BUJİ ATEŞLEMELİ MOTORLAR

Transkript

1 T.C. BOZOK ÜNİVERSİTESİ TEKNİK BİLİMLER MESLEK YÜKSEKOKULU MOTORLU ARAÇLAR VE ULAŞTIRMA TEKNOLOJİLERİ BÖLÜMÜ OTOMOTİV TEKNOLOJİSİ PROGRAMI BUJİ ATEŞLEMELİ MOTORLAR

2 İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER... i 1. GİRİŞ Otomotiv Dünyasının Kronolojik Gelişimi Motorların Sınıflandırılması Genel Kavram ve Tanımlar Termodinamik Özellikler Termodinamik İdeal Gazlar İçin Temel Durum Değiştirmeler TEORİK ÇEVRİMLER Teorik Çevrimlerle İlgili Kabuller Sabit Hacim (Otto) Çevrimi GERÇEK ÇEVRİMLER İçten Yanmalı Motorların Gerçek Çevriminde Zamanlar Emme Kursu Sıkıştırma Kursu Yanma ve Genişleme Kursu (Ateşleme ve İş Zamanı) Egzoz Kursu Gerçek Çevrimin Kayıpları İki Zamanlı Motorların Çalışması İki ve Dört Zamanlı Motorların Karşılaştırılması MOTORLARDA GÜÇ, VERİM VE PERFORMANS Motor Güçleri İndike Güç Efektif Güç Motor Verimleri Isı Balansı Motor Performansı Yük Karakteristikleri Hız Karakteristikleri Ayarlama Karakteristikleri MOTORLARIN YAPISI VE MOTORU MEYDANA GETİREN HAREKETLİ VE HAREKETSİZ PARÇALAR İçten Yanmalı Motorların Hareketsiz Parçaları Silindir Kapağı ve Contası Yanma Odaları Emme ve Egzoz Manifoldları Silindir Bloğu ve Üst Karter Silindir Gömlekleri Motor Yatakları i

3 Karter Hareketli Motor Parçaları Pistonlar Segmanlar Piston Kolu (Biyel) Krank Mili Volan Titreşim Damperi (Sönümleyici) Kumanda Organları Yapısı ve Görevleri Supaplar, Supap Yayları ve Hesapları Kam Mili Dört Zamanlı Motorlarda Supap Hareketi ve Supap Ayar Diyagramı Zaman Ayar Düzenekleri SOĞUTMA DONANIMI Motorların Hava ile Soğutulması Motorların Su ile Soğutulması Soğutma Sistemi Hesapları YAĞLAMA DONANIMI Çarpma Yağlama Sistemi Çarpma-Basınçlı Tipi Yağlama Tam Basınçlı Yağlama Sistemi Yağ Dolaşım Çeşitleri Karter Havalandırma Düzeneği Yağ Pompasına İlişkin Hesaplar YAKIT DONANIMI Buji ile Ateşlemeli Motorların Yakıt Donanımı Karbüratörlü Yakıt Sistemi Enjeksiyonlu Yakıt Sistemleri ii

4 1 1. GİRİŞ 1.1. Otomotiv Dünyasının Kronolojik Gelişimi İnsan tarihinin başlangıcından günümüze kadar geçen zaman içinde, fıtratı gereği sonsuz ihtiyaçlarla yüklü bir halde bulunmaktadır. Yaşadığı ortam içerisinde bu ihtiyaçlarını karşılayabilecek birçok çalışmalar yapmış olup ve yapmaya da devam etmektedir. Ateşin bulunması, tekerleğin icadı, insanlık tarihinde önemli olduğu kabul edilen ilk endüstriyel gelişmelerdir. Tarih içerisinde meydana gelen bu olaylar, bir bütünlük gösterip, bir sonraki gelişmenin temelini oluşturmaktadır. Bu birlikteliğin sonucunda barutla hareketlendirilen ilk motordan, günümüzün en modern donanımlı taşıtlarının üretimine kadar geçen bir süreç yaşanmıştır. İnsan var olduğu sürece de yeni buluşların yeni alanların doğması tabiidir. Motorların tarihçesi de bu gelenek içerisinde cereyan etmektedir. Otomotiv tarihçelerine göre ilk motor denemeleri buhar makinesinin icadından önceye rast gelmektedir yılları arasında fizikçi Huygens ve arkadaşı Papin, ilk defa barutla çalışan bir motor yaptılar. Bu barutlu motorda düşey konumlu, ağır dökümlü piston kullandılar. Yakıtın yerleştirilmesiyle, yanması ve dışarıya atılması büyük bir sorun olmaktaydı. Bunun sonucu olarak ürettiği güç de çok düşüktü ve bu nedenle üzerinde fazla çalışma yapılmadı. Şekil 1.1. Newton' un 1680 yılında tasarladığı buharlı araba 1748 yılında Vancanson tarafından üretilen bir otomobil Fransa Kralı XIV. Louis' e hediye edilmiştir yılında James Watt tarafından buhar makinesi icat edildi. Şekil yılında James Watt' ın tasarlamış olduğu buharlı araba

5 yılında Tretivick tarafından vites kutusu kullanılan bir taşıt yapıldı yılları arasında Oliver Evins tarafından Amerika' da yolcu taşıyabilen araba yapıldı yılında Cugnot Fransa' da buhar makinesi ile tahriklenen üç tekerlekli bir taşıt yaptı. Bu otomobilin hızı saatte 4-6 km' ye ulaşmıştı. Şekil Yılında Joseph Cugnot' un tasarladığı ve "FARDİER" adını verdiği buharlı araba 1804 yılında Amerika' da nehirleri geçmek için buhar makinesi ile çalışan ilk çarklı nehir taşıtı yapıldı yılında Fransız mühendis Carnot' un geliştirdiği fikir ve öneriler motorların gelişmesine önemli katkılar sağlamıştır. Carnot, aşağıdaki fikir ve önerileri ileri sürmüştür; a) Havanın hacmi 15/1 oranında küçülecek olursa yani sıkıştırılacak olursa sıcaklığı 300 C çıkar. Bu da kuru odunu veya kavı yakmaya yeterlidir. b) Yakıtın yakılması, sıkıştırılmış hava içerisinde olmalıdır. Aynı zamanda yakıt, motor silindiri içerisinde sıkıştırılmış hava üzerine püskürtülmelidir. c) Motorun sürekli çalışabilmesi için soğutulması gerekir. d) Egzoz gazlarındaki ısı enerjisinden ısıtma işlerinde yararlanılabilir yılı sonlarına doğru saate km hızla giden, 14 yolcu taşıyabilen ve buhar makinesi ile çalışan otobüsler imal edildi yılına yaklaşırken petrol bulundu. Bazı tarihçilere göre mühendis, bazı tarihçilere göre de garson olan Jean Joseph Etienne Lenair, gaz yakıt kullanarak bir motor yapmıştır. Bu motorun adına "Sıkıştırmasız Yanmalı Gaz Motoru" denildi. Motora gaz + hava karışımı alınıyordu. Piston silindirin orta noktasına gelince emme işlemi bitiyor, diğer yarısında da genişleme yapıyordu. Motordan 0,2-0,4 kw güç alınıyor ve verimi % 3 civarında oluyordu. Gaz sıkıştırılmadan yakıldığı için motorun gücü de çok düşüktü.

6 3 Şekil 1.4. Belçikalı mucit Lenoir' in yaptığı gaz motoru Gaz sıkıştırılarak yakıldığı zaman gücün artacağı tezini ilk olarak ortaya atan İngiliz William Bennet, bunu geliştiren ise Bugold Clerk isimli bir İskoç mühendis olmuştur yılında Alphonse Meau (Beau) De Rochus isimli Fransız mühendis, teorik olarak yanmadan evvel gazın sıkıştırılmasının zorunlu olduğunu ve dört zaman prensibi ile bir çevrimin tamamlanabileceğini buldu. Isı kayıplarını en az seviyeye indirebilmek için aşağıdaki esasları ortaya koydu; a) Silindirlerde minimum yüzey/hacim ilişkisi, b) Zamanla ilgisi ısı kayıplarını azaltmak için mümkün olan en hızlı genişleme, c) Mümkün olan en fazla genişleme, d) Genişleme başlangıcında mümkün olan maksimum basınç. Dört zaman çevrimine ilişkin geliştirdiği prensipler; a) Piston dışarıya doğru hareket ederken emme işlemi yapmalı, b) Piston içeriye doğru hareketi sırasında sıkıştırma işlemi yapmalı, c) Pistonun tekrar dışarıya hareketi sırasında yanma ve genişleme işlemi yapılmalı, d) Pistonun ikinci defa içeriye doğru yaptığı hareket sırasında ise egzoz işlemi yapılmalıdır yılında İsviçre' de Adolph SAURER gaz yağı ile çalışan bir sabit motorun imaline başladı yılında Amerikalı Brayton kendi adını taşıyan motoru yaptı yılında Viyanalı Siegrried MARCUS tarafından yapılan motorlu taşıtın hızı 12 km' ye ulaştı. Viyana sokaklarında bazı kazalar meydana geldi. Marcus 17 suçtan mahkemeye verildi yılında tüccar olduğu da iddia edilen Nikolaus August OTTO ile mühendis LANGEN atmosferik güç makinesi isimli ve teknikte kullanılabilecek nitelikte ilk dört zamanlı bir gaz motoru yapmışlardır. Motor ağır pistonlu olup yüksekliği 2 m, gücü 0,2 kw ve ısıl verimi % 9' dur.

7 yılında 4 zamanlı benzin motorunu icat eden Nikolaus August Otto ( ) 1876 yılında Otto dört zaman esasına göre çalışan ilk motoru yaparak patentini aldı. Motor alev ile ateşleniyordu. Ateşlemeden önce gaz ile hava sıkıştırılmıştır. Böylece motorun verimi ve gücü artmıştır. Motor hızı dakikada 180 devir, gücü 2,2 kw ve termik verimi % 15' e yükselmişti. Dört zaman esasını ilk bulan Rochus olmasına rağmen bunu motorlarda ilk uygulayan Otto olmuştur. Bu nedenle günümüzde buji ile ateşlemeli motorlara "Otto motoru" ve çevrimine de "Otto çevrimi" denilmektedir yılında İngiliz Clark iki zamanlı çevrim ve motorunu icat etti. Yine aynı yıl Paris' te açılan bir dünya sergisine Otto' nun yapmış olduğu modern bir motor teşhir edildi yılında Gottlieb DAİMLER yaptığı motorun yanma odasına bir bakır çubuk yerleştirmiştir. Dışarıdan karpit lambası ile bakır çubuğu ısıtmak suretiyle motorun ateşlenmesini sağlamıştır. Bu sisteme "Sıcak Boru Ateşlemesi" denilmektedir. Bu sayede motor hızı d/d çıkmış, güç ve verimde olumlu artışlar olmuştur. Motor devrinde elde edilen bu gelişme motorların otomobillerde kullanılabileceğini ortaya koydu. Daimlerin yaptığı bu motorlarda da yakıt olarak hava gazı kullanılmıştır yılında arkadaşları ile ilk Otto motorlu aracı üreten Gottlieb Daimler ( ) 1885 yılında Fransa' da Fernand FOREST ve Almanya' da Daimler hava gazının yerini tutabilmesi için benzini zerreler haline getirip buharlaştırabilecek karbüratörün icadına doğru yeni gelişmeler kaydettiler.

8 yılında Gottlieb Daimler ve arkadaşlarının yaptığı ilk Otto motorlu araç "Reitwagen" 1886 yılında Karl BENZ adlı bir Alman, Daimlerin motoruna Forest' in yaptığı karbüratörü ilave etti. Yaptığı bu motoru dört teker üzerine monte etti. Böylece içten yanmalı motorların en çok kullanıldığı alan olan otomobil meydana gelmiş oldu yılında gaz motorlu iç tekerlekli aracın patentini alan ve 1926 yılında en büyük rakibi Daimler ile birleşerek Daimler-Benz' i kuran Karl Benz ( ) 1887 yılında BOSCH firmasından Alman Zühringen tarafından alçak voltajlı manyeto bulundu. Bu manyeto ilk defa gaz motoruna monte edilmiştir yılında İngiltere' de bir teneke fabrikasında kaza sonucu gaz lambasından kalay banyosuna gaz yağı damlamış ve ani bir patlama meydana gelmiştir. Bu olayı yaşayan Herbert Akroyd STUART patlamanın nedenlerini araştırmış ve sonuç olarak bu patlamayı şu esasa bağlamıştır: Gaz yağı, kalay eriği banyosunda buharlaşıyor, hava ile karışarak patlayıcı bir karışım meydana getirir. Bu karışım ise lamba alevi ile ateşlenmiştir. Stuart yaptığı bu incelemelere dayanarak, 1860 yılında çalışabilen bir motorun patentini aldı. Onun ileri sürdüğü teori "Yanıcı özelliğe sahip bir karışım, erken ateşleme olmadan silindirler içerisindeki sürekli bir ateşleyici ile ateşlenebilir" iddiasını taşıyordu.

9 6 Şekil yılında Avusturya' da Siegfried Marcus ortaya yerleştirilen motorla arkadan itiş sağlayan otomobilini yaptı Stuart' ın patentini aldığı bu motorda, önce hava emiliyor, sonra piston yardımıyla sıkıştırılıyordu. Yanma odasından küçük bir kanalla ayrılan buharlaştırıcı odasına bir enjektör yerleştirilmişti. Sıkıştırma sonunda enjektör buharlaştırıcı odasına ağır yakıt püskürtüyordu. Bu odada buharlaşan yakıt, temiz hava ile karışıp, kızgın buharlaştırıcı tarafından ateşleniyordu. İlk çalıştırmada buharlaştırıcı oda, dışarıdan ısı verilerek ısıtılıyordu. Daha sonra ise çalışma süresince yanmanın etkisiyle devamlı sıcak kalıyordu. Otomotiv tarihine bu motor "Harsby-Akroyd" motoru olarak geçmiştir yılında Diesel motorunu icat eden Alman Mühendis Rudolf Diesel ( ) 1892 yılında Rudolf Diesel "İçten Yanmalı Kuvvet Makinelerinin Çalışma Şekli ve İmalatı" konulu sayılı patenti aldı. Krupp ve Augsburger Maschinen Fabrik firmaları ile 1893 Ağustos' unda ilk deneme motorunu yaptı. İlk denemede başarılı bir sonuç alınamadı. Motorda hava yüksek basınçlarda (105 kg/cm 2 / 1500 lib/inç 2 ) sıkıştırılmasına rağmen soğutma sistemi kullanılmamıştı. Açığa çıkan ısı enerjisinin hepsi hareket enerjisine çevrilmek isteniyordu. Meydana gelen yüksek sıcaklıkta yağlama yağları yanıyor, silindir-piston düzeneği arızalanıyordu. Başarılı sonuç yılları arasında sağlanabildi. Yeni motorun özellikleri şunlardı;

10 7 a) Motor çalışma süresince soğutuluyor, b) Havanın basıncı sıkıştırma sonunda kg/cm 2 ' ye yükseliyor, c) 70 kg/cm 2 basıncındaki gazyağı basınçlı hava yardımıyla sıcak hava üzerine püskürtülüp, mükemmel bir karışım oluşturarak silindirdeki ısı ile yanıyor, d) Termik verim % 24' e kadar yükselmiş, e) Genişleme sonunda yanmış gazlar basınçla dışarıya atılıyor, f) Motor hızı 155 1/min ve motor gücü 13,1 kw olmuştu. Püskürtme o şekilde düzenlenmişti ki, pistonun genişlemesiyle oluşan basınç düşüşünü yakıtın yanması karşılıyor ve yakıtın yanması süresince basınç sabit kalıyordu. Bu güne kadar bu motorlar üzerinde birçok değişiklikler yapılmasına rağmen Diesel' in koyduğu esaslar değişmediğinden bu motorlara "Diesel Motorlar" adı verilmektedir yılında Amerika' da J. Frank DURYEA tarafından ilk benzinle çalışan motor yapıldı yılında Alçak voltajlı manyeto, benzinli motorlarda kullanıldı yılında otomobillerde aydınlatma, fener yerine karpit lambaları ile yapılmaya başlandı. Yine aynı yıl BOSCH firması mühendislerinden Gottlob HONALD tarafından yüksek voltajlı manyeto icat edilmiştir yılından itibaren motorlara uygulanarak, buji ile ateşleyen "Elektrikli Ateşleme Sistemi" geliştirilmiştir. Bu sayede motor gücünde de bir artış sağlanmıştır yılında şarj dinamosunun icadı gerçekleşti. Bu yeni buluş sayesinde aydınlatmada karpit yerine farlar kullanılmaya başlandı. Aynı yıl marş motoru icat edildi. Charles F. KETTERRING tarafından marş kontağının bulunması ile ilk hareket sistemi daha kullanışlı hale geldi yılında elektrikli kornalar, 1926 yılında elektrikli cam silecekleri ve 1928 yılında bataryalı ateşleme sistemi otomobillere uygulanmaya başlandı yılları arasında Alman Felix WANKEL tarafından döner pistonlu motorlar geliştirildi. NSU fabrikasında DKM 54 adı verilen ilk motor üretildi yılı Eylül ayında NSU fabrikası Wankel motorlu otomobillerin seri üretimine başladı. Aynı tarihlerde gaz türbinli uygulamalar görülmektedir yılında Chrysler GM ve Ford firmaları gaz türbinli otomobil üretmişlerdir yılında Avrupa'da seri olarak turbo motorla üretilen ilk otomobil BMW 2002 oldu.

11 yılında Turbo üreticisi Garrett intercooler adını verdiği bir turbo soğutucusu geliştirdi. Bu sayede türbine giren hava soğutularak turbonun performansı artırıldı yılında Common Rail motor teknolojisi FIAT GROUP tarafından geliştirildi, fakat Robert Bosch GmbH tarafından patenti alındı yılında İlk Common Rail, Alfa Romeo JTD ve Mercedes-Benz C 220 CDI araçlarında kullanıldı. Günümüze kadar motorlar üzerinde yakıt, ateşleme, soğutma, supap vb. donanımlar ve kullanılan malzemelere yönelik birçok gelişmeler olmuş ve daha da devam edecektir Motorların Sınıflandırılması Motorlar genellikle (jetler, roketler hariç) aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar. Kullanım amacına göre Sabit tesis motorları (jeneratör, pompa üniteleri vb.) Taşıt motorları (oto, uçak, tren, gemi vb.) Kullanılan yakıt türüne göre Hafif sıvı yakıt kullanan motorlar (Benzin, alkol, gazyağı) Ağır sıvı yakıt kullanan motorlar (Fuel-oil, mazot, motorin) Gaz yakıt kullanan motorlar (Metan, propan, bütan) Çok yakıtlı motorlar (Yukarıdaki yakıtlardan herhangi ikisinin ortak kullanıldığı motorlar) Isı enerjisinin hareket enerjisine dönüşüm biçimine göre İçten yanmalı motorlar; ısı enerjisinin hareket enerjisine dönüşümü silindir içerisinde olmaktadır. Dıştan yanmalı motorlar; ısı verme işlemi silindir dışında olmaktadır. Bileşik yanmalı motorlar; ısı enerjisinin bir kısmı motor içerisinde, bir kısmı dışında işe dönüşmektedir. Serbest pistonlu motorlar, turbo şarjlı motorlar buna örnek teşkil eder. Karışım oluşturulması yöntemine göre Karışımın oluşturulması silindir dışında; karbüratörlü motorlar Karışımın oluşturulması silindir içerisinde; dizel motorlar Çalışma maddesini ateşleme yöntemine göre Buji ile ateşlemeli motorlar Sıkıştırma ile ateşlemeli motorlar

12 9 İş çevrimlerinin elde edilişine göre Dört kurslu/zamanlı motorlar İki kurslu/zamanlı motorlar Yük değişimini kontrol yöntemine göre Kalitatif kontrollü motorlar, yük değişimine göre karışımın yapısının değiştirildiği motorlar Kantitatif kontrollü motorlar, karışımın miktarının değiştirildiği motorlar Bileşik kontrollü motorlar Dizayn özelliklerine göre Pistonlu motorlar Silindir özelliklerine göre o Düşey ya da yatay sıra tipi o -V- tipi o Yıldız tipi o Karşılıklı silindirli (yatık boksör) Şekil 1.6. Sıra tipi motor Şekil V- tipi motor kesiti Şekil V- tipi motor resmi

13 10 Şekil 1.9. Yıldız tip motor Şekil Boksör tipi motorda parçaların dizilişi Şekil Boksör tipi motorun genel görünüşü Piston düzenlemesine göre o Bir piston ve bir yanma odalı o İki piston karşılıklı ve aralarında bir yanma odalı o Çift etkili; pistonun her iki tarafında genişleme hacmi vardır. Supap düzeneğine göre o -L- tipi supap mekanizması, ilk dönemlerde kullanılmış bir yapıdır. Supaplar silindir bloğunda olacak şekilde dizilmişlerdir. Günümüz motorlarında artık kullanılmamaktadır. Şekil L- tipi supap mekanizması

14 11 o -I- tipi supap sistemi günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Supaplar silindir kapağı üzerinde sıralanmışlardır. L tipi dizilişin biçimsel olarak tam tersi bir konumda çalışırlar. Şekil I- tipi supap mekanizması o -T- tipi supapların birinin silindir gömleğinin bir yanında diğerinin ise öteki tarafta olacak şekilde yer aldığı biçimdir. Önceleri L tipi mekanizmalar gibi supaplar, motor bloğu üzerinde yer alırdı. Günümüzde çoklu supapların kullanılması ile birlikte, supaplar, I tipi mekanizmalar gibi silindir kapağında bulunmaktadır. T tipi supap mekanizmalarında iki adet kam mili kullanılmaktadır. Şekil T- tipi supap mekanizması o -F- tipi, L ve I tipi supap dizilişinin karmasından meydana gelmiştir. Emme supapları I tipinde olduğu gibi silindir kapağında yer alır. Egzoz supapları da L tipinde olduğu gibi motor bloğunda bulunmaktadır. Günümüzde çoklu supapların yaygınlaşması ile birlikte tercih edilen bir diziliş olmaktan çıkmıştır.

15 12 Yanma odası düzenlemesine göre o Bölüntüsüz yanma odalı o Bölüntülü yanma odası o Ön yanma odalı o Türbülans odalı o Enerji-hava odalı Şekil Bölüntüsüz yanma odası Şekil Bölüntülü yanma odası Rotorlu motorlar Rotor, muhafazasında hareketli Rotor sabit, muhafaza hareketli Her ikisi de hareketli

16 13 Şekil Rotorlu motorlarda zamanlar Soğutma yöntemine göre Sıvı (genellikle su) ile soğutmalı motorlar Şekil Su ile soğutmalı motor Hava ile soğutmalı motorlar Şekil Hava ile soğutmalı motor

17 Genel Kavram ve Tanımlar Motor; Isı enerjisini hareket enerjisine çeviren makine topluluğuna motor denir. Ölü nokta; Pistonun silindir içerisinde, yön değiştirmek için bir an hareketsiz kaldığı yere ölü nokta denir. Buna göre iki ölü nokta vardır. Üst ölü nokta; pistonun silindir içerisinde çıkabildiği ve yön değiştirmek için bir an hareketsiz kaldığı noktaya denir. Üst ölü nokta kısaca Ü.Ö.N. olarak gösterilir. Alt ölü nokta; pistonun silindir içerisinde inebildiği ve yön değiştirmek için bir an için hareketsiz kaldığı noktaya denir. Kısaca A.Ö.N. olarak gösterilir. Kurs (Strok, piston yolu); Pistonun iki ölü nokta arasında almış olduğu yola denir. -l- veya -h- ile gösterilir. Şekil Ölü noktalar ve kurs Piston; Silindir içerisinde ölü noktalar arasında hareket ederek zamanların oluşmasını sağlayan temel motor parçasıdır. Zaman; Pistonun silindir içerisindeki iki ölü nokta arasında yaptığı bir harekete denir. Krank milinin 180 ' lik dönü hareketi ile pistonun iki ölü nokta arasında yaptığı bir harekettir. Bir zaman teorik olarak 180 krank mili açısı kadardır. Kurs (strok, silindire) hacmi; İki ölü nokta arasında pistonun süpürmüş olduğu hacimdir. V h ile gösterilir. gösterilir. Yanma odası hacmi; Ü.Ö.N. ile silindir kapağı arasında kalan hacimdir. V c ile Silindir hacmi; A.Ö.N. ile silindir kapağı arasında kalan hacimdir. Bir başka ifade ile kurs hacmi ile yanma odası hacmi toplamına silindir hacmi denir. V a ile gösterilir. Toplam silindir hacmi; Silindir hacmi ile silindir sayısının çarpımı neticesinde hesaplanan hacimdir. V top ile gösterilir. gösterilir. Sıkıştırma oranı; Silindir hacminin yanma odası hacmine oranına denir. ε ile

18 15 Şekil Motor hacimlerinin silindir üzerinde gösterilmesi Sente; Sıkıştırma zamanı sonunda piston Ü.Ö.N. iken her iki supabın kapalı olduğu durumdur. Bu ana ateşleme veya püskürtme başlangıcı da denilebilir. Supap bindirmesi; Egzoz zamanı sonu emme zamanı başlangıcında piston Ü.Ö.N. iken, egzoz supabını kapatıp emme supabını açacağı anda, her iki supabında açık kaldığı durumdur. Beraber çalışan silindirlerin biri sente de ise diğeri supap bindirmesi durumundadır. Beraber çalışma; Bir motorun iki pistonu aynı anda aynı ölü noktalara doğru hareket edip, farklı zamanları meydana getiriyorsa buna beraber çalışma denir. Dört silindirli bir motorda ve pistonlar; altı silindirli motorlarda ise 1.-6., 2.-5., numaralı pistonlar beraber çalışırlar. Basınç; Birim yüzeye etkiyen kuvvete denir. Birimi kg/cm 2, pascal veya bar' dır. Atmosfer basıncı; Dünyanın etrafının saran havanın ağırlığına atmosfer basıncı denir. Deniz seviyesinde, normal sıcaklıkta (15 C-20 C) 1 dm 3 hacmindeki havanın ağırlığı yaklaşık olarak 1,293 gramdır. Yeryüzünden atmosfer katmanına kadar olan bölgede bir hava kütlesi olduğu bilinmektedir. Bu hava kütlesinin basıncı, deniz seviyesinde 76 cm yüksekliğinde, 1 cm 2 kesitindeki cıva sütunun basıncına eşittir. Bu cıva sütunun basıncı 1,033 kg/cm 2 veya 15 PSI (Pound Per Squrare Inc) dir. Teknikte bu basınç 1 kg/cm 2 olarak kabul edilir. Vakum; Bir ortamdaki basıncın yok olmasına veya dışarıdaki bir başka basınca göre düşmesine vakum denir. Bir başka ifade ile silindir içerisindeki basıncın atmosfer basıncından düşük olmasına da vakum denir. Örneğin; içi boşaltılmış bir pet şişeyi

19 16 ağzınızla içinize doğru çekerseniz, şişenin yan yüzeylerinin içeri doğru çekildiğini görürsünüz. Bu olay, şişenin içerisinde bir vakum meydana geldiğini göstermektedir. Çevrim; Bir motorda iş elde etmek için birbirini takip eden ve sonuçtan başlangıç noktasına dönen bir durum değişikliğidir. Termik motorların çevrimi daire çevrimidir Termodinamik Özellikler Termodinamik Isı enerjisi ile iş arasındaki ilişkileri inceleyen uygulamalı bir bilim dalıdır. Basınç, sıcaklık ve hacim parametreleri ile bir sistemin termodinamik koordinatları belirtilir. Termodinamik koordinatlardan biri, diğer ikisinin fonksiyonudur. Sistemin herhangi bir halinde bu koordinatlardan ikisi bilinirse üçüncüsü hesaplanabilir İdeal Gazlar İçin Temel Durum Değiştirmeler Sabit hacimde (İzohor) durum değiştirme Sistemin basıncı sabit tutularak oluşturulan işleme sabit hacimli değişme denilir. Sabit hacimli durum değiştirmede yapılan iş sıfırdır. (1.1) mr ve V = sabit olduğundan olur. Sistemin ısısı; (1.2) Sistemin işi; (1.3) Entropi değişimi; (1.4) Şekil Sabit hacimde P-V ve T-S diyagramları

20 17 Sabit basınçta (İzobar) durum değiştirme Sistemin basıncını sabit tutarak oluşturulan işleme sabit basınçlı değime denir. P = c olduğundan olur. (1.5) Sistemde yapılan iş; (1.6) Sistemin ısısı; (1.7) Entropi değişimi; (1.8) Şekil Sabit basınçta P-V ve T-S diyagramları Sabit sıcaklıkta (İzoterm) durum değiştirme Sistemin sıcaklığı sabit tutularak oluşturulan işleme izoterm durum değiştirme denir. Bu durum değiştirmede iç enerji değişimi sıfırdır. Başka bir ifade ile işlem sırasındaki ısı, işe eşittir. Sabit sıcaklıktaki durum değiştirmede aşağıdaki termodinamik bağıntılar vardır. T = c olduğundan PV = c olur. (1.9) Sistemin işi; (1.10) Sistemin ısısı; (1.11) Sistemin entropi değişimi; (1.12)

21 18 Şekil Sabit sıcaklıkta P-V ve T-S diyagramları Adyabatik (İzoentropik) durum değiştirme Sistem ile civarı arasında ısı alışverişi olmadığı varsayılan işleme adyabatik durum değiştirme denir. Adyabatik durum değiştirmede termodinamik koordinatlar arasında aşağıdaki bağıntılar bulunmaktadır. Basınç-Hacim ilişkisi (1.13) Sıcaklık-Basınç ilişkisi (1.14) Sıcaklık-Hacim ilişkisi (1.15) (1.16) Sistemin işi; (1.17) (1.18) Sistemin ısısı; (1.19) Entropi değişimi; (1.20) Şekil Adyabatik durum değiştirmede P-V ve T-S diyagramları Politropik durum değiştirme İşlem sırasında sistemin basıncı, hacmi, sıcaklığı ve entropisi sürekli değişmektedir. Sistemle civarı arasında sürekli ısı transferi olmaktadır. Bu nedenle hiçbir zaman ısı ve iş sıfır olmamaktadır. Politropik durum değiştirmede termodinamik koordinatlar arasındaki ilişkiler;

22 19 Basınç-Hacim ilişkisi (1.21) Sıcaklık-Basınç ilişkisi (1.22) Sıcaklık-Hacim ilişkisi (1.23) Sistemin işi; (1.24) Sistemin ısısı; (1.25) n = k adyabatik durum değiştirme n = 1 izoterm durum değiştirme n = 0 izobar durum değiştirme n = izohor durum değiştirme olur. (1.26) Şekil Politropik durum değiştirmede P-V ve T-S diyagramları

23 20 2. TEORİK ÇEVRİMLER 2.1. Teorik Çevrimlerle İlgili Kabuller Motor tasarımının her aşamasında deneysel çalışma yapmak, hem zaman tasarrufu, hem de ekonomi açısından tercih edilen bir yöntem değildir. Bu nedenle araştırıcılar çoğunlukla daha önceki deneysel çalışmalardan elde ettikleri ampirik denklemleri kullanırlar. Seçtikleri geometrik modele bu denklemleri uygulayarak termodinamik analizlerini yaparlar. Pratikte içten yanmalı motorlar teorik termodinamik çevrimlere göre çalışmazlar. Fakat teorik çevrimler, farklı motorların karşılaştırılmasına olanak tanıyan performans parametreleri ve değerlerinin tespitini kolaylaştırır. Bu nedenle teorik çevrimler ele alınırken bir dizi kabuller alınır. Bu kabuller çok karmaşık olan gerçek çevrimlerin daha kolay anlaşılmasına ve gerçek çevrimlerin sonuçlarına paralel fikirlerin ortaya çıkmasına yardımcı olur. Teorik çevrimlerde yapılan kabulleri şu şekilde sıralayabiliriz; 1) Motorun, kapalı çevrimde, hava ile çalışan bir makine topluluğu olduğu varsayılır. 2) Çalışma akışkanı mükemmel gaz farz edilen havadır. 3) Havanın 298 K ve 1 atm şartlarındaki özgül ısıları ve mol kütlesi değişmemektedir. c p = 1,0058 J/mol K, c v = 0,7188 J/mol K 4) Çevrimin meydana geldiği sistem ile civarı arasında ısı transferi yoktur. 5) Çevrime ısı sürülmesi veya ısı atılması dışarıdaki bir kaynak yardımıyla olur. 6) Adyabatik (İzoentropik) bir olayda k = c p / c v = 1,4 sabittir. Ayrıca, PV k = Sabit, TV k-1 = Sabit' dir. 7) Sabit hacimde ısı girişine ait basınç artış oranı 8) Sabit basınçta ısı girişine ait genişleme oranı 9) Enerji denklemi E = Ө - W olup, kinetik ve potansiyel enerjiler ihmal edilecektir. u = Ө - W ifadesi için mükemmel gazlarda, u = m cv (T son - T ilk ) denklemi yazılabilir. 10) Sıkıştırma oranı

24 21 Hacimsel genişleme oranı karma çevrim için olarak tanımlanmaktadır. 11) Çevrim tamamlandığında akışkan aynı özelliklere tekrar sahip olacağından Q = W olacaktır ( = 0) Sabit Hacim (Otto) Çevrimi Çevrime sürülen ısı sabit hacimde gerçekleşmektedir. Teorik anlamda Otto motorları sabit hacim çevrimine göre çalışırlar. Aynı zamanda çevrimden atılan ısı da sabit hacim koşullarında meydana gelmektedir. Şekil 2.1. Sabit hacim çevriminin P-V ve T-S diyagramları 1-2 noktalarının analizi Sıkıştırma sonu basıncı (2.1) TV k-1 = c, Sıkıştırma sonu sıcaklığı (2.2) Sıkıştırma işi (kj/kg) (2.3) (2.4)

25 noktalarının analizi Çevrimin maksimum sıcaklığı (2.5) (2.6) Çevrime sürülen ısı enerjisi (2.7) 3-4 noktalarının analizi (2.8) (2.9) (2.10) İzoentropik genişleme işi (2.11) 4-1 noktalarının analizi (2.12) (2.13) Sistemden atılan ısı enerjisi (2.14) Kritik noktaların basınç ve sıcaklık değerleri (2.15) (2.16) (2.17) (2.18) (2.19) (2.20) Çevrime sürülen ısı enerjisi (2.21) Çevrimden atılan ısı enerjisi (2.22)

26 23 Çevrimin verimi (2.23) (2.24) (2.25) (2.26) (2.27) (2.28) (2.29) Çevrimin ısıl verimi (2.30)

27 24 3. GERÇEK ÇEVRİMLER 3.1. İçten Yanmalı Motorların Gerçek Çevriminde Zamanlar Emme Kursu Emme işlemi, silindir içerisinin ateşlenebilir karışım ya da hava ile doldurulduğu zamandır. Buji ile ateşlemeli motorlarda yakıt hava karışımı, sıkıştırma ile ateşlemeli motorlarda da sadece hava emilmektedir ki; bunlara çalışma dolgusu veya çalışma maddesi denilmektedir. Emme zamanında alınan dolgunun miktarı önemli ölçüde şu unsurlara bağlıdır: a) Emme ve egzoz sistemlerinin hidrolik dirençleri, b) Taze dolgunun motorun sıcak yüzeylerine teması ile bir önceki çevrimden kalan artık gazlarla karışarak sıcaklığının yükselmesi, c) Silindirde kalan yanmış gazların miktarı. Yukarıda sayılan bu unsurlar aynı zamanda motorun hacimsel verimine de doğrudan etki etmektedir. Bu diyagramda Ü.Ö.N.' dan 7-9 önce emme supabı açılmış, A.Ö.N.' dan sonra ise kapanmıştır. Şekil 3.1. Emme kursu Dolgu silindire alınmadan önce bir önceki çalışmadan kalan artık gazların basınçları atmosfer basıncından, sıcaklıkları da taze dolgunun sıcaklığından yüksektir. Piston A.Ö.N.' ya doğru hareket ettiğinde, önce artık gazların basıncı atmosfer basıncına kadar düşer ve taze dolgu alınmaya başlanır. Emme kursu süresince hidrolik kayıplar nedeni ile basınç, atmosfer basıncından düşüktür. Bu değer 0,75-0,80 bar arasındadır. Emme kursunda gazların sıcaklıkları ise değişmemektedir. Buji ile ateşlemeli motorlarda yakıt buharlaşmasının bir sonucu olarak dolgunun sıcaklığı azalmaktadır.

