YAKITLAR İçten yanmalı Motorlarda kullanılan yakıtlar Mono-olefin (C n H 2n ) Hexan Benzen(C 6 H 6 ) Dio-olefin (C n H 2n-2 ) Butadien Giriş Yakıtların sınıflandırılması Yakıtların üretilmesi Genel yakıt özellikleri Benzinli ve Dizel motorlarında kullanılan yakıtların özellikleri Siklo-hexane Yakıtlar Yakıtların sınıflandırılması İçten yanmalı motorlarda, yakıtın içerisindeki kimyasal enerji yanma odasında yakılmak suretiyle mekanik güce çevrilir. Silindir içerisindeki kimyasal reaksiyonlar neticesinde ısı açığa çıkar. Kimyasal reaksiyonların tamamlanabilmesi için yakıt hava karışımınının silindir içerisinde yeterli bir süre kalması gerekir. İçten yanmalı motorlarda kullanılacak yakıtların kimyasal reaksiyon hızlarının yüksek olması gerekir. Motorlarda Kullanılan belli başlı yakıtlar: Sıvı formda hidrokarbonlar Alkoller( metanol,etanol) LPG (propan ve bütan karşışımı) Doğal gas (metan) Hidrojen Sıvı hidrokarbonlar: C H n m Yakıtlar, temel olarak hidrokarbon karışımlarından oluşurlar ve karbon-karbon (C-C) ve karbon-hidrojen (C-H) bağlarıyla değişik şekillerde bağlanmışlardır. Yanma esnasında bu bağlar kopar ve oksijen atomuyla yeni bağlar kurarlar (CO,CO 2 gibi bileşikler) ve bu kurulan yeni bağlar esnasında kimyasal enerji açığa çıkar. Tam yanma gerçekleştiğinde temel ürünler CO 2 ve H 2 O dur. Yakıtlar küçük oranlarda da O2, N 2, S, H 2O içerirler 1
Parafinler (Alkenler) İzo-parafinler Alkenler veya Parafinler genel olarak C n H 2 n+2 formülüyle gösterilirler. Tüm karbon bağları tekli ve yüksek sayıda H atomuyla doymuştur.yüksek ısıl değere sahiptirler ve yoğunlukları (620 770 kg/m 3 ) civarındadır. Karbon atomları düz zincir şekilde dizilmiş olabileceği gibi dallanmış da olabilir. Düz zincir grubu (normal parafinler) Zincir boyu kısaldıkça, bağı koparmak daha zordur. Bu nedenle kontrolsüz yanmaya neden olabileceğinden benzinli motorlar için uygun değildir.ana formüldeki n sayısına göre: n sayısı 1-4 arası ise gaz n sayısı 5-15 arasında ise sıvı n sayısı 16 dan büyük ise Katı halde bulunurlar.örneğin C 2 H 6 (Etan) gaz parafin, C 7 H 16 (normal Heptan) ise sıvı parafindir. Dallanmış zincirli bileşenler(izoparafinler): C 8 H 18 Bunlar doymuş guruba girmektedirler.bazı karbon atomları zincir yapının üzerine çatallı (dallanmış) bir şekilde yerleşmişlerdir. Grubun düz zincir kısmını oluşturan karbon atom sayısına ve dallanma yerlerine göre özel isimler alırlar. Örneğin izo-oktanın (C 8 H 18 ) yukarıdaki gibi dizilmiş şekline 2.2.4-Trimetil Pentan denilmektedir. Burada Pentan beş adet karbonun zincir oluşturduğunu, trimetil, üç adet metil (CH 3 ) metil grubunun bulunduğunu, 2.2.4 ise 2 adet dallanmanın 2.nci C atomunda, 3.ncü dallanmanın ise 4.ncü C atomu üzerinde gerçekleştiğini ifade eder. Naftenler (Siklo parafinler) Alkinler (Olefinler) Olefinler olarak da bilinirler. Genel formülü C n H 2n olan doymuş hidrokarbonlardır. yapıları halka şeklinde kapalı formda olduğu için parçalanmaları zor ve tutuşma meyilleri normal parafinlerden daha azdır. Yapılarında hidrojen sayısı az olduğu için ısıl değerleri düşük, yoğunlukları