Motor çalıyor - Engine knocking

"Ping" Burada yönlendirir. Diğer kullanımlar için bkz. Ping (anlam ayrım) .

Vurma (aynı zamanda vuruş , patlama , kıvılcım vurmak , ping veya oya kıvılcım ateşlemeli olarak) içten yanmalı motorlarda bir kısmının yanma sırasında oluşur hava / yakıt karışımı silindirde ile ateşlenir alev cephesinin yayılma kaynaklanmamaktadır buji , ancak normal yanma cephesinin zarfının dışında bir veya daha fazla hava/yakıt karışımı cepleri patlar. Yakıt-hava şarjının yalnızca buji tarafından ve pistonun strokunun belirli bir noktasında ateşlenmesi amaçlanmıştır. Vuruntu, yanma işleminin zirvesi, dört zamanlı çevrim için optimum anda artık meydana gelmediğinde meydana gelir . Şok dalgası, karakteristik metalik "ping" sesini yaratır ve silindir basıncı önemli ölçüde artar. Motor vuruntusunun etkileri önemsizden tamamen yıkıcıya kadar değişir.

Vuruntu, ön ateşleme ile karıştırılmamalıdır; bunlar iki ayrı olaydır. Ancak ön ateşlemeyi vuruntu takip edebilir.

Patlama olgusu, Kasım 1914'te Lodge Brothers'ın (buji üreticileri ve Sir Oliver Lodge'un oğulları ) motosikletlerdeki "Vurma" veya "Pinging" nedenleriyle ilgili bir tartışmayı çözen bir mektubunda tanımlandı . Mektupta, erken ateşlemenin normal genleşme yerine gazın patlamasına neden olabileceğini ve patlamadan çıkan sesin metal parçalara çekiçle vurulmuş gibi ses çıkardığını belirtmişlerdir. Uçak motorlarındaki arızaların nedenini keşfetmek için 1916 ve 1919 yılları arasında yapılan deneyler sırasında Harry Ricardo tarafından daha fazla araştırılmış ve açıklanmıştır .

Normal yanma

İdeal koşullar altında, ortak içten yanmalı motor, silindirdeki yakıt/hava karışımını düzenli ve kontrollü bir şekilde yakar. Yanma, motor devri ve yükü de dahil olmak üzere birçok faktöre bağlı olarak, üst ölü noktadan (TDC) yaklaşık 10 ila 40 krank mili derece önce buji tarafından başlatılır . Bu ateşleme avansı, genleşen gazlardan işin maksimum geri kazanılması için ideal zamanda yanma işleminin tepe basıncını geliştirmesi için zaman tanır.

Bujinin elektrotlarındaki kıvılcım, yaklaşık olarak buji boşluğu büyüklüğünde küçük bir alev çekirdeği oluşturur. Boyut olarak büyüdükçe, ısı çıkışı artar, bu da yanma odası boyunca hızla genişleyerek hızlanan bir oranda büyümesine izin verir. Bu büyüme, alev cephesinin yanıcı yakıt-hava karışımının kendisi boyunca hareketinden ve Rayleigh-Taylor kararsızlığından (sıcak, düşük yoğunluklu yanma gazlarının nispeten soğuk ve yoğun yanmamış yakıt-hava karışımına yayılmasından kaynaklanan) kaynaklanmaktadır. ) yanma bölgesini, basit bir küresel alev topunun sahip olabileceğinden çok daha büyük bir yüzey alanına sahip olan bir yanan gaz parmakları kompleksine hızla geren (bu son işlem, yakıt-havada önceden var olan herhangi bir türbülans tarafından arttırılır ve hızlandırılır). karışım). Normal yanmada, bu alev cephesi, yakıt/hava karışımı boyunca belirli bir karışım için karakteristik bir oranda hareket eder. Mevcut yakıtın neredeyse tamamı tüketildiğinden basınç düzgün bir şekilde zirveye yükselir, ardından piston alçaldıkça basınç düşer. Maksimum silindir basıncı, piston TDC'yi geçtikten birkaç derece sonra elde edilir, böylece pistona uygulanan kuvvet (pistonun üst yüzeyine uygulanan artan basınçtan) tam olarak pistonun hızı ve mekanik avantajı olduğunda en sert itişini verebilir. krank mili üzerinde, genleşen gazlardan en iyi kuvvet geri kazanımını sağlar, böylece krank miline aktarılan torku en üst düzeye çıkarır.

