Dizel Motorlarında Tutuşma Gecikmesini Etkileyen Faktörlerin İncelenmesi
DOI:
https://doi.org/10.55205/joctensa.21202380Anahtar Kelimeler:
Tutuşma gecikmesi- Sıkıştırma oranı- Püskürtme avansı- Hava sıcaklığı- Ampirik denklemÖzet
İçten yanmalı motorlarda ekonomikliğin sağlanması, çevre sağlığı yönünden problem oluşturan hava kirliliğinin ve motor gürültüsünün azaltılması için yanma olayının önemli noktaları bilinmelidir. Dizel motorlarında yanma olayı püskürtme ile başlayıp, pek çok sayıda parametrenin topluca etkisi altında cereyan eden ve gerçekte egzoz içinde bile kısmen devam eden karmaşık bir olaydır. Yanma olayı üç ayrı safha halinde incelenmektedir. Bunlar tutuşma gecikmesi, ani yanma ve kumandalı (kontrollü) yanma safhalarıdır. Dizel motorlarında ise tutuşma gecikmesi (Ignition Delay) püskürtme başlangıcından basınç veya sıcaklık değişiminin eksponansiyel artış göstermeye başladığı ana kadar geçen süredir. Tutuşma gecikmesi süresince meydana gelen olayların, yanmanın ve dizel vuruntusunun dolayısıyla motorun performansı ve gürültüsü üzerindeki direkt etkilerinin yanı sıra, is teşekkülü gibi çok daha sonraki sonuçları bile etkilediği bilinmektedir. Tutuşma gecikmesi buharlaşma süresine kıyasla eşit veya daha uzun olması durumunda, bütün karışım bir anda yanmaya hazır olduğundan yanma hızı dolayısıyla basınç yükselme hızı çok yüksek olur. Buna dizel vuruntusu (diesel knock) denir. Dizel vuruntusunun en önemli sonuçlarında birisi motor parçalarında oluşan titreşimler ve titreşimlerden mütevellit motor gürültüsüdür. Bu çalışmada; tutuşma gecikmesini etkileyen önemli faktörlerin (sıkıştırma oranı, püskürtme avansı, emme havası sıcaklığı, hava fazlalık katsayısı) tutuşma gecikmesi üzerindeki etkileri deneysel olarak belirlenerek tutuşma gecikmesinin kontrollü değiştirilmesi sağlanmıştır. Ayrıca deney sonuçlarından yararlanılarak tutuşma gecikmesini etkileyen ana faktörlerin etkileri tek safhalı yarı ampirik denklemle ifade edilmiştir.Kaynakça
Warnatz, J. & Maas, U. & Dibble, R.W., (2001). “Combustion”. Springer, Berlin.
Borat, O. & Balcı, M. & Sürmen, A. (1992). “Yanma Bilgisi”. Gazi Üni. Teknik Eğitim Fak. Yayınları, Ankara.
Borat, O. & Balcı, M. & Sürmen, A. (1995). “İçten Yanmalı Motorlar”, Gazi, Üni. Teknik Eğitim Fak. Yayınları, Ankara.
Borman, G.L. & Ragland, K.W. (1998). “Combustion Engineering”. Mc Graw Hill Book Company, San Francisco USA.
Yetkin, A. (1975). “Homojen Olmayan Ortamlarda Tutuşmaya Hazırlık Döneminde Reaksiyon Ürünlerinin Konsantrasyonlarının Kinetik Açıdan İncelenmesi”. Doktora Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü.
Gardiner, W.C. (1984). “Combustion Chemistry”. Springer-Verlog, Berlin.
Chigier, N. (1991). “Combustion Measurements”. Hemisphere Publishing Corporation, Washington, USA.
Burcat, A. & Radhakrishnan, K. (1985) “High Temperature Oxidation of Propane”. Combustion and Flame, 60.
Qin, Z.; Yang, H. & William, C. & Gardiner, J.R. (2001). “Measurement and Modeling of Shock-Tube Ignition Delay for Propane”. Combustion and Flame, 124.
Bolt, J.A. & Henein, N.A. (1970). “The effect of Some Engine Variables on Ignition Delay and Other Combustion Phenomena in a Diesel Engine”. The Institution of Mechanical Engineers.