yüksektir(740-790 kg/m 3 ). Grubun başına siklo, sonuna ise an eki gelir. Naftenlerin ısıl değeri, aromatlara göre yüksek, parafinlere göre düşüktür. Tutuşma meyilleri normal parafinler ile izo-parafinler arasındadır Siklo-hexane Bazı karbonları çift bağlı hidrokarbonlardır. Bir adet çift bağ varsa mono-olefin, iki adet çift bağ varsa dio-olefin olarak adlandırılırlar -Isıl değerleri düşük, -Yoğunlukları 620-820 kg/m 3 arasındadır. -Tutuşma meyilleri azdır. -Bu grup ham petrolün damıtılmasıyla çok az elde edilir. Daha çok, büyük moleküllü ürünlerin parçalanması yoluyla(kraking ) elde edilirler. -olefinler parafinler kadar kolay parçalanmazlar. Bu nedenle benzinli motor yakıtı olarak kullanılabilirler. -Tutuşma meyilleri iyileştirildiği takdirde dizel yakıtı olarak da kullanılabilirler. Mono-olefin (C n H 2n ) Hexan Dio-olefin (C n H 2n-2 ) Butadien 2
Aromatlar Halka şeklinde yapıları, çok sayıda çift bağlı karbon atomları nedeniyle tutuşma meyilleri düşüktür. Keskin kokuları nedeniyle aromatlar olarak adlandırılırlar. Kapalı formülleri C n H 2n-6 dır. Ana yapılarını benzen oluşturur. Daha çok kömürden yapay olarak elde edilirler ve vuruntu mukavemetlerini artırmak için benzine katılırlar.ancak kansorejen etkileri dolayısıyla katkı miktarları sınırlandırılmaktadır. Genelde aromatların yuğunluğu yüksek (800-850 kg/m 3 ), ısıl değerleri düşüktür. Karbon atomları arasındaki bağlar sağlam olduğundan vuruntuya karşı dayanıklı olan aromatların oktan sayıları yüksektir. Benzin motoru yakıtı olarak kullanılmaya elverişli olup, setan sayıları düşük olduğu için dizel motoru yakıtı olarak kullanılamazlar. Benzen(C 6 H 6 ) Alkoller -Petrol kökenli olmayıp bitkisel atıkların fermantasyonu (etanol,c 2 H 5 -OH ) veya kömürden (metanol, CH 3 -OH) yapay olarak elde edilirler. - C atomlarından birisine OH grubu bağlanır. -En çok bilinen türleri metanol(metil alkol),etanol(etil alkol), propanol(propil alkol), bütanol (bütil alkol) dür. -Vuruntu dirençleri yüksektir. -Buharlaşma gizli ısıları benzinden yüksek olduğu için dolgu sıcaklığını azaltarak hacimsel verimi artırırlar. -Doğrudan %100 olarak kullanıabileceği gibi, benzine %10-15 oranında katılarak benzinin özelliklerini iyileştirirler. benzine %10-15 oranında katılmaları durumunda yakıt sisteminde herhangi bir modifikasyona gerek yoktur. -Isıl değerleri benzinden (42 43 MJ/kg) daha düşüktür. Methanol (19.7 MJ/kg) Ethanol (26.8 MJ/kg) Etil alkolün stokiyometrik H/Y oranı : 9 Metil alkolün stokiyometrik H/Y oranı : 6.4 -Dezavantajları: Karışım oranının artması durumunda karışım zorluğu (faz ayrışması) meydana gelmesi. yakıtın içerisinde su toplanması ve korozyona neden olması sayılabilir. Alkoller Metanol : Kömürden veya doğal gazdan elde edilir. Oktan sayısı yüksektir. Yol Oktan sayısı (YOS) :130 Motor oktan sayısı (MOS) :95 Düşük oranlarda karıştırılarak benzinin oktan sayısı artırılabilir. Problemler: -Benzinle karışımın zorluğu(düşük sıcaklıklarda faz ayrışması) -Zehirli (toksik), -Düşük enerji içeriği (benzinin yaklaşık yarısı) -Oksijen içeriğinin yüksekliği ve buharlaşma