Anormal yanma

Ana madde: Soğuk alev

Alev cephesi sınırlarının ötesindeki yanmamış yakıt/hava karışımı belirli bir süre (kullanılan yakıtın gecikme süresinin ötesinde) bir ısı ve basınç kombinasyonuna maruz kaldığında patlama meydana gelebilir. Patlama, alev cephesinin dışında en az bir yakıt/hava karışımı cebinin neredeyse ani, patlayıcı tutuşması ile karakterize edilir. Her cebin etrafında yerel bir şok dalgası yaratılır ve silindir basıncı keskin bir şekilde yükselir ve muhtemelen tasarım sınırlarının ötesine geçerek hasara neden olur. (Patlama aslında parlamadan daha etkilidir, ancak motor bileşenleri üzerindeki zararlı etkileri nedeniyle genellikle önlenir.)

Aşırı koşullar altında veya birçok motor çevriminde patlamanın devam etmesine izin verilirse, motor parçaları hasar görebilir veya tahrip olabilir. En basit zararlı etkiler, tipik olarak, motorun yağ sisteminde daha fazla meydana gelebilecek ve yağ filtresi tarafından tutulmadan önce diğer parçalarda aşınmaya neden olabilecek orta düzeyde vuruntudan kaynaklanan partikül aşınmasıdır. Bu aşınma, hidrolik kavitasyonun neden olduğu hasara benzer şekilde erozyon, aşınma veya "kumlanmış" bir görünüm verir. Şiddetli vuruntu, piston veya silindir kafası boyunca eriyen ve itilen fiziksel delikler (yani, yanma odasının yırtılması ) şeklinde feci bir arızaya yol açabilir , bunlardan herhangi biri etkilenen silindirin basıncını düşürür ve büyük metal parçaları, yakıt ve yanma ürünleri verir. yağ sistemine girer. Hiperötektik pistonların bu tür şok dalgalarından kolayca kırıldığı bilinmektedir.

Patlama aşağıdaki tekniklerin herhangi biri veya tümü ile önlenebilir:

  • ateşleme zamanlamasını geciktirme
  • yakıtın yanma sıcaklığını artıran ve patlama eğilimini azaltan yüksek oktanlı yakıt kullanımı
  • yanma sırasındaki kimyasal reaksiyonları değiştiren, yanma sıcaklığını düşüren ve patlama marjını artıran hava-yakıt oranını zenginleştirmek
  • tepe silindir basıncını azaltmak
  • azalan manifold basıncını gaz açıklık veya takviye basıncı azaltarak
  • motordaki yükü azaltmak

Basınç ve sıcaklık güçlü bir şekilde bağlantılı olduğu için vuruntu, sıkıştırma oranının azaltılması, egzoz gazı devridaimi , motorun ateşleme zamanlaması programının uygun kalibrasyonu ve motorun yanma odalarının ve soğutma sisteminin dikkatli tasarımı ile tepe yanma odası sıcaklıklarını kontrol ederek de hafifletilebilir. ilk hava giriş sıcaklığını kontrol etmek olarak.

Kurşun ve talyum gibi belirli malzemelerin eklenmesi, belirli yakıtlar kullanıldığında patlamayı son derece iyi bastıracaktır. Benzine eklenen çözünür bir organolead bileşiği olan tetraetil kurşunun (TEL) eklenmesi, toksik kirlilik nedenleriyle durdurulana kadar yaygındı. Giriş yüküne eklenen kurşun tozu, çeşitli hidrokarbon yakıtlarla vuruntuyu da azaltacaktır. Manganez bileşikleri ayrıca benzin yakıtı ile vuruntuyu azaltmak için kullanılır.