Sahetchian, K.A. & Blin, N. & Rigny, A. & Seydi, A. (1990). “The Oxidation of n- Butane and n-Heptane in a CFR Engine. Isomerization Reactions and Delay of Autoignition”. Combustion and Flame, 79.
Leppard, W.R. (1991). “The Autoignition Chemistries of Octane-Enhancing Ethers and Cyclic Ethers: A Motored Engine Study”. SAE Technical Paper No:912313.
Barituad, T.A. & Heinze, T.A. & Le Coz, J.F. (1994). “Spray and self–Ignition Visualization in a DI Diesel Engine”. SAE Technical Paper No: 940681.
Davis S.G. & Law, C.K. & Wang, H. (1999). “Propane Pyrolysis and Oxidation Kinetics in a Flow Reactor and Laminar Flames”. Combustion and Flame, 119.
Cavaliere, A. & Ciajolo, A. & D’anna, A. & Mercogliano, R. (1993). “Autoignition of n-Heptane and n-Tetradecane in Engine-Like Conditions”. Combustion and Flame, 93.
Brett, L. & Macnamara, J. & Musch, P. & Simmie, J.M. (2001). “Simulation of Methane Autoignition in a Rapid Compression Machine with Creviced Pistons”. Combustion and Flame, 124.
Minetti, R. & Carlier, M. & Rıbaucour, E. & Therssen, E. & Sochet, L.R. (1995). “A Rapid Compression Machine Investigation of Oxidation and Auto-Ignition of n-Heptane: Measurement and Modeling”. Combustion and Flame. 102.
Fieweger, K. & Blumenthal, R. & Adomeit, G. (1997). “Self-Ignition of S.I. Engine Model Fuels: A Shock Tube Investigation at High Pressure”. Combustion and Flame, 109.
Taylor, C.F. (1985). “Detonation and Preignition, The Internal Combustion Engine in Theory and Practice”. The M.I.T. Press, London, England.
Ciezki, H.K. & Adomeit, G. (1993). “Shock-Tube Investigation of Self-ignition of n-Heptane-Air Mixtures Under Engine Relevant Conditions”. Combustion and Flame, 93.
Hoskin, D.H. & Edwards, C.F. & Siebers, D.L. (1992). “Ignition Delay Performance versus Composition of Model Fuels”. SAE Paper No: 920109.
Dimitriu, D.G. & Goettler, H.J. & Ziejewski, M. (1990). “Apparatus for the Measurement of Ignition Delay Times for Diesel Engine Fuels”. SAE Paper No: 901617.
Wilk, R.D. & Cernansky, N.P. (1989). “Propene Oxidation at Low and Intermediate Temperatures: A Detailed Chemical Kinetic Study”. Combustion and Flame, 77.
Müller, U.C. & Peters, N. (1992). “Global Kinetics for n-Heptane Ignition at High Pressures”, 24. Symposium (international) on Combustion, Sydney, Australia.
Varatharajan, B. & Williams, F.A. (2001). “Chemical-Kinetic Description of High-Temperature Ignition and Detonation of Acetylene- Oxygen-Diluent Systems”. Combustion and Flame, 125.
Soyhan, H.S. (2000). “Chemical Kinetic Modeling of Autoignition Under Conditions Relevant to Knock in Spark Ignition Engines”. Ph.D. Thesis, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
Gutheil, E. (1993). “Numerical Investigation of the Ignition of Dilute Fuel Sprays Including Detailed Chemistry”. Combustion and Flame, 93.
Pinchon, P. (1989). “Three Dimensional Modeling of Combustion in a Prechamber Diesel Engine”. SAE Technical Paper No: 890666.
Rente, T. & Golovitchev, V.I. & Denbratt, I. (2001). “Effect of Injection Parameters on Auto-Ignition and Soot Formation in Diesel Sprays”. SAE Technical Paper No: 2001-01-3687.
Hamosfakidis, V. & Reitz, R.D. (2003). “Optimization of a Hydrocarbon Fuel Ignition Model for Two Single Component Surrogates of Diesel Fuel”. Combustion and Flame, 132.
Sahin, S.S. & Feng, G. & Heikal, M.R. & Goldfarb, I & Gol’dshteın, V. & Kuzmenko, G. (2001). “Thermal Ignition Analysis of a Monodisperse Sprays with Radiation”. Combustion And Flame, 125.
Borat, O. (1953). “Diesel Motorlarında Tutuşma Gecikmesi Hakkında Yeni Araştırmalar”. Doçentlik tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.
Borat, O. (1953). “Diesel Motorlarında Tutuşma Evresine Kadarki Süreçlerin Teorisi”. Doktora tezi, Ren-Vestfalya Teknik Yüksek Okulu Aachen.
Kang, S.H. & Baek, S.W. & Choi, J.H. (2001). “Autoignition of Sprays in a Cylindrical Combustor”. International Journal of Heat and Mass Transfer, 44.
Chen, C. (2003). “Correlation of Ignition Delay with Fuel Composition and State For Application to Gas Turbine Combustion”, MSc Thesis, Clemson University Research Foundation South Carolina Institute for Energy Sciences, University of California.
Erbakan N. (1953) “Diesel Motorlarında Tutuşma gecikmesi Hakkında Yeni Araştırmalar” Doçentlik tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.
Erbakan N. (1953) “Diesel Motorlarında Tutuşma Evresine Kadarki Süreçlerin Teorisi” Doktora tezi, Ren-Vestfalya Teknik Yüksek Okulu, Aachen.
Lucian M. & Radu C. & Marek B. & Viorel B. (2021). “Ignition delay and its influence on the performance of a Diesel engine operating with different Diesel–biodiesel fuels”. Energy Reports, 7, Pages 5483-5494.
Jaat N. & Khalid, A. & Andsaler A.R. & Sapit A. & Razali A. & Basharie M. (2017). “Effects of ambient temperature and injection pressure on biodiesel ignition delay”. J. Mech. Eng. Sci., 11 (2), 2723–2733.
Keunsoo K. & Wooyoung L. & Paxton W. & Eric M. & Jacob T. & Chol-Bum M. & Tonghun L. (2023). “Effects of the cetane number on chemical ignition delay”. Energy, 264, 126263.
Shrestha K.P. & Eckart S. & Drost S. & Fritsche C. & Schießl R. & Seidel L. & Maas U. & Krause H. & Mauss F. (2022). “A comprehensive kinetic modeling of oxymethylene ethers (OMEn, n=1–3) oxidation - laminar flame speed and ignition delay time measurements”. Combustion and Flame, 246, 112426.
Beerer D. & McDonell V. & Samuelsen S. & Angello L. (2009). “Interpretation of flow reactor based ignition delay measurements”. Proc. ASME Turbo Expo 2, 1011–1026.
Abu-Elyazeed O.S.M. (2015). “On the ignition delay of two types of Castor oil bio-diesel using shock tube experiments”. Fuel, 144, 157–163.
Hoang V.N. & Thi L.D. (2015).” Experimental study of the ignition delay of diesel/biodiesel blends using a shock tube”. Biosyst. Eng. 134, 1–7.
Lapuerta M. & Hernandez J.J. & Fernandez-Rodriguez D. & Cova-Bonillo A. (2017). “Autoignition of blends of n-butanol and ethanol with diesel or biodiesel fuels in a constant-volume combustion chamber”. Energy, 118, 613–621.
Jamrozik A. (2017). “The effect of the alcohol content in the fuel mixture on the performance and emissions of a direct injection diesel engine fueled with diesel-methanol and diesel-ethanol blends”. Energy Convers. Manage. 148, 461–476.
Aldhaidhawi M. & Miron, L. & & Chiriac R. Badescu V. (2018). “Autoignition process in compression ignition engine fueled by diesel fuel and biodiesel with 20% rapeseed biofuel in diesel fuel”. J. of Energ. Eng.
Allen C.M. & Toulson E. & Hung L.S.D. & Schock H. & Miller D. & Lee T. (2011). “Ignition characteristics of diesel and canola biodiesel sprays in the low-temperature combustion regime”. Energy Fuels, 25 (7), 2896–2908.
El-Kasaby M. & Nemit-Allah M.A. (2013). “Experimental investigations of ignition delay period and performance of a diesel engine operated with Jatropha oil biodiesel”. Alex. Eng. J. 52 (2), 141–149
İndir
Yayınlanmış
Nasıl Atıf Yapılır
Sayı
Bölüm
Lisans
Telif Hakkı (c) 2024 Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
Bu çalışma Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License ile lisanslanmıştır.