28 25 Daha sonra ise motorun sıcak kısımlarıyla karşılaşan dolgunun sıcaklığı yükselir. Sıcaklık artışı dolgunun yoğunluğunu ve beraberinde hacimsel (volümetrik) verimi de düşürür. Deneysel verilere göre emme kursu süresince sıcaklık artışı buji ile ateşlemeli motorlarda C ve dizel motorlarda da arasındadır Sıkıştırma Kursu Sıkıştırma işlemi, çalışma maddesinin ateşlenmesi ve yanma için uygun koşulları hazırlar. Çevrimdeki yanma ürünlerinin sıcaklık farkı ile genişleme oranını yükseltir. Bu durum ısıl verimi önemli ölçüde etkilemektedir. Gerçek motordaki sıkıştırma, dolgu ile motor parçaları arasında ısı alışverişi koşullarında gerçekleşmektedir. Şekil 3.2. Sıkıştırma kursu Isı alışverişinin karmaşık yapısı bilinen termodinamik formüllerle açıklanamaz. Bu nedenle sıkıştırmanın çevrim boyunca ortalama bir değerde sabit kalan n 1 üssü ile politropik olarak gerçekleştiği kabul edilir. Sıkıştırmanın başlangıcında taze dolgunun sıcaklığının çevresindeki parçaların sıcaklığından çok daha düşük olması nedeni ile sıkıştırmanın ilk bölümünde taze dolguya ısı transferi olmaktadır. Bu durumda politropik üs, izoentropik üsten daha büyüktür (n 1 >k). Sıkıştırma ilerledikçe dolgunun sıcaklığı yükselir. Çevresindeki parçaların sıcaklığını aşar ve ısının dolgudan parçalara geçmesine neden olur. Bu şartlarda da politropik üs, izoentropik üsten küçüktür. Sıkıştırmanın politropik üssü n 1 ' in değeri Çizelge 3.1.' de verilmiştir. Çizelge 3.1. Gerçek sıkıştırma zamanına ilişkin termodinamik değerler Sıkıştırma Basınç Sıcaklık Sıra No Motor Cinsi n Oranı (Bar) (K) 1 1 B.A.M ,32-1,39

29 26 Politropik üs n 1 ' in ortalama değeri motor hızına, motor geometrisine, soğutma miktarına, yanma odasının biçimine ve motorun tasarım ölçülerine bağlıdır. Motor hızı arttıkça n 1 yükselir. Sıkıştırma zamanının ortalama sıcaklığı ile soğutma miktarı arttıkça da düşer. Motor yükünün ve sıkıştırma oranının etkisi ise ihmal edilebilir düzeydedir. Buji ile ateşlemeli motorların sıkıştırma oranları, sıkıştırma sonu sıcaklığını kendi kendine ateşleme sıcaklığının üzerine çıkarmayacak düzeyde olmalıdır Yanma ve Genişleme Kursu (Ateşleme ve İş Zamanı) Bir içten yanmalı motorun en önemli işlemi taze dolgunun yanması ve yanma ürünlerinin bunu izleyen genişlemeleridir. Bu işlemler sırasında yakıtın kimyasal enerjisi ısı enerjisine, ısı enerjisinin bir bölümü de hareket enerjisine dönüştürülmektedir. Şekil 3.3. Ateşleme ve yanma kısmı Şekil 3.4. Genişleme ve iş bölümü Yanma işlemi gerek yakıtların farklılığı, gerek yanma işleminin değişik koşullarda gerçekleştirilmesi nedenleri ile buji ile ateşlemeli motorlar (benzinli motor) ve sıkıştırma ile ateşlemeli motorlar (dizel motor) için ayrı ayrı incelenecektir.

30 27 Buji ile Ateşlemeli Motorlarda Yanma Karışımın buji kıvılcımı tarafından ateşlendiği içten yanmalı motorlarda yanma, teorik çevrimde olduğu gibi sabit hacimde gerçekleşmemektedir. Yanma, piston Ü.Ö.N.' ya gelirken başlar, Ü.Ö.N.' yı geçtikten sonra sona ermektedir. Yanma olayını daha iyi açıklayabilmek için açık indikatör diyagramlarından yararlanılmaktadır. Açık indikatör diyagramları, silindirdeki basınç değişimlerini krank mili açısına göre gösteren diyagramlardır. Açık indikatör diyagramında, buji ile ateşlemeli motorun yanmasına ilişkin 3 bölge görülmektedir. 1. Bölge Yanma Başlangıcı (A-B aralığı): Bu bölgede olağan dışı bir basınç artışı olmaksızın sıcaklıktaki küçük bir artış ile yakıtın alevlenme öncesi oksitlenmesi meydana gelmektedir. Bu bölgedeki yanma oranı, yakıtın özellikleri ve karışımın kompozisyonu gibi temel kimyasal argümanlara bağlıdır. Bu bölümün süresi hava fazlalık katsayısı, artık gazların miktarı, yakıt moleküllerinin yapısı, ateşleme kaynağının enerjisi, sıkıştırma oranı ve motor yükü tarafından etkilenmektedir. Bu bölümde yanma odasında bulunan karışımın % 6-8 kadarı yanmakta ve bu da 4-6 ' lik krank mili dönüşüne rastlamaktadır. A noktasında buji ateşlemiş ve B noktasında ise yanmanın etkisi ile basınç artmaya başlamıştır. 2. Bölge Görülebilir veya Etkili Yanma (B-C aralığı): Bu bölgede karışımın % 90 kadarı yanarak yanma oranı ve basıncı çok hızlı bir şekilde yükselir. Bu bölümün süresi ' lik bir krank mili dönüşüne denk gelmektedir. Bu süre karışım homojenliğine, ateşleme avansına, yanma odasının tasarımına, türbülans düzeyine ve motor yüküne bağlıdır. Şekil 3.5. Buji ile ateşlemeli bir motora ait açık indikatör diyagramı Yanmanın ikinci bölümünde 1 ' lik krank mili dönüşüne rastlayan basınç artışına "basınç artış oranı" denilmektedir. Normal bir çalışma sırasında B.A.M' da

31 28 basınç artış oranı 1,2-2,6 bar / KMA arasındadır. Bu değer sıkıştırma oranına, türbülans, ateşleme avans açısı gibi unsurlara bağlıdır. Basınç artış oranının 1' den küçük olması durumunda yanma, daha çok genişleme kursunda devam edecek, ısıl verim ve yakıt ekonomisi kötüleşecektir. Bu değerin 2,6' dan fazla olması durumunda da motor, yatak boşluklarını sert alarak yani vuruntulu bir şekilde çalışır. Sonuçta krank muylularına ve yataklara gelen aşırı yük muhtelif mekanik arızalara neden olabilir. Deneysel veriler, maksimum motor işine ait maksimum çevrim basıncının Ü.Ö.N.' dan KMA sonra meydana geldiğini ortaya koymaktadır. 3. Bölge Karışımın Sonradan Yanması (C-D aralığı): Bu bölümün süresi çok kısadır. Ancak; karışımın yanmasının nerede tamamlandığını belirlemek çok zordur. Bu bölümün süresi de karışımın yapısına, ateşleme avansına ve türbülans oranına bağlıdır. Yanma süresi saniye olarak aşağıdaki eşitlikle belirlenebilir. Yanmayı Etkileyici Unsurlar: Yanma oranı, karışımın yapısı, türbülans, sıkıştırma oranı, yanma odası biçimi, bujinin yanma odası içerisindeki yeri, avans açısı ve motor yükü yanmayı etkileyen temel unsurlardır. Hava fazlalık ve artık gaz katsayısı ile tanımlanan çalışma maddesi kompozisyonu da yanma işlemine önemli ölçüde etki etmektedir. Karışım oranının yanmaya etkisi yanabilirlik alt ve üst sınırları ile tanımlanmaktadır. Bu sınırlar değişik yakıtlar için farklılık göstermektedir. Karışımın sıcaklığı, basıncı, türbülans oranı sınır koşullarını belirleyen önemli etkenlerdir. Normal çalışma sırasında benzin için üst sınır 0,3-0,5; alt sınır ise 1,2-1,3 hava fazlalık katsayısı sınırlandırılmıştır. Sıcaklık artışı, yanabilirlik sınırlarını azda olsa genişletir. Basınç artışlarında ise bir daralma görülür. Hava fazlalık katsayısı 0,8-0,9 dolayında iken yanma oranı maksimumdur. En mükemmel yakıt ekonomisine ise hava fazlalık katsayısının 1,05-1,15 aralığında ulaşılmaktadır. Yanma sonundaki sıcaklı ve basınç değerleri, tam yükteki çalışma için Çizelge 3.2.' de verilmiştir. Çizelge 3.2. Gerçek çevrimde yanma sonu değerleri (Tam yük) Sıra No Motor Basınç (Bar) Sıcaklık (K) 1 B.A.M

32 29 Genişleme İşlemi: Genişleme sırasında ısı enerjisi mekanik işe, hareket enerjisine dönüştürülmektedir. Gerçek çevrimdeki genişleme işleminde gazlardan silindir yüzeylerine önemli ölçüde ısı transferi ve silindir-segman arasındaki yan boşluklardan da gaz kaçakları meydana gelmektedir. Bunların yanı sıra ayrışma nedeniyle de gazların ısı kapasiteleri düşmektedir. Sonuç olarak gerçek genişleme işlemi n 2 üs faktörlü politropik bir işlemdir. n 2 ' nin ortalama değerleri Çizelge 3.3.' de belirtilmiştir. Çizelge 3.3. Gerçek çevrimde genişleme işleminin termodinamik sonuçları Motor n 2 Basınç (Bar) Sıcaklık (K) B.A.M 1,25-1, Egzoz Kursu Egzoz kursu, en az en az enerji kaybıyla genişleme zamanı sonunda silindir içerisinde kalan yanmış gazların basıncını en düşük düzeye indirmektedir. Modern motorlarda egzoz supabı, piston A.Ö.N.' ya gelmeden daha erken açılmaktadır. Bu durum, egzoz işlemine harcanan enerjiyi azaltarak yanmış gazların silindirden süpürülmesini kolaylaştırır. Ancak, genişleme işinin azalmasına neden olacağından dolayı motor gücünde bir miktar düşme de meydana gelir. Egzoz zamanı sırasında gazların basıncı sabit değildir. Sistemde egzoz işleminin yapısına bağlı olarak periyodik, elastik gaz titreşimleri olmaktadır. Bu titreşimlerin teorik olarak hesaplanamayışları nedeniyle egzoz işleminin ortalama bir basınçta gerçekleştiği varsayılır. Egzoz gazlarının sıcaklığı da genişleme sonundaki gaz sıcaklığına bağlı olarak değişim göstermektedir. Egzoz zamanı sonundaki basınç ve sıcaklık değişimleri Çizelge 3.4.' de gösterilmiştir. Çizelge 3.4. Gerçek çevrimde egzoz kursu değerleri Motor Basınç (Bar) Sıcaklık (K) B.A.M 1,05-1, Şekil 3.7. Egzoz kursu

33 30 Artık gazların sahip oldukları önemli ölçüdeki enerjinin bir kısmının değerlendirilmesi ile aynı geometrideki iki motor arasında yakıt ekonomisi açısından bir iyileşme olduğu görülmekte, motor gücünde de bir artış olmaktadır. Bu durum egzoz sistemine bir turbo şarj sisteminin eklenmesiyle temin edilmektedir. İyi tasarlanmış bir motorda egzoz gazlarının kompozisyonu esas olarak hava fazlalık katsayısına (O 2 miktarına) bağlıdır. Egzoz gazları CO 2, su buharı, O 2 ve diğer HC' lar, nitrojen oksitler, aldehitler, sülfür oksitleri, karbol silik asitler, amonyak ve bazı inorganik katkıları içerir. Özellikle CO ve nitrojen oksitlerinin (NO x ) miktarları insan sağlığı açısından önemlidir. CO, nüfus edici ve zehirli bir gazdır. Havadan teneffüs edilen hacimsel olarak % 3 CO, 30 dakika içerisinde insanı öldürebilir. Rölantide ve maksimum yüklerde CO yüzdesi artar. Bu nedenle taşıtların kapalı garajlarda çalıştırılması ve motor çalışırken taşıtın altında herhangi bir işlem yapılması sakıncalıdır. Nitrojen oksit (NO x ) renksizdir ve atmosferik O 2 ' nin varlığında hemen NO 2 (kırmızımsı kahve renk) oluşur. Bu da etkili zehirleyici bir gazdır. 450 ppm' den fazla konsantrasyonlarda solunum organlarına zarar verir, uzun süreli teneffüslerde ölüme yol açabilir Gerçek Çevrimin Kayıpları Gerçek çevrimlerde, teorik çevrimlerde dikkate alınmayan birçok kayıplar meydana gelmektedir. Gerçek motor çevriminin incelenmesi ile verimdeki farklılıkların nedenleri daha iyi anlaşılmış olacaktır. 1. Özgül Isıların Değişmesi Gerçekte, çalışma maddesinin özgül ısıları sıcaklıkla değişmektedir. Sabit basınç ve sabit hacimdeki özgül ısı değerleri sıcaklığa bağlı olarak artarken, bunların oranı olan k' nın değeri küçülmektedir. Bu küçülme, çevrimin maksimum sıcaklığının azalmasına neden olmaktadır. Maksimum sıcaklıkların özgül ısılarının artmasına bağlı olarak azalması nedeniyle, gerçek çevrimin net işi ve termik verim azalmaktadır. 2. Yanma Sabit Hacimde Olmaz Teorik çevrimlerde ısının sisteme sabit hacimde verildiği varsayılmaktadır. Gerçekte ise, yanmanın ölçülebilir bir zaman içerisinde olduğu bilinmektedir. Bu

34 31 nedenle, P-V diyagramındaki net iş alanı küçülecektir. Isının sabit basınçta verilmesi söz konusu değildir Günümüz yüksek teknolojili dizel motorlarında ısı verme işlemi daha çok sabit hacim işlemine yaklaşmaktadır. 3. Ayrışma (Dissociation) Tam yanmanın teorik sıcaklıklarına hiçbir zaman ulaşılmaz. Çünkü, reaksiyon hiçbir zaman tam değildir. Örneğin; karbonmonoksit ve oksijenin reaksiyonu sonucu karbonmonoksit oluşur ve açığa çıkan enerji sıcaklığı artırır. Ancak, özellikle yüksek sıcaklıklarda ise karbonmonoksit ısı alarak ayrışır ve ayrışma sıcaklığı sınırlandırır. CO + 1/2 O 2 CO 2 Her sıcaklıktaki dengeli bir karışımda CO, O 2 ve CO 2 belirli oranlarda bulunmaktadır. Düşük sıcaklıklarda CO 2 yüksek sıcaklıklarda olduğundan daha az ayrışır. Bu nedenle dengeli karışımlarda sıcaklık yükseldikçe CO 2 miktarı giderek azalacaktır. Ancak; düşük sıcaklıklarda CO ve CO 2 karıştırılacak olursa, çok az miktarda CO 2 oluşur. Çünkü, düşük sıcaklıklarda reaksiyon son derece yavaştır. Yukarıda anlatılan örneğe benzer olarak diğer yanma ürünleri de ayrışarak N, O, H, OH, NO x ve C gibi bileşenler biçimlenebilir. 4. Homojen Olmayan Karışım Yanmanın hemen öncesinde silindir içerisinde bulunan yakıt buharı, hava ve artık gazların tam homojen olarak karışması mümkün değildir. Bu durumda, silindirin bir kısmında oksijen fazlalığı ve diğer bir kısmında da yakıt fazlalığı olacaktır. Yeterli oksijeni bulamayan yakıt tam olarak yanmaz. Bu tür yanma gerçekleştiğinde açığa çıkan ısı daha az olacağından verim düşer. 5. Gaz Kaçakları Yanma odasında bulunan gazlar, sıkıştırma ve genişleme kursları sırasında; supaplardan, silindir kapak contasında ve piston ve segmanlardan olmak üzere dışarıya sızarlar. Supap ve conta kaçakları yenileştirme ile giderilebilir. Ancak, segmanlardan olan kaçaklar azaltılsa bile önlenemez. Gaz kaçakları, belirli bir kritik hıza kadar normalde düşüktür. Bu hızın üzerinde gaz kaçakları ve motorun yağ tüketimi hızla artarken, güç te hızla düşmektedir. Egzozdaki yaklaşık % 10 CO 2, % 1 O 2 ve % 5 OH oran değerleri ile karşılaştırıldığında gaz kaçakları, yaklaşık % 3 CO 2, % 15 O 2 ve % 14 CO oranları ile kaçakların daha çok alev cephesi karışıma ulaşmadan önce olduğunu göstermektedir.

35 32 Gaz kaçaklarının zararlı etkilerini güç kaybı ve hava kirliliği olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu zararlı etkileri azaltmak amacı ile pozitif karter havalandırma (positive crankcase ventilatio, PVC) sistemleri kullanılmaktadır. BU sistemle yanmamış gazlar ikinci bir yanma işlemine tabi tutulmaktadır. 6. Isı Kayıpları Teorik çevrimlerde ısı kayıplarının olmadığı kabul edilmektedir. Gerçek bir motorda ise soğutma nedeniyle dikkate değer bir oranda ısı kaybı olmaktadır. Belirlemelere göre, motora sürülen enerjinin yaklaşık % 8 kadarı egzoz supabı açılmadan önce soğutma nedeniyle kaybedilmektedir. 7. Art Gazların Etkisi Gerçek bir motorda, yanma sonunda silindirde kalan art gazların tamamının dışarıya atılması sağlanamadığından, emme zamanında silindire alınan taze dolgu art gazlarla karışarak ısınır. Bunun sonucu olarak az da olsa silindire giren dolguda bir eksime meydana gelecektir. Bu da çevrimin net işini azaltacaktır. 8. Dışarıya Atma Kayıpları Teorik çevrimlerde ısının dışarıya ani olarak atıldığı kabul edilmişti. Gerçek bir motorda ise egzoz supabının ve gazlarının ataletleri nedeniyle ısının dışarıya atılması ani olarak yapılamaz. Egzoz supabı A.Ö.N.' da açılacak olursa egzoz kursunun bir bölümünde piston yüksek silindir basıncına karşı çalışmış olacaktır. 9. Pompalama Kayıpları Emme zamanında dolguyu silindire emmek ve egzoz zamanında da yanma artıklarını silindirden atmak için gerekli işe "pompalama işi" yada "pompalama kaybı" denilmektedir. Silindirden dışarıya yada dışarıdan silindir içerisine gaz akışının olabilmesi için ortamlar arasında basınç farkının olması gereklidir. Herhangi bir zamanın işi P-V diyagramındaki o zamanla ilgili eğrinin alt tarafında kalan alan ile belirtilmektedir. Bu iş, kurs süresince hacim büyüyorsa pozitif, küçülüyorsa negatif olarak değerlendirilir. Buna göre emme zamanının işi pozitif, egzoz zamanının işi ise negatiftir. Emme zamanındaki pompalama-sürtünme kaybı bu nedenle egzoz zamanındakine oranla çok ciddidir. Bu yüzden emme supap ve yuvasının, egzoz supap ve yuvasına oranla mümkün olduğu kadar daha geniş yapılması gereklidir. Emme ve egzoz için zaman önemli bir faktör olduğundan, motor hızının motordaki basınçları etkileyeceği aşikardır. Motor hızı arttıkça silindir içerisindeki basınç ile dış ortamın basıncı arasındaki farkta artacaktır. Diğer bir deyimle hız arttıkça emme basıncı daha düşük, egzoz basıncı daha yüksek olacaktır. Bu da pompalama

36 33 kayıplarının artırmaktadır. Bu yüzden negatif iş alanı küçük tutulmak amacıyla motorun tasarımı, hız artırıldıkça supaplar daha erken açılıp daha geç kapanacak şekilde düzenlenirler İki Zamanlı Motorların Çalışması İki zamanlı motorların dört zamanlı motorlardan farklılaştıran en temel özellik zamanların meydana geliş biçimidir. Dört zamanlı motorlarda her bir zaman pistonun iki ölü nokta arasındaki bir hareketi ile gerçekleşmektedir. Bu da dört zaman çevriminin krank milinin 720 dönmesi yani iki devirde bir iş meydana gelmesi demektir. İki zamanlı motorlarda pistonun ölü noktalar arasındaki bir hareketinden iki zaman ardışık olarak meydana gelmektedir. Böylece krank milinin bir devrinde yani 360 ' lik bir yer değiştirmede dört zaman gerçekleşmiş olur. İki zamanlı motorlarda İş-Egzoz zamanı piston Ü.Ö.N.' dan A.Ö.N.' ya inerken, Emme-Sıkıştırma zamanları da A.Ö.N.' dan Ü.Ö.N.' ya çıkarken oluşmaktadır. İki zamanlı motorlarda genellikle supap yoktur. Bu motorlara karterden doldurmalı veya süpürmeli motorlarda denilir. Çalışma dolgusu silindirler içerisinde port olarak tanımlanan kanallar aracılığı ile girer. Yanmış gazlar da egzoz portlarından dışarıya atılırlar. Portların açılı kapatılması pistonun ölü noktalar arasındaki hareketi ile olmaktadır. Birçok tarımsal amaçlı araçlarda, iş makinelerinde, deniz taşıtlarında yaygın olarak iki zamanlı motorlar kullanılmaktadır. Şekil 3.8. İki zamanlı motorların çalışma prensibi 3.4. İki ve Dört Zamanlı Motorların Karşılaştırılması 1) İki zamanlı motorlarda içeri alınan taze çalışma dolgusu egzoz gazlarının dışarıya atılmasına yardım eder. Bu nedenlerden dolayı taze çalışma dolgusunun bir miktarı yanmaya katılmadan dışarıya atılır. Dört zamanlı motorlara oranla iki zamanlı motorlar daha fazla yakıt tüketir.

37 34 2) İki zamanlı motorlarda özel yağlama donanımı yoktur. Yağlama çalışma dolgusunun karterdeki yağın içerisinden geçmesi suretiyle; bazı tiplerde ise yakıt deposuna belli oranda yağ ilavesi ile yapılmaktadır. Dört zamanlı motorlarda ayrı bir yağlama sistemi bulunmaktadır. Buna bağlı olarak iki zamanlı motorlar dört zamanlı motorlara göre daha fazla aşınırlar. 3) Dört zamanlı motorlarda çalışma dolgusunun silindirlere alınması ve egzoz gazlarının dışarı atılması supap düzeneği ile olmaktadır. İki zamanlı motorlarda ise bu işlem portlar tarafından yapılmaktadır. Bundan dolayı iki zamanlı motorların maliyeti daha ucuzdur. 4) Dört zamanlı motorlarda bir çevrim 720 ' de yani krank milinin iki tam turunda gerçekleşmektedir. Güç üretimi ancak iki devirde bir olmaktadır. İki zamanı motorlarda ise bir çevrim krank milinin bir devrinde olmakta, her devirde bir iş meydana gelmektedir. Aynı motor geometrisindeki iki ve dört zamanlı motorlar karşılaştırıldığında iki zamanlı motorların daha güçlü olduğu görülecektir. 5) Dört zamanlı motorlarda iki devirde bir iş meydana geldiği için ölü noktaları rahat atlatabilmeleri gerekir. Bu nedenle ağır kütleli büyük volanlara ihtiyaç duyulur. Uygulamada bu mümkün olmayacağından dolayı silindir sayısı artırılır. İki zamanlı motorlar her devirde bir iş yaptıkları için ölü noktaları kolay atlatırlar. Bunun için çok silindirli yapılmasına gerek kalmamıştır.

38 35 4. MOTORLARDA GÜÇ, VERİM VE PERFORMANS 4.1. Motor Güçleri İndike Güç Silindirler içerisinde yanma sonucu açığa çıkan güce indike güç, iç güç yada brüt güç denilmektedir. Bir motorun indike gücünün bulunabilmesi için indike ortalama basınç P mi ' nin bilinmesi gerekir. İndike ortalama basınç genişleme kursu (iş zamanı) boyunca gazların tüm çevrim sırasındaki indike işine eşit iş yapan ve sabit olduğu kabul edilen gaz basıncıdır (Şekil 4.1.). Şekil 4.1. İndike ortalama basıncın grafik olarak gösterilmesi Bir motorda indikatör cihazı yarımıyla basınç-hacim diyagramı alınabilirse indike ortalama basınç, (4.1) eşitliği ile hesaplanabilir. Burada A diyagram alanı (mm 2 ), l diyagram genişliği (mm) ve m indikatör basınç oranı (mm/kpa)' dır. Diyagram alanı planimetre ile ölçülerek bulunmaktadır. İndike Gücün Hesaplanması Yanma sonrasında piston üzerine etkiyen kuvvet F = P mi. A (kn) Bir devirde ve bir silindirde gerçekleşen iş W = P mi. A. L (kj) n devirde yapılan iş W = P mi. A. L. n (kj)

39 36 Dört zamanlı ve z sayıda silindire sahip bir motorun gücü, (4.2) olacaktır. Bu eşitlikte; N i P mi L = indike güç (kw) = ortalama indike basınç (kpa) = kurs (m) A = silindir kesit alanı (m 2 ) n = motor devri (d/d) z = silindir sayısını ifade etmektedir. Eşitlikteki 60 d/d' yı d/s' ye çevirmek için, 2 ise dört zamanlı motorlarda 2 devirde bir iş yapıldığı için kullanılan sabitlerdir. 4.2 no' lu eşitlikte P mi kg/cm 2, A' da cm 2 olarak alınırsa indike güç eşitliği, (4.3) olur Efektif Güç Motor volanından alınan, motordaki mekanik kayıplar çıktıktan sonra elde edilen güce efektif güç yada fren beygir gücü denir. Efektif Gücün Hesaplanması Motorların Efektif gücü N e, indike ortalama basınç ve mekanik verim biliniyor ise 4.4 yada 4.5 no lu eşitlik yardımıyla hesaplanabilir. Efektif güze daha kesin, daha az hata ile ulaşmanın yolu dinamometreler aracılığı ile olmaktadır. P me = P mi. ƞ mek formülünden de yararlanılabilir. Burada; ƞ mek mekanik verimdir. (4.4) (4.5) Gerçek anlamda efektif güç dinamometreler aracılığı ile istenilen devir ve yük koşullarında motor volanından alınan güçtür. Dinamometreler Motor performansının ölçülmesinde en önemli basamak motor çıkışının ölçülmesidir. Motorun çıkış milinden alınan bu gerçek ve kullanılabilir çıkışın ölçülmesinde kullanılan cihazlara dinamometre (yada fren) denilmektedir.

