75,00 71,00 67,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 585,00 420,00 309,00 221,00 155,00 H egz (mm H 2 O) 90,00 70,00 50,00 30,00 10,00 Đs (k,m -1 ) 5,33 0,92 0,28 0,46 0,10 Đs (Bosch,%) 91,70 34,40 12,70 19,70 5,80 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,46 2,20 3,05 4,37 6,59 Volümetrik Verim (η v ) 0,91 0,93 0,94 0,95 0,95 76
Motorun devir sayısı dakikada 2500 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 63,05 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 17,5 0 KMA olan motorun 2500 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 8,63 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 8,33 0 KMA, α yakıt ise 8,53 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 8,33 1000 τ i = = 0,555 ms 6 2500 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.16 da gösterilmiştir. Tablo 6.16: 17,5 0 Statik Avanslı Standart Motorun 2500 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,306 0,342 0,320 0,223 - Đndike verim (η i ) 0,345 0,400 0,414 0,390 - Mekanik Verim (η m ) 0,888 0,854 0,773 0,571 0,000 Ortalama mekanik bas. (p m ) 0,858 0,880 1,034 1,297 1,910 Şekil 6.14 te 2500 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 0,0 5 0 0 25 50 75 100 125 % yük Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.14: Std. Y.O. 17,5 0 Avans, 2500 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. Şekil 6.15 standart yanma odası, 17,5 0 KMA avanstaki indikatör diyagramlarıdır. 77
Şekil 6.15: Std. Y.O. 17,5 0 KMA Đçin Đndikatör Diyagramları 78
6.3.2. MR 1 Yanma Odalı Motor Ölçümleri yapılan standart motorun diğer özellikleri sabit tutulup, yanma odası değiştirilmiştir. MR 1 yanma odalı motorun deneyleri üç farklı avans değeri için yapılmıştır. 6.3.2.1. 25 0 KMA Statik Püskürtme Avansı Tablo 6.17 de statik püskürtme avansı 25 0 KMA olarak ayarlanmış MR 1 yanma odalı motorun 3000 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. 79
Tablo 6.17: 25 0 Statik Avanslı, MR 1 Motorunun 3000 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 3000 3000 3000 3000 3000 Güç (hp) 10,90 8,36 5,48 2,80 0,00 Maksimum Basınç (bar) 76,03 74,04 70,30 64,61 58,26 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 365,10 364,45 363,66 361,57 361,95 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,52 6,18 4,73 3,21 2,13 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,29 4,82 3,16 1,61 0,00 90% HR 378,39 375,36 373,47 371,84 372,61 Püskürtme Başlangıç (bar) 220,57 220,89 213,44 181,38 158,87 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 346,70 347,04 346,73 345,88 345,41 Yanma Başlangıç (bar) 43,01 42,83 44,26 43,97 44,39 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 356,50 356,80 357,90 357,90 358,20 φ av ( 0 KMA) 13,30 12,96 13,27 14,12 14,59 α i ( 0 KMA) 9,80 9,76 11,17 12,02 12,79 α z ( 0 KMA) 8,60 7,65 5,76 3,67 3,75 α t ( 0 KMA) 21,89 18,56 15,57 13,94 14,41 p/ α (bar/1 0 KMA) 3,54 3,72 4,29 5,18 3,38 φ yanma avansı ( 0 KMA) 3,50 3,20 2,10 2,10 1,80 Püskürtme Bitiş (bar) 187,46 162,46 104,25 35,21 34,91 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 355,20 353,10 352,30 350,60 350,00 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 8,50 6,06 5,57 4,72 4,59 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 79,00 109,40 154,70 223,10 307,90 Yakıt ölçüm kütlesi (g) 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 G