Diesel enjektör memesinin sıcaklık değişiminin incelenmesi
Investigation of diesel injector nozzle tip temperature
Yazar: GÖKHUN AKPINAR
Danışman: DOÇ. DR. ALP TEKİN ERGENÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ortak hat diesel yakıt püskürtme sistemi (CRI), modern diesel araçlarda kullanılan temel yakıt enjeksiyon sistemine verilen addır. Bu sistemler, tankta bulunan yakıtı, yüksek basınçlı pompa vasıtasıyla ortak hatta aktarmakta, 2000-2500 bar değerlere kadar basınçlandırılan yakıt, ortak hattan enjektörlere oradan da motor yanma odasına püskürtülmektedir. CRI sisteminden beklenen, doğru zamanda, doğru miktarda ve doğru basınçtaki yakıtı yanma odasına püskürtmesidir. Günümüzde yakıt tüketimi ve zorlaşan emisyon değerleri göz önüne alındığında, motorun (dolayısıyla aracın) performans ve emisyon değerlerini tutturmasında en önemli pay enjeksiyon sisteminindir. Enjeksiyon sistemindeyse enjektör memesi bahsi geçen performans ve emisyon değerlerinin tutturulmasında büyük pay sahibidir.
Diesel enjektörlerde püskürtmeyi gerçekleştiren eleman, enjektörün yanma odasında kalan meme kısmıdır. Enjektör memesi motor içerisindeki her bir yanma odasında yüksek sıcaklıklara maruz kalmaktadır. Bu nedenle memenin bulunduğu dinamik ortam koşulları, hem memenin tasarımında hem de meme malzeme seçiminde büyük rol oynamaktadır. Memenin çalışacağı motor koşulları değerlendirilerek meme malzemesinin seçimi, malzeme üzerine yapılacak ısıl işlem veya kaplama işlemlerine karar verilmektedir. Enjektörlerde yer alan memelerin imal edileceği malzemenin seçimi, memenin motor içerisinde maruz kaldığı sıcaklıklara bakılarak gerçekleştirilmektedir. Müşteriden gelen bilgiler başta öngörü olarak değerlendirilerek meme tasarımları yapılmakta, meme malzemesinin uygunluğu ise enjektör prototiplerinin müşteri tarafında saha testlerine tabi tutulması ile görülebilmektedir. Müşteri istekleri doğrultusunda geliştirilen memeler saha testleri için müşteriye gönderilmekte ve memenin maruz kaldığı sıcaklıklar ile meme malzemesinde meydana gelen sertlik düşüşleri incelenerek malzeme seçimi doğrulanmaktadır. 
Dinamik koşullarda malzeme karakteristiği, sıcaklık ve sertlik düşüşü arasındaki ilişki tam olarak hesaplanması, bu parametrelerin birbirleri üzerine etkisinin net olarak bilinmesi gerekmektedir. Son yıllarda yeni nesil enjektörlerin çalıştığı motor koşulları sürekli olarak ağırlaşmakta (Eu5, Eu6…) ve meme malzemesinin maruz kaldığı sıcaklıklar değişmektedir. Bu durum malzemenin sertliği üzerine etkisi olan parametreleri daha iyi tanıma ve etki derecelerini tanımlama gereksinimi doğurmaktadır.
Bu çalışmada, motorda yüksek sıcaklıklara yol açabilecek farklı test çevrimleri denenerek, meme malzemesinin sertliğinde meydana gelen düşüşler incelenmiştir. Farklı test çevrimleri ve süreleriyle motor testlerine tabi tutulan memelerde yapılan araştırmalar neticesinde, en ağır koşulların ne olduğu tanımlanmış, çalışma sırasında sertlik üzerine etkisi olan motor parametrelerine yoğunlaşılmıştır. Doğru malzeme seçimi için optimum koşulların ne olduğunun daha iyi anlaşılmasıyla beraber güvenilir tasarımlar yapılması sağlanmaktadır.

Abstract:
Common Rail Diesel Injection (CRI) is the name of the fuel injection system which is used in modern diesel engines. This system transfers diesel fuel from fuel tank to common rail and provides the required fuel with the increased injection pressure like 2000-2500bar  into combustion chamber. The main target of this system is to inject diesel fuel with the correct quantity, injection pressure and timing. In  view of today, fuel consumption needs and emission regulations  show that injection system has the most important role in engine. And the most critical part of diesel injector is nozzle body which is faced with very high temperatures during combustion. 
Injected fuel comes from the spray holes on injector nozzle body which is located in combustion chamber. Injector nozzle body is exposed to very high temperatures in each cylinder of the engine. So dynamic engine conditions affect the nozzle body design and material selection. With the assessment of engine working conditions, nozzle body material is selected, required heat treatment process and coating type/process are defined for this specific engine application. Maximum temperature is the most important input for the definition of these design details. Nozzle is pre-designed based on the given informations about customer engine application and sent to customer for engine/vehicle test. According to the temperature values and hardness decrease of the tested nozzle, it is confirmed or re-designed  for final release.
Under dynamic engine conditions, material characteristic, correlation between temperature and hardness decrease must be correctly formulated, the effects of these parameters must be totally understood. In the last years, emission regulations (Euro 5, Euro 6…) are getting harder and the temperatures which affect the material hardness are changing day by day. So having more knowledge or understanding about the critical parameters and effects of them is necessary.
In this study, different engine test cycles which can cause very high temperatures in combustion chamber were performed and nozzle body hardness decreases were investigated. According to the investigation of the nozzles which were tested with different test cycles and durations, the definition of the most critical engine condition was aimed. The main focus was to understand the effects of the engine parameters on hardness decrease. The optimum condition was defined for the right material selection and reliable nozzle designs.