40 37 Dinamometreler uygun göstergelerle tork, hız ve güç çıkışlarını ölçmek üzere kullanılan enerji dönüştürücüler olarak tanımlanabilir. Dinamometreler araştırma yada üretimde hareket üreten her tür makinenin gücünü belirlemekte, yeni yada yenileştirilmiş motorların kabul testlerinde (ateşleme sistemleri, yakıt sistemleri vb.) kullanılırlar. Bu nedenle içten yanmalı motorların üretim ve bakımlarında dinamometrelerin önemi ve rolü gittikçe artmaktadır. a) Prony Freni Motor çıkışının ölçülmesinde kullanılan ilk araçlardan bir tanesi de Şekil 4.2.' de görülen Prony Frenidir. Bir kasnak (1), çıkış gücü ölçülecek motorun krank miline kamalı olarak bağlanır. Kasnağın etrafındaki (2) bandı, (3) gibi bir ayar kolu gibi ile sıkıştırılabilir ve bandın sıkıştırılma miktarı kasnağın çevresi boyunca etki eden ve dönmesine karşı koyan sürtünme direncini belirler. Bant ve onun yüzeyinin sınırlı bir açı dışındaki hareketi terazinin (4) ölçme yüzeyi ve fren çerçeve kolu tarafından önlenmektedir. Şekil 4.2. Prony freni İş, kuvvet ile uzaklığın çarpımı olarak tanımlanır. Şaftın 1 defa dönmesi sırasında kasnağın çevresi, sürtünme direnci f' ye karşı 2.π.r kadar bir yol alır. Bu nedenle bir devirdeki iş, 2.π.r.f olacaktır. Burada; r = Kasnağın yarıçapı (m) f = Sürtünme kuvveti (N)

41 38 Frenin dış momenti göstergede okunan F değeri ile R kolunun çarpımıdır ve r.f çarpımı olarak belirlenen çevrime momentini tam olarak karşılamak, dengelemek zorundadır. r.f = F.R Burada; F = Göstergede okunan kuvvet (N) R = Fren moment kolu (m)' dir. Böylece bir devir iş için, 2.π.R.F Motor, n dev/dak' lık bir hızla dönüyorsa dakikadaki iş, W = 2.π.F.R.n (J) Güç işin zamana oranıdır şeklinde tanımlandığına göre, Kilowatt (kw)' da bir güç birimidir ve 1000 W' a eşittir. Böylece Prony Freninin gücü, (4.6) (4.7) FR sayısal değeri tork olarak adlandırılır. Tork bükme yada döndürme momentidir ve kuvvetin döndürücü etkisinin bir ölçüsüdür. Birimi Nm' dir. Güç işin yapılma oranını belirtirken, tork ise motorun iş yapabilme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Bunu bir başka yoldan açıklamak gerekirse; güç taşıtın engeller karşısında ne kadar hızlı ilerleyebileceğini belirlerken, tork ise motorun taşıtı engellere rağmen götürüp götüremeyeceğini belirler. Prony frenine dengeleme ağırlığı Gc koyulmadığı zaman fren çerçeve kolunun teraziyi etkileyeceği bilinmelidir. Böyle durumlarda dara adı verilen ağırlığın gösterge değerinden çıkarılması gerekir. Dara şu şekilde belirlenir; 1) Motor çalışmaz durumdayken fren bandını gevşetiniz. 2) Krank milini dönüş yönünde yavaşça çevirerek terazideki değeri okuyunuz (Bu değer dara ile yataklardaki sürtünmelerin toplamına eşittir). 3) Krank milini aynı hızda ve bu defa ters yönde çevirerek gösterge değerini okuyunuz (Bu değer ise dara ile sürtünmelerin farkına eşittir).

42 39 4) Her iki gösterge değerini toplayıp ikiye böldüğünüzde bulacağınız değer dara değeri olacaktır. Prony freni ucuzdur, kullanımı basittir ve yapımı kolaydır. Bu nedenle düşük hız testlerinde kullanılmaktadır. Yüksek hızlarda ise bandın tutma ya da gevşemesi nedeniyle sabit yüklerin korunması çok güç olmaktadır. Prony freninin ana dezavantajı herhangi bir bant basıncındaki sabit torkudur ve değişik yükleme koşullarına uyumsuzluğudur. Diğer bir deyimle eğer motor hız kaybına uğrayacak şekilde yüklenirse prony freninin torku koruması nedeni ile motor durabilir. Problem - 1: Bir dizel motoru dara ağırlığı 20 kg, fren kolu uzunluğu 0,60 m olan bir prony ile test edilmiştir. Motor yakıt pompasının belirli bir ayar durumunda 1200 dev/dak' da dönmüş ve fren terazisinin göstergesinde 220 kg değeri okunmuştur. a. Frende üretilen gücü (kw), b. Motor torkunu (Nm) hesaplayınız. Çözüm: a. F = (ağırlık - dara). 9,807 = (220-20). 9,807 F = 1961,4 N b. Motor torku (M e ) = F. R = 1961,4. 0,60 M e = 1176,8 Nm Bazı dinamometrelerde uygun tork kolu uzunluğu ve π sabit sayılarının çarpımı sonucu genellikle yuvarlatılmış Dc gibi bir dinamometre sabiti elde edilmekte ve hesaplama kolaylığı sağlanmaktadır. Buna göre fren gücü; Burada; F = gösterge değeri (N) n = motor devir sayısı (dev/dak) Dc = dinamometre sabitidir. Genel anlamda iş, kuvvet ile uzaklığın çarpımı olarak tanımlanmaktadır. Krank milinin bir tur dönmesi sırasında kasnağın çevresi sürtünme direncine karşı πd kadar bir yol alır. Bu nedenle bir devirde yapılan iş, W = f.π.d olacaktır. (4.8) Burada, D kasnağın çapı (m), f sürtünme kuvveti (N)' dir.

43 40 Prony freninin dış momenti terazinin göstergesinde okunan F değeri ile l kolunun çarpımıdır. Dış moment, rf çarpımı olarak belirlenen çevirme momentini tam olarak karşılamak zorundadır. r.f = l. F ' dir. (4.9) Bu eşitlikte r kasnak yarı çapı (m), l fren moment kolu (m), F gösterge değeri (N)' dir. Böylece bir devirdeki iş, W = 2.π.F.R olarak yazılabilir. (D = 2r)' dir. (4.10) Motor n 1/min -1 ' lik bir hızla dönüyorsa n devirde yapılan iş, W = 2.π.F.R.n (J) olur. (4.11) Güç işin zamana oranıdır veya birim zamanda yapılan iş olarak tanımlandığına göre, freninin gücü, (4.12) Watt' ın 1000 katı olan kw' ı seçer ve gerekli düzenlemeler yapılırsa Prony Aynı zamanda 4.8 no lu eşitlik, (4.13) (4.14) 4.13 no lu eşitliğe göre FR çarpımı motorun döndürme momenti veya torku olarak adlandırılır. Tork kuvvetin döndürücü etkisinin bir ölçüsü olup birimi Nm' dir. Motor torku kgm değerinde hesaplanırsa güç eşitliği, ve (4.15) (4.16) Günümüzde mekanik anlamda prony freni yerine hidrolik dinamometreler veya elektriksel dinamometrelerden yararlanılmaktadır. Özellikle hidrolik dinamometrelerde sabit kol uzunluğu ve loadcell' ler yardımıyla motor momenti doğrudan

44 41 okunabilmektedir. Araştırma amaçlı tek silindirli motorların performanslarının belirlenmesinde ise daha çok elektriksel dinamometreler kullanılmaktadır. Problem - 2: Bir dizel motoru dara ağırlığı 25 kg, fren kolu uzunluğu 700 mm olan bir prony freni ile test edilmiştir. Motor kısmi yükte çalıştırılırken hızı /min -1 ve terazide okunan değer 175 kg' dır. Bu şartlar altında motorun ürettiği gücü ve motor torkunu hesaplayınız? Çözüm: Terazi göstergesinde okunan gerçek ağırlık miktarı, F = (175-25). 9,807 F = 1471,05 N Bu ağırlık miktarına göre motorun ürettiği güç, Bu şartlar altında motor torku, M e = F. R = 1471,05. 0,70 M e = 1029,73 Nm' dir. Problem - 3: Tek silindirli dört zamanlı bir motorun silindir çapı = kurs = 88,9 mm' dir. Bu motor, dinamometre sabiti Dc = olan bir dinamometrede yüklenerek 4800 dev/dak terazi göstergesinde 160 N' luk bir değer okunmuştur. a. Fren gücü (kw), b. Fren torkunu (Nm) hesaplayınız. Çözüm: a. Fren gücü, b. Motor torku, Problem - 4: Dört silindirli ve dört zamanlı, silindir çapı 100 mm ve kursu 100 mm olan bir motor maksimum gücünü 3600 dev/dak' da verilmektedir. Bu hızdaki P mi 760 kpa ve mekanik verim % 85 olarak belirlendiğine göre, a. İndike gücü, b. Fren ortalama efektif basıncı hesaplayınız. Çözüm: P mi L = 760 kpa = 0,10 m

45 42 a. İndike güç, b. Efektif ortalama basınç, P me = P mi. ƞ mek = ,85 P me = 646 kpa Problem - 5: Silindir çapı 60 mm, kursu 85 mm olan 6 silindirli dört zamanlı bir motor 2200 dev/dak' da 24 kw fren gücü vermektedir. Bu hızdaki ortalama efektif basıncı hesaplayınız. Çözüm: N e = 24 kw L = 0,085 m n = 2200 dev/dak z = 6 b) Hidrolik Dinamometreler Akışkan sürtünmeli tipte yapılan hidrolik dinamometreler motorun dinamometre sıvısı ile yüklenerek seçilen devir ve yük koşullarında motor momentinin ölçüldüğü düzeneklerdir. Motorların yüklenmesinde dinamometre sıvısı olarak şebeke suyu kullanılmaktadır. Yükleme ünitesi rotor ve stator disklerinden meydana gelmektedir. Motor gücü stator ve rotor arasında oluşturulan sıvı sürtünmesi ile ısıya dönüştürülür. Üretilen ısı su ile birlikte dışarıya atılır. Motorun yüklenmesi veya torkun değiştirilmesi yükleme ünitesine alınan suyun hacmine bağlıdır. Yüklenme sırasında açığa çıkan burulma etkisi ile sabit uzunluktaki kol loadcell üzerine baskı yapar. Bu değer dinamometrenin yazılım ünitesinin de yardımı ile göstergeden doğrudan motor torku olarak okunur. Dört zamanlı bir motorun yüklenmesi sırasında göstergeden okunan tork değeri Nm ise,

46 43 eşitliği ile güç hesabı yapılmış olur. Motor momenti kgm cinsinden okunur ise 4.15 veya 4.16 no lu eşitlikler kullanılarak n devirdeki güç hesabı yapılır. Hidrolik dinamometrelerin üstünlükleri, 1) Geniş yük ve devir aralığı 2) Aşırı yükleme anlarında teknisyen ayar olanağı 3) Ekonomik olmaları c) Elektriksel Dinamometreler DC dinamometreleri herhangi bir motorun gücünü en güvenilir biçimde ölçebilen cihazlardır. Bu özelliği itibari ile yüksek doğruluk derecesi gerektiren denemelerde kullanılırlar. Gücün ölçülmesi sırasında Ampermetre, Voltmetre, Ohmmetre gibi elektriksel göstergelerden yararlanılmaktadır. Genel anlamda, (4.17) ve W = E. I (4.18) eşitliklerinden yararlanılmaktadır. Burada I akım şiddeti (amper), E gerilim (volt), R direnç (ohm) ve W elektriksel güç (watt)' tür. Elektriksel dinamometrelerin üstünlükleri ise, 1) Büyük güç, geniş hız aralığı, 2) Maksimum hassasiyet, 3) Kolay ve çabuk işletim sistemi, 4) Enerji tasarrufu; denemelerde üretilen elektrik enerjisi gerekirse şebekeye geri verilebilir, 5) Uzun çalışma ömrü Motor Verimleri Verim elde edilen sonuç ile bu sonucu elde etmek için harcanan çaba arasındaki oranı belirtir. Verim daima 1' den küçük olacağından yüzde (%) ile ifade edilir. İçten yanmalı motorlarda mekanik verim, termik (ısıl) verim ve hacimsel (volümetrik) verim olmak üzere üç ana verim vardır. Verimler genellikle ƞ ile gösterilir. 1. Mekanik Verim: Efektif gücün indike güce oranına mekanik verim denir. Efektif güç her zaman için indike güçten küçüktür. Aradaki kayıp güç motor içerisindeki sürtünmeleri yenmek için kullanılmıştır. (4.19)

47 44 eşitliği ile hesaplanır. Mekanik verim genellikle % arasındadır. 2. Termik (ısıl) Verim: Çevrimin net ısısının çevrime sürülen ısı enerjisine oranına termik verim denir. Termik verim otto motorlarında ise % arasındadır. (4.20) eşitliği ile hesaplanır. 3. Hacimsel Verim: Normal emişli bir motorda emme zamanında silindire alınan havanın gerçek hacminin pistonun silindirde boşalttığı hacme oranına hacimsel veya volümetrik verim denir. Bu verimin en doğru değeri motor üzerinden silindirlere alınan çalışma dolgusu hacminin ölçülmesi ile bulunabilir. 4. Toplam Verim: (4.21) yada (4.22) (4.23) eşitlikleri ile hesaplanır. Burada, H u = yakıtın özgül ısısı (kcal/kg) b e = özgül yakıt tüketimi (b e ' nin birimi kg/hph ise 632, kg/kwh ise 860 sabitleri kullanılır). Problem - 6: Bir otto motorunun indike gücü 65 kw ve saatlik yakıt tüketimi de 15 kg' dır. Motorun indike güç devrindeki efektif gücü ise 55 kw olarak bulunmuştur. Benzinin ısıl değeri kcal/kg olduğuna göre, a. Mekanik verimi, b. Termik verimi, c. Toplam verimi hesaplayınız. Çözüm: N i N e H u = 65 kw = 55 kw = kcal/kg a. Mekanik verim,

48 45 b. Termik verim, c. Toplam verim, 4.3. Isı Balansı İçten yanmalı motorların çevrimlerinin araştırılması sırasında motorda tüketilen yakıtın sadece bir kısmının faydalı kullanılabilir işe çevrildiği, geriye kalan önemli bir kısmının ise çeşitli yollardan kaybedildiği saptanmıştır. Bilindiği gibi motorun yanma odasında oluşturulan hava-yakıt karışımının yanması sonucu kimyasal enerji ısı enerjisine dönüşmektedir. Bu ısı enerjisinin bir bölümü egzoz, soğutma ve radyasyon olarak kaybedilmektedir. Arta kalana enerji ise pistonu hareket ettirecek olan indike güce dönüşür. Pistona etki eden enerji krank miline geçerek volandan kullanılabilir enerji olarak alınıncaya kadar sürtünme ve diğer nedenlerle bir miktar kaybedilir. Bu kayıp enerji ise sürtünme gücü olarak tanımlanmaktadır. Motor çıkışında aldığımız kullanılabilir enerjiyi ise efektif güç yada fren gücü olarak belirtiyoruz. Krank milinden aldığımız bu enerjinin içeriye sürdüğümüz enerjiye oranı ise termik verim olarak tanımlanmıştır. Motorda kullanılan yakıtın verdiği ısı enerjisi ile, kayıp enerjiler ve motor çıkışından alınan faydalı enerjinin oranlanmasına "ısı balansı" adı verilmektedir. Bir başka ifade ile ısı balansı, yanma odasında sağlanan enerjinin daha sonra hangi enerjilere dönüştüğünün veya uğradığı kayıpların nereler olduğunun belirlenmesidir. Başta gelen ısı kayıpları; egzoz, soğutma, sürtünme ve radyasyon yoluyla meydana gelmektedir. Isı balansı, motorun ideal koşullara uygunluğunu veya ekonomik çalışmasına engel olan durumların nedenlerini ortaya çıkarabilmek amacıyla laboratuar koşullarında gerçekleştirilir. Motor, sabit bir çalışma sıcaklığına ve kararlı çalışma koşullarına geldiği zaman bir dizi testler uygulanır. Elde edilen verilerden yola çıkarak faydalı işe dönüşen ısı sürtünmede, egzozda, soğutma ve radyasyon ile kaybedilen ısı miktarları

49 46 hesaplanır. Aşağıdaki tabloda pistonlu içten yanmalı motorlarda yakıttan elde edilen enerjinin yaklaşık yüzdelerle nerelere harcandığı görülmektedir. Çizelge 4.1. İçten yanmalı motorlarda yakıttan elde edilen enerjinin yaklaşık dağılımı Sıra No Isı Enerjisinin Dağılım Yeri Dağılım Miktarı (%) 1 Faydalı güç olarak alınan ısı enerjisi 24 2 Sürtünmeyle kaybedilen ısı enerjisi 4 3 Egzozla kaybedilen ısı 40 4 Soğutma ile kaybedilen ısı 28 5 Radyasyon ile kaybedilen ısı 4 Toplam ısı enerjisi 100 Yakıtın silindir içerisinde yakılması ile sağlanan ısı enerjisi % 100 kabul edilir ise o motora ait ısı balansı aşağıdaki yöntem izlenerek hesaplanabilir. Birim yakıtın yanması ile açığa çıkan ısı enerjisi Q = B. H u (4.24) Burada, Q B H u = toplam ısı, kj/saniye = yakıt tüketimi, kg/saniye = yakıtın alt ısıl değeri, kj/kg Güce dönüşen ısı Motorun faydalı (efektif) işinin ısı eş değeri Q e = N e Formülü ile belirlenebilir. Burada, Q e N e Ayrıca, = faydalı güce dönüşen enerji, kj/saniye = efektif güç, kw Efektif verim Q e = ƞ e. Q formülünden de yararlanılabilir. Soğutma sisteminde kaybedilen ısı miktarı Soğutma suyu silindir yüzeylerinden, silindir kapağından, piston-segman takımından geçmek suretiyle motorun soğutulmasını temin eder. Q c = G w. c p. (t 2 - t 1 ) (4.25) Burada, Q c G w = soğutma suyuna geçen ısı, kj/saniye = soğutma suyu kapasitesi, kg/saniye t 1 = giriş sıcaklığı, C t 2 = çıkış sıcaklığı, C c p = özgül ısı kapasitesi, kj/kg C (su için 4,187 kj/kg C)

50 47 Egzozda kaybedilen ısı Egzozda kaybedilen ısı miktarı ve radyasyon kayıpları teorik olarak toplam ısı miktarından güce dönüşen ısı ile soğutmada kaybedilen ısı miktarlarının çıkartılması ile hesaplanabilir. Deneysel olarak egzoz kalorimetresinden yararlanarak hesaplamakta mümkündür. Kalorimetrenin giriş-çıkışında ölçülen sıcaklık farkı, kalorimetrede kullanılan su miktarı ve suyun özgül ısısı kullanılarak egzoz radyasyonda kaybedilen ısı miktarı hesaplanabilir. Isı transferi, kondüksiyon, konveksiyon ve radyasyon yöntemleri ile taşınmaktadır. Radyasyonla ısı taşınması enfraruj ışınları aracılığı ile gerçekleşmektedir. Dünyanın güneş etrafında ısınması da radyasyon ile gerçekleşmektedir. Radyasyon ısının boşluktan geçerek transferi biçiminde de tanımlanabilir. İçten yanmalı motorlarda radyasyonla kaybedilen ısı miktarı çok düşük olması nedeniyle araştırmalarda egzoz ve radyasyon kayıpları beraber düşünülmektedir. Buradan hareket edilerek, Q eg-rad = Q - (Q c + Q e ) (4.26) eşitliğinden yararlanılır. Problem - 7: İçten yanmalı bir motor ısıl değeri kj/kg olan yakıttan dakikada 0,35 kg harcamakta ve 2850 min -1 ' de 65 kw' lık bir güç vermektedir. Soğutma suyu 12,25 kg/dakika' lık bir debi ile devretmektedir. Motora giriş sıcaklığı 15 C, çıkış sıcaklığı da 95 C olarak ölçülmüştür. Motorun bu koşullardaki ısı balansı dağılımını hesaplayınız. Çözüm: İçten yanmalı motorda harcanan toplam ısı enerjisi Faydalı güce dönüşen ısı enerjisi Q e = N e ' den dolayı Q e = 65 kj/saniye Soğutma sisteminde kaybedilen ısı enerjisi miktarı Egzoz ve radyasyonla kaybedilen ısı enerjisi miktarı Q eg-rad = Q - (Q c + Q e ) = (80, ) Q eg-rad = 99,15 kj/saniye

51 48 Isı balans dağılımı Toplam ısı yüzdesi Q = 245 kj/saniye = % 100 Efektif güce dönüşen ısı yüzdesi, Soğutma suyuna geçen ısı yüzdesi, Egzoz ve radyasyona geçen ısı, 4.4. Motor Performansı İçten yanmalı motorların performansları tork, güç ve özgül yakıt tüketimlerinin laboratuar koşullarında ölçülmesi ile tespit edilmektedir. Motor devrine göre bu parametrelerin birlikte değerlendirilmesine ise motor performansı veya karakteristikleri denilmektedir. Motor en düşük devrinde maksimum çıkabileceği en yüksek hız aralığında sonsuz değerler arasında çalışabilmektedir. Buji ile ateşlemeli motorlarda çalışma dolgusunun hazırlanması, dizel motorlarında yakıtın kendi kendine tutuşabilmesi için asgari koşulların olacağı bir en alt devir saptanır. Motor bu hızın altında çalışamaz. Bu hıza rölanti devir denilmektedir. Bir de motor parçalarının mekanik, ısıl gerilme sınırları, egzoz ve emme işlemlerinin verimi, motor hızıyla birlikte artan atalet yükleri nedeniyle motor hızının sınırlandırıldığı en yüksek bir devir vardır. Bu devire maksimum motor devri denilir. Motorların ani ve aşırı yüklemelerle karşılaşmamaları için bu hızın üzerinde de çalıştırılmaması gerekir. İşte bir motorun bu devirler arasında değişik çalışma koşullarında geliştirdiği tork, güç, özgül yakıt tüketimi eğrilerle ifade edilir. Bu eğrilere performans eğrileri de denilmektedir. İçten yanmalı motorların bu karakteristikleri yük, hız ve ayarlama karakteristikleridir Yük Karakteristikleri Bir motorun en avantajlı çalışma durumları; maksimum güç Ne max, maksimum tork Me max ve en az özgül yakıt tüketimi be min sağladığı durumlardır. Bu çalışma durumları motorun kullanım amacı ve yaptığı işin özellikleri tarafından belirlenir. Tüketilen güç yalnız taşıt hızına değil aynı zamanda yolun durumu yük, ivme gibi faktörlere de bağımlı olduğundan motorun çalışma koşulları kararlı değildir.

52 49 Mühendislik mekaniği açısından bakılacak olursa hareket değişken ivmeli koşullarda meydana gelmektedir. Motora gelen yük sürekli değişmektedir. Hareket direncinin kısa süreli artışları hızla giden taşıtın kinetik enerjisinin bir kısmı tarafından, uzun süreli yüksek dirençler ise motor torkunun bir kısmı tarafından karşılanır. Motor torku, buji ile ateşlemeli motorlarda gaz kelebeğinin açılması ile dizel motorlarında ise yüksek basınçlı yakıt pompası kolunun daha fazla yakıt gönderecek yönde hareket ettirilmesiyle artırılabilmektedir. Bu nedenle motorun çalışma analizi değişik çalışma durumlarının araştırılmasına yönelik olmalıdır. Yük karakteristikleri motor sabit bir hızda çalışırken efektif güç yada motor momentine bağlı olarak özgül yakıt tüketimi, saatteki yakıt tüketimlerindeki değişimin grafik olarak gösterilmesidir. Yük karakteristik eğrilerinin her biri sabit bir motor hızında elde edilmiştir. Aşağıda buji ile ateşlemeli motora ait yük karakteristik eğrileri görülmektedir. Yük karakteristik eğrileri ile ilgili motora ait yakıt ekonomisinin durumu ortaya konabilmektedir. Ancak şu husus unutulmamalıdır ki elde edilen sonuçlar laboratuar koşullarında ölçülmüştür. Gerçek anlamda yakıt ekonomisi, tercih edilen sürüş tekniği, yol-iklim koşulları ile doğrudan ilgilidir Hız Karakteristikleri Bir motorun hız karakteristikleri motorun fonksiyonunu tanımlayan temel parametrelerin (tork, güç, özgül yakıt tüketimi vb.) gaz kelebeği ya da yakıt pompası kolu belirli bir durumda ve ayrıca yağlama yağı ve soğutma suyu sıcaklıkları da kararlı iken değişimlerinin motor devir sayısına bağlı olarak gösterilmesidir. Tam gaz durumundaki hız karakteristikleri "tam yük hız karakteristikleri" olarak bilinir. Bu nedenle tam yük hız karakteristikleri bir motorun değişik devirlerde verebileceği maksimum çıkışların belirlenmesinde kullanılır. Tam yükün belirli yüzdelerinde yapılan testlerle elde edilen karakteristiklere de genellikle "kısmi yük hız karakteristikleri" denilmektedir. Şekil 4.3.' de buji ile ateşlemeli bir motorun tam yük hız karakteristik eğrileri görülmektedir. Burada ortalama efektif basınca ve motor devrine bağlı olarak güç eğrisinin doğrusal biçimde arttığı görülmektedir. Bu lineer yükseliş maksimum moment noktasından sonra parabolik bir hal almaktadır. Çünkü düşük devirlerde emme supaplarının açılma avansına bağlı olarak çevrime alınan çalışma dolgusu sürekli artmaktadır. Bu artış sayesinde yanma verimi de arttığı için efektif ortalama basınçta da yükseliş meydana gelmektedir. Motor dönüş hızı bu olaylara paralel olarak sürekli

53 50 artmaktadır. Motor gücü motor geometrisinin dışında devir ve efektif basınçla doğru orantılı olduğundan bu iki parametredeki artış motor gücünün de lineer olarak artışını sağlamaktadır. Bu paralel yükseliş maksimum motor momenti devrine kadar devam etmektedir. Maksimum motor momentinin elde edildiği devir silindirlere birim çevrimde maksimum çalışma dolgusunun alındığı noktadır. Bu noktadan itibaren motora alınan taze dolgu miktarı motor hızındaki artış ile birlikte emme supabı kapanma gecikmesinden dolayı azalmaya başlar. Bununla birlikte silindir içerisinde kalan egzoz gaz artıkları da fazlalaşır. Yanma verimi ve buna bağlı olarak efektif ortalama basınç ta düşmeye başlar. Motor torku da azalır. Motor gücündeki artış tek değişken olan motor hızına bağlı olarak yükselmeye çalışır. Bu nedenle daha önceden lineer biçimde olan güç eğrisi parabolik bir biçim kazanır. Motor hızının arması ile birlikte kayıplar sürtünme gücü, silindir içerisinde kalan egzoz gaz miktarları da artmaya başlar. Öyle bir motor hızına ulaşılır ki birim zamanda silindirler içerisine alınan çalışma dolgusu miktarı da maksimum olur. Bu kritik devirde motor üretebileceği maksimum güce ulaşır. Maksimum gücün bulunduğu devirden sonra yanma daha da kötüleşmeye başlar. Egzoz emisyonları çevreyi de olumsuz etkileyebilecek değerlere ulaşır. Özellikle dizel motorlarında duman, buji ile ateşlemeli motorlarda HC oranlarında sınırları aşan artışlar görülür. Motor gücü de bu devirden sonra düşmeye başlar. Motor hızının armasına rağmen güç eğrisi iniş pozisyonundadır. Motor momenti güç değerlerinde azalma, özgül yakıt tüketim değerlerinde de yükselme meydana gelmektedir. Dizel motorlarının yakıt enjeksiyon sisteminde bulunan regülatör (governör) aracılığı ile yakıt sevki kesilerek devrin daha da yükselmesinin önüne geçilir. Değerlendirmeler aşağıdaki tipik motor devirleri arasında yapılmaktadır; n min : Motorun tam yük altında kararlı olarak çalışabileceği minimum devir sayısını, bu devir taşıt motorlarında rölanti devir sayısına yakındır. n m n b n p n max : Maksimum tork M max ve ortalama efektif basınç P max : En az özgül yakıt tüketimi b min rastlayan devir sayısı : Maksimum motor gücü P max rastlayan devir sayısı : Maksimum motor taşıt hızına rastlayan devir sayısı (bir regülatör governör kullanıldığında regülatörün kontrol başlangıcındaki devir sayısı) Gerçek uygulamada bir taşıt motoru genellikle n m -n p devirleri aralığında çalıştırılır ve transmisyon dişlileri de bu arada değiştirilir. En iyi yakıt tasarrufu da

54 51 genellikle yine bu devirler arasında ve özgül yakıt tüketiminin b min en az değişmesi ile sağlanabilir. Şekil 4.3. Karbüratörlü bir motorun tam yük hız karakteristikleri Ayarlama Karakteristikleri Motordan maksimum verim alınabilmesi en ekonomik ortamda en fazla faydanın sağlanabilmesi için motor çalışma koşullarının da ideal bir ayar sistematiği içerisinde olması gerekir. Ateşleme sistemi ayarları, avans ayarı, buji tırnak aralığı ayarı, püskürtme avansı, soğutma suyu ve yağlama yağı sıcaklıkları, karışım oranına vb. bağlı olarak motor gücü ve yakıt tüketimlerini gösteren eğrilere "ayarlama karakteristikleri" denir. Genellikle ayarlama karakteristikleri tam ve kısmi yük koşullarında tespit edilmektedir. Elde edilen sonuçlara göre bir motorun hangi şartlarda performansının daha yüksek olduğu saptanmış olur.

55 52 5. MOTORLARIN YAPISI VE MOTORU MEYDANA GETİREN HAREKETLİ VE HAREKETSİZ PARÇALAR İçten yanmalı motorların yapısı çok sayıdaki parçanın bir araya gelmesiyle oluşmaktadır. Motorun güç üretebilmesi için parçaların bir kısmı hareketsiz durmakta bir kısmı ise muhtelif biçimde hareket etmektedir. Bunlara bağlı olarak bir grup elemanlarda çalışmanın sağlanabilmesi için yardımcı donanımlara uyartımda bulunmaktadır. Buradan da anlaşılacağı gibi motorların yapısı, 1. Hareketsiz motor parçaları 2. Hareketli motor parçaları 3. Uyartım veya kumanda organları olmak üzere üç grup altında toplamak mümkün olmaktadır İçten Yanmalı Motorların Hareketsiz Parçaları Motorların çalışmasının incelendiği bölümlerde çalışma dolgusunun silindir içerisine alınması, yanan gazların dışarıya atılması, silindirler içerisindeki farklı basınç ve sıcaklık değişimlerinin olduğu belirtilmişti. Bahsedilen işlemlerin yapılabilmesi için termodinamik anlamda sistem ve civar özelliği taşıyabilecek elemanlara ihtiyaç duymaktadır. Bu elemanlar hareketsiz parçalar olarak adlandırılırlar. Bunların başlıcaları; silindir kapağı, silindir bloğu, silindir gömlekleri, manifoldlar, üst ve alt karter olmaktadır Silindir Kapağı ve Contası Silindir kapağı silindirlerin üstünü kapatarak içinde yakıt ve yakıt karışımının yandığı, gazların genleştiği yanma odalarını meydana getirirler. Silindir kapakları supap yuvaları, buji veya enjektör tespit kanalları, ısıtma bujisi, soğutma kanalları, ısı tüpü vs. gibi diğer parçaları da üzerinde taşımaktadır. Şekil 5.1. Sıra tipi motora ait bir silindir kapağı

56 53 Esas malzemesi dökme demir olmakla beraber kapağın korozyon, basınç ve ısıya karşı dayanıklılığını, sertliğini ve ısı iletme yeteneğini artırmak için dökme demir içerisine karbon, nikel, krom, magnezyum gibi malzemeler katılır. Silindir kapakları alüminyum alaşımlarından da yapılırlar. Bu malzemenin en önemli özelliği hafifliği ve kondüksiyonla ısı iletim katsayısının yüksek olmasıdır. Alüminyumun bu karakteristik özelliği silindir kapağı tasarım ve üretiminde çok önem verilen bir husustur. Yanma sonucu meydana gelen yüksek ısı alüminyum sayesinde kolaylıkla yanma odalarından soğutma suyuna geçer. Alüminyum alaşımlarından yapılan silindir kapaklarının dayanımını artırmak için nikel, magnezyum, dökme demir, silisyum ve çok düşük oranda diğer bazı madenler katılır. Bunlara ek olarak supap yuvalarına yeterli direnç kazandırmak için dökme demir veya stellit gibi ısıya karşı dayanıklı özel çeliklerden yapılan halkalar (bagalar) takılır. Bu günkü motorların hemen hemen hepsinde sökülüp takılabilen silindir kapakları kullanılmaktadır. Kapaklar, silindir bloklarına cıvata veya saplama ve somunlarla bağlanırlar. Böylece gerek supap sistemlerinde ve gerekse silindir kapak contası arıza yaptığında kolayca onarımları mümkün olmaktadır. Bazı küçük iki ve dört zamanlı motorlarda silindir kapakları tek parça halinde sökülürler. Bir kısım kamyon, traktör ve iş makinelerinde silindir kapakları ikişer ikişer sökülerek kendi silindirlerine cıvata veya saplamalarla bağlanırlar. Su ile soğutulan motorlarda kapağın soğutmasını sağlamak için kapak bünyesinde su kanalları hava ile soğutulan kapaklarda da soğutma yüzeyini genişletmek için hava kanatçıkları bulunmaktadır. Silindir bloğu ve kapak yüzeylerinin tam sızdırmaz bir şekilde düzgün ve temiz olarak işlenmesi sağlanamadığından, sızdırmazlığı sağlamak için silindir contaları kullanılır. Silindir kapak contaları, silindir bloğu ile silindir kapağının birleşmesiyle silindirde meydana gelen basınç ve ısı değişimlerine dayanıklı olabilecek şekilde yapılmalıdır. Contalar, blok ve kapak arasına uygun bir biçimde yerleştirildikten sonra kapak cıvata ve somunları fabrikanın verdiği sıra ve tork değerine göre sıkılır. Silindir kapak contaları düz bakır levhalardan, asbest (amyant) üzerine ince bakır, çelik ve bronz levha kaplayarak, gözenekli çelik sac yüzeylerine asbest pres edilerek, çelik telli asbestten pres edilmiş çelik saclardan yapılırlar.