yakıt (kg/h) 2,28 1,65 1,16 0,81 0,58 b e (g/kwsaat) 284,29 267,66 288,76 391,88 - Emilen hava: Süre t hava (s) 92,10 91,60 91,40 91,50 91,80 H emme (mmh 2 O) 135,00 135,00 135,00 140,00 140,00 t emme ( o C) 19,00 19,00 19,00 18,00 18,00 Hava ölçüm hacmi (m 3 ) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 47,30 47,55 47,66 47,61 47,45 Yağ: Basınç (bar) 4,50 4,50 4,50 4,70 4,90 Sıcaklık ( o C) 87,00 87,00 86,00 79,00 75,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 586,00 435,00 321,00 221,00 175,00 H egz (mm H 2 O) 135,00 90,00 50,00 20,00 0,00 Đs (k,m -1 ) 2,35 1,15 0,45 0,12 0,09 Đs (Bosch,%) 70,00 38,00 16,20 5,20 4,30 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,44 2,00 2,83 4,08 5,62 Volümetrik Verim (η v ) 0,85 0,86 0,86 0,86 0,85 80
Motorun devir sayısı dakikada 3000 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 76,03 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 25 0 KMA olan motorun 3000 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 13,3 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 9,80 0 KMA, α yakıt ise 8,50 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 9,8 1000 τ i = = 0,544 ms 6 3000 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.18 da gösterilmiştir. Tablo 6.18: 25 0 Statik Avanslı MR 1 Motorunun 3000 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,30 0,32 0,29 0,22 - Đndike verim (η i ) 0,36 0,41 0,44 0,43 - Mekanik Verim (η m ) 0,84 0,78 0,67 0,50 0,00 Ortalama mekanik bas. (p m ) 1,23 1,36 1,57 1,60 2,13 Şekil 6.16 da 3000 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.16: MR 1 Y.O. 25 0 Avans, 3000 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. 81
Tablo 6.19 de statik püskürtme avansı 25 0 KMA olarak ayarlanmış MR 1 yanma odalı motorun 2500 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.19: 25 0 Statik Avanslı MR 1 Motorun 2500 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 2500 2500 2500 2500 2500 Güç (hp) 9,80 7,31 4,88 2,47 0,00 Maksimum Basınç (bar) 79,29 77,33 72,84 65,13 58,30 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 365,65 363,26 362,56 361,88 361,91 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,85 6,28 4,81 3,17 1,91 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,78 5,06 3,38 1,71 0,00 90% HR 377,56 374,38 373,09 372,92 377,72 Püskürtme Başlangıç (bar) 205,31 206,97 203,92 176,40 155,39 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 345,58 345,31 345,14 344,62 344,06 Yanma Başlangıç (bar) 43,38 41,96 42,65 42,54 43,24 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 355,30 354,80 355,30 355,10 356,10 φ av ( 0 KMA) 14,42 14,69 14,86 15,38 15,94 α i ( 0 KMA) 9,72 9,49 10,16 10,48 12,04 α z ( 0 KMA) 10,35 8,46 7,26 6,78 5,81 α t ( 0 KMA) 22,26 19,58 17,79 17,82 21,62 p/ α (bar/1 0 KMA) 3,26 3,75 3,75 2,88 2,19 φ yanma avansı ( 0 KMA) 4,70 5,20 4,70 4,90 3,90 Püskürtme Bitiş (bar) 188,05 156,02 111,68 23,98 54,84 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 353,90 350,50 350,20 349,10 347,30 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 8,32 5,19 5,06 4,48 3,24 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 89,00 132,00 179,30 268,60 394,80 Yakıt ölçüm kütlesi (g) 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 G yakıt (kg/h) 2,02 1,36 1,00 0,67 0,46 b e (g/kwsaat) 280,67 253,70 279,78 368,98 - Emilen hava: Süre t hava (s) 103,00 103,20 103,00 103,00 103,20 H emme (mmh 2 O) 95,00 95,00 100,00 100,00 100,00 t emme ( o C) 22,00 20,00 19,00 19,00 19,00 Hava ölçüm hacmi (m 3 ) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 42,29 42,21 42,29 42,29 42,21 Yağ: Basınç (bar) 4,20 4,30 4,30 4,40 4,50 Sıcaklık ( o C) 80,00 79,00 75,00 72,00 69,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 556,00 390,00 289,00 206,00 149,00 H egz (mm H 2 O) 100,00 70,00 35,00 20,00 0,00 Đs (k,m -1 ) 5,95 0,61 0,18 0,12 0,07 Đs (Bosch,%) 94,80 26,70 8,10 6,00 3,00 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,45 2,14 2,92 4,37 6,41 Volümetrik Verim (η v ) 0,91 0,91 0,91 0,91 0,91 82
Motorun devir sayısı dakikada 2500 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 79,29 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 25 0 KMA olan motorun 2500 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 14,42 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 9,72 0 KMA, α yakıt ise 8,32 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 9,72 1000 τ i = = 0,648 ms 6 2500 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.20 de gösterilmiştir. Tablo 6.20: 25 0 Statik Avanslı MR 1 Motorunun 2500 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,302 0,334 0,303 0,230 - Đndike verim (η i ) 0,350 0,415 0,432 0,426 - Mekanik Verim (η m ) 0,864 0,806 0,702 0,539 0,000 Ortalama mekanik bas. (p m ) 1,07 1,22 1,43 1,46 1,91 Şekil 6.17 de 2500 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.17: MR 1 Y.O. 25 0 Avans, 2500 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. Şekil 6.18 MR 1 yanma odası, 25 0 KMA avanstaki indikatör diyagramlarıdır. 83
Şekil 6.18: MR 1 Y.O. 25 0 KMA Đçin Đndikatör Diyagramları 84
6.3.2.2. 20 0 KMA Statik Püskürtme Avansı Tablo 6.21 de statik püskürtme avansı 20 0 KMA olarak ayarlanmış MR 1 yanma odalı motorun 3000 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.21: 20 0 Statik Avanslı MR 1 Motorun 3000 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 3000 3000 3000 3000 3000 Güç (hp) 11,06 8,33 5,60 2,86 0,00 Maksimum Basınç (bar) 67,73 66,24 63,73 58,93 52,62 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 367,88 367,03 366,68 365,08 365,95 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,62 6,13 4,87 3,31 2,16 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,38 4,80 3,23 1,65 0,00 90% HR 383,09 379,77 378,57 376,71 379,64 Püskürtme Başlangıç (bar) 228,09 228,95 219,56 186,14 161,13 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 351,10 351,07 350,72 350,25 349,96 Yanma Başlangıç (bar) 43,98 44,10 44,01 44,45 43,74 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 360,30 361,20 361,00 361,90 362,70 φ av ( 0 KMA) 8,90 8,93 9,28 9,75 10,04 α i ( 0 KMA) 9,20 10,13 10,28 11,65 12,74 α z ( 0 KMA) 7,58 5,83 5,68 3,18 3,25 α t ( 0 KMA) 22,79 18,57 17,57 14,81 16,94 p/ α (bar/1 0 KMA) 2,92 3,54 3,19 4,19 2,16 φ yanma avansı ( 0 KMA) -0,30-1,20-1,00-1,90-2,70 Püskürtme Bitiş (bar) 193,03 89,51 35,99 47,81 31,20 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 360,30 359,50 358,40 356,10 355,10 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 9,20 8,43 7,68 5,85 5,14 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 79,30 111,50 149,50 218,70 306,10 G yakıt (kg/h) 2,27 1,61 1,20 0,82 0,59 b e (g/kwsaat) 279,11 263,57 292,40 391,38 - Emilen hava: Süre t hava (s) 91,80 90,70 90,90 90,80 90,80 H emme (mmh 2 O) 135,00 140,00 140,00 140,00 140,00 t emme ( o C) 18,00 18,00 18,00 18,00 18,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 47,45 48,03 47,92 47,97 47,97 Yağ: Basınç (bar) 4,60 4,60 4,70 4,80 4,90 Sıcaklık ( o C) 84,00 84,00 80,00 77,00 75,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 589,00 430,00 330,00 239,00 180,00 H egz (mm H 2 O) 160,00 90,00 55,00 30,00 20,00 Đs (k,m -1 ) 2,94 0,33 0,12 0,05 0,04 Đs (Bosch,%) 76,20 15,60 7,00 2,80 2,40 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,45 2,06 2,75 4,03 5,65 Volümetrik Verim (η v ) 0,85 0,86 0,86 0,86 0,86 85
Motorun devir sayısı dakikada 3000 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 67,73 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 20 0 KMA olan motorun 3000 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 8,9 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 9,20 0 KMA, α yakıt ise 9,20 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 9,8 1000 τ i = = 0,511 ms 6 3000 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.22 de gösterilmiştir. Tablo 6.22: 20 0 Statik Avanslı MR 1 Motorunun 3000 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,304 0,322 0,290 0,217 - Đndike verim (η i ) 0,363 0,411 0,437 0,435 - Mekanik Verim (η m ) 0,837 0,784 0,663 0,498 0,000 Ortalama mekanik bas. (p m ) 1,242 1,326 1,640 1,661 2,160 Şekil 6.19 da 3000 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.19: MR 1 Y.O. 20 0 Avans, 3000 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. 86
Tablo 6.23 de statik püskürtme avansı 20 0 KMA olarak ayarlanmış MR 1 yanma odalı motorun 2500 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.23: 20 0 Statik Avanslı MR 1 Motorun 2500 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 2500 2500 2500 2500 2500 Güç (hp) 9,71 7,32 4,90 2,46 0,00 Maksimum Basınç (bar) 71,61 70,69 66,79 61,53 55,27 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 366,98 365,30 364,77 363,04 363,47 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,93 6,37 4,76 3,17 1,94 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,72 5,07 3,39 1,70 0,00 90% HR 382,19 378,58 378,12 376,35 379,23 Püskürtme Başlangıç (bar) 212,65 214,60 210,46 180,81 157,94 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 349,47 349,37 349,15 348,63 348,16 Yanma Başlangıç (bar) 43,46 44,51 44,41 44,24 44,37 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 357,60 358,40 359,10 359,10 359,70 φ av ( 0 KMA) 10,53 10,63 10,85 11,37 11,84 α i ( 0 KMA) 8,13 9,03 9,95 10,47 11,54 α z ( 0 KMA) 9,38 6,90 5,67 3,94 3,77 α t ( 0 KMA) 24,59 20,18 19,02 17,25 19,53 p/ α (bar/1 0 KMA) 2,77 3,64 3,74 4,05 2,57 φ yanma avansı ( 0 KMA) 2,40 1,60 0,90 0,90 0,30 Püskürtme Bitiş (bar) 184,53 84,82 25,73 34,72 29,74 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 357,80 357,00 355,40 354,50 353,40 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 8,33 7,63 6,25 5,87 5,24 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 89,90 130,10 182,00 268,00 398,60 Yakıt ölçüm kütlesi (g) 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 G yakıt (kg/h) 2,00 1,38 0,99 0,67 0,45 b e (g/kwsaat) 280,44 257,05 274,50 371,31 - Emilen hava: Süre t hava (s) 103,10 103,10 102,90 102,90 102,80 H emme (mmh 2 O) 95,00 95,00 100,00 100,00 100,00 t emme ( o C) 18,00 