gizli ısısının yüksekliği nedeniyle aracın kalkış ve sürüşün kabiliyetinde zayıflaması. Ethanol : C 2 H 5 OH Gaz yakıtlar CH 3 OH -Bitkisel kökenli maddelerin (biyokütle) fermantasyonu ile elde edilirler. -Yüksek oktan sayısına sahiptirler -Düşük konsantrasyonlarda benzinle karıştırılabilir( %10-15) -Depolama ve taşıma güçlükleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmazlar LPG (Liquefied Petroleum Gas-Sıvılaştırılmış Petrol Gazı) -%30 propan (C 3 H 8 ) ve %70 bütan(c 4 H 10 ) karışımından oluşur -Temiz bir yakıttır -Kükürt içeriği düşüktür -Oktan sayısı yüksektir (YOS:111, MOS=100) -Yoğunluğu düşük olduğu için karışımın ısıl değeri düşüktür (LPG:23.5 MJ/litre, Benzin: 32 MJ/litre). * Bu, yakıt ekonomisinde azalmaya neden olur. Ancak yanma veriminin çok iyi olması bu kötüleşmeyi bir miktar azaltır. 3
Sıvı yakıtların genel Özellikleri Yoğunluk(özgül gravite) Yakıtın yapısal bileşimi Yakıtın ısıl değeri Yakıtın alevlenme noktası Viskozite Yakıtın yüzey gerilmesi Yakıtın özgül kütlesi(rölatif yoğunluk) Yakıtın özgül ağırlığı, 20 O C and 101.325 kpa da belirli hacimdeki yakıt ağırlığının aynı hacimdeki suyun ağırlığına oranıdır. -Yakıtın yapısı ve tutuşma kabiliyeti için bir fikir verir.moleküller içerisindeki hidrojen atomu sayısı arttıkça özgül ağırlık azalmaktadır(h/c oranı arttıkça). -Amerikan standartlarında API sayısı özgül ağırlık ölçüsü olarak kullanılmaktadır. 141.5 Ö zgül ağırlık = 131.5 + API Yoğunluk, Benzinli motorlarda kullanılan yakıtların yoğunluğu 3 ρ = 700 800 [kg/m ] Kurşunsuz benzinlerin yoğunluğu aromatik içeriklerinden dolayı yüksektir. Donma noktası Dizel yakıtları için: 3 ρ = 830 950 [kg/m ] Yakıtın Kimyasal Bileşimi Genel olarak parafin ve naften tipi yakıtlarda karbon miktarı %86,aromatlarda %89 civarındadır. Kükürt, yakıt içerisinde istenmeyen bir elemandır. Çünkü yanma sonucu oluşan SO 2 su ile reaksiyona girerek H 2 SO 4 oluşturur.özellikle soğuk motorda silindir çeperi ve egzoz sisteminde yoğuşarak korozyona neden olur. Düşük sıcaklıkta tutuşmaya katkısı olduğu için üst limiti sınırlandırılmıştır. 10 ppm ile Asfalt miktarı, asfaltlar oksijenli ve kükürtlü büyük moleküllerdir.sert asfalt normal sıcaklıkta yakıt içerisinde erimez ve piston,silindir, supap yüzeylerine oturarak aşınmaya neden olur.sert asfalt yakıt içerisinde %0.5-0.7 yi geçmemelidir. Yakıt bileşimi Sakızlaşma Doymamış HC içeren benzin, motor içerisinde sakızlaşmaya neden olur. Parafin, naften ve aromatik hidrokarbonlar sakızlaşmaya yol açarlar. Sakızlaşma oluşumu segman ve süpapların tutması, manifold kirlenmesi gibi etkiler meydana getirir. Su benzin içerisinde hem çözünmüş hemde serbest halde bulunabilir. Serbest halde su donar ve bir takım problemlere yol açar. Kurşun yakıt içerisindeki kurşun kirliliğe ve katalitik konverterin tıkanmasına neden olur. Günümüzde sadece kurşunsuz benzin kullanılmaktadır. Manganese günümüzde vuruntu önleyici olarak kullanılmaktadır(mmt- Methylcyclopentadienyl Manganese Tricarbonyl), maksimum miktarı 0.00025 to 0.03 gmn/l Benzen, oldukça toksik olduğu için maksimum müsaade edilebilen konsantrsayonu %5 dir. 4