57 54 Şekil 5.2. Silindir kapak contası Yanma Odaları Buji ile ateşlemeli motorlarda tercih edilen yanma odası biçimleri; 1) Türbülanslı Yanma Odaları (Ricardo Kafası) Silindire dolan karışım sıkıştırma zamanının tüm evrelerinde tamamen hareketsiz olursa alev çekirdeği çok düşük bir hızla ilerler. Düşük motor hızlarında egzoz supabı açıldığı zaman ancak karışımın yarısı yanmış olabilir. Yanmanın aşırı şekilde yavaş olması indike ortalama basıncın da düşük olmasına neden olmaktadır. Yanmanın hızlı olması için bu karışımın silindir içerisinde hareketli olmasına yani giren karışımın türbülans hareketinin sıkıştırma sonunda da devam etmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Türbülans hareketi yanmayı hızlandırmakla kalmaz aynı zamanda silindir cidarlarına karışımın yapışmasına engel olarak karışımın hepsinin yanmasına yardımcı olur. Karışım tamamen durgun olsa bir noktadan başlayan alev cephesi ilk önce yavaş yavaş yayılacaktır. Alev cephesinin her yayılışında yanmamış diğer kısımların sıcaklığı ve basıncı yükselecektir. Artan bu basınç ve sıcaklık kritik bir değere ulaştığında detenasyon (vuruntu) baş gösterecektir. Türbülanslı yanma odasını ilk geliştiren Ricardo isimli bir mühendistir. Tasarladığı türbülanslı yanma odasına Ricardo kafası da denilmektedir. Ricardo kafası emme ve egzoz supaplarının silindir bloğu üzerinde çalıştığı L tipi supap mekanizmalı motorlarda kullanılmıştır. Bu tip yanma odasından beklenen faydalar şunlardır; a) Sıkıştırma zamanında bir türbülans doğurmak suretiyle yanmayı hızlandırmak, silindir yüzeylerine yapışarak soğuyan karışımın çabuk yanmasını sağlamak, yanmaya henüz katılmamış karışıma hareket kazandırmak, vuruntusuz bir yanma meydana getirmek, b) Bujiden en uzak bölgeye alev cephesinin hızlı şekilde ulaşmasını sağlamak,

58 55 c) Buji yanma odasının ortasında yer alarak, alev cephesinin kat edeceği yolu kısaltmak, d) Yanma odası yüzeyi küçük tutularak, ısı kaybını azaltmak. Ricardo kafası L tipi yanma odasının iyileştirilmiş bir biçimidir. Günümüzde artık bu tip yanma odaları kullanılmaktadır. 2) Whatmough Kafası Bu tip yanma odaları F tipi supap mekanizmasına sahip motorlarda kullanılmıştır. Whatmough kafasında türbülans kaldırılmış yanma odasına aerodinamik bir şekil verilerek gazların kolay akış yapabilmeleri sağlanmıştır. Böylece oda içerisinde çok sıcak ve çok soğuk yerlerin bulunmaması yüzünden yanma işlemine alabildiğince sabit bir hız kazandırılmıştır. Emme supabı silindir kapağına yerleştirilerek karışımın serbestçe girmesi sağlandığından hacimsel verim iyileştirilmeye çalışılmıştır. 3) Supapları Tepede Yanma Odaları Günümüz motorlarında küresel yanma odası meydana getirebilmek gaz girişi ve çıkışlarına kolaylık sağlamak amacıyla I tipi supap mekanizmaları kullanılmaktadır. Supapların tepede olması, yüksek türbülans ve yüksek hacimsel verim sağladığı için motor gücünün de artmasına yol açmıştır. Yanma Odası Çeşitleri ve Yapısal Özellikleri İdeal yanmanın gerçekleştirilebilmesi için motorlarda en çok kullanılan yanma odaları aşağıdadır; Şekil 5.3. Yanma odası biçimleri 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

59 56 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. 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. Supaplar, orijinal Chrysler Hemi de yanma odası çevresinde 58,5 lik açıyla ve tam olarak krank milinin merkez hattına denk gelecek şekilde yerleştirilmiştir. Bu pozisyon supaplar açıldığında içeriye büyük miktarda hava akışı sağlar. Aynı zamanda karışımın daha efektif bir şekilde çapraz akış hareketi yapabilmesini ve taze karışımın egzoz supabındaki ısı transferinin sınırlanabilmesini mümkün kılar. Daha önceden hatırlayacağımız üzere bu tasarım en iyi yüzey/hacim oranını ve soğutma sisteminden ısı transferinin limitlemek için zorunlu olan en kısa egzoz supabı açılma zamanlamasını sağlar. Bu yanma odasında bujinin ortada bulunması harika bir oktan toleransını beraberinde getirir. Supaplardaki küçük sıkıştırma plakaları art gazın buji üzerinden atılmasını ve yanmanın daha hızlı gerçekleşmesini sağlar. Diğer bir avantajı da emme ve egzoz supapları arasındaki mesafeden dolayı ısı transferinin mümkün olan en az şekilde yapılabilmesidir. Kama tipi yanma odası Kama tipi 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 supapları odanın eğimli şekilde dizayn edilmiş çatı kısmına yerleştirilmiştir. Supapların genel olarak konumu yine eğimlidir. Buji odanın kalın kısmına supapların tam ortasına yerleştirilmiştir. Odanın sivri-dik kenarının görevi yakıt + hava karışımının yönünü değiştirmek ve bu karışıma silindir ekseninde ve aşağıya doğru spiral bir yol izletmektedir. 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

60 57 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. Yani 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 supabı bulunur. Asıl sıkıştırmanın olduğu bölgenin karşı tarafı konik bir şekildedir yani kama tipinde olduğu gibi dik bir duvar söz konusu değildir. Bujinin konumu egzoz supabına ve orta kısma doğru mümkün olduğunca yakındır. Supalar arasındaki az mesafe ise hacimsel verimi ve oktan toleransını sınırlamaktadır. Bu tasarımların hepsini düşündüğümüzde birtakım avantaj ve dezavantajların olduğunu görmekteyiz. Mühendisler yıllar boyunca en ideal tasarımı bulmak için çalışmışlar ve çalışmaya devam etmektedirler. En kötü yanma odasında dahi duvarlarda ve yüzeylerde yapılan bir takım yumuşatmalarla sıkıştırmayı artırmak, yanma hızını yükseltmek gibi özellikler kazandırılabilir veya bujinin konumunu değiştirerek ve piston kafasında ufak değişiklikler yaparak yanma iyileştirilebilir. Günümüzde bu ufak tasarım hilelerinin etkisi oldukça azaltılmıştır ve artık çok daha iyi yanma odalarının standart olarak tasarlandığı unutulmamalıdır. Şekil 5.4. Yanma odası olarak kullanılan piston tipleri

61 Emme ve Egzoz Manifoldları Motorun supap mekanizmasının konstrüksiyonuna göre silindir veya silindir kapağının yan tarafına bağlanan boru sistemine manifold denir. Manifoldlar emme ve egzoz manifoldları olmak üzere iki kısma ayrılırlar. Emme manifoldu buji ile ateşlemeli motorlarda yakıt püskürtme sistemlerinde hava ölçerle (karbüratörle) silindir kapağı arasında dizel motorlarında ise hava filtresi ile silindir kapağı arasında yer almaktadır. Emme manifoldunun görevi çalışma dolgusunun silindir içerisine taşımaktır. Emme manifoldlarının üretiminde aşağıdaki esaslara dikkat edilmelidir: Karışımın silindirlere girerken en az hidrolik dirençle karşılaşması gerekir. Çok silindirli motorlarda emme borularının dağılış şekli silindirlerin güçleri üzerine etki eder. Çünkü muhtelif uzunluktaki borularda dirençler de değişik olacağından silindirlere giden karışımda oransal olarak değişir. Bu bakımdan silindirlere giden boruların aynı uzunlukta olması gerekir. Ayrıca emme borularının keskin dirsek yapmaması arzu edilir. Çünkü direncin büyümesinden başka bu dirseklerde karışım içerisindeki yakıt da yoğunlaşır. Şekil 5.5. Emme manifoldu Karışım silindirlere mümkün olan en kısa zamanda dolmalıdır. Bu durum geniş kesitli boruların kullanılmasını gerektirir. Emme zamanının kısa olması bakımından özellikle yüksek hızlı motorlarda manifold kesiti büyüklüğü çok önemlidir. Karışımın içindeki benzinin mümkün olduğu kadar çok buharlaşması ve homojen bir karışım halinde silindirlere girmesi için dar emme borularının kullanılması gerekir. Çünkü dar borularla akış hızı daha fazladır. Bu husus özellikle ilk hareket ve düşük devirlerde motorun normal çalışması bakımından önemlidir. Benzinin yoğunlaşmasını önlemek ve karşımdaki buhar miktarını artırmak için emme manifoldu, sıcak egzoz manifoldunun üzerine bağlanır. Buna göre emme ve

62 59 egzoz manifoldları karbüratörlü motorlarda aynı tarafta olması gerekir. Bilhassa emme manifoldunun dirsek kısımları iyi ısıtılmalıdır. Bu arada motorun hacimsel verimini düşürmemek için karışımın fazla ısınmasının da önüne geçilmesi gerekir. Egzoz manifoldları egzoz gazlarının motora ters bir basınç uygulamadan dışarıya atılmasını sağlamalıdır. Çok silindirli motorlarda bazı silindirlerin egzoz, sıkıştırma veya iş zamanları aynı ana tesadüf eder. Bu sebepten iki silindir birden egzoz yapabilir. Egzoz manifoldları ve boruları bu gibi hallerde her iki silindirin egzoz gazlarını dışarıya atabilecek kadar büyük olmalıdır. Herhangi bir geri basınç meydana gelmemesi için egzoz borularının uca doğru tedrici genişlemesi gerekir. Şekil 5.6. Emme ve egzoz manifoldu 1- Karbüratör bağlantı flanşı, 2- Egzoz manifoldu, 3- Emme manifoldu, 4- Egzoz manifoldu çıkışı Egzoz gazları direkt havaya verilirse ani genişlemelerde gürültü çıkarırlar. Susturucular egzoz gazlarını havaya atılmadan genişleterek dışarıya az basınçla gönderip gürültüyü azaltırlar. Susturucular egzoz gazlarının çıkışına direnç göstererek silindirlerde kalan egzoz miktarını artırdıklarında gücünü düşürürler. Gürültünün önemli olmadığı yerlerde susturucu kullanılmamaktadır. Susturucular çelik saclardan imal edilirler. Susturucuların en yüksek düzeyde gürültüyü önlemesi ve azami gücün temin edilebilmesi susturucu yerinin iyi saptanmasına bağlıdır. Akustik kanunlarına göre susturucudan sonraki boru suyunun daha uzun olması gerekir Silindir Bloğu ve Üst Karter Silindir bloğu üst karterle birlikte motorun ana gövdesini oluşturur. Zamanların meydana geldiği silindir gömlekleri silindir bloğunda yer alır. Motoru tamamlayan birçok sistem parçaları silindir bloğu veya üst kartere bağlanır.

63 60 Şekil 5.7. Silindir bloğu ve üst karter 1- Silindir bloğu, 2- Üst karter, 3- Besleme pompası, 4- Yağ filtresi bağlantı kısmı, 5- Kam mili yatağı, 6- Krank mili yatağı Genellikle silindir bloğu ve üst karter dökme demirden imal edilirler. Dökme demirin içerisinde % 3 oranında serbest grafit halinde karbon bulunur. Bu serbest grafit dökme demire bir kayganlık özelliği kazandırır. Malzeme kesitine bakıldığı zaman esmer renkte görüldüğü için esmer dökme demir olarak da adlandırılır. Ayrıca dökme demir alaşımının içerisine karbon, nikel, krom, magnezyum gibi malzemeler katılarak korozyona ve aşınmaya karşı dayanımı arttırılır. Otomotiv sanayinde birçok motorların silindir blokları alüminyum alaşımlarından yapılmaktadır. Alüminyum dökme demire göre daha hafif, işlenmesi kolay ve ısı iletkenliği daha fazladır. Alüminyumun basınca, ısıya ve titreşimlere karşı mukavemetini artırmak amacıyla içerisine nikel, magnezyum, dökme demir ve silisyum gibi metaller katılmaktadır. Dökme demir veya alüminyum alaşımından imal edilen silindir bloklarında soğutma suyunun dolaştığı su ceketleri ve kanalları bulunur. Silindir bloklarının dökümü sırasında esas kalıplar içerisine su ceket ve kanalları biçiminde tel iskeletli kum kalıplar yerleştirilir. Döküm sırası kum kalıplar kırılarak bloğun yan tarafında bulunan silindirik kanallardan çıkarılır. Bu deliklere yuvarlak bombeli çelik saclar tapalar takılır. Bu tapalar kışın olası bir donma meydana geldiği taktirde yerlerinden çıkarak silindir bloğunun çatlamasına da engel olmaktadır. Alüminyum alaşımından yapılan silindir bloklarına çelik ve dökme demir kuru veya yaş gömlekler takılarak aşınmaya dayanıklı hale getirilirler.

64 Silindir Gömlekleri Silindir bloklarındaki silindirik yuvalarına takılan silindirik parçalara silindir gömleği denir. Önceleri sabit tesis motorları ile ağır vasıta motorlarında kullanılan silindir gömlekleri günümüzde binek taşıt motorlarında da kullanılmaktadır. Silindir bloklarında yerlerine kolayca takılıp sökülebilen silindir gömlekleri onarım ve yenileştirme işlemlerinde önemli kazançlar sağlamaktadır. Motor onarımında önemli üstünlükler sağlayan silindir gömlekleri kuru ve yaş gömlekler olmak üzere ikiye ayrılırlar. a) Kuru gömlekler Bloktaki yuvalarına sıkı geçirilen ince cidarlı (et kalınlığı ince) çelik veya dökme demir gömleklerdir. Kuru gömleklerde soğutma suyu silindir gömleğine doğrudan temas etmemektedir. Soğutma suyu silindir bloğu içerisindeki özel su ceketlerinde dolaşmak suretiyle silindir gömleklerini soğuturlar. Dökme demirden yapılan kuru gömleklerin aşınmaya, basınca ve ısıya dayanımını artırmak için birçok katkı maddesinin yanı sıra % 3,2-3,3 karbon, % 2-2,2 silisyum, % 0,7-0,75 magnezyum, % 0,09-0,1 kükürt ve % 0,12-0,14 fosfor katılmaktadır. Üretim aşamasında gömlekler tav fırınlarında ısıl işlemlere tabi tutularak sertleştirilebilirler. Böylece silindir bloğu yerine yalnız gömlekler daha kaliteli malzemeden yapılarak üretim maliyeti düşürülmektedir. Şekil 5.8. Kuru gömlek ve bloktaki yeri

65 62 b) Yaş gömlekler Dış kısmı soğutma suyu ile direkt temas halinde olan silindir gömleklerine yaş gömlekler denir. Yaş gömleklerin değiştirilmesi kolay olup gömlek, piston ve segman üretim aşamasında alıştırıldığı için onarımlarda büyük kolaylık sağlar. Yaş gömlekler çok büyük motorlarda kullanıldığı gibi alüminyum silindir bloğu kullanılan küçük motorlarda da başarı ile kullanılmaktadır. Şekil 5.9. Yaş gömlek 1- Segmanlar, 2- Piston, 3- Yaş gömlek, 4- Conta Gömlek veya Silindir Et Kalınlığının Hesaplanması Silindir veya gömlek et kalınlığı hesaplanırken iki faktör göz önüne alınmalıdır. 1) Yanma sonu gaz basıncı 2) Pistonun yanal etkisi Yanma sırasında artan gaz basıncı silindirlerin her tarafına basınç yaparak silindir cidarlarını çekip koparmaya zorlar. Çekme gerilmesi σ ile gösterilirse cisimlerin dayanımına göre, (5.1)

66 63 Şekil Silindir gömlek kesiti Silindirde F kuvveti yanma sonu basıncına göre hesaplanır. (5.2) Buna göre; (5.3) (5.4) Silindir et kalınlığı ise, (5.5) (5.6) S = silindir et kalınlığı (cm) D = silindir çapı (cm) P y = yanma sonundaki basınç (kg/cm 2 ) σ = çekme gerilmesi (kg/cm 2 ) L = silindir yüksekliği (cm) F = itme kuvveti (kg) Silindir veya gömlekler için çekme gerilmesi σ = kg/cm 2 arasındadır Motor Yatakları Yatakların görevi dairesel hareket biçiminde çalışan motor parçalarını gerekli ve uygun konumda taşımaktır. Bunlara ek olarak içerisinde dönen millere yumuşak bir sürtünme yüzeyi oluşturup mile gelen ağır yükleri üzerlerine alırlar. Motorların çok önemli iki parçası olan krank ve kam milinin değiştirilmesi ve yenileştirilmesinin maliyeti çok yüksektir. Bu nedenle krank ve kam mili yatakları

67 64 sürtünme sonucu meydana gelebilecek aşınmayı üzerinde toplayıp milleri koruyacak özellikte yapılırlar. Krank ana ve biyel yataklarında döküm tipi ve kusunetli olmak üzere iki tip yatak kullanılmaktadır. Döküm tipi yataklar eski tip düşük hızlı motorlarda kullanılmışlardır. Bugünkü motorların ana ve biyel yataklarında kolayca değiştirilen kusunetli yarım ay yataklar kullanılır. Kam millerinde ise boru tipi yataklar kullanılmaktadır. Şekil Kaygan tip ana yatağın yarı parçası Yatakların hem dayanıklı hem de sürtünmelerinin az olması için çelik gövde üzerine yatak malzemesi olarak adlandırılan hafif metal alaşımları ile kaplanır. İki katlı yataklarda gövde Cu, Pb, Sn alaşımından yapılmaktadır. Yatağın muylu tarafına gelen yüzeyi döküm ya da galvaniz yöntemiyle kurşun veya çinko alaşımlarıyla kaplanmaktadır. Alüminyum alaşımlarından yapılan yatak gövdeleri ise kaygan özel alüminyum alaşımları ile kaplanırlar. Motorlar yenileştirilirken aşınmış muylular taşlanırlar. Bu işlemde çapları küçüleceğinden yeni durum için çapı küçük yataklara ihtiyaç duyulmaktadır. Taşlama işleminde çap 0,010 inç (0,25 mm) aralıklarla en fazla 0,060 inç (1,5 mm) kadar küçültülürler Karter Motorun alt tarafını kapatarak hareketli motor parçalarını dış etkenlerden koruyan, motorun yağına depoluk eden, yağı dinlendirip ve soğutan parçaya karter denir. Motorlu taşıtlarda kullanılan karterler genellikle çelik saclardan presleme yöntemiyle imal edilmektedir. Bazı otomobil motorlarından ise alüminyum alaşımlarında dökülerek küretilen karterler de kullanılır. Ağır taşıt ve iş makinaları

68 65 motorlarında dökme demir karterler kullanılmaktadır. Dökme demir ve alüminyum alaşımlarından yapılan karterler, sac karterlere göre daha kalın cidarlı yapıldıklarından bu karterlerin yağı soğutabilmeleri için dış yüzeylerinde hava kanatçıkları bulunur. Şekil Alt karter ve contası Taşıtın hareketi sırasında yağın çalkalanarak köpürmesini ve yağ pompasından uzaklaşmasını önlemek amacıyla karterin içerisinde reflektör denilen delikli bölmeler bulunur. Üst karterle karter arasında yağ kaçaklarını önlemek amacıyla mantar conta kullanılır. Motor yağının gerektiği zaman boşaltılabilmesi için karterin alt tarafında yağ boşaltma tapası bulunur. Uygulamada karter et kalınlığı; benzin motorlarında S = 0,50.D, dizel motorlarında ise S = 0,75.D olarak alınabilir. Burada D silindir çapı (mm) dir Hareketli Motor Parçaları Pistonlar Piston silindir içerisinde iki ölü nokta arasında doğrusal hareket ederek zamanları meydana getiren bir parçadır. Silindirin alt tarafında hareketli bir kapak vazifesi görür. Yanmış gaz basıncını biyel yardımı ile krank miline iletir. Egzoz zamanında yanmış gazları iterek dışarıya atar. Emme zamanında ise silindir içerisinde vakum meydana getirerek çalışma dolgusunun silindirlere emilmesini sağlar. Piston başı yanma odasının alt yüzeyini teşkil ettiğinden yanma zamanında meydana gelen yüksek sıcaklığa dayanabilmelidir. Bu ısı karşısında şekil değiştirmeden sıkışıp segmanlar ile kaynamadan görevine devam edebilmelidir. Ayrıca piston yanma zamanında meydana gelen yüksek basınca da mukavim olabilmeli, uzun süre ısı ve basınç altında normal biçimini koruyabilmelidir.

69 66 Şekil Pistonu meydana getiren kısımlar Yüksek ısı ve basınca dayanabilmesi için pistonun yeteri kadar ağır ve kalın malzemeden yapılması gerekmektedir. Bunun yanında piston atalet kuvvetlerini yenerek ölü noktaları kolayca aşabilmesi için mümkün olduğu kadar da hafif olmalıdır. Piston orta noktasından biyele pim aracılığı ile bağlanmıştır. Piston tepesi veya başı yanmış gazların meydana getirdiği gücün basınç yaptığı kısımdır. Piston başları farklı şekillerde yapılabilirler. Supaplar açık olduğu zaman piston ile supaplar arasında yeterli boşluğu sağlamak için piston tepelerine açılmış olan yuvalar bulunur. Silindir ile piston arasında da doğrusal hareketi kolaylaştıran bir boşluk vardır. Bu boşluktan kaynaklanabilecek kaçakları önlemek amacıyla piston üzerine segmanlar takılır. Şekil Bir pistonun pim eksenine dik kesiti

70 67 Kompresyon segmanları kompresyon gazlarının kartere sızmasını ve kaçak yapmasını önlerler. Yağ segmanları ise silindir cidarındaki yağı sıyırırlar ve yağın yanma odasına geçişini önlerler. Pistonların esas kısmını teşkil eden yerine piston eteği denir. Piston eteği pistonun silindir cidarı ile esas temas ettiği yüzeydir. Piston eteğinin her iki yüzeyinde iki ayrı dayanma veya temas yüzeyi mevcuttur. Pistonların mukavemetlerini artırmak için iç kısımlarından bazı şekillerde takviye edilmişlerdir. Piston pim yuvalarında bazen burçlar kullanılır. Bu piston piminin tipine bağlıdır. Bazı durumlarda piston etekleri şekilli olarak normalden uzun imal edilirler. Pistonların bu şekilde yapılmasından amaç dayanma yüzeylerinin silindir cidarı ile olan temas sahasını büyütmektir. Pistonun Görevi Piston silindir içerisinde AÖN ve ÜÖN arasında gidip gelme hareketi yaparken dört önemli görevin yerine getirilmesini sağlamaktadır: 1) Yanma odasını alttan kartere karşı kapatmakta ve silindir içinde yaptığı alternatif hareket sırasında da kesin sızdırmazlık sağlamaktadır. 2) Yanma sonucu oluşan gaz basıncının yarattığı etkime kuvvetini piston kolu aracılığı ile krank miline ileterek dönü hareketini yapmasını sağlar. Bu sırada oluşan yanal kuvvetleri silindir yüzeyine sürtünerek karşılar. 3) Yanmış gazların yüksek sıcaklıkları nedeniyle piston üst yüzeyine vermiş oldukları ısı enerjisinin büyük bir kısmını mümkün olan en kısa zamanda silindire ileterek oradan da soğutma materyaline geçmesine yardımcı olur. 4) Yaptığı alternatif hareket ile zamanların oluşmasını sağlar. İki zamanlı motorlarda özel yapısı ile emme ve egzoz gazlarının değişimini düzenler. Pistonun Yapısı Piston silindirik bir yapıda olup piston yüzeyi, piston başı, segman yuvaları, piston gövdesi, piston pimi burcu ve piston eteği gibi kısımlardan oluşmaktadır. Birçok motor tipinde yanma odasının bir kısmı ya da tümü piston yüzeyinde yer alan çukurluk biçiminde olmaktadır. Şekil 7.3. de pistonun genel yapısı verilmiştir. Piston yüzeyi bazı motorlarda da supapların konumuna ve yanma odası biçimine bağlı olarak çeşitli şekiller almaktadır. Piston yüzeyinin kalınlığı ve iletilmesi gereken ısı miktarı en büyük iç basınca bağlı olmaktadır. Piston yüzeyi ile en üstteki segman yuvası arasında kalan piston başı gövdesi yüksek sıcaklığın etkisi altındadır. Piston başları genellikle düz, bombeli ve bazı dizel motorlarında çanak (iç bükey) biçiminde yapılmaktadır. Piston başı pistonun iç

71 68 tarafında piston yüzeyine destek sağlayacak biçimde şekillendirilmiştir. Piston başını takviye ederek yalnız gaz basıncının direncini artırmak için pistonun iç kısmında takviye kolları yapılmıştır. Bu takviye kolları piston başındaki ısının segmanlar yoluyla silindir cidarına ve soğutma suyuna iletilmesine yardım eder. Segman yuvaları piston başında bulunur, genellikle benzinli motor pistonlarında iki kompresyon ve bir yağ segmanı yuvası bulunmakla beraber bazı motorlarda ise iki kompresyon ve iki yağ segmanı bulunur. Şekil Piston kesiti ve piston kısımlarının incelenmesi Şekil Pistonlarda segman yuvaları Piston gövdesi ve eteği, pistonun silindir içerisinde yataklanarak kasılma yapmadan hareketini sağlar ve pistona gelen yanal kuvvetleri silindire iletir. Piston etek başlangıcının hemen altında bulunan piston pim yuvaları piston pimine yataklık eder. Çoğunlukla pistonlarda piston pim yuvası etrafındaki malzeme boşaltılarak hem pistonun ağırlığı azaltılmış olur ve hem de pistonun pim yönünde genleşmesi sağlanmıştır.

72 69 Piston pimi burcu, pistona etkili kuvvetleri piston pimine iletir. İyi bir şekillendirme yapılarak piston yüzeyi ile piston burcu arasındaki kuvvet akışının gerektirdiği dayanım sağlanmaktadır. Piston pim yuvaları genellikle simetri ekseninde olmasına rağmen bazı motorlarda silindirde piston etek vuruntusunu önlemek için pim yuvası ekseni piston ekseninden 1,6 mm sıkıştırma zamanı dayanma yüzeyi tarafına ve iş zamanı dayanma yüzeyi tarafına kaçık yapılmıştır. Şekil Piston pim yuvaları ile pim merkezi arasındaki kaçıklık Piston Malzemesinde Aranılan Özellikler Pistonun motor içerisindeki önemi büyük olduğundan ön görülen malzemelerinde o şartlara uygun olması gerekir. Bugün pistonlarda kullanılan malzemelerin çeşitleri bazı yönlerden birbirine ters düşebilen özellikler arz etmektedir. Piston malzemelerinden istenilen bazı önemli özellikler şöyle sıralanabilir. a) Pistonun ağırlığının küçük olması ancak özgül ağırlığı düşük olan malzeme ile sağlanabilir. Bu özellik hafif metallerin piston malzemesi olarak kullanılmasından sonra mümkün olmuştur. Özgül ağırlığı 1,8 ile 1,9 kp/dm 3 olan magnezyum alaşımları bu açıdan en uygun şartları beraberinde getirmektedir. Fakat aşınma mukavemetinin yeterli olmaması nedeniyle piston malzemesi olarak üstünlük sağlayamamıştır. İkinci uygun malzeme olarak alüminyum sayılabilir. Bugün alüminyum ana alaşım malzemesi silisyumla beraber piston imalinde çok geniş kullanma imkanı yaratan malzeme alaşımını meydana getirir. Alüminyum alaşımlarının birim ağırlığı 2,6 ile 2,9 kp/dm 3 arasında bulunur. Ancak iki zamanlı motorlarda özel şartlar altında fazla piston ağırlığı yatak yükünün azalmasına az derecede engel olduğundan bazı iki zamanlı dizel motorlarında burada meydana gelen yüksek ısı dikkate alınarak piston özel pik ten imal edilir.

73 70 b) Yeterli bir statik ve dinamik mukavemet: motorun çalışması anında meydana gelen sıcaklık dereceleri piston malzemesine etkide bulunur. Bu nedenle hafif metal alaşımları bu nedenle son sırada bulunurlar. Bu alaşımın sakıncası aşınma mukavemetinin küçük ve genleşme katsayısının nispeten büyük oluşundandır. Bu durumu ortadan kaldırmak bugüne kadar mümkün olamamıştır. Dolayısıyla bu alaşım gurubunun kullanma oranı dar sınırlar içerisinde kalmaktadır. Az miktarda magnezyum, bakır ve nikel ihtiva eden Al Si alaşımlar nispeten yüksek mukavemet değeriyle bugün piston imalatının ana malzeme gurubunu teşkil ederler. Kullanılan tüm alüminyum piston alaşımları (% 20 den fazla silisyum ihtiva edenler hariç) dövülerek daha yüksek mukavemet ve genleşme değerlerine getirilmektedir. Bu özelliklerinden dolayı pistonlu uçak ve yarış otomobili motorlarında kısmen yüksek güçlü dizel motorlarında da oldukça fazla yararlanılmaktadır. c) Genel olarak motor gövdesi dökme demirden imal edildiği için alüminyumdaki yüksek değerde ısı genleşmesi büyük sorunlar meydana getirir. Demir piston bu yönden en uygun durumdadır. Silisyumla alaşım meydana getirmek suretiyle (silisyum oranı % 25 e kadar) alüminyumun ısı genleşme değeri 24x10-6 C den 16x10-6 C ye kadar düşürülebilir. Böylece demirin ısı genleşme değeri olan 11-12x10-6 C ye oldukça yaklaşılmış olunur. Bunun haricinde ısı genleşme tesirlerini daha uygun hale getirmek için konstrüksiyon yönünden de imkanlar vardır. Ayrıca motordaki ısı dereceleri alüminyum alaşımlarının erime derecelerine daha yakın olduğundan özel bir ısıl işlemi gerektirir. Bu amaçla alüminyum alaşımlarının kullanılmaları halinde işletme şartlarına göre kalıcı hacim değişmesinin 10-4 mm/mm değerini aşmaması gerekir. Dolayısıyla meydana gelen boy uzamaları dikkate alınmayacak kadar küçük kalır. d) Isı işletme özelliğinin yüksek olması (ısı geçirme yüzey kesitleri oldukça küçük olmasına rağmen) piston malzemesi için büyük önem taşır. Alüminyum alaşımlarında özgül ağırlıklarının uygun değerde oluşunun yanı sıra ısı iletme özelliğinin de iyi oluşu tüm demir malzemeli pistonlara göre daha fazla fayda teşkil eder. Alüminyum alaşımlı pistonların 0,24 ile 0,38 cal/cm.s. C lik ısı iletme değerleri diğer tüm demir alaşımlarının 0,08 ile 0,13 cal/cm.s. C lik değerine göre oldukça üstündür. Bunun anlamı nispeten düşük piston sıcaklığı demektir. Bu sıcaklığın az olması sadece mukavemet için istenmemekte aynı zamanda segmanlar bölgesinin yağlanmasına da neden olmaktadır.