18,00 18,00 18,00 18,00 Hava ölçüm hacmi (m 3 ) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 42,25 42,25 42,33 42,33 42,37 Yağ: Basınç (bar) 4,30 4,30 4,30 4,40 4,50 Sıcaklık ( o C) 76,00 77,00 75,00 72,00 68,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 555,00 408,00 298,00 209,00 149,00 H egz (mm H 2 O) 95,00 70,00 45,00 20,00 10,00 Đs (k,m -1 ) 4,87 0,99 0,26 0,08 0,02 Đs (Bosch,%) 90,50 37,90 11,90 4,70 1,80 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,46 2,11 2,96 4,36 6,49 Volümetrik Verim (η v ) 0,91 0,91 0,91 0,91 0,92 87
Motorun devir sayısı dakikada 2500 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 71,61 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 20 0 KMA olan motorun 2500 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 10,53 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 8,13 0 KMA, α yakıt ise 8,33 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 8,13 1000 τ i = = 0,542 ms 6 2500 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.24 de gösterilmiştir. Tablo 6.24: 20 0 Statik Avanslı MR 1 Motorunun 2500 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,302 0,330 0,309 0,228 - Đndike verim (η i ) 0,357 0,415 0,434 0,425 - Mekanik Verim (η m ) 0,847 0,795 0,712 0,537 0,000 Ortalama mekanik bas. (p m ) 1,21 1,30 1,37 1,47 1,94 Şekil 6.20 de 2500 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.20: MR 1 Y.O. 20 0 Avans, 2500 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. Şekil 6.21 MR 1 yanma odası, 20 0 KMA avanstaki indikatör diyagramlarıdır. 88
Şekil 6.21: MR 1 Y.O. 20 0 KMA Đçin Đndikatör Diyagramları 89
6.3.2.3. 17,5 0 KMA Statik Püskürtme Avansı Tablo 6.25 de statik püskürtme avansı 17,5 0 KMA olarak ayarlanmış MR 1 yanma odalı motorun 3000 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.25: 17,5 0 Statik Avanslı MR 1 Motorun 3000 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 3000 3000 3000 3000 3000 Güç (hp) 11,33 8,49 5,64 2,92 0,86 Maksimum Basınç (bar) 58,82 57,77 54,68 51,91 46,65 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 370,18 370,25 370,12 368,75 368,92 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,59 6,09 4,68 3,29 2,17 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,53 4,90 3,25 1,68 0,50 90% HR 388,74 385,01 382,92 380,40 380,93 Püskürtme Başlangıç (bar) 222,68 224,85 210,61 183,48 160,17 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 354,04 354,18 353,89 353,27 352,93 Yanma Başlangıç (bar) 42,63 42,15 41,74 41,64 41,02 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 362,80 363,60 364,50 364,30 365,40 φ av ( 0 KMA) 5,96 5,82 6,11 6,73 7,07 α i (KMA) 8,76 9,42 10,61 11,03 12,47 α z (KMA) 7,38 6,65 5,62 4,45 3,52 α t (KMA) 25,94 21,41 18,42 16,10 15,53 p/ α (bar/1 0 KMA) 1,79 1,83 1,62 1,42 0,30 φ yanma avansı ( 0 KMA) -2,80-3,60-4,50-4,30-5,40 Püskürtme Bitiş (bar) 177,79 66,17 90,68 45,17 19,68 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 363,40 362,70 360,00 359,70 357,80 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 9,36 8,52 6,11 6,43 4,87 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 79,40 115,90 156,90 227,20 309,50 G yakıt (kg/h) 2,27 1,55 1,15 0,79 0,58 b e (g/kwsaat) 272,12 248,78 276,64 368,99 - Emilen hava: Süre t hava (s) 89,60 89,20 89,00 89,00 89,50 H emme (mmh 2 O) 135,00 135,00 140,00 140,00 140,00 t emme ( o C) 