Vuruntu soğuk iklimlerde daha az görülür. Satış sonrası bir çözüm olarak, yanma odası pik sıcaklıklarını azaltmak ve böylece patlamayı bastırmak için bir su enjeksiyon sistemi kullanılabilir. Buhar (su buharı), ilave soğutma sağlanmasa bile vuruntuyu bastıracaktır.

Vuruntunun gerçekleşmesi için önce belirli kimyasal değişikliklerin gerçekleşmesi gerekir, bu nedenle belirli yapılara sahip yakıtlar diğerlerinden daha kolay vuruntu yapma eğilimindedir. Düz zincirli parafinler kolayca vururken, dallı zincirli parafinler vuruntuya direnme eğilimindedir. Kurşun, buhar ve benzerlerinin, yanma sırasında meydana gelen çeşitli oksidatif değişikliklerin bazılarına müdahale ettiği ve dolayısıyla vuruntuyu azalttığı teorize edilmiştir.

Türbülans, belirtildiği gibi vuruntu üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir. İyi türbülansa sahip motorlar, zayıf türbülansa sahip motorlardan daha az vuruntu yapma eğilimindedir. Türbülans sadece motor teneffüs ederken değil, karışım sıkıştırılıp yakıldığında da meydana gelir. Birçok piston, ateşlenip yanarken havayı ve yakıtı şiddetli bir şekilde karıştırmak için "ezici" türbülans kullanacak şekilde tasarlanmıştır , bu da yanmayı hızlandırarak ve yanmamış karışımı soğutarak vuruntuyu büyük ölçüde azaltır. Bunun bir örneği, tüm modern yan valf veya düz kafalı motorlardır . Kafa boşluğunun önemli bir kısmı, piston tepesine yakın gelecek şekilde yapılmıştır, bu da TDC yakınında çok fazla türbülansa neden olur. Yan valf başlıklarının ilk günlerinde bu yapılmadı ve herhangi bir yakıt için çok daha düşük bir sıkıştırma oranı kullanılması gerekiyordu. Ayrıca bu tür motorlar ateşleme avansına duyarlıydı ve daha az güce sahipti.

Sıkıştırma strokunun sonuna doğru yakıtın yüksek basınçlı havaya enjekte edildiği dizel motorlarda vuruntu az çok kaçınılmazdır . Enjekte edilen yakıt ile yanmanın başlaması arasında kısa bir gecikme var. Bu zamana kadar, tam şarjın yanmasından önce oksijen yoğunluğunun daha yüksek olduğu alanlarda ilk olarak tutuşacak olan yanma odasında zaten bir miktar yakıt vardır. Basınç ve sıcaklıktaki bu ani artış, bazılarına motor tasarımında izin verilmesi gereken ayırt edici dizel 'vuruntu' veya 'tıkırtı'ya neden olur.

Enjektör pompasının, yakıt enjektörünün, yanma odasının, piston tepesinin ve silindir kapağının dikkatli tasarımı vuruntuyu büyük ölçüde azaltabilir ve elektronik common rail enjeksiyon kullanan modern motorlarda çok düşük vuruntu seviyeleri vardır. Dolaylı enjeksiyon kullanan motorlar, yanma odasında daha fazla oksijen dağılımı ve daha eksiksiz bir yakıt ve hava karışımı sağlayan daha düşük enjeksiyon basınçları nedeniyle, doğrudan enjeksiyonlu motorlardan genellikle daha düşük vuruntu seviyelerine sahiptir . Dizel motorlar aslında benzinli motorlarla tam olarak aynı "vuruştan" etkilenmezler çünkü sebebin sadece çok hızlı basınç artışı olduğu, kararsız yanma olduğu bilindiği için. Dizel yakıtlar aslında benzinli motorlarda vuruntuya çok meyillidir ancak dizel motorda vuruntu oluşması için zaman yoktur çünkü yakıt sadece genleşme döngüsü sırasında oksitlenir. Benzinli motorda yakıt, kıvılcımdan önce sıkıştırılırken her zaman yavaş yavaş oksitlenir. Bu, çok kritik yüksek sıcaklık/basınç periyodundan önce moleküllerin yapısında/yapısında değişikliklerin meydana gelmesine izin verir.