Yakıtın Isıl Değeri Yakıtın ısıl değeri, H u birim kütledeki yakıtın enerji içeriğinin bir ölçüsüdür. Birimi kj/kg veya kcal/kg dır. Gaz yakıtların ısıl değerleri birim hacme göre verilir(kj/lt, kj/m 3 veya kcal/m 3 ) İçten yanmalı motorlarda yanma ürünleri içerisinde su buharı olduğu için alt ısıl değeri ile verilirler Benzin ve dizel yakıtlarında ısıl değer: H H u u = 42000 44000 [kj/kg] = 10200 10500 [kcal/kg] Yanabilir yakıt-hava karışımının ısıl değeri motor performansı için önemlidir. Yakıtın Alevlenme Noktası Alevlenme noktası, yakıt buharının açık alev ile temas ettiğinde bir an için alev aldığı sıcaklıktır. Marcusson metodu Yakıt açık bir kap içerisinde ısıtılır. Sıcaklık sürekli ölçülür. Bu sırada yakıt buharı, üzerinden kısa aralıklarla açık alevle temas ettirilir ve alevlenmenin ilk ortaya çıktığı sıcaklık belirlenir. Bu sıcaklık alevlenme sıcaklığı dır. Eğer alevlenme 5 s kadar devam ediyorsa bu sıcaklığa yanma sıcaklığı denir. Alevlenme noktası, sıcaklığa, yakıt-hava karışımının tutuşma sınırıyla ilgili olduğundan yakıtın buharlaşma miktarına, dolayısıyla buharlaşma basıncına bağlıdır. Alevlenme sıcaklığı yakıtın depolanma güvenliği açısından önemlidir. Benzin Dizel yakıtı Ağır yakıt :25 0 C :55 0 C :65 0 C Viskozite Viskozite, yakıtın akıcılığı için bir ölçü olup, özellikle dizel motorlarının yakıt besleme ve püskürtme sistemlerinde önemli bir parametredir. Viskozite küçüldükçe borulardaki akış direnci azalır, ayrıca püskürtme ile oluşan yakıt demeti içindeki yakıt damlacık çapları küçülür, yanma iyileşir ve is (yanmamış karbon tanecikleri) miktarı da azalır. Viskozitenin çok küçük olması durumunda ise püskürtme sitemindeki kaçaklar artacaktır. Sıcaklık viskoziteye önemli ölçüde etkidiği için viskozite her zaman sıcaklıkla birlikte verilmelidir. Motor yakıtlarının viskozitesi olmalıdır. 1.5 5.0 Engler/ 50 O C, Donma noktası Donma noktası Kış mevsiminde parafin kristallerinin çökelmesi, filitrenin tıkanmasına neden olur. Kristal oluşumu yakıt içerine katılan katkı maddeleriyle önlenebilmektedir. Donma özellikleri yakıtın filtre edilebilirliğiyle belirlenir. Benzin için Dizel yakıtı için : 65 O C : 10 O C Dizel yakıtının donma noktasının kış aylarda problem oluşturacağı görülmektedir. Bu nedenle kışın şiddetli geçtiği bölgelerde yakıt katkılarına ilave olarak yakıt ısıtma düzenekleri gerekebilir. 5
Yüzey gerilimi Benzinli motorlarda istenen yakıt özellikleri Yüzey gerilimi, yakıt demetinin parçalanması üzerinde etkilidir. Yakıtın yüzey gerilimi yoğunlukla artar, demet iyi parçalanmaz. Sıcaklıkla azalır. Parçalanma daha kolay olur. Yüzey gerilimi azaldıkça damlacık çapı küçülür. Uçuculuk Vuruntu direnci Dizel yakıtı Benzin 0.023 0.032 N/m 0.019 0.023 N/m Uçuculuk Benzin, ham petrolün damıtılması esnasında çok çeşitli büyüklük ve yapıdaki moleküllerden oluşmaktadır. Her elemanın belli sıcaklıktaki buhar basıncı veya belli basınçtaki kaynama sıcaklığı bilinmekle birlikte, benzin için tek bir değer vermek mümkün değildir. Örneğin benzenin 38 0 C deki buhar basıncı yaklaşık 