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 48,62 48,83 48,94 48,94 48,67 Yağ: Basınç (bar) 4,50 4,60 4,70 4,80 4,80 Sıcaklık ( o C) 87,00 86,00 83,00 79,00 75,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 610,00 431,00 323,00 233,00 176,00 H egz (mm H 2 O) 175,00 80,00 45,00 25,00 15,00 Đs (k,m -1 ) 2,85 0,34 0,08 0,05 0,04 Đs (Bosch,%) 74,80 14,60 6,80 2,80 2,40 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,48 2,18 2,95 4,28 5,79 Volümetrik Verim (η v ) 0,88 0,88 0,88 0,88 0,88 90
Motorun devir sayısı dakikada 3000 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 58,82 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 17,5 0 KMA olan motorun 3000 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 5,96 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 8,76 0 KMA, α yakıt ise 9,36 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Motorun silindir içinden ses ölçüm değeri ise 93,14 db dir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 8,76 1000 τ i = = 0,486 ms 6 3000 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.26 da gösterilmiştir. Tablo 6.26: 17,5 0 Statik Avanslı MR 1 Motorunun 3000 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,312 0,341 0,307 0,230 - Đndike verim (η i ) 0,362 0,424 0,441 0,449 - Mekanik Verim (η m ) 0,861 0,804 0,695 0,512 0,229 Ortalama mekanik bas. (p m ) 1,06 1,19 1,43 1,61 1,67 Şekil 6.22 de 3000 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.22: MR 1 Y.O. 17,5 0 Avans, 3000 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. 91
Tablo 6.27 de statik püskürtme avansı 17,5 0 KMA olarak ayarlanmış MR 1 yanma odalı motorun 2500 d/dak için performans değerleri bulunmaktadır. Tablo 6.27: 17,5 0 Statik Avanslı MR 1 Motorun 2500 d/dak Đçin Deney Verileri Yük (%) 100 75 50 25 0 Devir (rpm) 2500 2500 2500 2500 2500 Güç (hp) 10,06 7,49 5,06 2,51 0,69 Maksimum Basınç (bar) 63,65 63,86 60,60 55,51 50,49 Maksimum Basınç ( 0 KMA) 368,71 367,52 366,93 365,70 366,19 IMEP Ort. Đndike Bas. (bar) 7,93 6,30 4,76 3,09 1,97 MEP Ort. Efektif Bas. (bar) 6,96 5,18 3,50 1,74 0,48 90% HR 386,22 382,42 380,43 378,91 380,07 Püskürtme Başlangıç (bar) 209,27 211,86 207,04 176,89 157,28 Püskürtme Başlangıç ( 0 KMA) 352,44 352,34 352,23 351,67 351,26 Yanma Başlangıç (bar) 43,09 43,11 43,24 43,57 42,79 Yanma Başlangıç ( 0 KMA) 361,00 361,30 361,80 362,10 362,70 φ av ( 0 KMA) 7,56 7,66 7,77 8,33 8,74 α i ( 0 KMA) 8,56 8,96 9,57 10,43 11,44 α z ( 0 KMA) 7,71 6,22 5,13 3,60 3,49 α t ( 0 KMA) 25,22 21,12 18,63 16,81 17,37 p/ α (bar/1 0 KMA) 2,34 2,94 2,93 2,76 1,40 φ yanma avansı ( 0 KMA) -1,00-1,30-1,80-2,10-2,70 Püskürtme Bitiş (bar) 176,82 78,28 13,62 30,62 34,23 Püskürtme Bitiş ( 0 KMA) 361,30 360,10 359,40 356,70 356,10 α yakıt (püskürtme zamanı) ( 0 KMA) 8,86 7,76 7,17 5,03 4,84 Yakıt tüketimi: Süre t yakıt (s) 90,40 132,30 184,00 279,00 401,20 Yakıt ölçüm kütlesi (g) 50,00 50,00 50,00 50,00 50,00 G yakıt (kg/h) 1,99 1,36 0,98 0,65 0,45 b e (g/kwsaat) 269,18 247,04 262,93 349,57 - Emilen hava: Süre t hava (s) 103,00 102,00 100,80 100,50 100,60 H emme (mmh 2 O) 95,00 95,00 95,00 100,00 100,00 t emme ( o C) 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 Hava ölçüm hacmi (m 3 ) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Yoğunluk (kg/m 3 ) 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 G hava (kg/h) 42,29 42,71 43,21 43,34 43,30 Yağ: Basınç (bar) 4,30 4,30 4,30 4,40 4,50 Sıcaklık ( o C) 78,00 79,00 76,00 73,00 69,00 Egzoz: t egzoz ( o C) 562,00 406,00 292,00 199,00 146,00 H egz (mm H 2 O) 90,00 70,00 50,00 25,00 5,00 Đs (k,m -1 ) 4,24 0,77 0,12 0,06 0,05 Đs (Bosch,%) 85,60 32,00 11,70 3,60 2,80 Hava fazlalık katsayısı (λ) 1,47 2,17 3,06 4,65 6,68 Volümetrik Verim (η v ) 0,91 0,92 0,93 0,94 0,94 92
Motorun devir sayısı dakikada 2500 devir olarak ayarlandığında tam yükte silindir içindeki maksimum basınç 63,65 bar a ulaşmaktadır. Statik avansı 17,5 0 KMA olan motorun 2500 d/dak, tam yük noktasında dinamik avansı 7,56 0 KMA olarak ölçülmüştür. Motorun tutuşma gecikmesi 8,56 0 KMA, α yakıt ise 8,86 0 KMA olarak tespit edilmiştir. Krank mili açısı olarak ölçülen tutuşma gecikmesini milisaniyeye çevirmek için Denklem 6.12 kullanılır. 8,13 1000 τ i = = 0,57 ms 6 2500 Tüm yükler için verim değerleri Tablo 6.28 de gösterilmiştir. Tablo 6.28: 17,5 0 Statik Avanslı MR 1 Motorunun 2500 d/dak Đçin Verim Değerleri Yük (%) 100 75 50 25 0 Efektif verim (η e ) 0,315 0,343 0,323 0,243 - Đndike verim (η i ) 0,359 0,417 0,439 0,432 - Mekanik Verim (η m ) 0,878 0,823 0,736 0,562 0,242 Ortalama mekanik bas. (p m ) 0,97 1,12 1,26 1,35 1,49 Şekil 6.23 de 2500 d/dak noktası için verim değerlerinin ve ortalama indike basıncın farklı yükler için karşılaştırılması gözükmektedir. 1,0 0,8 25 20 verim 0,6 0,4 15 10 bar 0,2 5 0,0 0 25 50 75 100 % yük 0 Đndike verim (ηi) Mekanik Verim (ηm) Efektif verim (ηe) Ort.Đndike Bas. Şekil 6.23: MR 1 Y.O. 17,5 0 Avans, 2500 d/dak Đçin Verimler ve Ort. Đndike Bas. Şekil 6.24 MR 1 yanma odası, 17,5 0 KMA avanstaki indikatör diyagramlarıdır. 93
Şekil 6.24: MR 1 Y.O. 17,5 0 KMA Đçin Đndikatör Diyagramları 94
7. YANMA ODASI PERFORMANSLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Standart yanma odası kullanıldığında motorun performans açısından en iyi sonuçları 30 0 KMA statik avansta, MR 1 yanma odasın kullanıldığında ise 17,5 0 KMA da elde edilmiştir. Şekil 7.1 de görüldüğü gibi, motor MR 1 yanma odası ile çalıştığında dinamik yakıt püskürtme avansı, φ av, 6 0 KMA (statik avans 17,5 0 ), tutuşma gecikmesi, α i, 8,7 0 KMA olmuştur. Standard yanma odası ile çalıştığında ise φ av 17 0 KMA (statik avans 30 0 ) ve α i 11,2 0 KMA değerlerine ulaşmıştır. Tutuşma gecikmesinin düşük olmasına rağmen, dinamik püskürtme avansı düşük olduğu için MR 1 yanma odasında Yanma Süreci ÜÖN dan sonra gerçekleşmiş ve maksimum yanma basıncı p z =59 bar değerine ÜÖN dan 10 0 KMA sonra ulaşmıştır. Standart yanma odası kullanıldığında yanma basıncı maksimum değerine (p z =77 bar) daha erken, ÜÖN dan 4 0 KMA sonra ulaşmıştır. Şekil 7.1: 3000 d/dak Tam Yük Noktasında Đndikatör Diyagramının Karşılaştırılması MR 1 yanma odası kullanımıyla silindir içindeki maksimum basınç standart motorda 76,87 bar iken 58,82 bar a düşürülmüştür. Basıncın maksimum değeri ise standart motora göre 6 0 KMA sonra olmuştur. Bu nedenlerle MR 1 yanma odasında nispeten düşük hızla, başka bir değişle optimum hızla gerçekleşen yanma süreci, piston-biyel mekanizmasında maksimum moment kolu oluşturabilmiştir. Yanma hızını gösteren parametre olan p α standart motorda 3,24 bar/kma iken MR 1 yanma odalı 95