Vuruntu algılama

Yakıt kalitesindeki, atmosfer basıncındaki ve ortam sıcaklığındaki büyük farklılıklar ve ayrıca arıza olasılığı nedeniyle, her modern yanmalı motor, vuruntuyu algılayan ve önleyen mekanizmalar içerir.

Bir kontrol döngüsü, bir veya daha fazla vuruntu Sensörünün (genellikle titreşimleri bir elektrik sinyaline çevirebilen piezoelektrik sensör) sinyalini sürekli olarak izler . Vuruntulu yanmanın karakteristik basınç tepe noktası tespit edilirse, ateşleme zamanlaması birkaç derecelik adımlarla geciktirilir. Sinyal kontrollü bir yanma olduğunu belirten normalleşirse, ateşleme zamanlaması aynı şekilde motoru "vuruntu sınırı" olarak adlandırılan mümkün olan en iyi çalışma noktasında tutarak ilerletilir. Modern vuruntu kontrol döngüsü sistemleri, her silindir için ayrı ayrı ateşleme zamanlamasını ayarlayabilir. Spesifik motora bağlı olarak, takviye basıncı aynı anda düzenlenir. Bu şekilde performans optimum seviyede tutulurken, örneğin düşük oktanlı yakıtla çalışırken vuruntudan kaynaklanan motor hasarı riskini çoğunlukla ortadan kaldırır.

Bunun erken bir örneği, turboşarjlı Saab H motorlarında , motorun vuruntusuna neden olursa takviye basıncını azaltmak için Otomatik Performans Kontrolü adı verilen bir sistem kullanıldı.

Vuruş tahmini

Vuruntulu yanmanın önlenmesi geliştirme mühendisleri için çok önemli olduğu için, vuruntu oluşması beklenebilecek motor tasarımını veya çalışma koşullarını tanımlayabilen çeşitli simülasyon teknolojileri geliştirilmiştir. Bu daha sonra mühendislerin yüksek termal verimliliği korurken vuruntulu yanmayı azaltmanın yollarını tasarlamalarını sağlar.

Vuruntu başlangıcı, yanma odası içindeki yerel karışım bileşimleriyle ilişkili silindir içi basınç, sıcaklık ve kendiliğinden tutuşma kimyasına duyarlı olduğundan, tüm bu yönleri hesaba katan simülasyonların vuruntu çalışma sınırlarını belirlemede ve mühendislere olanak sağlamada en etkili olduğu kanıtlanmıştır. en uygun çalışma stratejisini belirlemek.

Vuruntu kontrolü

Vuruntu kontrol stratejilerinin amacı, motoru hasar verici vuruntu olaylarından korumak ile motorun çıkış torkunu maksimize etmek arasındaki dengeyi optimize etmeye çalışmaktır. Knock olayları bağımsız rastgele bir süreçtir. Deterministik bir platformda vuruntu kontrolörleri tasarlamak imkansızdır. Tek bir zaman geçmişi simülasyonu veya vuruntu kontrol yöntemleri deneyi, gelen vuruntu olaylarının rastgele doğası nedeniyle kontrolörün performansının tekrarlanabilir bir ölçümünü sağlayamaz. Bu nedenle, istenen takas, titiz istatistiksel özelliklerle farklı vuruntu kontrol stratejileri performanslarının tasarlanması ve değerlendirilmesi için uygun bir ortam sağlayabilecek stokastik bir çerçevede yapılmalıdır.

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar