yanmaodasi
Yanma Odası
Yanma odasının pürüzsüz ve küçük yüzeyli yekpare bir hacme sahip olması gerekir. Tek parça yanma odaları, kursa (stroka) göre oranı daha küçük olan bir çapı gerektirir. Ateşleme bujilerinin merkezi konumda uygun şekilde yanma odasına yerleştirilmesi, alevlerin bir engelle karşılaşmadan yayılmasını ve alev yollarının kısa olmasını mümkün kılar.
Yanma Odası
Christian Huygen, 1673 yılında ilk motoru icat etmiştir. O bunu sadece suyu yaşadığı yerdeki Seine ıramığdan bahçelere taşıyabilmek için geliştirmiştir. İlk zamanlarda yanma odası silindir için basit bir kapak düzeneğinden farklı değildi. Yanma odaları dizaynındaki asıl atılım, sübaplı motorların silindir kafasında oluşan türbülansı keşfeden Ricardo sayesinde gerçekleşmiştir. 1900′lü yılların başında sıkıştırma oranları 6 seviyelerindeydi. O zamanlar yakıtın oktan değerleri 60-70 arasında değişmekteydi. Sonraki 10 yıl içerisinde yanma odası bir motor karakteristiği olarak kabul edildi. En büyük atılım 1951 yılında Chrysler firmasının yarı-küresel yanma odası kullandığı V8 motorunu tanıtmasıyla yaşandı. Günümüzde daha iyi yanma ve güç artışı üzerine çalışmalar belirli bir çizgide ve ufak atılımlarla devam etmektedir.
Yanma odası dizaynı gelişimi için birkaç ölçüt vardır. Ön alevin yanma odasını katetmesi için gereken mesafe azaltılarak optimum şekilde ayarlanmalıdır. Bu ayarlama buji elektrodu ile benzin karışımı arasındaki mesafenin azaltılmasıyla gerçekleştirilebilir. Bu sayede daha yüksek potansiyele sahip motor hızları ve daha fazla güç üreten tasarımlar yapılabilmesini mümkündür. Anormal yanma yani daha iyi bilinen ismiyle patlamalı yanma, yanmaya ilave olan ön alevin başlamasını geciktirdiği için yavaş yanmaya neden olur.
Her buji piston üzerinde orta pozisyonda ve egsoz subabına yakın yerde konumlandırılmalıdır. Çünkü bu bölgelerde en türbülanslı ve sıcak noktalar oluşmaktadır. Buna ek olarak egsoz subabı, içeri giren taze havanın ısı transferini limitlemesi açısından mümkün olduğunca emme subabından uzak olmalıdır.
Burada yanmanın hızlandırılması ve iyileştirilebilmesi için, yeterli derecede türbülansa ihtiyaç vardır. Fakat türbülansın çok fazla olması da, ısının yanma odasından çıkmasına ve gürültülü yanmaya neden olacağından bu dengeli yapılmalıdır. Buradaki türbülans miktarı, dışarıdan ilave bir giriş portu veya içten bir sıkıştırma yastığı-plakası kullanılarak ayarlanabilir. Silindir kafasının üst kısmı ile piston kafası arasındaki mesafe ölü hacim veya sıkıştırma hacmi olarak adlandırılır.
Eksantrik dizaynı ve subap sayısı yanma odasında subap yerleşimi ve açık kalma sürelerine bağlı olarak birtakım etkilere neden olurlar. Termodinamik kanunları ile sunulan ideal bir motor, ısıl verim için yüksek sıkıştırma oranına, hızlı yanma gerçekleşen bir oda tasarımına ve ani gaz tepkisine sahiptir. Bunlar, motorun oktan sayısına toleransını ve Nitrojenoksit emisyonları üretiminin limitlendirilmesi özelliğini arttırabilmek için zorunludur. Bu zehirli artık gazın oluşumu için gerekli üç şey vardır; ısı, basınç ve maruz kalma süresi. Yüksek sıkıştırma oranları, silindir basıncını arttırarak ve daha küçük bir bölgeye daha fazla ısı enerjisi yükleyerek, Nitrojenoksit üretimini arttırır. Bu fenomen yüksek yanma hızıyla yani üçüncü elementin(maruz kalma süresinin) dezavantajını yokederek engellenebilir. Bu sayede emisyonlar büyük ölçüde azaltılmış olur.
Diğer faktörler bujinin yerleştirildiği bölgede yapılan birtakım değişiklere ve kullanılan materyallere dayanır. Daha önce de belirttiğimiz üzere, alevin silindir kafasının tam orta bölgesinde başlaması daha yüksek basınçla çok daha hızlı bir yanma gerçekleşmesini mümkün kılar. Güç üretiminde emisyonları ve oktan toleranslarını göz önünde bulundurduğumuzda, silindir içi basıncının mümkün olduğunca çabuk artması gerektiği anlaşılır. Bu sayede de pistonun iş zamanında daha hızlı genişleyip, daha fazla kurs hacmi boyunca güç üretimi yapılması sağlanır.
Birçok performans tipi silindir kafası alüminyumdan üretilir çünkü hafiftir, kolay işlenir ve port açılabilir bunun yanında ısı dağıtımını daha iyi gerçekleştirir ve yüksek sıkıştırma oranlarını mümkün kılar. Ama mükemmel bir ısıl verimde ve bütün şartlar aynı düşünüldüğünde dökme çelikte güç üretimi daha kolaydır. Çelikten alüminyuma dönüşüm yapılırken aynı ısıl verimi elde edebilmek için sıkıştırma oranını bir kademe arttırmak gereklidir. Bunun nedeni ise, çeliğin ısıyı bünyesinde daha fazla saklaması ve genişleme zamanında bunun kullanılmasıdır. Bu dönüşüm yaparken dikkat edilmesi gereken önemli bir noktadır.
Hidrokarbon emisyonları yanma odasındaki karışımın dış katmanında bulunur ve karışım yanma odası duvarlarında büyük nümerik oranlarda soğumaya uğrarlar. Alev yanma odası duvarına yaklaşırken sönümlenir ve arkasında hidrokarbonlu bir katman bırakır. Yarı-küresel yanma odası en iyi hacimsel oranı sunar.
Yanma Odası Çeşitleri ve Yapısal Özellikleri
İdeal yanmanın gerçekleştirilebilmesi için motorlarda en çok kullanılan yanma odaları aşağıdadır;
- Çatı tipi yanma odası
- Yarı küresel tip yanma odası
- Kama tip yanma odası
- Küvet tip yanma odası kullanılmaktadır.
Çatı Tip Yanma Odası
Bu tip yanma odaları her silindirde dört supap bulunan motorlarda kullanılmaktadır. Bu yanma odalarında buji yanma odasının tam ortasında yer almaktadır. Bu durum etkin ve hızlı bir yanmanın gerçekleşmesini sağlamaktadır. Ancak supap mekanizması nedeniyle silindir kapağı büyük boyutludur. Bu tip yanma odaları bir binanın çatı arasına benzemesi nedeniyle çatı tip yanma odaları denilmektedir. Çatı tip yanma odaları yarı-küresel tipine benzer olduğundan birbirlerine yakın özellikler gösterirler. Aşağıda Hemi(yarı-küresel) yanma odasının özellikleri verilmektedir.
Yarı–Küresel Tip Yanma Odası
Bu tip yanma odaları aynı hacimdeki diğer yanma odaları ile karşılaştırıldığında en küçük yüzey alanına, en az ısı kaybına ve en fazla ısıl (termal) verimliliğe sahip yanma odalarıdır. Bu odalar verimlilik kazancı adına diğer unsurlardan en az miktarda ödün verilecek şekilde dizayn edilmiştir. Subaplar, orjinal Chrysler Hemi’de yanma odası çevresinde 58.5 derecelik açıyla ve tam olarak krankmilinin merkez hattına denk gelecek şekilde yerleştirilmiştir. Bu pozisyon, subaplar açıldığında içeriye büyük miktarda hava akışı sağlar. Aynı zamanda karışımın daha efektif bir şekilde çapraz akış hareketi yapabilmesini ve taze karışımın egsoz subabındaki ısı transferinin limitlenebilmesini mümkün kılar. Daha önceden hatırlayacağımız üzere bu tasarım en iyi yüzey/hacim oranını ve soğutma sisteminden ısı çekilimini limitlemek için zorunlu olan en kısa egsoz subap açılma zamanlamasını sağlar. Bu yanma odasında bujinin ortada bulunması, harika bir oktan toleransını beraberinde getirir. Subaplardaki küçük sıkıştırma plakaları, artık gazın buji üzerinden atılmasını ve yanmanın daha hızlı gerçekleşmesini sağlar. Diğer bir avantajı da, emme ve egsoz subapları arasındaki mesafeden dolayı ısı transferinin mümkün olan en az şekilde yapılabilmesidir.
Kama Tip Yanma Odası
Kama tip yanma odalarında silindir kapağında kama şeklinde bir hazne bulunmaktadır. Bu tip yanma odalarının yapısı da basit olduğu için silindir kapağı daha küçüktür. Yıllar boyunca en çok kullanılmış yanma odası türüdür. Küvet tip yanma odasına benzer. Emme subapları odanın eğimli şeklinde dizayn edilmiş çatı kısmına yerleştirilmiştir. Subapların genel olarak konumu yine eğimlidir. Buji odanın kalın kısmına subapların tam ortasına yerleştirilmiştir. Odanın sivri-dik kenarının görevi, yakıt+hava karışımının yönünü değiştirmek ve bu karışıma silindir ekseninde ve aşağıya doğru spiral bir yol izletmektir. Sıkıştırma kursu boyunca karışım ölü hacim içerisinde dar kısma doğru sıkışıp inceden kalına doğru genişleyen oda duvarlarında sert şekilde itilmeye maruz kalır. Bu da güç oluşumuna olumlu katkı sağlayarak hareketin daha kolay gerçekleşmesine olanak verir.
Küvet Tip Yanma Odası
Yanma odasının yapısı basit olduğu için silindir kapağı ve supap mekanizmasının yapısı, diğer yanma odalarının kullanıldığı silindir kapaklarına göre daha küçük ve basittir. Ancak bu tip yanma odaları büyük çaplı supaplara uygun değildir. Bu tasarım kama tip veya yarı-küresel tip yanma odalarına pek benzememektedir. Üretici firmaların kullandığı değişik formlarda çeşitleri vardır. Bazı dizaynlarda yanma odası neredeyse oval şekildedir, yeni ve daha verimli olanı ise kalp-şekli olarak adlandırılan tasarımdır. Burada silindir kafasının tepesi ile örtüşen piston kafası söz konusudur ve bu odanın iki sıkıştırma alanına ayrılmasına neden olur. Bu alanların boyutları birbirinden farklıdır. Büyük olan tarafta buji ve emme subabı bulunur. Asıl sıkıştırırmanın olduğu bölgenin karşı tarafı konik bir şekildedir yani kama tipinde olduğu gibi dik bir duvar söz konusu değildir. Bujinin konumu egsoz subabına ve orta kısma doğru mümkün olduğunca yakındır. Subaplar arasındaki az mesafe ise, hacimsel verimi ve oktan toleransını sınırlamaktadır.