0.022 MPa dır.kapalı bir kap içerisinde benzen, kısmi basıncı 0.022 MPa oluncaya kadar buharlaşır. Sıcaklık 80.5 0 C olduğunda doyma basıncı 0.1 MPa (atmosfer basıncı) olur. 80.5 0 C, benzenin 0.1 MPa daki kaynama sıcaklığı olup, kaynama süresince sabit kalacaktır. Benzin için tek bir buharlaşma sıcaklığı verilemez. Benzin yaklaşık 400 e yakın bileşen içerir. Damıtma(Distilasyon) işlemi Tüm rafinerilerde başlangıç işlemi damıtmadır. Amacı, ham petrolü farklı buharlaşma sıcaklıklarına kadar çıkararak farklı bileşenleri birbirinden ayrıştırmaktır. Ham petrol binlerce farklı HC bileşenlerinden oluşur. En hafifleri çevre şartlarındaki gazlardır. Ancak Sıcaklık belli bir noktaya kadar çıkarılmadığı takdirde daha ağır sıvı HC içerisinde çözünmüş olarak dururlar.en ağırları katılardır;fakat sıcaklık düşürülmediği sürece çevre sıcaklığında ham petrol içerisinde solüsyon olarak kalırlar. Ham petrolden ayrıştırılan yakıtların damıtma sıcaklıkları: Benzin 35 200 O C Jet yakıtı 35 150 Diesel yakıtı 175 370 Ağır yakıt (fuel oil) ve yağlar 370 550 Genel olarak ham petrolün damıtılmasından yaklaşık olarak %30 benzin, %20-40 dizel yakıtı, %20 ağır yakıt ve %10-20 ağır yağ elde edilir. 6
Benzin Damıtma Eğrisi Benzin Damıtma eğrisi Sıcaklık, 0 C Benzin bir damıtma düzeneğinde(astm damıtma düzeneği) ısıtılmaya başlandığında önce kaynama sıcaklığı düşük olan bileşenler buharlaşır ve Şekil deki damıtma eğrisi elde edilir. Damıtma eğrisinde görüldüğü gibi yaz benzininin hacimsel olarak %20 si 73 0 C in altında buharlaşırken,bu oran kış benzini için 60 0 C de sağlanmaktadır. Çünkü kış benzini içerisinde düşük sıcaklıkta buharlaşan bileşen daha fazladır. 70 0 C ye kadar buharlaşan benzin miktarı, ilk hareket kolaylığı ve sıcak havalarda buhar tıkacı problemlerini kontrol eder. Orta aralık, soğuk havalarda özellikle ısınma periyodunda aracın sürüş kolaylığını kontrol eder. Eğrinin kalan kısmı, ağır, kaynama sıcaklığı yüksek ve yüksek ısıl değerdeki bileşenleri kapsar. Bu kısımda buharlaşan bileşenler tam ısınma periyodunda(rejim hali) yakıt ekonomisi için önem arz eder. Ağır bileşenlerden bir kısmı kartere kaçarak yağı inceltebilirler. % Buharlaşma Şayet benzinin buharlaşma eğrisi daha düşük sıcaklıklara kayarsa, benzin çok fazla buharlaşacağı için buhar tıkacı meydana gelir, sıcak çalışmalarda ilk hareket güçlüğü meydana gelir. Benzin damıtma eğrisi %10 buharlaşma sıcaklığı düşük ortam sıcaklıklarında kolay ilk hareket için, bu nokta sıcaklığı düşük olmalıdır. Sıcak havalarda bu buhar tıkacı problemi meydana getirebilir. 50% buharlaşma sıcaklığı yazın 100 0 C nin biraz üzerinde, kışın ise biraz altında olmalıdır. Isınma fazında bu nokta önemlidir. 90% buharlaşma sıcaklığı çok yüksek olmamalıdır. Yüksek olduğu takdirde emme manifoldu cidarlarına yakıt filmi oluşabilir ve yağlama yağını inceltebilirler. Eğrinin kalan kısmında sıcaklık 215 O C yi aşmamalıdır. Soğuk ilk hareket Benzin motorlarında H/Y oranı tutuşabilirlik limiti içerisinde olmalıdır. Genel olarak bu sınır ağırlık olarak 7:1 to 20:1 arasındadır. Motor soğuk iken, fakir karışımları ateşlemek yakıt yeterince buharlaşmadığı için zordur. Bu nedenle karışımın zenginleştirilmesi cigle devresi devreye alınarak veya enjeksiyonlu sistemlerde püskürtme miktarı artırılmak suretiyle sağlanmaktadır. Benzinin uçuculuğu mevsim şartlarına bağlı olarak belirlenmelidir. 7