74 71 e) Piston malzemesinin kayma özelliklerinin yanında aşınmaya karşı mukavemeti de büyük öneme sahiptir. Bu yönden demir malzemeden yapılan pistonlar tüm hafif alaşımlılara nazaran daha üstündür. Silisyum oranı % arasında olan Al Si alaşımları yüksek aşınma mukavemetine sahiptir. Genel olarak pistonun aşınması motorun ömrü bakımından kritik bir değer taşımaz. Motor ömrü açısından silindir aşıntıları belirleyici nitelik taşımaktadır. Piston malzemesinin sürtünerek aşınması yetersiz bir yağlama olduğu zaman ortaya çıkar. Yatak metalleri deney makinaları üzerinde P. SOMMER tarafından yapılan denemelere göre alüminyum alaşımlı ve pik döküm pistonların 8 m/s lik kayma hızındaki sürtünme değerleri 0,004 ile 0,009 arasında bulunmuştur. Buna karşılık magnezyum alaşımlı pistonlarda bu değer 0,02 ve 0,03 dür. Burada silindirin iç yüzeyinin piston tarafından aşındırılmasına karşılık yeterli mukavemet göstermesi büyük önem taşır. Motor içerisinde bu problemin çözülmesi zorluk yaratmaktadır. R. DIETERICH in bir deneme aparatı üzerine yaptığı incelemelerde yetersiz yağlamaların alüminyum alaşımlarında belirli farklılıklar meydana getirdiğini göstermiştir. Denemelerde elde edilen sonuçlara göre pres ile imal edilen pistonlar dökümle imal edilen alaşımlara oranla daha az aşınma göstermektedir. f) Piston malzemesinin seçiminde buraya kadar açıklanan konularla birlikte malzemenin fiyatı ve işleme masrafları da önemli bir yer tutmaktadır. Her türlü kullanma koşulu ve çalışma şartları altında pistondan istenen özelliklere bağlı olarak bu şartlara uygun düşen piston malzeme alaşımı seçilir. Genellikle Amerikan PKW (taşıt) motorlarında büyük hacimli ve dolayısıyla birim yüzeye düşen yük miktarı düşük pistonlar (piyasada mevcut alaşımlara göre) imal edilirken, Avrupa motorlarında birim yüzeye düşen yük miktarı fazla olan yeni alaşımlı pistonların imalatı tercih edilmektedir. Piston Üretiminde Kullanılan Malzemeler Piston malzemelerinden yoğunluklarının az, atalet kuvvetlerinin düşük, yüksek sıcaklıklarda bile dayanımlarının çok iyi, ısı iletimlerinin iyi, genleşmelerinin ve sürtünme kayıplarının az ve aşınma dayanımlarının yüksek olmaları istenir. Ayrıca piston malzemeleri döküm ve presleme çalışmalarına da uygun olmalıdır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan hafif metal alaşımlı piston malzemelerinden bazı örnekler Çizelge 5.1. de görülmektedir.

75 72 Çizelge 5.1. Hafif metal alaşımı piston malzemeleri Al Si Alaşımlı Malzemeler Yoğunluğu (kg/dm 3 ) Özellikleri Al Si 12 Cu Ni Al Si 18 Cu Ni Al Si 25 Cu Ni 2,70 Alaşımdaki silisyum oranının artması genleşmenin ve aşınmanın azalmasına, 2,68 buna karşın imalat çalışmalarının zorlaşmasına neden olmaktadır. Kokil 2,65 döküm yada sıcak presleme mümkündür. Alüminyum Piston Alaşımları Ağırlık bakımından hafif aşınma mukavemeti düşük olan magnezyum alaşımları yerini alüminyum bakır alaşımlarına bırakmıştır. ısı iletkenlik özelliğinin ve sıcaklık mukavemetinin yüksek oluşunun yanında döküm yapılabilmesi ve mekanik işleme özelliklerinin de uygun olması nedeniyle alüminyum bakır alaşımları uzun süre kullanılmıştır. başlangıçta bakır % 18' lik oranla yüksek iken daha sonraları silisyum ve nikelin oranları artırılarak yüksek bakır nispeti düşürülmüştür. Bu grubun en önemli temsilcileri bugün İngiltere' de kullanılan RR58 ve RR59 alaşımlarıdır. Bakır, nikel ve magnezyum katkıları ile alüminyum silisyum alaşımlarının bütün önemli özellikleri kademeli olarak düzeltilerek istenilen koşullara uygun seviyeye getirilmiştir. Bunların mevcut özellikleri tavlama yapılarak daha da düzeltilebilir. sahip oldukları silisyum miktarlarına göre alüminyum silisyum alaşımları üç ötektik' e ayrılır. Bunlar: ötektik altı (% 7-9 Si), ötektik (% Si) ve ötektik üstü (% Si)' dür. Ötektik altı grubunun en çok bilineni ve dış ülkelerde en çok kullanılan alaşımı Tip Bohnalite L4 (% 8-10 Si)' dir. Her üç ötektik durumu için alaşımlar bugün de kullanılmaktadır. Buna karşılık ötektik üstü alaşımları ısı genleşme değerlerinin küçük ve aşınma mukavemetlerinin iyi olmaları nedeniyle iki zamanlı motorlarda ve dizel motorlarında tercih edilir. Sinterli alüminyum pistonların yüksek ısı derecelerinde yüksek mukavemet değerlerine sahip olduğu görülmüştür. Sinterli malzemeden imal edilen pistonun maliyetinin çok yüksek olması nedeniyle başka malzeme kullanılmasının uygun olmayacağı yerlerde örneğin yüksek basınçlı dizel motorlarının piston üst tabanlarında, yarış araba pistonlarında uygulama alanı bulmuştur. Pistonun imalatının güç bir tarafı da sinter malzemesi ile pistonun diğer malzemesi arasında iyi bir bağlantının olması gerekliliğidir. Silisyum tozu karıştırmak suretiyle sinter parçalarının özelliklerini daha da uygun hale getirmek mümkündür. Mesela ısı genleşme katsayısı ve aşınma mukavemetine uygun şekilde tesir eder.

76 73 Demir Piston Malzemeleri Yüksek devirli içten yanmalı motorların gelişme sürecinde sadece demir pistonlar kullanılmaktaydı. Bugün kısmen yüksek yükle çalışan iki zamanlı dizel motorlarında bu pistonlar görülmektedir. Çünkü bu motorlarda bir taraftan en yüksek ısıl yükleme olurken diğer taraftan da ağırlık bir sorun arz etmemektedir. (Almanya' da Krupp, USA' da General Motors Corparation vd.).alman piston üreticileri alaşımlı tavlanmış özel dökme demirler kullanılırken, Amerikan üreticileri ise buna karşılık Ar Ma çeliği adı altında tanınmış temper döküm benzeri demir çeşitleri kullanılmaktadır. son zamanlarda sfero dökümlü pistonlarda tercih edilmektedir. Yukarıda açıklanan demir tiplerinin önemli farkları demir içinde bulunan serbest karbonun teşekkül şeklinden kaynaklanmaktadır. Buna karşılık perlit hepsinin ortak ana maddesini teşkil eder. Bazı özel durumlarda üst tabanı anlatılan demir tiplerinden ve gövdesi hafif metal olan pistonlar da kullanılmaktadır. Burada demir yerine yüksek değerli paslanmaz çeliklerde kullanılabilir. Segmanların bağlandığı ek parçaların ve demir malzemeden oluşan taşıyıcı elemanların bazı özelliklerinin bulunması istenir. Bunlarda yüksek aşınma dayanım değerlerinin yanı sıra hafif metal alaşımının ısı genleşme değerine mümkün olduğu kadar yakın bir değerde olması istenir. Böylece segman tutucu parça ile piston gövdesi arasında meydana gelen gerilimler işletme ısısına bağlı kalmaksızın küçük değerde tutulabilir. Bu uygulama için yüksek nikel veya mangan alaşımlı austenit demir tipleri kullanılır. Bu malzemelerin ısı genleşme katsayısı 10 μmm/ mm C civarındadır. Bu alaşım gurubunun en önemlisi ticari isim olarak Nifesist ve Duleman adı altında tanınanlarıdır.

77 74 Piston Boyutlandırma Hesapları Piston Temel Ölçüleri Şekil Piston ölçülendirilmesi D KH GL UL AA F S IL St SL BO BL X n a b c d = çap (silindir çapı) = kompresyon yüksekliği (+ fazlalık, - derinlik) = tam boy = etek boyu = göz aralığı = ateşleme seti yüksekliği = piston başı et kalınlığı = iç boy = yuva ara seti yüksekliği = şaft boyu = pim deliği çapı = pim boyu = piston başı alt yüzeyinden pim deliğine mesafesi = segman yuvası dip çapı = segman yüksekliği = segman yuvası dip köşeleri = yağ dönüş delikleri = pim emniyet segman yuvası

78 75 e = pim yağlama delikleri f = formlu etek g = ağırlık dengelemesi h = göz payandaları Piston Boyutlarının Hesabı Temel Eşitlikler a) Toplam piston yüksekliği (GL) BAM GL = (1,0...1,4). D SAM GL = (1,2...1,7). D b) Piston üst yüzey et kalınlığı (S) c) Piston etek et kalınlığı (e 2 ) e 2 = (0,25...0,35). S d) Piston üst yüzeyinden pim eksenine olan uzaklık (KH) KH = 0,55. GL e) Piston yan et kalınlığı (e 1 ) f) Piston pimi uzunluğu (BL) BL = 0,9. D g) Piston burç genişliği (b) h) Burç eksenleri arası genişlik (L') L' = 3. a i) Piston ile pim ekseni arasındaki uzaklık UL = GL - KH j) Segman yüksekliği a = (0,02...0,025). D Örnek Piston Hesabı Tarım alanında kullanılmak üzere hafif yük taşıma kapasiteli bir taşıt için aşağıdaki veriler dikkate alınarak bu taşıtı tahrik eden motora ait pistonun boyutlandırma hesabı yapılmıştır.

79 76 Veriler Tekerlek net gücü = 76,3 HP (W) Motor çevrimi = Dizel Güç aktarma organları verimi = % 85 (ƞ GAO ) Maksimum güç devri = 4800 d/d (n) Taşıt yüklü ağırlığı = 1250 kg (G) Silindir sayısı = 4 (z) Kurs/çap oranı = 0,9 (L/D) Taşıt maksimum hızı = 80 km/h (V) Taşıt yol tırmanma açısı = 6 (karayolları maksimum eğim açısı 14 ) Motorun ortalama efektif basıncı = 10 kg/cm 2 10 bar (Pme) a) Taşıt 6 ' lik bir yokuşu çıkarken motorun verdiği net güç (efektif güç) b) Motor silindir çapının bulunması alınır ve formülde yerine konulursa c) Toplam piston yüksekliği (GL) d) Piston üst yüzey et kalınlığı (S)

80 77 e) Piston yan et kalınlığı (e 1 ) f) Piston etek et kalınlığı (e 2 ) g) Piston üst yüzeyi ile pim ekseni arasındaki uzaklık (KH) h) Piston eteği ile pim ekseni arasındaki uzaklık (UL) i) Piston pimi uzunluğu (BL) j) Piston burç genişliği (b) k) Burç eksenleri arasındaki genişlik l) Segman yüksekliği (a) Segmanlar Piston segmanlarının görevi yanma odasını karter bölgesine karşı bir conta gibi kapatmaktır. Bu görevi sayesinde pistonun iki ölü nokta arasındaki hareketi sırasında gazların kartere kaçışını önlemiş olurlar. Yine emme ve güç zamanında da yağlama yağının silindir çevresine dağılımını sağlayarak tekrar kartere doğru sıyrılmasını temin eder. Böylece yağlama yağının yanma odasına geçmesine engel olur. Yağlama yağının yanmaya katılımını önleyerek hem yağın yanmasına hem de yanma odası çevresinde aşırı karbon birikintisine engel olur. Pistonların üzerindeki ısıyı silindir gömleklerine transfer ederek pistonların soğutulmasına yardım eder. Soğutma suyu motor bloğu içerisinde silindir gömleklerinin çevresinde dolaşarak devir daimini sürdürür. Pistonların silindir gömleklerine doğrudan teması bulunmamaktadır. Gömlekler ile piston arasındaki temas segmanlar aracılığı ile olmaktadır. Bu özelliği sebebiyle pistonların soğutulması görevini de yerine getirmiş olur. Bu nedenle motorlarda iki farklı segman kullanılmaktadır. Bunlar kompresyon ve yağ segmanlarıdır. Yanma odası tarafından kartere gazların sızmasını önlemek

81 78 kompresyon segmanlarının görevidir. Bunun için bu segmanlar pistonun üst kısmında yer alması öngörülmüştür. Kompresyon segmanları aynı zamanda yanma odasına en yakın çalışan parçalardandır. Yüksek basınç, sıcaklık ve titreşim etkisi altında çalışmaktadırlar. Temel görevlerini yerine getirebilmeleri için dayanımlarının da yüksek olması gerekir. Bunun yanında da silindir cidarlarını en az seviyede aşındırması istenir. Segman malzemelerinin seçimi önemli bir husustur. Segman malzemesi olarak günümüzde en sık olarak dökme demir kullanılmaktadır. Segmanlar sfero döküm yöntemi ile imal edilerek dökme demir içerisindeki grafit kitleleri çok küçük parçacıklara ayrılır. Böylece hem parçanın kendi kendini yağlaması hem de esnekliğinin artıp kırılganlığının azalması sağlanmaya çalışılır. Bu fonksiyonlarının daha iyi yerine gelebilmesi için segman yüzeyleri kaplanır. Genellikle kaplama malzemesi olarak fosfat, demir oksit, kalay, krom ve molibden kullanılmaktadır. Yağ segmanları motor yağının yanma odasına geçişine engel olmakla birlikte emme ve iş-güç zamanlarında yağın tekrar kartere geri inmesine yardımcı olurlar. Bu sıyırma işlemi sırasında karbon parçacıkları motora giren toz ve diğer pisliklerde aşağı indirilir. Bu istenilmeyen parçacıklar yağ içerisinden filtre marifeti ile geri alınır. Bu yöntemle yağlama yağı içerisinde devreden yağ silindir yüzeyinin, pistonların, segmanların temiz kalmasına yardımcı olur. Aynı zamanda karterde soğutulan yağ tekrar bu parçalara geri gelerek motorun soğutulmasına da katılmış olur. Yağ segmanları genellikle piston eteğinde yer alırlar. Motorun özelliğine göre genellikle bir adet olmakla birlikte bazı dizel motorlarında iki adet yağ segmanı da bulunabilmektedir. Segmanların gaz ve yağ kaçağını tamamen önledikleri iddia edilemez. Özellikle segmanların silindir yüzeyine bir çizgi halinde temasını sağlayabilmek için ağızları açık yapılır. Bu ağız aralığı sıkı olursa çalışma sıcaklığının da etkisi ile bu aralık kapanır. Segmanlar daha fazla genleşemeyeceğinden kırılır ve silindir yüzeyi çizilir. Aralık fazla olduğu taktirde ise sızdırmazlık kontrolü zorlaşır ve kompresyon basıncında düşme meydana gelir. Segman ağız aralığı imalatçı firmalar tarafından belirlenen miktarda olmalıdır. Ancak günümüzde yaş silindir gömleklerin daha yaygın olarak kullanılması yenileştirme işlemlerini kolaylaştırmıştır. Silindir gömlek ve pistonları her değişimde standart çap büyüklüğünde olmaktadırlar. Bu tip gömlekler piston ve segmanı ile birlikte özel alıştırılmış bir biçimde piyasaya arz edilmektedir. Genel olarak silindir piston arasındaki boşluğun her bir 0,01 mm' sine kompresyon segmanlarında 0,10 mm, yağ segmanlarında ise 0,07 mm ağız aralığı verilir.

82 79 Segmanlar her ne kadar sızdırmazlığı yerine getirmeye çalışsalar da mevcut kompresyonun % 20' sini kartere kaçırırlar. Yağ segmanları da 1000 km' de benzinli motorlar için 0,5-1,0 g/l, dizel motorlarında da 0,8-2,0 g/l yağın yanma odasına kaçmasına engel olamazlar. Kaçak miktarı tolerans değerlerinin üstünde olduğu zaman yenileştirme işlemleri uygulamaya konur. Şekil Piston, segman ve piston pimi Piston Kolu (Biyel) Piston kolu piston ile krank milini birbirine bağlayan önemli bir ara elemandır. Piston kolu üç ana bölümden meydana gelir. Biyelin krank mili muylusuna bağlanan kısmına biyel başı, piston pimine bağlanan bölümüne biyel ayağı ve her ikisi arasında kalan alana da biyel gövdesi denir. Piston kolları çevrim boyunca sürekli yük altında çalışmaktadır. Bu nedenle dayanımlarının tüm bu zorlukları karşılayabilecek seviyede olması gerekmektedir. Aşırı yük altında çalışmalar malzeme yorulması ve ısı-mekanik nedenlerle biyel ayağının piston piminden kurtulup motor bloğuna saplandığı görülebilir. Bu tür arızalara motor patlaması denilmektedir. Şekil Montajı yapılmış piston ve biyel

83 80 Piston kolları malzemesi olarak eğilme ve burulma gerilmelerine karşı dayanıklı olabilmesi için karbon oranı % 0,32-0,40 arasında değişen çelikler kullanılmaktadır. Yarış ve pistonlu uçak motorlarında ise biyel malzemesi olarak krom-nikel veya krom-molibden çelikleri seçilmektedir. Biyeller kullanılacak motorun teknik özelliklerine bağlı olarak döküm yada preste dövülerek imal edilmektedir. Piston kolunun krank mili muylusu ile bağlanması genellikle kaymalı yataklar ile yapılır. Sadece iki zamanlı motosiklet motorları, yarış ve pistonlu uçak motorlarında ise çoğu kez rulmanlı yataklar tercih edilir. İki zamanlı motosiklet motorlarında rulmanlı yataklar yağlamanın yeterince yapılamamasından dolayı kullanılmaktadır. Yarış ve pistonlu uçak motorlarında ise önemli olan sürtünmedir. Sürtünme ne kadar azaltılırsa motorun mekanik kayıpları da o kadar azaltılmış bir başka ifade ile güç kaybı da önlenmiş olunur. Biyelin çalışması sırasında kütle atalet kuvvetleri, şekil değiştirmeler ve yatak zorlanmaları piston ağırlığı ile orantılıdır. Bu yüzden biyel ağırlığı ile dayanım arasında uygun bir oran elde edilmeye çalışılmaktadır. Piston kolu ağırlığının düşük olması ile birlikte krank mili üzerindeki dengeleme ağırlıkları da hafifletilmiş olur. Bu durum genel ağırlıkta da bir tasarrufa olanak sağlar. Hafif metalden piston kolu geliştirilmesi konusunda çalışmalar sürdürülmektedir. Biyel başı ekseni ile biyel ayağı ekseni arasındaki mesafeye biyel boyu denir ve L harfi ile gösterilir. Biyel boyu krank biyel oranından gidilerek hesaplanır. Bu oran; Burada r krank yarı çapıdır. Krank yarı çapı da kursun yarısıdır. λ 1/3,6 ila 1/4,2 arasında değişmektedir. Piston kolu boyunun motorun toplam ağırlığına önemli bir etkisi vardır. Biyel boyu motor bloğunun yüksekliğini belirler. Piston kolunun boy sınırı piston kolu başının dönüş hareketi ve krank mili dengeleme ağırlıkları veya silindir kurs boyu ile belirlenmiştir. Biyel Hesabı Biyeller dört farklı kesitte incelenerek boyut hesabı gerçekleştirilir. Piston kolu hesabında esas alınan kesitler şekilde gösterilmiştir.

84 81 Şekil Biyel ayağı I-I kesiti ve boyutları Şekil Biyel burcu ve boyutları Biyel Ayağı ve I-I Kesitinin İncelenmesi I kesiti basma gerilmesi yönünden incelenir. Genelde biyel gövdesi (şaftı) I kesitli yapılmaktadır. I kesitinin boyutları burada hesaplanır. Ayrıca biyel burcunun çapları ve uzunluğu da I-I kesitinin analizi ile seçilmiş olur. do piston pim çapıdır. Biyel burcu et kalınlığı (tb) Biyel burcu dış çapı (db) Biyel şaftı genişliği (h) (5.10) (5.11) Biyel şaft yüksekliği (b) (5.12) Biyel şaft kesit alanı (A) (5.13)

85 82 Biyel şaft kesit alanı basma gerilmesine göre hesaplanır. Basma gerilmesinin temel eşitliğinden faydalanılarak bulunur. Biyel malzemesi olarak genelde VCN35 çeliği tercih edilmektedir. Bu temel eşitlikten A değeri bulunur. Biyel şaftının kesit kalınlığı (t) ise, (5.14) Biyel Ayağı II-II Kesitinin Analizi Biyel ayağının II kesiti çekme gerilmesine göre hesaplanır. Biyel et kalınlığı (S)' de çekme gerilmesine bağlı olarak seçilir. II kesiti atalet kuvvetlerinin etkisi ile piston AÖN' ya giderken kopartılmaya zorlanır. Bu olay bu kesite etki eden piston, pim, burç ağırlıkları ile ivmenin şiddetine bağlı olarak gelişmektedir. Şekil Biyel ayağı II-II kesiti Genel kuvvet eşitliğinden gidilecek olursa, F II-II = m.a ' dan faydalanılarak hesaplamalar sürdürülür. ağırlığı, (5.15) W piston ağırlığıdır. Piston çapına bağlı olarak çizelgelerden seçilir. Piston pim (5.16) Biyel burç ağırlığı W b tasarımcı tarafından tercih edilir. Genellikle g arasında değişir. Piston ivmesi, (5.17)

86 83 Bu bilinenlerden yola çıkılarak II-II kesitine etki eden kuvvet bulunur. Çekme dayanımı genel eşitliği kullanılarak, (5.18) Biyeller maksimum çekme emniyetli gerilmesi 250 kg/cm 2 olarak alınır. Biyel ayağı uzunluğu l b piston pim uzunluğunun yarısına eşittir. III-III Kesitinin İncelenmesi Bu kesit biyel başı üzerindeki yatay eksen üzerindedir. Biyeli krank mili muylusuna bağlayacak cıvata hesabı açısından önemlidir. Biyel tespit cıvataları standart çizelgelerden seçilmeyip özel ölçüsünde imal edilirler. Bu kesite etki eden kuvvet, (5.19) eşitliği ile hesaplanır. Bu eşitlikte W B biyel ağırlığıdır. Piston çapına bağlı olarak diyagramlardan çıkartılır. W K biyel kep ağırlığı olup, III kesitine gelen kuvvet hesaplandıktan sonra 1,1 2 ile emniyetli kuvveti bulmak için çarpılır. Daha sonra emniyetli çekme gerilmesinden yararlanılarak daire kesitli olan cıvata alanı hesaplanarak, (5.20) IV-IV Kesitinin İncelenmesi IV-IV kesiti biyel başı genişliği, cıvata delikleri arası mesafenin belirlenmesi ve biyel başı derinliğinin saptanması açısından incelenmektedir. Bu kesitte çekme, eğilme ve kesilme gerilmeleri açısından incelenerek sonuca gidilmektedir.

87 84 Şekil Biyel başı boyutları Eksenlerin birleştiği O noktasına göre moment alınırsa; (5.21) Biyel muylu çapı d z, d z = 0,5 0,7. D' dir. D piston çapıdır. (5.22) Biyel başı derinliği b y, b y = 0,4 0,6. D (5.23) Cıvata delik merkezinin yan yüzeye yakınlığı a, a = mm alınabilir. Genelde 1,5 mm tercih edilir. Cıvata delikleri merkezleri arası mesafe l, l = d z + d c + 2a Malzemenin emniyetli eğilme gerilmesi (5.24) Uygulamalarda emniyetli gerilme, σ em = 0,65 0,70. σ çek alınır. (5.25) Biyelin dayanım momenti W, (5.26) Biyel başının en büyük ölçüsü olan toplam genişlik silindir çapından da küçük olmalıdır Krank Mili Motorların çalışması sırasında silindir içerisinde iki ölü nokta arasında doğrusal hareket eden piston-biyel ikilisi mevcut hareketlerini krank miline iletirler. Krank mili biyel aracılığı ile gelen bu doğrusal hareketi düzgün dairesel harekete dönüştürür. Yanma sonucu elde edilen alternatif doğrusal hareketin dairesel harekete dönüşmesi

88 85 gerçek anlamda motorun çalışması demektir. Bu nedenledir ki krank millerine ana mil de denilmektedir. Döndürme momentinin uygun koşullar altında gerçekleşebilmesi için biyeller krank mili üzerinde farklı açılarda bulunan muylulara bağlanırlar. Biçimsel durumdaki bu farklılıktan dolayı dirsekli mil olarak da isimlendirmek mümkündür. Ancak otomotiv mühendisliği literatüründe daha çok krank mili olarak tanımlanmıştır. Krank mili ağır gerilmeler altında çalışmaktadır. Bu nedenle de farklı yükleri emniyetli bir şekilde karşılamak zorundadır. Krank milinin yüklenme durumu her duruş konumuna ve çevrim içerisinde meydana gelen zamanların durumuna göre değişmektedir. Dönme ve eğilme momentleri birbiri ile kesişirler. Şekil TÜMOSAN motora ait krank mili ve ölçüleri Krank mili üzerindeki dönme momenti krank mili duruş konumuna bağlıdır. Bu değer üst ve alt ölü noktalarda sıfırdır. Bu nedenle piston bu noktalarda bir an için hareketsiz kalır. Yanma kütle atalet kuvvetleri ve onların dairesel hareketleri eğilme momentini açığa çıkarır. Bu karmaşık momentler ve yüklenmeler krank mili üzerinde titreşimlere neden olur. Krank mili diğer millerde de olduğu gibi dönme hareketi sırasında açığa çıkan burulma gerilmelerini karşılayabilmek için iç dokusu belirli bir elastikiyette yapılır. Krank mili belirli bir elastikiyete sahip olduğundan gaz ve kütle kuvvetlerinin etkisi altında eğilmeye zorlanır. Bu kuvvetler volanın bağlantı yerlerini zorlarlar. Volan ve krank mili uygun bir flanş ile birbirlerine emniyetli cıvatalarla bağlı oldukları için bu bölgede kuvvetlerin etkisi fazla görülemez. Bu koşullar altında en fazla etki krank kollarının yan kısımlarında görülebilir. Ancak bağlantının zayıflaması, malzeme yorulması yada ani ve aşırı yüklenmeler karşısında flanşlı bağlantı bölgesinde de kesilme meydana gelebilmektedir.

89 86 Krank milinin muhtelif kuvvetlerin etkisi ile eğilmeye karşı dayanımını artırmak için mil yüzeyi ısıl işlemler ile sertleştirilmektedir. Sertleştirme ile krank millerinde % oranında mukavemet artışı sağlanabilmektedir. Dayanım oranındaki bu farklılık sertleştirme yöntemi krank milinin imali sırasında tercih edilen usullerden kaynaklanmaktadır. Özellikle soğuk haddelemek veya dövme yapmak sureti ile daha yüksek dayanım oranlarına çıkabilir. İmal sırasında muylu köşe kavislerinin bulunduğu yerlerin uygun koşullar altında işlenmesi de mukavemet açısından çok önemlidir. Bu bölgelerin uygun yarıçaplarda yuvarlatılması gerekir. Aşırı sertleştirme yine bu bölgelerde çatlamalara yol açmaktadır. Şekil Krank mili ve volan 1- Tespit cıvatası, 2- Pul, 3- Krank mili dişlisi, 4- Emniyet kaması, 5- Krank mili, 6- Volan, 7- Volan dişlisi, 8- Merkezleme pimi, 9- Volan tespit cıvatası Krank millerinin burulma gerilmesi karşısında en zayıf yeri biyel muylularıdır. Bu muylu emniyetli bir şekilde yataklanır. Biyel ağırlığı, dayanımı ve montaj durumu dikkate alınarak boyutlandırılır. Özellikle de yağlama delikleri ağızları uygun biçimde elipstik olarak açılırsa yani büyük yarıçapla kavislendirilirse muhtemel tehlikeler azaltılmış olur. Yağ delikleri muylu üzerinde çentik etkisi göstermektedirler. Tecrübeler krank millerindeki kesilme, kırılma arızalarının burulma veya eğilmeden daha çok periyodik titreşimlerden meydana geldiğini göstermektedir. Motor hızı veya ortalama indike basınç değeri yükseltilerek güç başına düşen motor ağırlıklarını azaltma, daha hafif ama dayanımı yüksek malzeme tercih edilmesine rağmen özellikle az silindir sayılı motorlarda tehlikeli titreşim düzlemlerine ulaşılmaktadır. Krank mili boyuna bağlı olarak sarsıntılı olarak dönü hareketi yapmaktadır. Krank milinin dönüşüne bağlı olarak titreşimler meydana gelmektedir. Tehlikeli titreşim durumu rezonans halinde meydana gelir. Bu krank milinin kendi frekansı titreşim aktörlerinin frekansı ile çakışması demektir. Titreşim yapıcı

90 87 faktörler her bir silindirin yanma sonu ve kütle kuvvetleri ile oluşur. Titreşimleri uygun bir sınır aralığında tutmak için aşağıda sıralanan hususlardan yararlanılmaktadır. a) Kritik rezonansa olanak tanımamak için motor devir sayısı sınırlandırılır. b) Volandan sonraki hareket iletiminde hidrolik kavramalardan yararlanılır. c) Ateşleme sırası ve ateşleme aralıkları uygun biçimde seçilir. d) İmalat usullerinden yararlanılır. Dökümle imal edilmiş miller dövülme suretiyle imal edilmiş krank millerine göre daha fazla titreşim üretirler. e) Titreşim kesici sönümleyici mekanizmalardan yararlanılır. Krank Milinin Yapısı ve Malzemeleri Krank milleri genellikle tek parça halinde dövülerek yada dökülerek imal edilirler. Bazı özel motorlarda parçalı krank millerine rastlama mümkündür. Krank milinin statik ve dinamik balansının uygun biçimde yapılabilmesi, titreşimlerinin azaltılabilmesi, yüzey sertleştirme işlemlerinin bütün yüzeylere eşit olarak dağıtılabilmesi için tek parça halinde yapılması daha çok kabul görmektedir. Şekil Silindirli bir motora ait krank mili Krank millerinde tasarım biçimine göre birden fazla dirsek (krank kolu) bulunmaktadır. Biyeller bu iki dirsek arasındaki biyel muylularına özel kepleri aracılığı ile cıvatalarla bağlanırlar. Krank milleri motor bloğuna üzerlerinde bulunan ana yatak muyluları ile tespit edilirler. Krank milinin uzunluğuna göre ana yatak muylu sayısı değişmektedir. Orta ana yatak muylularında çalışma koşulları gereği açığa çıkan eksenel gezintiyi sınırlandırmak amacıyla hassas işlenmiş gezinti yatakları bulunmaktadır. Motor yük altında çalışırken boşa çıkması durumunda yani silindirlerde üretilen gücün volan üzerinden diğer elemanlara iletimi kesilince yükün birden azalması ile krank mili

91 88 dönü hareketinin yanı sıra yatay eksen doğrultusunda da hareket etmek isteyecektir. Gezinti hareketi sınırlandırılmadığı taktirde biyel piston mekanizmasının silindir içerisindeki sağa sola yaslanma şiddeti artacaktır. Bu durum parçaların aşırı şekilde aşınmasına ve sürtünme gücünün artmasına yol açacaktır. Krank millerindeki biyel muyluları döndürme momenti meydana getirebilmek amacıyla ana yatak muylusu ekseninden kurs miktarı kadar kaçık yapılırlar. Böyle bir biçimlenme doğal olarak krank milinin dengeli çalışmasını da etkilemektedir. Dönü hareketiyle birlikte şiddetli titreşimlere neden olmaktadır. Bu olumsuzluğu önlemek amacıyla biyel muylularının tam karşısına biyel muylusu ağırlığında dengeleme ağırlıkları konulmaktadır. Bu karşı ağırlıklar krank milinin daha kolay dengelenmesini sağlamaktadır. Krank milinin statik ve dinamik balans ayarının yapılması sırasında bu dengeleme ağırlıkları üzerinden yeterli miktarda kütle boşaltılmaktadır. Krank milleri iç yüzeyinde ana yataklara gelen yağların biyel muylusuna akışını sağlayabilmek için çapraz açılmış yağlama kanalları bulunmaktadır. Krank ana yatak ve biyel muyluları ile dirseklerin birleşim yerleri uygun yarı çaplı kavislerle yuvarlatılmıştır. Bu birleşim noktalarının keskin yüzey oluşturacak şekilde olması o bölgedeki dayanımı azaltmaktadır. Bir başka ifade ile çentik etkisi meydana getirmektedir. Krank milinin muhtelif yenileştirilme işlemleri sonrasında bu noktaların mutlaka uygun yarıçapla yuvarlatılması gerekmektedir. Krank mili malzemeleri krank millerinin bükülme ve burulma dayanımlarının yüksek olmaları gerekir. Yatakların da aşınmaya karşı dayanıklı olmaları gerekir. Krank mili malzemesinin yüksek dayanıma yüksek özlülüğe iyi bir aşınma dayanıklılığına sahip olması gerekir. Krank milleri ya kalıpta sıcak preste dövülerek veya dökümle elde edilirler. Dökme krank millerinin biçimleri dövme krank millerine göre zorlamalara karşı daha uygun yapıdadır ve daha dayanıklıdır. Krank mili malzemesi olarak krom nikelli çelikler VCN 15 DIN Norm 120 kg/cm 2 ve magnezyumlu çelikler tercih edilmektedir. Siemens-Martin yöntemine göre üretilen krank mili çeliklerinin karbon oranı % 0,20-35 arasında değişebilmektedir. Alaşım içerisinde % 0,7-0,9 magnezyum, % 0,07-0,15 silisyum, maksimum % 0,3 fosfor, maksimum % 0,05 kükürt, % 1-1,20 nikel, % 0,8-1,20 mangan, % 1-1,20 molibden, % 0,3-0,5 krom yer almaktadır. Krank millerinin muylu yüzey sertliği Brinell, Rockwell sertliği ise Rc arasındadır. Krank kolları (dirsekleri) sertleştirilmemektedir. Sertleştirilmiş bir krank milinin dayanım özellikleri aşağıdaki çizelgede verilmiştir.