motorda bu değer, 1,79 bar/kma noktasına düşmüştür. Pistonlu motor teorisinde, piston-biyel mekanizmanın maksimum moment kolu oluşturması için yanma süreci optimum yanma hızı ile gerçekleşerek, yanma basıncının maksimum değeri ÜÖN dan 10 12 0 KMA geçildikten sonra ulaşılmalıdır. Tablo 7.1 de her iki piston için yanma süresi parametreleri karşılaştırılmıştır. Tablo 7.1: 3000 d/dak Đçin Yanma Süresi Parametrelerin Karşılaştırılması YÜK % STD Y.O. p bar/ p z bar α 0 i KMA α 0 KMA MR1 Y.O. STD Y.O. MR1 Y.O. STD Y.O. MR1 Y.O. STD Y.O. τ i msan MR1 Y.O. 100 76,87 58,82 11,2 8,76 3,24 1,79 0,622 0,487 75 74,35 57,77 11,22 9,42 3,47 1,83 0,623 0,523 50 70,32 54,68 11,37 10,61 3,06 1,62 0,632 0,589 25 63,57 51,91 13,18 11,03 2,47 1,42 0,732 0,613 0 59,33 46,65 14,38 12,47 2,41 0,30 0,799 0,693 Bu karşılaştırılmalarda görüldüğü gibi, motor MR 1 yanma odası ile çalıştığında tutuşma gecikmesi, ortalama yanma basınç artış hızı ve maksimum yanma basıncı tüm yük rejimlerinde standart yanma odası ile elde edilen parametrelerle kıyasla düşük değerlere sahiptir. Fakat yanma basıncının düşük değerlerde olmasına rağmen motorun gücünde artış sağlanmıştır. Tablo 7.2 motordaki güç ve verim değişimlerini göstermektedir. Tablo 7.2: Farklı Yük Rejimlerinde Motor Performans ve Verimlerin Karşılaştırması YÜK % STD Y.O. Pe BG η i η m η e MR1 Y.O. STD Y.O. MR1 Y.O. STD Y.O. MR1 Y.O. STD Y.O. MR1 Y.O. 100 11,13 11,33 0,364 0,362 0,84 0,86 0,306 0,312 75 8,34 8,49 0,410 0,424 0,79 0,80 0,325 0,341 50 5,62 5,64 0,369 0,441 0,83 0,69 0,305 0,307 25 2,74 2,92 0,353 0,449 0,6 0,51 0,212 0,230 0 0 0 - - 0 0 - - 96
Silindir içindeki maksimum basınç değeri her iki yanma odası için de 3000 d/dak tam yük noktası için Şekil 7.2 de gösterilmiştir. Silindir Đçi Maksimum Basınç 80 70 bar 60 50 40 0 25 50 75 100 %yük Standart Yanma Odası MR-1 Yanma Odası Şekil 7.2: Silindir Đçi Maksimum Basınç Şekil 7.3 te ise 3000 d/dak tam yük noktasında standart yanma odalı motor ile MR 1 yanma odalı motorun silindir içi basınç değerleri gözükmektedir. Đndikatör Diyagramları 100 80 bar 60 40 20 0 330 340 350 360 370 380 390 400 KMA Standart Yanma Odası MR-1 Yanma Odası Şekil 7.3: 3000 d/dak Tam Yük Noktasında Silindir Đçi Basınçlar 97
Yapılan analiz sonucu, belli bir avans açısıyla MR 1 yanma odasının duvarlarına doğru püskürtülen yakıtın büyük bir kısmının duvara sıvandığı tespit edilmiştir. Yakıt, temasla ısı iletim katsayısının yüz kat mertebede yükselmesinden dolayı çabuk buharlaşabilir. Yakıtın büyük bir kısmının yanma süreci ise buharlaşma ve hava ile karışma süreçlerini takip ederek gerçekleşmesinden dolayı yanma sırasındaki basınç artış hızı bir ölçüde frenlenerek aniden patlama engellenir ve ortalama yanma basınç artış hızının ( p/ α) azalmasıyla optimum yanma süreci gerçekleşmiş olur. Bu durumda maksimum yanma basıncının azalmasına (aynı zamanda ortam sıcaklığının düşmesine) rağmen, MR 1 yanma odasının özel geometrisi sıkıştırma sürecinde oluşturduğu türbülanslı hava ile buharlaşmakta olan yakıtı birbirine karıştırıp yanma odasının en sıcak bölgesi olan merkezine doğru sürükleyerek, verimli ve düşük dumanlı bir yanma sağlayabilir. Maksimum yanma basıncı (p z ) ve ortalama yanma basınç hızının ( p/ α) azalması, NO x ve gürültü emisyonlarının düşürülmesini sağlayan, motorun dayanaklılığını ise artıran en önemli etkenlerdir. Şekil 7.4 MR 1 yanma odalı motorla, standart yanma odalı motorun indikatör diyagramlarını 3000 d/dak noktasında farklı yükler için vermektedir. 98
Şekil 7.4: MR 1 ve Standart Yanma Odalı Motorların Đndikatör Diyagramları 99