Vuruntu Direnci Vuruntu, yanma cephesi ilerlerken yanma odasının basıncı ve sıcaklığı etkisiyle odanın, alevin henüz ulaşmadığı başka bir noktasında ikinci bir yanma odağı oluşabilir. Bu iki yanma cephesinin karşılıklı ilerlemesiyle yanma hızı 300-350 m/s ve oda basıncı 9-12 MPa gibi yüksek değerlere ulaşır. Bu olaya benzin motorlarında vuruntu denilmektedir. Güçte düşme meydana gelir. Yanma odası elemanlarında yerel erimeler oluşur. Yanma odasının şekli, buji konumu, ateşleme avansı, son gaz bölgesi sıcaklığı, silindir içi gaz hareketleri, karışımın hava-yakıt oranı, yakıt özellikleri gibi pek çok faktör vuruntuya neden olur. Sıkıştırma oranı vuruntuyu kuvvetle etkiler. Arttıkça verim artar ancak vuruntu temayülü de yükselir. Oktan sayısı yüksek yakıt tercihi vuruntuyu azaltır. Dallanmış zincir şeklindeki hidrokarbonlar düz zincire göre daha yüksek vuruntu mukavemetleri vardır.genel olarak karbon atomu sayısı arttıkça vuruntu direnci artar. Naftenik ve aromatik yakıtlarında direnci yüksektir. Oktan Sayısını artırmak Günümüzde üretilen benzinler yakıt özelliklerini iyileştirici katkı maddeleri içermektedir. Bunlar, Oktan sayısı yükseltici, buji kirlenmesinin önlenmesi, sakızlaşma önleyici, pislik oluşumu önleyici, püskürtme sistemlerinde depozit oluşumunun önleyici, emme manifoldunda depozit oluşumunu azaltıcılar, yapışma önleyiciler... Vuruntu mukavemeti vuruntu önleyiciler kullanılmak suretiyle artırılabilir. Vuruntu önleyici olarak kullanılan katkılar: TEL Kurşun Tetraetil (C 2 H 5 ) 4 Pb TML Kurşun Tetra Metil, MMT- Metil siklo pentan Manganez Trikarbon Dizel yakıtının parçalanması üzerine etki eden özellikler Yakıtın viskozitesi Viskozite (Viscosity) Yüzey gerilmesi (Surface tension) Setan sayısı (Cetane number) Bir sıvının viskozitesi akışa karşı gösterdiği direncin göstergesidir. Viskozite arttıkça akışa karşı direnç artar. Mutlak viskozite (Poise, P), kinematik viskozite (stoke, St) veya Sec.Redwood I oalarak gösterilebilir. Viskozite sıcaklıkla ters ilişkilidir. Sıcaklık arttıkça azalır, azaldıkça artar. Verildiği sıcaklık değerine bakmak gerekir. 8
Yakıt viskozite birimlerinin eşdeğerleri Damlacık çapına vizkozite ve yüzey gerilmesinin etkisi Approximate equivalent viscosities (for information only): Kinematic viscosity (cst) at 100 o C 6 10 15 25 35 45 55 Kinematic viscosity (cst) at 50 o C 22 40 80 180 380 500 700 Sec. Redwood I at 100 o F 165 300 600 1500 3500 5000 7000 viskozitenin etkisi Yüzey gerilme kuvvetinin etkisi PÜSKÜRTME BASINCI (MPa) PÜSKÜRTME BASINCI (MPa) Damlacık çapına püskürtme basıncı ve delik çapının etkisi Düşük Hızlı Jetlerde Parçalanma sabit delik çapı sabit L / d oranı Viskozite nin etkisi : iç akımı etkilemektedir Ağır yakıt (solda) 5000 cs Diesel yakıtı (sağda) 6 cs PÜSKÜRTME BASINCI (MPa) PÜSKÜRTME BASINCI (MPa) L/d oranı ve enjektör delik çapı küçüldükçe artan püskürtme basıncıyla damlacık çapı küçülmektedir. 9
Yüzey geriliminin parçalanmaya etkisi Sıvı sütununun liflere ayrılması Yüzey gerilme kuvvetinin teğetsel bileşeni, K t bozucu etkiyi arttırmakta eksenel doğrultudaki bileşeni, K a kesit daralmasını azaltıcı yönde etki etmekte Püskürtme açısının yakıt ve silindir içi gaz yoğunluklarına bağlı değişimi Yakıt penetrasyon derinliğinin bağlı değişimi püskürtme basınç ve ortam basıncının fonksiyonu olarak zamana 1 2 θ 1 ρg tan = 4π 2 A ρy 3 6 1/ 4 1/ 4 p 1/ 2 294 S = 3. 07 (t.dn ) g T ρ g (m) Burada ρ g ve ρ y sırasıyla gaz ve yakıt yoğunluğunu, A enjektör nozul geometrisiyle ilgili bir sabittir(burada A=4.9 alınmıştır). p enjektör basınç düşmesi (P inj P g ), t enjeksiyon süresi (s), d n nozul delik çapı (m), S pnetrasyon derinliği 10
Yakıt demeti Yüksek Hızlı Jetlerde Parçalanma Standart P inj :200-1700 bar Püskürtme anındaki Sil basıncı, P comp : 50-100 bar Nozul delik çapı, d: 0.2-1 mm L/d : 2-8 Sıcaklık, T püsk.: 1000 K Yoğunluk ρ g : 15-25 kg/m 3 Sıvı jeti enjektörü terk ettikçe türbülanslı akış artmakta, parçalanarak çevresini saran hava ile karışmaktadır. Başlangıçta jet hızı 10 2 m/s hıza ulaşmakta ve nozulun hemen çıkışında demetin en dışında damlacık çapı 10 µm çapa kadar düşmektedir. Atomizasyon rejimi : Enjektör deliğinden çıkan sıvının türbülanslı yapısı (Yüksek Re) ve çıkıştan sonra karşılaştığı hava direnci nedeniyle daha kolay parçalanmaktadır. - Sıvının havaya göre bağıl hızı arttıkça - Püskürtmenin yapıldığı delik çapı küçüldükçe - Sıvının viskozitesi azaldıkça - Püskürtmenin yapıldığı ortam yoğunluğu arttıkça sıvının parçalanması da artacaktır. Segmanlar aşınmışsa yada kırılmışsa Sıvının parçalanması nasıl olur? Setan Sayısı VURUNTU VE TUTUŞMA GECİKMESİNE ETKİ EDEN PARAMETRELER Setan sayısı (SS) dizel yakıtının tutuşma meylinin bir göstergesidir. Düşük setan sayılı bir yakıtla motorun çalışması özellikle ilk hareket problemleri meydana getirir. Pik basınç, yanma gürültüsü ve HC emisyonları artar. τ = ( 0. 36 + 0. 22 S p ) exp E TG ms cinsinden: N: Devir A 1 1 21. 2 ~ R T 17, 190 p 12. 4 0. 63 τ( CA) τ( ms) = 0. 006N (CA) Setan Sayısı çok yüksek olduğu takdirde hava ve yakıt yeteri kadar karışamadan tutuşma gerçekleştiği için güçte düşme ve emisyonlarda artma meydana gelir. E A aktivasyon enerjisi (Yakıt özellikleri önemli): 618, 840 EA = CN + 25 Joule/mole CN :Cetan Number Politropik indeks modeli kullanılarak sıkıştırma sonu T ve P tahmini: T = T P = P n 1 iε n iε 11
SORU: 4 stroklu bir dizel motorunun soğuk ilk harekette rahat çalışabilmesi için sıkıştırma oranı 18 olması gerekmektedir. Yukarıdaki denklemleri kullanarak ve Pi= 1atm, Ti=255 K, n=1.13, N=100 d/d, D=H=120mm, ve CN=45 kabullerini yaparak ε=12-20 için bir ε- τ TG grafiği çiziniz.şayet güvenli bir ilk hareket için τ TG <20 0 KMA olması gerekiyorsa, Sıkıştırma oranı ne olmalıdır? Motor devrine göre kabul edilebilir setan sayısı aralıkları 50 60 ( Yüksek devirli dizel motorları) 25-45 (Düşük devirli dizel motorları) 12