92 89 Uzama sınırı (kg/mm 2 ) Çizelge 5.2. Krank milinin dayanım özellikleri Uzama Uzama Kopma miktarı miktarı uzaması (L=5d) % (L=10d) % Kopma sınırı (kg/mm 2 ) Darbe dayanımı (kg/cm 2 ) Çekme dayanımı (kg/cm 2 ) Krank Mili Muylularının Boyutlandırılması Ana yatak muyluları arası mesafe (n) Tek silindirli motorlarda n = 2D Çok silindirli motorlarda n = 1,36 1,38D Burada D silindir çapıdır. Biyel muylusu çap hesabı (d), eğilme ve burulma momentleri hesaplandıktan sonra dayanım momenti bulunur. Eşitliğinden gidilerek biyel muylusu çapına ulaşılır. Ana yatak muylu çapı toplam burulma momentine bağlı olarak hesaplanır. (5.27) (5.28) eşitliğinden ana yatak muylu çapı çekilir Volan Volan motorunun çalışması sırasında üstlendiği görevler aşağıdaki gibi sıralanabilir. 1) Çevresine geçirilen volan dişlisi sayesinde marş motoru dişlisinden hareket alarak motora ilk hareketi kazandırır. 2) Ateşleme ve iş zamanında kazandığı hareket enerjisini depolayarak diğer zamanlarda bu enerjinin tekrar kullanılmasını temin eder. Böylece ölü noktaların atlatılmasına yardımcı olur. 3) Dairesel biçimi ve büyük kütlesi sayesinde krank milinden meydana gelen değişik değerlerdeki döndürme kuvvetlerini ortalama bir değere getirmektedir. Özellikle az silindirli motorlarda düzenli çalışmayı sağlar. 4) Üzerine bağlanan kavrama tertibatı yardımıyla güç aktarma organlarına hareket iletimini gerçekleştirir.

93 90 Şekil Volan ve volan dişlisi Volanlar genellikle ucuz işlenmesi kolay olması nedeniyle grafitli dökme demirden yapılırlar. Volanlar krank mili flanşına cıvatalarla emniyetli bir biçimde bağlanır. Krank mili ile beraber statik ve dinamik balansı iyi bir şekilde yapılmalıdır. Volan Ağırlık Hesabı (5.29) (5.30) (5.31) (5.32) (5.33) (5.34) (5.35) (5.36) (5.37) (5.38)

94 91 (5.39) Burada; G = volan ağırlığı (kg) g = yerçekimi ivmesi (m/s 2 ) r j = volan jirasyon yarı çapı k = düzgünlük katsayısı (taşıt motorları için arasında değişmektedir) ΔW = tork değişimi n = motor devir sayısı (d/d) Volanın kalınlığı (a) ise, (5.40) eşitliği ile hesaplanır. Burada R volanın yarıçapı, γ ise özgül ağırlıktır. Genellikle dökme demirden (GG)' nin imal edilirler. GG' nin özgül ağırlığı ise 7,2 gr/cm 3 ' tür. Şekil Krank miline bağlanmış volan ve salgı kontrolü 1- Krank mili, 2- Silindir bloğu, 3- Volan, 4- Komparatör Titreşim Damperi (Sönümleyici) Krank milinin burulmasından meydana gelen titreşimleri önlemek için titreşim sönümleyici (damperi) kullanılır. Titreşim damperi krank milinin ön tarafına takılan krank kasnağı ile birlikte imal edilir.

95 92 Motorun silindirlerinin birinde karışımın yanması ile meydana gelen ani basınç krank milinin yanma yapan silindir ile volan arasında burmaya zorlayacaktır. Bu burulma eğilimi bir helezon yayın burulmasına benzer. İş zamanının sonuna doğru krank mili serbest bırakılan helezon yay gibi düzelme eğilimi gösterir. Bu burulma etkisinin oranı ve sürati bir dereceye kadar krank milinin mekanik dayanıma ve silindirdeki iş zamanları arasındaki aralıklara bağlıdır. İş zamanları arasındaki aralıklar motorun devrine bağlı olarak burulma titreşimlerini artırır ve azaltabilir. Motorun çalışması sırasında burulma titreşimleri birbirine eklenerek krank milini kesilmeye zorlayabilir. İşte bu zararlı titreşimleri önlemek için özellikle uzun krank milli motorlarda titreşim damperleri kullanılır. Krank mili burulma eğilimi gösterdiği zaman kauçuk burçlar bir sürtünme yüzeyi temin ederek kendi bünyelerinde bir esneme ile krank mili titreşimlerini yok etmeye çalışır. Genellikle küçük motorlarda titreşim damperi kullanılmaz. Bunun yerine su devirdaim pompası ve alternatöre hareket ileten vantilatör kayışının takılabilmesi için daha ağır krank kasnağı bulunur Kumanda Organları Yapısı ve Görevleri Kumanda organlarının görevi emme zamanında silindir içerisinde taze çalışma dolgusunun alınmasını ve egzoz zamanında yanmış gazların atılmasını sağlamaktır. Sıkıştırma ve iş zamanlarında her iki supabı kapalı tutmaktır. Emme ve egzoz zamanlarının başlangıç ve bitişi krank milinin belirli açılarında meydana gelmektedir. Hareket iletimi krank milinden kam milime zaman ayar dişlileri aracılığı ile olmaktadır. Dört zamanlı motorlarda bir çevrim 720 ' de meydana geldiği için krank mili iki devir yaptığında kam mili bir devir yaparak supapları bir çevrimde bir defa açar kapar. Bu nedenle kam mili dişlisinin diş sayısı krank mili dişlisinin iki katıdır. Kam mili üzerindeki çıkıntılar kuvvet iletimi sağlayan itici, itici çubuk gibi ara elemanlar yardımıyla yaylar tarafından kapalı tutulan supapların açılmalarını sağlar. Milin dönmesi sırasında açma kuvvetinin ortadan kalkmasıyla supabın kapanması yay gerdirme kuvveti ile temin edilmektedir. Kumanda hareketinin iletimine bağlı olarak supapların konumu üç şekilde olabilmektedir. 1) Alttan açılan supaplar, L tipi supap mekanizması 2) Üstten açılan supaplar, I tipi supap mekanizması 3) Emme supapları üstten, egzoz supapları alttan açılan F tipi supap mekanizması

96 93 Üstten açılan supaplar I tipi supap mekanizması: Yayın gerdirme kuvveti supabı yukarıya doğru çekerek kapanmayı sağlamaktadır. Supaplar silindir kapağına yukarıdan asılmış durumdadır. Bu sistem yanma odasına istenen biçimi sağlayabildiği için günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alttan açılan supaplar L tipi supap mekanizması: Supaplar yay tarafından AÖN yönünde çekilerek kapanmaktadır. Emme ve egzoz supapları silindir bloğuna yerleştirilmişlerdir. Bu sistem yanma odasının yayvan yapıda olmasını gerektirdiğinden artık tercih edilmemektedir. I tipi mekanizmalarda hareketin kam milinden supap itecekleri ve manivela kolu yardımıyla supaplara iletilmesi seyrek olarak uygulanan bir yöntemdir. Yaygın olarak uygulanan iki yöntem şekilde görülmektedir. Şekil I tipi supap mekanizması Supaplar, Supap Yayları ve Hesapları Supapların Görevleri ve Yapısı Supaplar içten yanmalı motorlarda emme zamanında çalışma dolgusunun silindirlere girmesini ve yanmış gazların da silindirden dışarı atılmasını sağlayan organlardır. Supaplar dört zamanlı motorlarda kullanılır. İki zamanlı motorlarda bu parçaların görevlerini "port" adı verilen kanallar yapmaktadır. Supapların açılıp kapanması supap düzenekleri aracılığı ile olur. Kam milleri supapların açılmasını üstlenirken supap yayları da kapanma görevini yerine getirmektedir. Dört zamanlı motorlarda bir silindirde emme ve egzoz supabı olmak üzere iki ayrı supap

97 94 bulunmaktadır. Yapı biçiminden en çok kullanılan supaplar "motor tipi" adı verilen yuvarlak başlı supap tipleridir. Mantar tipi supaplar supap başı ve supap sapından ibarettir. Supap tablalarında 30 ila 45 açı ile taşlanmış supap oturma yüzeyi vardır. Yüksek güçlü motorlarda gerek volümetrik verimin artırmak gerekse yanmış gazları daha çabuk ve daha fazla miktarda dışarıya atabilmek amacıyla emme ve egzoz supapları bir silindirde ikişer adet olmaktadır. Şekil Yuvarlak başlı supap Bir supap temel olarak supap tablası ve supap gövdesinden meydana gelmektedir. Supap tablasının supap yuvasına (baga) oturma yüzeyi konik olup iki yüzey arasında 1 ' lik fark bulunmaktadır. Tabla oturma yüzeyi 45 ise baga oturma yüzeyi ise 44 ' dir. Aradaki 1 ' lik fark supaplar kapalı iken gaz kaçışını engellemek için verilmiştir. Her iki yüzey bir çizgi etrafında temas ederek sızdırmazlık sağlanmıştır. Gaz kaçağını engellemek için supap tablasına oturma yüzeyi ve supap yüzeyi (bagası) hassas olarak taşlanmalı ve alıştırılmalıdır. Supap açıları 30 olmakla birlikte en çok 45 ' li supaplar tercih edilmektedir. Bu açıda yapılan supaplarda gaz akımı daha az dirençle karşılaşır ve supap yuvası daha az karbon tutar. Egzoz supap tablasının çapı açılma kuvvetinin az olması ve ısı iletim yolunun da kısa olması bakımından emme supaplarından daha küçük yapılır. Buna karşılık büyük tabla çapında supaptan çıkan egzoz gazlarının hızı daha az olur. Bu sebepten supap da az ısınır. Büyük ve küçük supap tablalarının yararlarından yola çıkılarak ortalama bir supap tablası çapı seçilir. Supap sapı çapı büyük olursa supap kılavuzuna yaptığı basınç azalacağından aşıntı da o nispette azalır. Isı iletim yeteneği artar. Fakat supap kütlesi artacağı için atalet kuvveti de daha etkin olur. Dört zamanlı bir çevrim esasına göre çalışan bir motor dakikada ortalama 6000 d/d' lık bir hıza sahip ise supaplar saniyede 50 defa açılıp kapanırlar. Açılma ve

98 95 kapanma sırasında oluşan çarpma tesirli olaylar supabın aşırı yüklenerek aşınmasına neden olmaktadır. Emme supabı emilen soğuk çalışma dolgusu tarafından düzenli bir şekilde soğutulmasına rağmen sıcaklığı 500 C civarında çıkmaktadır. Egzoz supabı sıcak gazlarla sürekli temas halinde olduğundan sıcaklığı 800 C' ye kadar yükselmekte ve kimyasal aşıntıların etkisi altında kalmaktadır. Bu nedenle emme ve egzoz supapları farklı malzemeden yapılmaktadır. Şekil Emme ve egzoz supapları Supap Malzemeleri Supaplar daima yüksek sıcaklıklarda çalıştıkları için mukavemetlerinin bu sıcaklıklarda kaybolmamaları gerekir. Genel olarak kullanılacak supap malzemesi kopma gerilmesinin 800 C' de 20 kg/mm 2 ' den az olmaması gerekir. Emme supapları genellikle nikel, krom ve silisyum katkılı çeliklerden yapılmaktadır. Supap oturma yüzeyi, supap gövdesi ve tırnak yayları da aşınmayı azaltmak için sertleştirilirler. Egzoz supap malzemeleri krom-kobalt, silisyum-wolfram, krom-nikel-wolfram, krom-mangan özel çeliklerden seçilmektedir. Supap tablası ve gövdenin tablaya bitişik kısmı özellikle krom-mangan çeliklerden oluşturulmaktadır. Supap gövdesinin diğer bölümü ise sertleştirilebilen krom-silisyum çeliklerden yapılmaktadır. Bu iki parça kaynakla birleştirilerek supap bütünleşir. Krom-mangan çeliklerin ısı iletimlerinin iyi olmaması nedeniyle supap gövdesi dövme olarak içleri boş yapılır. Boş olan bölgeye ısı iletim katsayısı yüksek olan sodyum doldurulmaktadır. Sodyum miktarı soğuk şartlarda supaptaki boşluğun hacimsel olarak % 60' ını doldurmalıdır. Sodyum 97 C' de ergiyerek iyi bir ısı ileticisi durumuna gelmektedir. Supap tablası ile gövde arasında hareket eden sodyum eriyiği

99 96 ısıyı hızla taşıyarak tabla sıcaklığının 100 C' ye kadar aşağıya çekilmesini sağlamaktadır. Özellikle buji ile ateşlemeli motorlarda karışımın egzoz supabı tarafından tutuşturulma tehlikesi ortadan kalkmış olmaktadır. Egzoz supabı oturma yüzeyleri çoğunlukla sert malzeme ile örneğin Stellit' le kaplanarak aşınmanın ve vuruntulu, darbeli çalışmalardaki ezilmelerin önüne geçilmektedir. Gerek dolu ve gerekse içi boş supaplar dövme yöntemiyle yapılarak elyafın kesilmeden supabın etrafını çevrelemesi sağlanmaktadır. Supap Ayarı Motorun hareketli tüm parçaları ısınma durumuna bağlı olarak genleşir. Ayrıca kumanda organlarında hareket iletimini sağlayan parçaların aşınmaları boyutlarının değişmesine sebep olmaktadır. Bu durumda supabın tam olarak kapanabilmesi için ya bir boşluğa ya da hidrolik bir düzenekle uzunluğunun değiştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Supap ile hareket iletimi organları arasındaki boşluğa "supap ayar boşluğu" denir. Bu boşluk egzoz supaplarında egzoz supaplarına nazaran daha fazladır. Supap ayar boşluğu motor tipine, parçaların boyutlarına ve üretim yapan firmalara bağlı olarak her motor için ayrı değerde olabilmektedir. Motorlu taşıt üreticisi firmalar yayınladıkları kataloglarda olması gereken boşluk miktarını belirtirler. Çizelge 5.3.' de bazı motorlara ait supap ayar boşlukları verilmiştir. Çizelge 5.3. Çeşitli motorlara ait supap ayar boşlukları Sıra No Motor Tipi Supap Ayar Boşluk Değeri (mm) Egzoz Emme 1 Murat 0,20 0,20 2 Renault 0,20 0,15 3 Fiat Traktör 0,35 0,30 Şekil Supap ayar işlemi Supap boşluğu öngörülen değerden küçük olduğunda supap erken açılır ve geç kapanır. Kapalı kalma süresinin kısalması supaptan silindir kapağına ısı iletimi süresinin azaltılmasını özellikle egzoz supaplarının aşırı ısınması ortaya çıkartır. Supap

100 97 bindirmesi anında motor öksürmesi (karbüratör tutuşması) olayları görülebilir. Supapların açık kalması nedeniyle kompresyon kaçakları artar ve motor performansı düşer. Aşırı ısınma ile supap tablaları ve supap oturma yüzeyi yanar. Boşluğunun büyük olması durumunda ise supapların geç açılma ve erken kapanma olayları görülmektedir. Supapların açık kalma sürelerinin azalması volümetrik verimin ve motor gücünün düşmesine yol açmaktadır. Boşluk miktarının artması ayrıca mekanik zorlamalar ve gürültüleri de artırmaktadır. Supap Kılavuzları ve Oturma Yuvaları Dökme demirden yapılmış silindir kapaklarında supapların çalıştığı kanallar hassas işlenerek supaplara yataklık etmesi sağlanmıştır. Alüminyum silindir kapaklarında ise supabın doğrusal hareketine yataklık eden parçalara ihtiyaç duyulmaktadır. Supapların gerekli şekilde açılıp kapanmasını sağlayan silindirik parçalara supap kılavuzu denir. Supaplar açılırken supap kılavuzları yardımı ile eksende hareket ederek açılıp ve görevini yaptıktan sonra da salgı yapmadan tam eksende yuvasına oturması gerekmektedir. Böylece supap ve yuvaları aşınıp bozulmadan uzun süre sızdırmazlık görevini de yapabilirler. Supap kılavuzları genellikle grafitli dökme demirden yapılır. Supap kılavuzları silindir kapağına çakılmaktadır. Supap gövdesi dışına yerleştirilen conta yağlama yağının yanma odasına inmesini önlemektedir. Motorun supap tertip tarzına göre silindir kapağına veya silindir bloğundaki emme-egzoz ağızlarına açılan supaplara yataklık eden kısımlara supap yuvaları denir. Dökme demirden yapılan silindir kapaklarında supap oturma yayları hassas olarak kapak üzerine açılır. Alüminyum silindir kapaklarında ise aşınmaya dayanıklı malzemeden yapılan bagalar (halka) silindir kapağına sıkı geçirilmektedir. Baga malzemesi olarak bakır-çinko alaşımları, krom-mangan çelikleri kullanılmaktadır. Supap yuvaları da supaplar gibi 30 ve 45 ' ye göre taşlanmışlardır. Supap Yayları ve İtecekleri Supap yayları şu önemli görevleri yapmalıdır: 1) Emme zamanında silindirlerde meydana gelen alçak basınç etkisinde kalan egzoz supabını belirli bir basınçla kapalı tutmalıdır. Asgari bir yay kuvvetine sahip olmalıdır. 2) Supap duruş şekline göre gerektiğinde supap ve iticinin ağırlığını taşımalıdır. 3) Supap mekanizmasında hareket eden parçaların sürtünme ve atalet kuvvetlerini yenerek supapları istenilen zamanda kapamalıdır.

101 98 4) Supapların açılması sırasında kam ile itici arasında daima temas temin etmeli yani supap mekanizmasında hareket eden parçaların atalet kuvvetlerinden daha kuvvetli olmalıdır. Şekil Supap kılavuzları Şekil Supap bagası Supap yayı özel yay çeliğinden helisel sarımlı olarak yapılır. Yüksek hızlı motorlarda supap yaylarının vibrasyon (titreşim) yapmasını önlemek için kalın bir supap yayı yerine iç içe takılan iki ince supap yayı kullanılır. En yaygın yöntem yay ucundaki helislerin diğer uca nazaran daha sıkı sarılmasıdır. Bu gibi yaylarda yazın sıkı helisli olan ucu motor bloğuna gelmelidir. Şekil Supap yayları

102 99 Şekil Supap yayları ve mekanik supap mekanizması Şekil Hidrolik iticili supap mekanizması Supap iticileri kam milinden aldığı hareketi supaba iletir ve bu sırada ortaya çıkan yanal kuvvetlerden supapları korurlar. Supap ve Supap Yayları ile İlgili Hesaplamalar Supap Açılma Kesiti Hesabı (5.41) (5.42) s = Piston kursu (cm) n = Motor hızı (d/d) F = Supap açılma kesiti (cm 2 ) V Kmax = En yüksek hızı (m/s) (5.43) (5.44)

103 100 r = Krank yarıçapı, 1/2 kurs boyu L = biyel uzunluğu V g = Supap açılma kesitindeki gaz hızı (m/s) Supap açılma kesitindeki gaz hızı m/s arasında değişmektedir. Özellikle düşük hızlı motorlarda volümetrik verimi artırmak amacıyla V g = 30 m/s alınabilir. Gaz hızını küçük almak faydalıdır. Supap yuvası genişliği daha büyük bulunur. Gazlar silindire kolayca girer ancak yapım güçlükleri karışımın yoğunlaşması ve türbülans bakımından delik çapı büyük yapılmaz. Kanaldaki karışım hızının yüksek olması volümetrik verimi düşürür. Bu alandaki optimizasyonu sağlamak için günümüz motorlarında multi valfler kullanılmaktadır. Daha ileriki azalmalarda ise elektronik kontrollü supapların kullanımı beklenmektedir. Yukarıda verilen 7.41 no' lu denklemden yararlanılarak, (5.45) Burada; dv = Supap baz çapı (mm) h = Supap açılma yüksekliği (mm) 1/4 dv ile 1/6 dv arasındadır. α = Supap yuvası açısı, genellikle 45 alınır. α = 45 ve h = 1/4 dv alınırsa 7.41 no' lu denklemden yararlanılarak; (5.46) (5.47) Örnek: Piston çapı 50 mm, kursu 60 mm, motor hızı 4000 d/d olan bir motorun supap baş çapını ve supap açılma yüksekliğini hesaplayınız. Çözüm: d = 50 mm = 5 cm s = 60 mm = 0,06 m n = 4000 d/d V g V p =? F =? f =? = 80 m/s

104 101 dv =? h =? dv = 14,5 mm olarak alınırsa, Supap Yayı Hesabı Supap yayı çapının hesabı yay kuvvetine göre yapılır. Azami yay kuvveti supapların açılıp kapanması sırasında meydana gelen ivmeye göre olur. (5.48) m = Hareket eden supap mekanizması kütlesi (kg s 2 /m) F max F min = Maksimum yay kuvveti (kg) = Minimum yay kuvveti (kg) a max = Maksimum yay ivmesi (m/s 2 ) F max bilinirse yayın hesabı, (5.49) d = Yay çapı (cm) τ = Burulma gerilmesi ( kg/cm 2 ) r = yay yarıçapı (cm) 7.50 no' lu denklemden yay çapı çekilirse, (5.50)

105 102 k 0 k min k max = Maksimum yay kısalması = Supap kapalı iken yay kısalması = Supap tam açıkken yayın kısalma miktarı Yay kısalma miktarı ile yay kuvveti arasındaki bağıntı, (5.51) (5.52) (5.53) F max, F min ve h bilindiğinde k max bulunur ve k min hesaplanır. Burada h supap açılma miktarıdır. Birde sargı sayısının tayini vardır. Sargı sayısı öyle seçilmelidir ki yay sıkışmış durumda iken sargılar birbirine temas etmemesi gerekir. Sargı sayısına i denirse, aşağıdaki eşitlikte G yay kayma modülü olup birimi kg/cm 2 ' dir. (5.54) Kam Mili Görevi ve Yapısı Kam mili supapları dört zaman çevrimine göre zamanında açan ilgili kurs boyunca açık tutan ve supap yayları yardımıyla kapanmasını sağlayan üzerinde eksantrik çıkıntılar olan bir mildir. Bu özelliği sebebiyle eksantrik mili de denilmektedir. Kam mili bu temel görevinden başka buji ile ateşlemeli motorlarda distribütörü, dizel motorunda da yakıt enjeksiyon pompasını çalıştırmaktadır. Yağ pompası ve besleme pompası da hareketini kam milinden almaktadır. Şekil Kam mili ve kısımları

106 103 Kam milleri motor bloğu içerisinde krank milinden 1/2 oranında hareket alarak çalışmaktadır. Krank milinden aldığı dairesel hareketi itici ve itici çubukları aracılığı ile külbütör mekanizmasına iletir. Külbütör parmaklarının supabı itmesi ile supaplar açılırlar. Külbütör parmakları kuvvet iletimini devam ettirdiği sürece supaplar açık kalır. Kam mili üzerindeki çıkıntıların dönü sırasında iticiyi yukarıya kaldıran etkisi ortadan kalkınca parmaklarda kuvvet iletimini keserler. Supaplar gövdesine tırnaklar aracılığı ile bağlı olan çeki yayının potansiyeli ile çekilerek yuvasına otururlar. Günümüzde kam milleri yaygın olarak I, T ve V tipi motorlarda silindir kapağı üzerinde bulunan yataklara yerleştirilir ki bu motorlara üstten kamlı motorlar denir. Bu tip konstrüksiyonlarda kam mili ile supap arasında yer alan itici, itici çubuk külbütör mekanizması ile birçok mekanik parça olmadığı için motorlar daha sessiz çalışırlar. Bunun yanı sıra mekanik kayıplar azalmış efektif güç daha artmış olmaktadır. Kam mili yatakları sırt kısmı çelik yatak yüzü yumuşak ince metalden (babit) yapılmış boru tipi yataklardır. Yatakların yuvasına hafif sıkı geçerek dönmesini önlemek için bir tarafından kesilerek uçlar çok az ayrılmıştır. Şekil Kam mili ve yatakları Kam milleri krank mili ile birlikte çevrimleri düzenler. Hareketini krank milinden dişli, zincir dişli veya kayış ile alır. Bu elemanlara zaman ayar dişleri, zincir veya kayışı denir. Daha önce de belirtildiği gibi bir çevrimde krank mili 720 dönünce kam mili bir defa döner. Bu nedenle kam mili dişlisindeki diş sayısı krank mili dişlisindeki diş sayısının iki katıdır. Bir çevrimin düzenli bir şekilde olabilmesi için ateşleme sırasına göre 1. silindirin senteye geldiği durumu belirten işaretler zaman ayar düzeneklerine vurulmuştur. Herhangi bir sebeple bu düzenekler sökülüp tekrar montajı yapılırken bu işaretler daima çakıştırılarak takılmalıdır.

107 104 Şekil Zaman ayar düzenekleri Dört Zamanlı Motorlarda Supap Hareketi ve Supap Ayar Diyagramı Emme zamanında supap hareketi: Emme supabı ilk açılma anında önce oldukça az açılmalıdır. Bu suretle karışımın hızı dar supap kesitinde çok artarak kalitesi ve homojenliği yükselir. Karışımın kinetik enerjisi fazla olduğu için piston AÖN' dan ayrıldıktan sonra bile bir miktar karışım içeri girerek silindiri iyice doldurur. Bu surette hacimsel verim yükselir. Silindir karışımla dolduktan sonra emme supabı ani olarak kapanmalıdır. Çünkü sıkıştırma başladığı için içerdeki basınç yükselir ve bir miktar karışım tekrar çıkabilir. Bu sonuca göre kam öyle yapılmalıdır ki emme supabı önce yavaş sonra ani açılsın ve en fazla supap açıklığında olabildiğince çok açık kalsın. Sonra yumuşak ve sessiz çalışacak şekilde ani olarak kapanabilsin. Egzoz zamanında supap hareketi: Egzoz supabının açılmasında silindir içerisindeki yanmış gazların basıncı 4-5 bar civarındadır. Bu nedenle egzoz gazları hızla dışarı çıkarlar. Egzoz supabı basınç altında bulunan yanmış gazlara karşı çalışacağından açılması için fazla kuvvete gereksinim duyulur. Bu kuvvetin çok büyük olmaması için supap tabla çapı küçük yapılır. Tabla çapının büyük olması gaz çıkışına fazla tesiri olmaz yalnız çap çokta küçük seçilirse supap fazla ısınır. Supabın açılmasındaki kuvvet şartı sadece açılması için gereken kuvvet kadar değildir. Aynı zamanda supabın açılma ivmesine bağlıdır. Büyük ivme ile açılan supabın kinetik enerjisi de fazla olur. Bu husus hareket eden supabın tekrar kapanmasını sağlayan yay hesabında dikkate alınmalıdır. Bu sebeple supap yay tasarımları egzoz supabının çalışma koşullarına göre belirlenir. Supap Ayar Diyagramı Supapların açılma ve kapanma zamanlarının motor performansı üzerinde önemli etkileri vardır. Bir çevrimde silindir içerisine alınan çalışma dolgusunun en fazla olduğu

108 105 devir maksimum tork devridir. Yine birim çevrimde en fazla çalışma dolgusunun alındığı hızda maksimum güç devridir. Dört zamanlı bir motorda supapların açılıp kapanmalarına tekabül eden krank açılarını gösteren diyagrama "supap ayar diyagramı" denir. Kam milleri yüksek kaliteli çelik alaşımlarından dövülerek veya döküm yoluyla tek parça halinde yapılır. Malzeme sertleştirilmeden kam mili muyluları ve kamlar özel tornalarla veya tel erozyon tezgahlarında boyutlandırılması yapılır. Bu zamandan sonra ısıl işlem uygulanarak muylu kam yüzeyleri sertleştirilir. Daha sonra özel kam mili taşlama tezgahlarında muylu ve kam yüzeyleri hassas olarak taşlanıp standart ölçüsüne getirilir. Genellikle kam millerinde her supap için ayrı bir kam bulunmaktadır. Kamlar dairesel hareketi doğrusal harekete çevirerek supapları, iticileri aşağı yukarı hareket ettirirler. Şekil 5.42.' de görüldüğü gibi bir kam çıkıntısı bunun 180 karşısı temel daire ve mille kamların birleştiği kıvrımlarda da sessizleştirme sahaları vardır. Doldurulmuş bu kısımlar itici ve supaba sessizce temas ederek yavaş açılıp kapanmasını sağlar. Aksi taktirde supap çabuk açılıp kapanacak olursa mekanik gürültü ve aşıntı çok hızlı olur. Kam dönüşü yatay eksende derece cinsinden iticinin yükselmesi düşey eksende milimetre olarak gösterilmiştir. Grafik incelendiğinde O noktasından itibaren kam 30 ' lik dönüşünde itici 0,35 mm hareket etmektedir. Supap iticisi ile supap sapı arasında 0,25 mm supap ayar boşluğu bulunduğu kabul edilirse 30 ' lik kam dönüşünde supap ancak 0,10 mm açılmakta ve istenen sessizlik sağlanmaktadır. Supabın açılma yüksekliği 10,16 mm kabul edildiğinde kamın geri kalan 60 ' lik dönüşünde 10,06 mm yükselecektir. Böylece başlangıçta parçalar arasındaki temas sağlandıktan sonra supap gerekli açılma yüksekliğine kavuşabilmektedir. Supabın kapanması da aynı kam eğrisine göre başlangıçta hızla kapandıktan sonra geri kalan 30 ' lik kam dönüşünde supap ve itici sessizce yerine oturmaktadır. Şekil Kam çıkıntıları

109 106 Şekil BAM supap ayar diyagramı Emme supabı açılma avansı 5, Emme supabı kapanma gecikmesi 50, Egzoz supabı açılma avansı 62, Egzoz supabı kapanma gecikmesi 8, Ateşleme avansı 9 Bu diyagrama göre emme açılma avansı ÜÖN' dan 5 önce, emme kapanma gecikmesi AÖN' dan 50 sonra alınırsa krank mili açısı cinsinden emme supabının açık kaldığı süre; α em = = 235 olur. Kam mili krank milinin 1/2 hızında döndüğü için emme supabının açık kalma süresi 117,5 ' dir. Egzoz supabı krank mili açısına göre AÖN' dan 62 önce açılıp, ÜÖN' dan 8 sonra kapanmaktadır. Bu değerlere göre egzoz supabının açık kaldığı süre KMA cinsinden; α ek = = 250 ' dir. Bu motorda egzoz supapları kam miline açısına göre de 125 açık kalır. Bu silindire göre supap bindirmesi süresi; α SB = = 13 KMA' dır Zaman Ayar Düzenekleri Kam mili hareketini zaman ayar dişlileri, zincir veya zaman ayar kayışı ile krank milinden almaktadır. Zaman ayar dişli ve zinciri devamlı motor yağlama yağından gelen yağla yağlandığı için bu düzen dışarıya yağ sızdırmayacak şekilde bir kapakla kapatılmıştır. Zaman ayar kayışlarında ise hareket doğal olarak yağsız ortamda olmaktadır.

110 107 Zaman ayar dişlileri: Şekil 5.44.' de zaman ayar dişlileri ile kam miline hareket iletilmesi gösterilmiştir. Krank mili dişlisi çelik alaşımından yapılmış olup krank miline bir kama ile tespit edilmiştir. Kam mili dişlisi krank mili dişlisine nazaran daha yumuşak dokulu fiber veya alüminyum alaşımı gibi malzemelerden yapılmıştır. Kam miline presle sıkı geçirilmiş veya özel pul ve cıvata ile bağlanmıştır. Kam mili dişlisi ile krank mili dişlisi birinci silindir sentede iken kavraştırılmaktadır. Daha sonra muhtemel yenileştirme işlemlerinde motorun zaman ayarının bozulmaması için dişlilere üretici firma tarafından zaman ayar işaretleri vurulmuştur. Zaman dişlisi olarak düz dişli çark yerine helisel dişli kullanılmaktadır. Helis dişliler hem daha sessiz çalışır hem de hareketi daha düzenli iletir. Şekil üzerinde oklarla gösterilen noktalar montaj sırasında karşı karşıya gelmesi gereken işaretleri belirtmektedir. Bu işaretler karşılaşmaz ise motor çalışmayacaktır. Zaman ayar zinciri: Bu düzende krank miline sıkı geçmiş bir krank mili zincir dişlisi ve kam miline bağlanmış bir zincir dişlisi bulunur. Şekil 5.45.' de görüldüğü gibi hareket krank milinden kam miline zaman ayar zincirleri aracılığı ile 1/2 oranında iletilir. Şekil Zaman ayar dişlileri 1- Kam mili dişlisi, 2- Krank mili dişlisi, 3- Avare dişli, 4- Hidrolik pompa, 5- Yakıt pompası dişlisi, 6- Enjeksiyon pompası tahrik dişlisi

111 108 Şekil Zaman ayar zinciri Zaman ayar kayışı: Bugünkü üstten kamlı motorlarda kam miline hareket vermek için yüzeyine diş açılmış sentetik kauçuktan yapılmış zaman ayar kayışları kullanılmaktadır. Yapısı gereği çok sessiz çalışan bu sistemde kayışın kaynamaması ve zaman ayarının bozulmasını önlemek için bir gerdirme düzeneği bulunmaktadır. Şekil Zaman ayar kayışı

112 109 Şekil Silindir kapağı ve üzerinde bulunan temel motor parçaları (cıvatalar üzerinde sıkma tork değerleri verilmiştir) Şekil Silindir bloğu ve üzerinde bulunan motor parçaları

113 SOĞUTMA DONANIMI Motorun çalışması sırasında çevrimlerin kısa zaman aralıklarında tekrar ettiği bilinmektedir. Bu tekerrür sırasında yanma etkisi ile silindir içerisinde çok yüksek sıcaklıklar meydana gelir. Bu sıcaklıkların C arasında değiştiği görülmüştür. İdeal çalışma koşulları açısından malzemenin ısıl ve mekanik dayanımı önemli bir husustur. Bu nedenle yanma sonucu ortaya çıkan ısı enerjisinin bir kısmı soğutma donanımı aracılığı ile ortamdan uzaklaştırılmaktadır. Genel olarak benzinli motorlarda % 33-39, dizel motorlarda % oranındaki ısı enerjisi soğutma sistemi ile dışarı atılmaktadır. Teorik anlamda motorun tanımından yola çıkarak ısı enerjisinin yüksek olması uygun görülebilir. Ancak yüksek sıcaklıklar yağ filminin incelmesine, yağlama kalitesinin düşmesine, piston, segman, supap gibi doğrudan yanma odasında yer alan parçalarında kısa sürede arıza yapmasına neden olmaktadır. Bu nedenle soğutma donanımı yardımıyla bütün çalışma koşullarında motorun en uygun biçimde çalışması sağlanmaktadır. İdeal çalışma ortamının olabilmesi için motor parçaları sıcaklığının 250 C ' yi aşmaması gerekir. Günümüzün modern motorlarında soğutma etkinliği artırılarak donamı olabildiğince küçük hacimde tutulmaya çalışılmaktadır. Motorların soğutulması temelde hava ile olmaktadır. Hava soğutulacak bölgelere doğrudan temas ediyor ise bu sistemlere "hava ile soğutma" denir. Hava soğutulacak parçalara dolaylı olarak su veya bir başka sıvı ile birlikte gidiyorsa bu sistemlere de "su ile soğutmalı" denilmektedir Motorların Hava ile Soğutulması Hava ile soğutma yöntemlerinde sıcaklığı kontrol edilmesi gereken parçalar doğrudan hava ile temas halindedir. Bu parçalar ısı iletim katsayıları yüksek malzemelerden seçilmektedir. Bu nedenle de alüminyum ve alaşımları kullanılmaktadır. Havanın daha etkin temas edebilmesi için de parça dış kısımları kanatçıklarla donatılarak soğutma yüzeyleri genişletilmektedir. Soğutucu havanın kanatçıklar arasından geçirilmesinde temelde iki yöntem kullanılmaktadır. Birincisinde hava bir fan aracılığı ile zorunlu olarak soğutma bölgesine sevk edilmektedir. Ortam bir davlumbaz ile sarılmıştır. Fan hareketini krank milinden bir kasnak aracılığı ile almaktadır. Dış ortamdan emdiği havayı davlumbazın yönlendirmesi ile yukarıdan aşağıya doğru göndermektedir.

114 111 Şekil 6.1. Hava temas kanatçıkları İkinci yöntem genellikle motosiklet gibi hareket halinde yada bulunduğu ortam dış çevreye açık sabit motorlarda uygulanmaktadır. Herhangi bir zorunlu hava üfleyici olmaksızın sistem kendi hızından ya da ortamın doğal rüzgarından yararlanılarak soğutulmaktadır. Hava ile soğutmalı sistemlerde soğutma sıvısı devre elemanları gibi birçok parça bulunmamaktadır. Soğutma kabiliyeti araç hızına ve ortam sıcaklığına bağlı olduğu için birçok sakıncası vardır. Özellikle soğuk iklim bölgelerinde geniş kullanım alanları vardır. Kurs hacmi büyük olan motorları hava ile soğutmak pek mümkün değildir. Bu motorlarda açığa çıkan ısı miktarı silindir sayısının küpü ve soğutma yüzeylerinin karesi ile orantılıdır. İklim ve motor hızına bağlı olarak soğutma performansı da değişeceği için bu motorların hava ile soğutulması yeterli olmayacaktır. Hava ile çalışan motorların bir başka sakıncalı tarafı ise gürültülü çalışmalarıdır. Motor bloğu içerisinde su ceketlerinin olmaması motor sesinin dışarıya daha çok çıkmasına sebep olmaktadır. Bu nedenle pistonlu hava taşıtları bazı motorlu endüstriyel el aletleri ve motosiklet motorlarında hava ile soğutma sistemi zorunlu olarak kullanılmaktadır Motorların Su ile Soğutulması Motor hacimleri büyük olan motorların soğutulmasında havanın doğrudan bölgeye sevki konusunda ciddi sorunlar yaşanmaktadır. Motor gücünün de hacimle doğru orantılı olarak arttığı da göz önüne alındığında soğutma performansını artırıcı yeni düzeneklere ihtiyaç duyulması kaçınılmaz olmuştur. Bu düşünceden yola çıkarak havanın endirekt yolla motorun en sıcak kısımlarına gönderilmesi sonucuna varılmıştır. Havanın taşınabilmesi için bir soğutma sıvısının aracı olmasına karar verilmiş; soğutma sıvısı olarak da su tercih edilmiştir. Motor bloğu

115 112 ve silindir kapaklarında bulunan ceketler içerisinde devirdaim olan su soğuk havanın motorun en sıcak bölgesine iletilmesini de sağlamaktadır. Çalışma koşulları sırasında açığa çıkan sıcaklık etkisi ile su ısınmakta, donanım tarafından soğutularak tekrar motor iç bölgesine gönderilmektedir. Motor içerisinde soğutma suyunun dolaşımı önceleri sıcak ve soğuk suyun yoğunluk farkından yararlanılarak termosifon yöntemi ile temin edilmiştir. Ancak motor devirlerinin artması, motorların daha karmaşık gövdelere sahip olması nedenlerinden dolayı suyun bu yöntemle dolaşması mümkün olmamıştır. Bunun yerine pompalı düzeneklere geçilmiştir. Pompalı Soğutma Donanımları Bu yöntem termosifon yönteminin geliştirilmiş bir biçimidir. Burada da sıcak su radyatör peteklerinde hava ile soğutulmaktadır. Radyatör ile motor arasında bir santrifüj pompa yer almaktadır. Suyun motordaki yüksek sıcaklığı alıp radyatöre getirmesi, soğuyarak tekrar motora geri dönmesi pompa hızı ile olduğundan suyun giriş-çıkış sıcaklık farkı 5-7 C gibi küçük bir değerde kalmaktadır. Bu da soğutma etkinliği açısından önemli bir husustur. Şekil 6.2. Pompa ile soğutma donanımı Donanım Elemanları Radyatör Motordan gelen sıcak suyu bünyesinde bulunan çok ince hava temas yüzeyleri (petekler) aracılığı ile soğutur. Radyatörler bakır, pirinç ve son yıllarda alüminyum alaşımlarından yapılmaktadır. Radyatörlerin yapısında alt, üst su depoları ile bu depoları birleştiren dikey borular bulunmaktadır. Dikey boruların etrafına soğutma yüzeyini genişletmek amacıyla bakır veya pirinçten yapılmış çok ince hava kanatçıkları lehimlenmiştir. Elektrikli fan ya da vantilatörün oluşturduğu hava radyatör peteklerine doğru yönlendirilir. Hava akımı peteklerin arasından geçerek motor gövdesine gider.

116 113 Sıcak su radyatörün üst kısmından alt bölümüne doğru akmaktadır. Peteklerin içerisinden düşey yönde akan sıcak su ile yine peteklerin dışından yatay yönde akan soğuk hava akımları temas ederler. Küçük odacıklar biçiminde olan peteklerdeki su böylece soğutulmuş olur. Pompanın tahriki ile soğuk su motor gövdesindeki ceketlere sevk edilir. Şekil 6.3. Radyatör ve kısımları Su Devirdaim Pompaları Su devirdaim pompaları genellikle santrifüj tip bir pompa olup silindir bloğunun ön tarafında motor ile radyatör arasında yer almaktadır. Hareketini krank kasnağından alır, ana malzemesi dökme demirdir. Ortalama olarak bir su pompasının debisi litre/saat arasında olmalıdır. Motor ile radyatör arasında suyun etkin bir biçimde dolaşmasını sağlar. Şekil 6.4. Su devirdaim pompası ve parçaları

117 114 Şekil 6.5. Motor bloğu ve su ceketleri a-termostat kapalı, b-termostat açık, I-Su sıcaklık göstergesi, P-Pompa, R-Radyatör, S-Genleşme kabı, T-Termostat, V-Vantilatör, Z-Isı sensörü (Hararet müşiri) Su Ceketleri Su ceketleri silindir bloğu ve kapağı iç kısmında yer almaktadır. Soğutma suyunun kolay dolaşımını temin eder. Kuru gömlek kullanılan motorlarda endirekt, yaş gömlek biçiminde tasarlanmış motorlarda ise doğrudan silindirlere suyun temasını sağlamaktadır. Kışın donma anında motor gövdesini çatlamalara karşı korumak amacıyla üzerinde dış ortama açılan tapalar bulunmaktadır. Vantilatör Yakın geçmişe kadar vantilatörler krank kasnağından kayış aracılığı ile hareket alarak çalışıyorlardı. Vantilatörlerin temel görevi radyatör petekleri arasında hızlı bir hava akışı sağlamaktır. Mekanik tahrikli vantilatörler hareketini krank kasnağından aldıkları için sürekli çalışırlar. Bu durum özellikle gürültü açısından istenilen bir durum değildir. Ayrıca sürekli çalışma durumuna göre tasarlandıkları için kütlesi de boyutları da ağır ve büyük olmaktadır. Bu durum mekanik olarak kayıp güç miktarını artırdığı gibi motorun gereksiz biçimde de sesli çalışmasına ve radyatörün yüksek hızlarda ihtiyacından fazla soğutulmasına yol açar. Bu durum motorun ideal çalışmasını olumsuz biçimde etkilemektedir. Bu nedenlerden dolayı günümüz motorlarının çoğunda vantilatör, fan motoru adı verilen bir elektrik motoruna bağlıdır. Fan motoru su ceketine bağlanan bir fan sensörü ile irtibatlıdır. Sensör soğutma sıvısının sıcaklığına bağlı olarak çalışır. Motor soğuk iken fan motorunun akımını keserek çalışmasını önler. Motor sıcaklığı çalışma sıcaklığının üzerine çıktığında fan sensörü elektrik motorunun çalışmasına izin vererek motorun gereği kadar soğumasını sağlar.

118 115 Şekil 6.6. Vantilatör Termostat Motor ile radyatör arasındaki su akışını motor sıcaklığına duyarlı olarak ayarlayan bir mekanizmadır. Motorun soğukken suyun radyatöre akışını keserek pompa üzerinden kısa devre yaptırır. Soğutma suyu tekrar motora geri dönmüş olur. Bu çalışma sırasında motor daha kısa sürede ısınır. Motorun ısınması artınca termostat suyun radyatöre geçişine izin verir. Motor içerisinde sıcaklığı yükselen su radyatörde soğutularak motora geri gelir. Termostatların yapısı bir gövde ve bir supaptan oluşmaktadır. Supaplar bimetal özellikte olabilecekleri gibi içerisinde kolay eriyebilen parafin yada kolay buharlaşabilen sıvılar bulunur. Sıcaklık karşısında duyarlı olan bu malzemeler açma-kapama fonksiyonlarını rahatlıkla yerine getirirler. Termostatlar motorun ideal çalışma sıcaklığı olan C' nin alt ve üst değerlerinde çalışırlar. Şekil 6.7. Termostat Basınçlı Radyatör Kapakları Soğutma sıvısı olarak kullanılan suyun kaynama noktası yükseltilerek sistemin daha etkin çalışması istenmektedir. Deniz seviyesinde suyun kaynama noktası 100 C' dir. Ancak motorun çalıştığı rakım da sürekli değişmektedir. Atmosferik basınç

119 116 azaldıkça suyun kaynama noktası düşer. Motorun soğutma suyu ideal sıcaklığının C arasında değiştiği düşünülürse sistemde çok kısa zamanda soğutma suyunun buharlaşacağı ve görev yapamaz hale geleceği görülecektir. Nitekim ilk dönemlerde motorlar çok kısa süre içerisinde su kaynatmış ve sistem çalışamaz hale gelmiştir. Bu nedenle basınçlı tip radyatör kapakları tasarlanarak tıpkı düdüklü tencerelerde olduğu gibi suyun kaynama sıcaklığı 7-18 C daha yukarı çekilmiş olur. Motor durdurulduğu yada hızı düşürüldüğü zaman radyatör içerisindeki sıcaklık ve basınçta da azalmalar meydana gelir. Bu basınç düşmesi atmosfer basıncı altına indiği zaman radyatör kapağında bulunan alçak basınç supabı radyatör tarafına doğru açılır. Sistem içerisine hava dolarak hortumların birbirine yapışması önlenir. Dengeleme kabında bulunan soğutma sıvısı radyatöre doğru akar. Motorun çalışması buna bağlı olarak hız ve yük durumunun da artmasıyla birlikte radyatör iç sıcaklığı da yükselir. Alçak basınç supabı kapanır, sistemin dış ortamla ilişkisi kesilir. Su basınç altında devirdaim yapmaya başlayacağı için kaynama noktası da yukarı çekilmiş olur. Motorun yüke binmesi ile birlikte su sıcaklığı 120 C ve üstü değerlere çıkar. Bu sıcaklık değerlerinde suyun buharlaşmaması olanaksızdır. Radyatörde meydana gelen buhar basıncının etkisi ile radyatör kapağının yüksek basınç supabı dışarıya doğru açılarak fazla basıncı dengeleme kabına tahliye eder. Sistemde hacim genişlemesi meydana gelerek basınç ve sıcaklık değerleri düşer. Böylece sistemin hararet yapması önlenmiş olur. Şekil 6.8. Basınçlı tip radyatör kapakları Basınçlı tip radyatör kapakları açık sistemlerde kullanılmaktadır. Kapalı sistem soğutma sistemlerinde devrenin bağlantısı açık hava ile kapatılmıştır. Çalışma sırasında meydana gelen basınç ve sıcaklık değişimleri dengelem kabıyla bağlantılı ancak hava ile ilişiği kesik devre ile sağlanmaktadır. Bağlantıyı sağlayan hortum dengeleme kabında bulunan sıvıdan dışarı çıkarılmadığı taktirde sistem düzgün çalışır. Aksi bir

120 117 durum olursa sisteme hava gireceği için su akışı kesintiye uğrar ve soğutma sistemi çalışamaz. Bu durum karşısında özel aparatlarla sistemin havasının alınması gerekmektedir. Zamanla soğutma sisteminde bulunan sıvı seviyesi düşebilir. Sıvı takviyesi açık sistemlerde radyatör kabından direk yapılabilir. Kapalı sistemlerde ise bu tamamlama işi dengeleme kabından yapılmalıdır. Antifriz Sıvıları Antifriz sıvıları suyun donma noktasını aşağı çekerek sistemin kış koşullarında da rahat çalışmasını temin ederler. Bilindiği gibi su 0 C' den itibaren donmaya başlar. Donma sırasında suyun yoğunluğu azalacağı için hacimde büyüme meydana gelecektir. Bu hacim büyümesi soğutma sistemi elemanları veya motor bloğu üzerinde çatlamalara yol açacaktır. Bu durumların yaşanmaması için soğutma suyu içerisine sistemin kapasitesine göre antifriz eklenir. Suyun donma sıcaklığı iklim koşulları da göz önüne alınarak -40/-45 C kadar düşürülür. Antifriz sıvısı olarak genellikle alkol, alkol esaslı sıvılar veya etilen glikol kullanılır. Antifriz sıvıları buharlaşmaya, paslanmaya, kavitasyona, pas-aşınmaya dayanıklı ve koruyucu olmalıdır. Sıcaklık Göstergeleri ve Sensörleri Motorun tüm çalışma koşullarında istenen performansı verebilmesi için aynı zamanda değişik parametrelerden de kontrol edilmesi gerekir. Soğutma sisteminin de çalışması motor ve soğutma suyu sıcaklıkları aracılığı ile takip edilir. Sıcaklık sensörleri sistem üzerinde ölçtüğü değerleri göstergelere iletirler. Böylece sürücü tarafından motor soğutma sistemi denetlenmiş olur. Elektrikli fanlarda da yine sensörler sıcaklık değerini ölçerek fanın çalışıp çalışmaması için devrenin açılıp kapanmasını sağlamaktadırlar. Yakıt ve ateşleme sistemleri elektronik olarak kontrol edilen sistemlerde doğru karışım oranı ve ateşleme avansı verilebilmesi için de sıcaklık sensörlerinden yararlanılmaktadır. Motor soğukken daha zengin karışıma gereksinim duyulmaktadır. Çünkü soğuk motorda buharlaşma daha zor olduğu için zengin karışım gerekmektedir.

121 118 Şekil 6.9. Sıcaklık göstergeleri Şekil Sıcaklık sensörü 6.3. Soğutma Sistemi Hesapları Bir içten yanmalı motorda yanma sonucu açığa çıkan ısı enerjisi, Q m = N e. b e. H u (6.1) eşitliği ile hesaplanmaktadır. Soğutma donanımından dış ortama transfer edilen enerji ise, Q s = ƞ. Q m ' dir. (6.2) Hava soğutmalı motorlarda soğutma için gerekli hava debisi, Bu eşitliklerde; Q m N e b e H u Q s = Yanma sonucu meydana gelen ısı enerjisi (kj) = Motorun efektif gücü (kw) = Özgül yakıt tüketimi (kg/kwh) = Yakıtın ısıl değeri (kj/kg) = Soğutma donanımı ile atılan ısı miktarı (kj) (6.3)

122 119 ṁ = Motor çevresinde dolaşan soğutma hava miktarı (m 3 /h) c v T a1 T a2 = Havanın sabit hacimdeki özgül ısısı (kj/kgh) = Havanın ilk sıcaklığı (K) = Havanın son sıcaklığı (K) γ a = Havanın özgül kütlesi (kg/m 3 ) Su ile soğutmalı motorlarda gerekli su debisi, Radyatör peteklerinin toplam soğutma alanı, (6.4) 6.4 ve 6.5 no lu eşitlikte kullanılan semboller ve anlamları, ṁ = Soğutma suyu debisi (kg/h) c w T w1 T w2 = Suyun özgül ısısı (4,19 kj/kgk) = Radyatör giriş sıcaklığı (K) = Radyatör çıkış sıcaklığı (K) A R = Radyatör peteklerinin toplam alanı (m 2 ) k = Isı iletim katsayısı (kj/m 2 K) T a1 = Radyatör peteklerine gelen hava sıcaklığı (K) (6.5)

123 YAĞLAMA DONANIMI Motorlarda birbirleriyle sürtünerek çalışan birçok hareketli parça bulunmaktadır. Pistonun silindir içerisindeki doğrusal hareketi kam mili, krank mili gibi parçaların yataklarındaki dairesel hareketi supapların, supap kılavuzlarındaki doğrusal ve açısal hareketi sürtünen parçalara örnek oluşturmaktadır. Birbirleri ile temas halindeki parçalar sürtünme etkisi ile bir süre sonra gerçek görevlerini yerine getiremez hale gelmektedirler. Bu husustaki ayrıntılar yağlar ve yakıtlar bölümünde incelenmişti. Parçaların birbirleri üzerinde kuru değil de arada bir yağ filmi ile temas halinde olması gerektiği sonucunu hatırlatmakta yarar vardır. Buradan hareketle içten yanmalı motorlarda da ayrıca bir yağlama sistemi bulunmaktadır. Yağlama donanımı yeter miktardaki yağı hareketi motor parçaları arasında dolaştırarak, 1) Hareket eden parçaları yağlamak suretiyle aşıntıyı önlemek, 2) Sürtünmeden dolayı meydana gelebilecek güç kaybını azaltmak, 3) Sürtünen parçalar üzerindeki ısıyı alarak soğutma donanımına yardımcı olmak, 4) Yataklarla diğer hareket eden motor parçaları arasındaki vuruntuyu ve gürültüyü azaltarak motorun ömrünü artırmak, 5) Segmanlarla silindirler arasındaki boşlukları doldurarak sızdırmazlığı sağlamak, 6) Yabancı madde ve pislikleri motor parçalarından uzaklaştırarak motor parçalarını temizlemek, görevlerini yerine getirir. Farklı koşullar altında bulunan motor parçalarının yağlanması için günümüze kadar birçok tipte yağlama yöntemi uygulanmıştır. Karterdeki yağın ilgili parçalar arasından dolaştırarak tekrar kartere geri gelmesi işleminde kullanılan başlıca metotlar; 1) Elle yağlama 2) Damlama ile yağlama 3) Fitilli yağlama 4) Banyolu yağlama 5) Çarpmalı yağlama 6) Pompalı ve çarpmalı yağlama 7) Basınçlı çarpmalı yağlama 8) Basınçlı yağlama 9) Tam basınçlı yağlama Başlı başına bir sistem olmamakla birlikte iki zamanlı küçük motorlarda kullanılan bir yağlama şeklide karışımla yağlamadır. Bu sistemde yağ benzine

124 121 karıştırılır. Benzinle beraber silindire giden yağın bir kısmı yanar. Geriye kalan kısmı yağlama görevini yaptıktan sonra egzozdan dışarıya atılır. Yukarıda sıralanan yağlama yöntemleri içerisinde günümüzde en çok kullanılan yöntem tam basınçlı yağlamadır. Elle yağlama ilk montaj anında, banyolu yağlama dişli kutularında, fitilli yağlama distribütör mili burcu, marş motoru ve alternatör yataklarının yağlanmasında kullanılmaktadır Çarpma Yağlama Sistemi Hareket eden motor parçalarını yağlamakta kullanılan en basit bir yöntemdir. Biyel başında delikli ve çıkıntılı bir yapıda bir kepçe bulunmaktadır. Biyel başındaki kepçe karter içindeki yağa dalarak aldığı yağı motorun üst parçalarına doğru savurur. Bu ince yağ zerreleri supap sistemine, silindir yüzeylerine, segmanlara ve yataklara yağlama yapar. Günümüzde hava kompresörlerinde çarpma yağlama yöntemi sıkça kullanılmaktadır. Biyel-piston mekanizması ve silindirler bu yöntem ile yağlanmaktadır. Şekil 7.1. Çarpma yağlama sistemi 7.2. Çarpma-Basınçlı Tipi Yağlama Bu karma yağlama sisteminde yağlama kepçeleri altında yağlama gözleri bulunmaktadır. Yağ pompası bu gözlere ve ana yağlama kanalına yağ basmaktadır. Biyel yatakları, silindir yüzeyleri çarpma yağlama ile yağlanır. Supap sistemi, krank mili ve kam mili ise pompanın sevk ettiği yağlar ile yağlanmaktadır. Bu tip yağlama donanımı içten yanmalı motorlarda artık terk edilmiştir. Bu tip yağlamanın yerini tam basınçlı yağlama sistemi almıştır.

125 122 Şekil 7.2. Çarpma ve basınçlı yağlama sistemi 7.3. Tam Basınçlı Yağlama Sistemi Tam basınçlı yağlama sisteminde bulunan bir yağ pompası motor bloğunun alt tarafına bağlanmıştır. Yağ pompası tarafından karterden emilen yağ pompa emiş borusu ağzında bulunan bir süzgeçten geçtikten sonra pompa girişine gelir. Yağ pompası karterden emdiği yağı belirli bir basınçla silindir bloğunda bulunan ana yağ kanalına gönderir. Buradan yardımcı kanallar aracılığı ile motorun ana yataklarına ve eksantrik yataklarına sevk edilir. Ana yataklara gelen yağlar yatak yüzeylerinde bulunan yağ kanalları yardımı ile muylu kusunet yüzeylerine dağılır. Krank mili ana muylularından biyel muylularına uzanan çapraz kanallar yardımı ile biyel yataklarına gelen yağ biyel yataklarını da yağlar, Şekil 7.3. Şekil 7.3. Tam basınçlı yağlama sistemi T-Yağ doldurma kapağı, F-Filtre, Vf-Basınç emniyet supabı, G-Yağ basınç sensörü (yağ müşiri), L-Yağ seviye çubuğu, P-Pompa, V-Tahliye supabı, S-Tel yağ süzgeci

126 123 Silindirlerin yağlanması için biyel başında bir yağ püskürtme deliği bulunur. Bu püskürtme deliği motorun büyük yaslanma yüzeyine bakacak yönde açılır. Biyel muylusunda bulunan yağ deliği, biyel başındaki bu yağ püskürtme deliği ile pistonun her Ü.Ö.N. ya çıkışında karşılaşarak motorun silindirlerine bol miktarda yağ püskürtülür. Bu yağların fazlası segmanlar tarafından sıyrılarak kartere alınırken silindir yüzeylerinde ince bir yağ filmi kalır. Böylece silindirler, segmanlar ve pistonlar yağlandığı gibi yağlardan beklenen diğer görevler de yapılmış olur. Ana yağ kanalındaki yağ supap iticilerine, zaman ayar zincir ve dişlisine, supap sistemine, külbütör mekanizmasına ve yağlanması gerekli diğer kısımlara blok içindeki yardımcı kanallardan gönderilir. Tam basınçlı yağlama sisteminin temel parçaları yağ pompası, yağ filtresi ve yağ göstergesidir. 1) Yağ Pompaları Karterdeki yağı mevcut yağ delikleri ve kanallardan belirli basınç altında geçirerek motorda yağlanması gerekli olan muhtelif noktalara gönderen parçalardır. Yağ pompaları genellikle kam mili üzerinde bulunan bir helis dişliden hareketini alır. Yapılışlarına göre dişli, rotorlu, dişli-rotorlu, paletli ve pistonlu pompalar olarak sınıflandırılabilirler. Modern içten yanmalı motorlarda dişli tip yağ pompaları tercih edilmektedir. Yağ pompaları 3-4 barlık bir basınçla yağı sevk eder. Yağ pompalarının çalışma biçimleri genellikle birbirinin benzeridir. Bu nedenle sadece dişli tip yağ pompasının çalışma durumu incelenecektir. Dişli Tip Yağ Pompaları Pompa gövdesi içerisine iki dişli hassas olarak alıştırılmıştır. Bu dişlilerden biri döndüren diğeri ise döndürülen dişlidir. Döndüren dişli pompayı tahrik eden kam miline bağlıdır. Döndürülen dişli ise pompa içerisine yataklandırılmış bir mil üzerindedir. Bu iki dişli birbirine kavraşmış durumda olduğundan pompa miline hareket geldiği zaman birbirleri ile ters yönde dönerler, Şekil 7.4. bu dönüş sırasında dişlilerin arasında kalan boşluk bir tür kepçe görevini görür. Yağ pompanın giriş kanalından emilerek diş aralarına dolar ve diş araları ile gövde arasından taşınır.

127 124 Şekil 7.4. Dişli tip yağ pompasının çalışma durumu Çeşitli motor parçalarını yağlama üzere çıkış kanalından basınçlı olarak motorun ana yağ kanalına gönderilir. Dişliler birbirleriyle gayet iyi kavraşmış olduklarından ve dişlilerin bulunduğu pompa gövdesi de ancak dişlilerin dönebileceği kadar küçük bir toleransla yapıldığından yağ ters yöne yeni emme yönüne dönemez. Şekil 7.5. de dişli tip bir yağ pompasının parçaları görülmektedir. Şekil 7.5. Dişli tip bir yağ pompası ve parçaları 1-Pompa mili, 2-Gövde, 3-Döndüren dişli, 4-Döndürülen dişli, 5-Pompa kapağı, 6-Basınç ayar supabı, 7-Kapak tespit vidalar, 8-Pompa süzgeci Şekil 7.6. Rotorlu tip bir yağ pompası ve parçaları 1-Pompa tahrik dişlisi, 2-Pim, 3-Gövde, 4-Yağ pompası mili, 5-İç rotor, 6-Pim, 7-Dış rotor, 8-Kapak contası, 9-Pompa kapağı, 10-Kapak tespit cıvatası

128 125 Şekil 7.7. Yağ pompası komple görünüşü (Mazda) 2) Yağ Süzgeçleri ve Yağ Filtreleri Yağ süzgeçleri yağ pompasının emdiği yağın kaba pisliklerini süzmek için pompa emiş borusu ağzına ince telden yapılmış parçalardır. Bu süzgeç yağ pompasının çalışmasını engelleyebilecek büyük pislikleri süzerek pompanın çalışmasını kolaylaştırır. Ayrıca taşıtın hareketi sırasında karterdeki yağ seviyesinde bir değişiklik olsa bile süzgeç, özelliği itibari ile yağ seviyesinin üzerinde kalarak pompanın daima temiz yağ emmesini sağlar. Süzgeç pislik vs. yabancı maddeler yüzünden tıkandığı zaman pompanın emme etkisi ile içeri doğru çöker. Böylece tel süzgecin ortasında bulunan delik açılarak yağın bu delikten doğrudan pompaya geçmesini sağlar. Toz ve pislikler karbon zerrecikleri motorun çalışması sırasında yağa karışabilir. Bunlardan iri atıklar ve karbon parçaları genellikle karterin dibine çöker veya bir kısmı yağ emiş süzgeci tarafından tutulur. Fakat daha küçük parçacıklar motorda devreden yağ ile birlikte yataklara kadar giderek yatak ile muylu arasında sıkışıp her ikisinin de hasara uğramasına sebep olur. Bu gibi arızaları azaltmak ve önlemek için yağlama sistemlerinde yağ filtreleri kullanılır. Filtreler yağ pompasının gönderdiği yağın tamamını veya bir kısmını süzerek yabancı maddelerin sisteme zarar vermesini önler. Yağ filtreleri elemanı değiştirilebilir tip, çok plakalı tip ve tek parçalı tip olmak üzere üçe ayrılırlar. Gerek kullanım kolaylığı ve gerekse temizleme hassasiyetinin yüksek olması sebebiyle tek parçalı tip yağ filtreleri daha çok kullanılmaktadır.

