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; püskürtülen yakıtın kendi kendine tutuşmasıyla başlayan pek çok sayıda parametrenin topluca etkisi altında cereyan eden ardışık, örtüşen ve çok kısa süren birçok proseslerden meydana gelen ve egzoz içinde bile kısmen devam eden karmaşık bir olaydır. Dizel motorunda yanma olayı genelde üç ayrı safha halinde incelenmektedir. Bunlar tutuşma gecikmesi, ani yanma ve kontrollü yanma safhalarıdır.
Dizel motorlarında hava küçük orandaki art gazlarla seyreltilerek 14-22 sıkıştırma oranlarında sıkıştırılır ve sıvı yakıt pistonun üst ölü noktaya yakın olan konumlarında silindir içine püskürtülür. Yakıtın püskürtüldüğü anda basınç ve sıcaklığın çok yüksek olmasından dolayı ilk yakıt damlasının silindir içerisine girmesiyle birlikte bazı kimyasal reaksiyonlar başlar. Ancak bu reaksiyonlar başlangıçta çok yavaştır. Tutuşmanın belirtisi olan görünebilir bir alevin oluşumu veya ölçülebilir bir basınç artışının oluşumu ancak “tutuşma gecikmesi” denilen makul bir sürenin geçmesiyle mümkün olmaktadır.
Tutuşma gecikmesi süresince yakıt silindire girmekte ve buharlaşmaktadır. Bu süre zarfında damlacıklar daha küçük parçalara bölünüp hava ile daha mükemmel karışmaktadırlar. Yanma başladığında ise oksijenle temas etmekte olan yakıt büyük bir hızla yanar. Bu yanma hızı silindir içerisindeki basınç yükselme hızını da (dp/dt) tayin eder. Yüksek bir basınç yükselme hızı hareketli motor parçalarına ani bir yük uygulaması demek olacağından bu parçalarda sık sık yorulmadan kaynaklanan tahribatlar görülür. Ani basınç yükselmesinin istenmeyen önemli bir başka sonucu ise şiddetli gürültüdür ve “dizel vuruntusu” olarak bilinir. Yanmanın bu ikinci safhasındaki basınç artışı şu faktörlerden etkilenir.
Yakıtın atomizasyon derecesi: akıtma sisteminin dizaynına bağlıdır,
Tutuşma gecikme süresince püskürtülen yakıt miktarı,
Tutuşma gecikmesi süresince hava ile karışan yakıt buharı miktarı.
Bu açıklamalardan basınç yükselme hızı ve süresinin tutuşma gecikmesi süresi ile mutlak ilişkili olduğu anlaşılmaktadır. Bu nedenle tutuşma gecikmesinin motor şartlarına bağlı olarak değişimi bilinmelidir.
Tutuşma gecikmesi araştırmacılar tarafından değişik açılardan incelenmiştir. Fiziksel tutuşma gecikmesiyle ilgili çalışmalarda yanma odası geometrisi, enjektör geometrisi, konstrüksiyonu ve pozisyonu, demet geometrisi, yakıtın fiziksel özellikleri, yakıt püskürtme karakteristiği hava hareketlerinin etkileri (swirl, squish) gibi çeşitli fiziksel büyüklük ve parametrelerin, yakıt damlacığının fiziksel olarak tutuşmaya hazırlanmasına olan direkt ve dolaylı etkileri incelenmiştir.
Reaktif karışımların tutuşma gecikmesi süresince uğradığı değişimler ve tutuşma olayı, klasik içten yanmalı motorlarda, yakıtların özelliklerini incelemek üzere hazırlanmış CFR (Combustion Fuels Research Corporation) motorlarında, tutuşma ve yanma olaylarının fotoğraf veya kamera tekniğiyle incelenmesine olanak sağlayan özel motorlarda incelenebildiği gibi akış reaktörleri, çabuk sıkıştırma makineleri, şok tüpleri ve sabit hacimli yanma odaları, gibi farklı şekillerde hazırlanmış deney sistemleriyle incelenmektedir. Bu sistemlerin her biri farklı amaç ve deney şartlarında kullanılmıştır. Örneğin çabuk sıkıştırma makineleri düşük sıcaklıklarda ve tutuşma gecikmesinin uzun olduğu durumlarda kullanılırken şok tüpleri yüksek sıcaklıklarda ve tutuşma gecikmesinin düşük olduğu durumlarda kullanılmıştır.
Kaynak: Metin GÜMÜŞ ve Ark., “Dizel Motorlarında Tutuşma Gecikmesinin Motor Şartlarına Göre Değişimi”, 1. Uluslararası Mesleki ve Teknik Eğitim Teknolojileri Kongresi, 2005.