129 126 Şekil 7.8. Tek parçalı filtre ve kısımları Yağ filtrelerinde aranan özellikler aşağıdaki gibi sıralanabilir. Filtre katı parçacıkları tam olarak tutmalıdır. Su ve yakıt gibi sıvı yabancı maddeleri de ayırmalıdır. Motorun farklı yüklenişlerinde ve tüm çalışma süresince etkinliği değişmemelidir. Akış direnci küçük olmalıdır. Pisliklerin filtre kabı dibinde toplandığı koşullarda bile yeterli yağ dolaşımı sağlanmalıdır. Yüksek yağ basınçlarında görevini yapabilmelidir. Bakımı kolay ve ekonomik olmalıdır. 3) Yağ Basınç Ayar Supabı Yağ pompası motor parçalarının yağlanması için gerekli yağ miktarından daha fazlasını motor devrinin yükselmesi ile emebilir. Bu nedenle motor hızına bağlı olarak pompa çıkış basıncının yükselmemesi için ana yağ kanalının herhangi bir yerine veya pompa içerisine basınç ayar supabı yerleştirilir. Basınç ayar supapları sistem basıncının üzerine çıkan bir artış olduğu takdirde yağın kısa devre yaparak yataklara gitmeden bir miktarının kartere geri dönmesini sağlar.

130 127 Şekil 7.9. Pompa gövdesine yerleştirilmiş basınç ayar supabı 1-Supap, 2-Yay, 3-O ring, 4-Tespit cıvatası Basınç ayar supabı çalışmaz ise motor yüksek hızlarda çalışırken yağın basıncı da çok yükselir. Yüksek basınç etkisi ile silindir yüzeylerine fazla miktarda sıçrayan yağları yağ segmanları sıyıramaz. Krank yağ keçeleri hasara uğrar. Bu özelliklerinden dolayı basınç ayar supabının sistem içerisinde önemli bir yeri vardır. 4) Yağ Göstergeleri Yağlama sisteminin önemli parçalarından birisi de yağ basınç göstergeleridir. Yağ basıncının emniyetli sınırların dışına çıktığında sürücüyü uyarır. Motorun yağsız kalma veya arızalı durumunu belirtir. Yağ basıncının düşmesi özellikle krank mili yataklarında önemli bir arıza olduğunun ipuçlarını verir. Genel olarak iki tip yağ basınç göstergesi vardır. Basınçlı Tip Yağ Göstergesi Şekil da görüldüğü gibi basınçlı yağ göstergelerinde kıvrık bir burdon tüpü kullanılır. Bu tüpün bir ucu bağlı ve diğer ucu serbesttir. Motorun ana yağ kanalına bağlı olan bir borudan gelen basınçlı yağ eğri boruya geldiği zaman yağ basıncı arttıkça eğri tüp doğrulmaya çalışır. Bu hareket tüpün serbest ucunda bulunan dişli ve bağlantılar yardımı ile gösterge ibresine geçer. Bu durumda ibre gösterge kadranındaki bölüntüde basınç miktarını gösterir. Şekil Basınçlı tip yağ basınç göstergesi

131 128 Elektrikli Tip Yağ Basınç Göstergesi Elektrikli tip yağ basınç göstergelerinde yağ basınç kontrol lambası kullanılır. Devrede basınç arttıkça elektrik devresini açan ve basınç düşünce elektrik devresini kapatan bir tüp konmuştur. Basınç normal olduğu zaman lamba söner. Basınç düşünce lamba yanar. Bu tip göstergelerin tek sakıncası yağ basıncının ne kadar yüksek olduğunun anlaşılamamasıdır. Şekil Elektrikli tip yağ basınç göstergesi 7.4. Yağ Dolaşım Çeşitleri Yağ filtresi ana hat üzerinde Bu tip yağlama donanımında pompanın bastığı yağ geri tepme supabı ve filtre üzerinden geçerek yağlanacak kısımlara iletilmektedir. Böylece yağlama yağının tümü temizlenmektedir. Geri tepme supabı ile filtre arasında yüksek basınç emniyet supabı ve kısa devre supabı yer almaktadır. Geri tepme supabı motor stop edildiğinde yağ kanalları, filtre ve diğer elemanlardaki yağın kartere boşalmasını engellemektedir. İlk çalıştırma anında yağsız çalışma süreci en az düzeye inmektedir. Yüksek basınç emniyet supabı sistemi pompanın yüksek basıncından korumaktır. Soğuk motorlarda yağın viskozitesi yüksek olduğundan pompanın bastığı yağ yağlama noktalarından hızla akmaz ve basınç yükselebilir. Bu tip yağlama donanımlarında yağlama noktalarına giden yağın tümü filtre edilmektedir. Filtrenin tıkanması durumunda önlem alınmaz ise motor gereği gibi yağlanamaz. Filtreden sonraki kısımda basınç düşerse kısa devre supabı açılarak yağ buradan yağlanacak parçalara ulaştırılmaktadır.

132 129 Yağ filtresi geri dönüş hattı üzerinde Bu sistemde pompanın bastığı yağın bir kısmı filtre edilmeden yağlama noktalarına iletilmektedir. Pompa debisi önemli ölçüde büyük seçildiğinden gereğinden fazla olan yağ da filtre üzerinden kartere dönmektedir. Bu yapı üzerinde de geri tepme supabı ve yüksek basınç emniyet supabı yer almaktadır. Yağlama görevi yapacak yağ filtre üzerinden geçmediğinden bu tip donanımda kısa devre supabına gerek kalmaz. Ancak pompanın bastığı yağ içerisinde bulunabilecek pisliğin yağlama noktalarına gitme olasılığı vardır. Pompanın bastığı yağın % 5-8 kadarını filtre üzerinden almaktadır. Karterdeki yağın tümü bir saat içerisinde 7-8 defa filtreden geçirilerek iyi bir temizleme sağlanmaktadır. Motor Yağının Seviye Kontrolü Araç düz bir zemine alınır. Motor çalışıyor ise durdurulur. Yağın kartere süzülmesi için bir süre beklenir. Yağ çubuğu çıkarılıp temiz bir bez ile silinir. Silme işlemi üstüpü gibi toz bırakıcı maddelerle yapılmaz. Yağ çubuğu tekrar yerine takılır ve çıkartılır. Yağ çubuğuna yapışan yağ seviyesi kontrol edilir. Yağ seviyesi çubuk üzerinde bulunan iki işaret arasında olmalıdır. Yağ seviyesi düşük ise daha önce motora konulan yağ ile tamamlanır, fazla ise normal seviyeye inene kadar boşaltılır. Motor Yağının Değiştirilmesi Motor yağı katalogda tavsiye edilen sürede değiştirilir (bu süre binek araçlar için km arasında, dört zamanlı motor bulunan motosikletlerde km arasındadır). Motor sıcak ise biraz soğuması beklenir. Soğuk ise motor ılınana kadar çalıştırılır ve durdurulur. Karter boşaltma tapası sökülerek eski yağ temiz bir küvete alınır. Motor içindeki yağın süzülmesi için bir süre beklenir. Filtre değişecek ise eski filtre sökülür. Yeni filtrenin lastik contası yağlandıktan sonra yerine takılıp elle sıkılır. Karter tapasına yeni conta takılarak yerine elle birkaç tur çevrilerek takıldıktan sonra anahtarla yeterince sıkılır. Motora gerektiği kadar yağ konur. Motor çalıştırılır. Karter tapasından ve filtre contasından yağ sızıp sızmadığı kontrol edilir Karter Havalandırma Düzeneği Yanma sonucu havadaki oksijenle yakıt içerisindeki hidrojenin birleşmesiyle su (H 2 O) meydana gelir. Bu su, motor sıcak ve çalışırken egzoz gazlarıyla beraber su buharı halinde motordan dışarıya atılır. Fakat motor soğuk iken bu su buharının bir kısmı yoğunlaşarak piston-silindir arasından kartere iner. Soğuk motorun sebep olduğu diğer önemli olay yanma odasındaki karışımın içerisinde bulunan benzinin

133 130 yoğunlaşmasıdır. Yoğunlaşan benzin silindir yüzeylerini yıkayarak kartere iner, yağı inceltir ve yağlama yeteneğini azaltır. Motor çalışma sıcaklığına ulaştıktan sonra karter içerisindeki su ve benzin buharlaşacaktır. İşte bu su ve benzin buharlarını dışarıya atan düzeneklere karter havalandırma tertibatı denilmektedir. Karter havalandırma düzeneği iki değişik biçimde motorda kullanılmıştır. 1) Giriş borulu karter havalandırma düzeni İlk tasarlanan karter havalandırma düzeni olup günümüzde artık kullanılmamaktadır. Bu sistemde bir giriş borusu ve ucundaki hava süzgeci ile ucu eğik kesilmiş çıkış borusundan oluşmaktadır. Taşıt hareket halinde iken karterin altından geçen hava akımı ucu eğik kesilmiş çıkış borusunun ağzında lokal bir vakum oluşturur. Bu vakum etkisi ile karterde basınç değişikliği olur ve giriş borusundan temiz hava kartere dolar. Taşıt hareket ettikçe giriş borusundan giren hava çıkış borusundan çıkarken karterdeki zararlı buharları da dışarı atar. Sistemin en büyük sakıncası taşıt durduğu veya yavaş hareket ettiği hallerde havalandırma yapılmamasıdır. 2) Kapalı tip karter havalandırma sistemi Bu sistemde karterdeki zararlı buharlar emme manifoldu vakumu ile emilip silindirlere alınır. Buradan da egzoz gazları ile dışarı atılırlar. Bu havalandırma düzeneğinde taşıt hareket etse de etmese de manifoldda vakum olduğu sürece karter havalandırılır. Bu düzenekli motorlar mümkün olduğu kadar 60 C nin üstünde çalıştırılarak zararlı gazların dışarı atılması sağlanmalıdır, Şekil Şekil Kapalı tip karter havalandırma sistemi

134 Yağ Pompasına İlişkin Hesaplar Yağ pompasının içten yanmalı motordan istediği tahrik gücünün hesaplanmasında pompanın debisi ve yağlama için gerekli basınç önemli iki etkendir. Yağlama basıncı genellikle 2,5-5,5 bar arasındadır. Sistemde devreden yağ miktarı motorun özelliğine ve karter hacmine bağlıdır. Yağlamanın soğutma sistemine de yardımcı olduğu düşünülerek olabildiğince fazla yağ dolaştırılmalıdır. Bu miktar ortalama l/kwh olmaktadır. Pompanın tahrik gücü; (7.1) Eşitliği ile hesaplanmaktadır. Bu eşitlikte; N p Q p = Pompanın tahrik gücü (kw) = Yağın debisi (m 2 /s) γ = Yağın yoğunluğu (kg/m 3 ) P p = Pompanın basma basıncı (N/m 2 = Pa) µ p = Pompanın verimi Örnek: Gücü 40kW, devreden yağ miktarı 44 l/kwh olan bir motorun yağ pompasının ortalama 4 barlık bir basınç verebilmesi için tahrik gücünü hesaplayınız. (µ = 0,75, γ 0,9 kg/m 3 ) Çözüm: Bir saatte devredecek toplam yağ miktarı; Q = = 1760 l/h olarak bulunur. Buradan saniyede m 3 olarak debi hesaplanabilir. Yağlama basıncı da 4 bar = Pa olduğundan gerekli güç; Olarak elde edilir.

135 YAKIT DONANIMI 8.1. Buji ile Ateşlemeli Motorların Yakıt Donanımı Karbüratörlü Yakıt Sistemi Yakıt sisteminin görevi, yakıtı taşıt üzerinde güvenli bir şekilde depolamak, motor çalışırken bu yakıtı çeşitli yöntemlerle hava ile karıştırarak yanabilecek bir karışım hazırlamak ve bu karışımı motor silindirlerine ulaştırmaktır. Bunların haricinde de motora giden havanın temizlenmesi de yakıt donanımının görevleri arasındadır. Bu bölümde benzin motorlarında kullanılan yakıt sistemlerinden söz edilecektir. Yakıt donanımı motorda en çok arıza yapan yerlerden biridir. Çeşitli tıkanıklar, ayar bozuklukları şeklinde kendini gösteren bu arızaların saptanması ve arızaların giderilmesi için sistemin yapısı ve işleyişinin iyi bilinmesi gerekir. Buji ile ateşlemeli motorlarda (BAM) kullanılan en yaygın yakıt benzindir. LPG, hidrojen gibi alternatif yakıtlarda kullanılmasına rağmen BAM lar için benzinli motor ifadesi daha çok tercih edilmektedir. Bu nedenle kimi yerlerden BAM, kimi yerlerde de benzinli motor kavramı kullanılmakla birlikte her ikisi de aynı olguyu işaret etmektedir. Şekil 8.1. Yakıt donanımının temel elemanları Yakıt Deposu ve Yakıt Boruları Yakıt deposu genellikle otomobilin arka kısmına şasi çevresine bağlanır. Genellikle pres edilmiş çelik saclardan imal edilmiş olup korozyonu önlemek amacıyla içi kurşun ve çinko gibi malzemelerle kaplanır. Yakıt depolarının içinde uygun aralıklarla delikli bölmeler, deflektörler bulunur. Bu bölmelerin amacı taşıtını duruş-kalkışlarında, sarsıntılı çalışmalarında ve viraj esnasında yakıtın çalkalanmasını önlemektir. Böylece yakıtın köpürmesinin ve statik elektrik yükü ile yüklenmesinin önüne geçilmiş olur. Yakıt deposu taşıtı belli bir mesafe götürebilecek kapasitede yapılır.

136 133 Yakıt deposunda plastik veya tel gereçlerden yapılmış süzgeçler bulunur. Yakıt içerisinde bulunma ihtimali olan pisliklerin yakıt donanımının diğer kısımlarına geçmesi süzgeç tarafından önlenir. Bu filtre yakıt borusunun depoya bağlanan ucunda bulunur. Yakıt besleme pompasının emdiği bütün yakıt bu süzgeçten geçer. Yakıt borusunun ucu deponun içinde biraz çıkıntı yaparak dibe çöken pisliklerin boruyu tıkaması önlenir. Yakıt boruları genellikle çekme borulardır. Bugünkü taşıtlarda benzine dayanıklı yapay kauçuk veya plastikten borular da kullanılabilmektedir. Deponun dış hava basıncı ile irtibatını sağlamak için depo kapağında veya deponun uygun bir yerinde havalandırma borusu bulunur. Yakıt depodan çekildiğinde içeride düşük basınç oluşmaz. Ayrıca sıcak günlerde yakıtın ısınmasıyla oluşacak yakıt buharları da dışarıya atılarak yüksek basınç oluşması engellenir. Şekil 8.2. Yakıt deposu 1- Depo, 2- Depo şamandıra kapağı, 3- Tespit cıvatası, 4- Gidiş-dönüş boruları, 5- Depo doldurma borusu, 6- Depo kapağı ve kilidi Donanımdaki yakıt miktarını sürücüye ikaz eden göstergelerde yakıt deposu üzerinde bulunmaktadır. Bugün taşıtlarda kullanılan yakıt göstergeleri bobinli tip ve termostatik tip olmak üzere iki ayrı cinste yapılmaktadır. Her iki tip göstergede bir yakıt deposu kısmı bir de sürücü mahallindeki gösterge kadranı olmak üzere iki kısım bulunur. Elektronikteki gelişmelerle birlikte analog göstergelerin yerini artık dijital göstergeler almış bulunmaktadır. Şekil 8.3. Manyetik tip yakıt göstergesi basit devre şeması 1- Şamandıra, 2- Şamandıra ayarlı direnci, 3- Gösterge kadranı, 4- Kontak anahtarı

137 134 Şekil 8.3. de gösterilen devrede sürücü tarafındaki kadranda iki adet bobin bulunmaktadır. Bu iki bobin arasına bir döner mıknatıs yerleştirilmiştir. Bu bobinlerden B1 bobini devreye seri, B2 bobini ise paralel bağlanmıştır. Depo içerisinde bulunan şamandıra topu, yakıt seviye durumuna göre aşağı yukarı hareket etmektedir. Şamandıranın bu hareketi ile ayarlı direnç üzerindeki sürgü de sağa sola hareket edebilmektedir. Depo dolu iken şamandıra en yüksek konumunu alır. Ayarlı direnç üzerindeki sürgü en sağa gelerek devre direncinin maksimum olmasını sağlar. Böylece seri bağlı B1 bobin devresinden geçen akım azalır. Döner mıknatıs B2 bobinine doğru hareket eder. Mıknatısa bağlı olan gösterge ibresi de F (full = dolu) tarafında bulunur. Yakıt seviyesi düştükçe şamandıra aşağıya doğru inmeye başlar. Ayarlı direnç sürgüsü de devre direncini azaltan yöne sola doğru ilerler. Böylece seri devre akımı yükseleceği için B1 bobini üzerindeki manyetik alan şiddeti artar. Döner mıknatısı B1 bobinine doğru yönelince ibre de E (emty = boş) yazısına doğru ilerlemiş olur. Gösterge kadranındaki bu hareket sürücünün yakıt seviyesini kontrol etmesine olanak verir. Elektronik göstergelerde depo yakıt seviyesi bir algılayıcı tarafından okunarak elektronik kontrol ünitesine akım şiddeti olarak aktarılır. ECU bu değeri nümerik değere dönüştürerek sürücü kısmındaki ekrana iletir. Aynı zamanda bünyesindeki mikro işlemci aracılığı ile mevcut çalışma koşulları altında depoda bulunan yakıtla kaç km daha gidilebileceği sürücüye nümerik olarak bildirilir. Yeni nesil taşıtlarda yol bilgisayarı tarafından sesli olarak da sürücü uyarılmaktadır. Yakıt Besleme Pompaları Alçak depolu yakıt sistemlerinde yakıtı depodan alıp karbüratöre ulaştırmak için bir yakıt pompasına ihtiyaç vardır. Bu pompalar mekanik ve elektrikli olmak üzere ikiye ayrılırlar. Mekanik pompalar daha ucuz ve basit olduklarından en çok kullanılan pompa tipidir. Bu pompalar hareketlerini motordan aldıklarını için daima buhar tamponu yapma tehlikesi vardır. Bu yüzden motorun fazla sıcak olmayan bir yerine yerleştirilmeleri gerekir. 1) Mekanik Pompalar Şekil 8.4. de görülen mekanik pompa emme hareketini kol aracılığı ile kam milinden alır. Eksantrik pompa kolunu itince kolun diğer ucu diyafram yayını yenip diyaframı aşağı çeker. Diyafram aşağıya inerken üstte meydana gelen boşluğa emme supabı yolu ile depodan yakıt emilir. Giriş rakorundan gelen yakıt emme supabından geçip diyaframın üstündeki boşluğa dolar. Eksantrik kol serbest bırakılınca yay diyaframı yukarıya iter ve sıkışan yakıt basma supabından çıkarak karbüratöre gider.

138 135 Sabit seviye kabı dolup şamandıra iğnesi kapanınca diyafram aşağıya basılı durumda kalır. Bu durumda iki parçalı olan kolun diyaframa bağlı olan tarafı sabit dururken öbür ucu ortasındaki küçük yay tarafından devamlı kama basılı tutulur ve hareket etmeye devam eder. Sabit seviye kabında yakıt seviyesi azalınca diyafram yeniden çalışmaya başlar. Böylece sabit seviye kabı boşalıncaya kadar pompa yakıt göndermez. Bir başka yöntemde de geri dönüş kanalı olarak üçüncü bir yol vardır. Şamandıra iğnesi kapatınca fazla yakıt buradan depoya geri döner. Mekanik tahrikli pompaların çıkış basıncı 1,5-3,5 bar; emme vakumu ise 0,25 bar kadardır. Şekil 8.4. Mekanik yakıt pompası kesiti 1- Kam mili, 2- Pompa kolu (levyesi), 3- Kol kontrol yayı, 4- Yakıt girişi, 5- Emme supabı, 6- Basma supabı, 7- Yakıt çıkışı, 8- Diyafram, 9- Açık hava girişi, 10- Diyafram kontrol yayı, 11- Diyafram itme kolu Şekil 8.5. Mekanik yakıt pompası 2) Elektrikli Yakıt Pompası Elektrikli pompalar motordan uzak bir yere konularak buhar tamponu sorunu önlenmek istenmiştir. Kontağı açar açmaz çalışmaya başlayarak boş olan karbüratörü doldurmak gibi üstünlükleri olmakla birlikte mekanik pompalardan daha pahalı olduklarından az kullanılır.

139 136 Elektrikli pompalar günümüz taşıtlarında depo içerisine yerleştirilmiş olup enjeksiyonlu motorlarda kullanılmaktadır. Hava Filtreleri Motorun emdiği havanın içindeki tozların temizlenmesi motorun ömrü bakımından çok önemlidir. Motor yağı ile karışan bu tozlar zımpara taneciği gibi aşındırıcı bir madde oluşturacak motor parçalarını hızla aşındırır. Silindirler içerisinde derin çizikler meydana getirirler. Hava filtrelerinin bundan başka çok önemli iki görevi vardır. Bunlardan birincisi alevi diğeri de emme sesini boğmaktır. Benzin motorlarında öksürme sonucu karbüratörün tutuşması çok sık görülen bir olaydır. Eğer karbüratörün üzerinde hava filtresi varsa alev filtre içinde kalıp söner ve motor tutuşmaz. Motor çalışırken karbüratör girişinde çok kuvvetli bir hava sesi meydana gelir. Hava filtresi bu sesi de boğarak duyulmaz hale getirir. Hava filtreleri kuru ve yaş olmak üzere ikiye ayrılır. 1) Yağ Banyolu Yaş Tip Hava Filtreleri: Bu filtreler yağ kabı ve metal talaşları olmak üzere iki kısımdan meydana gelir. Kabın içerisine motor yağı konur. Hava dikey olarak yağa girdikten sonra 180 yön değiştirir. Hava kolayca yön değiştirirken havadan ağır olan tozlar yağa çarpıp orada kalırlar. Bundan sonra hava yağla ıslanmış olan metal talaşlarının arasından geçerken içinde kalmış olan tozları da orada bırakır. 2) Kuru Tip Hava Filtresi: Kuru tip hava filtrelerinde eleman olarak kağıt kullanılmaktadır. Hava filtre elemanının dışından içine doğru akar. Bu sırada üzerinde bulunan istenmeyen maddeler temizleme elemanı tarafından tutulur. Yakıt sistemine temiz hava gönderilmiş olur. Yapımcılar otomobillerinde kullanılan kağıt elemanlara genel olarak km lik bir ömür tanımaktadırlar. Bu süre içerisinde filtre elemanları zaman zaman normal hava akımının ters yönünde basınçlı hava tutularak temizlenmelidir. Şekil 8.6. Yağ banyolu hava filtresi kesiti ve resmi 1-Kapak tespit kelebeği, 2-Filtre kapağı, 3-Filtre elemanı, 4-Gövde ve yağ kabı, 5-Yağ seviyesi

140 137 Şekil 8.7. Kağıt elemanlı kuru tip hava filtresi ve kısımları Karbüratörler Karbüratörler motorun değişik çalışma koşullarına göre yakıt ile havayı kolayca yanabilecek şekilde karıştırır. Bir kg benzinin yanabilmesi için tam olarak 14,7 kg hava (yaklaşık olarak 15 kg) gerekir. Buna kimyasal olarak doğru karışım veya stokiyometrik değer denir. Oran olarak hava-yakıt oranı veya yakıt-hava oranı olarak söylenebilir. Stokiyometrik değer yakıt hava oranı cinsinden 1/15; hava yakıt oranı cinsinden 15/1 veya sadece 15 yazılabilir. Fakir karışımda hava fazlalığı, zengin karışımda ise hava eksikliği söz konusudur. Bu durum hava fazlalık katsayısı ile belirtilir ve λ ile gösterilir. Karışımın yanabilmesi için benzinin hava içine incecik zerrecikler halinde yayılması ve buharlaşması gerekir. Benzinin küçük zerrecikler haline getirilmesine yakıtın atomizasyonu veya tozlaştırılması denir. Karışımın her noktasında yakıthava oranının aynı olmasına ise karışımın homojenliği denir. Ventüri Prensibi Hava basıncı statik ve dinamik basınç olmak üzere iki kısımdan oluşur. Durgun havada dinamik basınç sıfır olduğundan toplam basınç statik basınca eşittir. Hava harekete geçince hareket yönünde bir dinamik basınç oluşur. Dinamik basınç artarken statik basınç azalır.

141 138 Şekil 8.8. Ventüri prensibi Şekil 8.7. de statik basınç azalmasının etkisi daha iyi anlaşılmaktadır. Şekildeki borunun her kesitinden geçen hava debisi aynıdır. Bernoilli teoremine göre; debinin aynı kalabilmesi için dar kesitte hava daha hızlı hareket eder. Havanın hızı arttıkça akış yönündeki dinamik basıncı da artar. Akış yönüne dik eksendeki statik basıncı ise azalır. Bu nedenle kesitin dar olduğu yerde bulunan tüpteki cıva yüksekliği geniş olan yerlerdekine göre daha çok artar. Kesitler aynı olduğu halde sağdaki tüpteki cıvanın soldakine göre daha fazla yükseldiği görülür. Bunun nedeni havanın dar kısmından geçerken sürtünmenin meydana getirdiği basınç kaybıdır. Basınç kaybını azaltmak için bu dar boğazın özel bir şekilde yapılması gerekir ve buna Ventüri denir. Hız ve basınç arasındaki ilgiyi belirten prensibe Ventüri prensibi denir. Ventüri prensibi kısaca bir borudan akan akışkanın hızı arttıkça borunun cidarlarına yaptığı basınç azalır biçiminde tanımlanır. Şekil 8.9. Basit karbüratörün kısımları 1-Yakıt borusu, 2- Taşırma supabı, 3- Şamandıra, 4- Fıskiye, 5- Ventüri, 6- Gaz kelebeği

142 139 Basit Karbüratör Şekil 8.9. da basit bir karbüratörün yapısı görülmektedir. Bu karbüratörde bir ventüri, yakıtı ventürinin dar yerine götüren bir fıskiye, yakıt miktarını ölçmek için fıskiye ucuna konmuş bir yakıt memesi ve bir de emilen karışım miktarını kontrol etmek için gaz kelebeği bulunmaktadır. Emilen hava ventüriden geçerken meydana gelen basınç azalması etkisiyle, atmosfer basıncı benzini sabit seviye kabından fıskiyenin diğer tarafının bulunduğu ventürideki alçak basınç bölgesine iter. Fıskiyenin ucundan taşan yakıt ventüriden hızla geçen havanın içine karışarak birlikte silindire gider. Ancak hava ve yakıtın kimyasal ve fiziksel farklılıkları, debilerinin de farklı olmasına yol açmaktadır. Hava debisi emme zamanında pistonun ufak hareketi ile meydana gelen vakum etkisi ile akmaya başlarken yakıt aynı reaksiyonu gösteremez. Yakıtın akmaya başlayabilmesi için yüzey geriliminin bir başka ifade ile yakıtın fıskiye yüzeyine yapışma kuvvetinin de yenilmesi gerekir. Şekil Basit karbüratörde hava ve yakıt debilerinin değişimi Şekil dan da anlaşılacağı gibi yakıt debisi ile hava debisi M noktasında kesişir ve bu noktada hava-yakıt oranı 15/1 olur. A noktasına kadar yakıt akışı olmadığından OA arasında karışım değil sadece hava vardır. Basınç farkı ve devir arttıkça M noktasından sonra yakıt debisi hava debisini geçer ve bu noktadan sonra karışım gittikçe zenginleşir. Karışımın zenginliği M 1 noktasından sonra buji ile ateşlenemeyecek kadar fazladır. Modern bir karbüratör motorun her bir devrinde çalışmayı sağlayacak karışım oranını belirleyebilmelidir. Şekil de modern karbüratörün karışım eğrisi ile basit karbüratörün karışım eğrisi karşılaştırılmıştır.

143 140 Şekil Basit ile modern karbüratörlerin karışım eğrileri Şekil de görüldüğü gibi motorun düşük devirlerinde yani emilen havanın az, manifold vakumunun düşük olduğu durumlarda basit karbüratör karışım hazırlayamamaktadır. Bu durum motorun rölanti devri gibi düşük devirlerde çalışamayacağını göstermektedir. Fakat modern karbüratörde AB noktaları ile gösterilen bölgede ise bu koşullarda iken karbüratörün zengin bir oran hazırladığı ve motorun çalışmasına olanak sağladığı görülmektedir. Basit karbüratörde karışımın ancak H noktasından sonra hazırlanabildiği görülmektedir. G noktasından sonra ise karışım kontrolsüz bir şekilde zenginleşmektedir. Gaz kelebeğinin en geniş çalışma aralığını ifade eden bu bölümde (GF noktaları arası) basit karbüratör ekonomik bir yakıt tüketimi verememektedir. Karışımın aşırı zenginleşmesinden dolayı da motor havanın az olması sebebi ile boğulacaktır. Modern karbüratör ise BC aralığı gibi motorun en geniş aralığında stokiyometrik bir karışım oranı hazırlayarak motorun daha ekonomik çalışmasını temin etmektedir. Gaz kelebeği açıklığının tam gaz olduğu CD noktaları arasında ise motorun ihtiyacı olan karışım zenginliğini artırabilmektedir. Bu farklılıklar modern karbüratöre eklenen yardımcı devreler aracılığı ile meydana gelmektedir. Karbüratörün sadece ventüri bölgesi kullanılmayıp çalışma rejimine uygun diğer unsurlardan da yararlanılmaktadır. Bu faktörler aşağıda belirtilmektedir. Modern bir karbüratörden istenen özellikler aşağıdaki gibi özetlenebilir; 1) Gaz kelebeğinin çeşitli açıklıklarında uyan değişik hız ve yüklere uygun oranda ve iyi bir şekilde atomize edilmiş homojen bir karışım verilmelidir. 2) Soğuk havalarda ilk hareketin kolay olmasını sağlamalıdır.

144 141 3) Motorun rölantide düzgün ve fazla yakıt sarfiyatına sebep olmadan çalışması sağlanmalıdır. Rölantiden yüksek hıza geçerken düzgün bir geçiş yaptırmalıdır. 4) Gaza ani basıldığında en iyi kapışı sağlamalıdır. 5) Gaz kelebeği tamamen açıldığı zaman karbüratör içindeki kıvrımlar, boğuntular ve sürtünme yüzünden aşırı bir basınç kaybına uğramadan silindirlere doğru oranda ve en fazla miktarda karışım gidebilmelidir. 6) Sıcaklık değişikliği, barometrik basınç veya yükseklik değişmesi ve havanın nem derecesinin değişmesi gibi çeşitli iklim şartlarında iyi bir çalışma sağlanmalıdır. 7) Yakıtta en yüksek ekonomiyi sağlamalıdır. Modern Bir Karbüratörde Bulunan Devreler 1. Şamandıra Devresi: Şamandıra devresi, şamandıra kabı ve şamandıra iğnesi olmak üzere üç parçadan oluşur. Şamandıra kabı, karbüratörün ihtiyacı olan benzini hazır bulundurur. Yakıt pompası çalıştığı müddetçe karbüratöre yakıt gönderir. Ancak pompanın gönderdiği bu yakıt tamamen harcanmaz. Şamandıra devresinin görevi karbüratörde belli bir seviyede bir miktar yakıt hazır bulundurmaktadır. Bu seviye azalacak olursa şamandıra kabına benzin alınır, seviye yeterli olunca pompanın gönderdiği yakıt içeri alınmaz. Şekil Basit bir şamandıra ve rölanti devresi 1- Yakıt girişi, 2- Şamandıra iğnesi, 3- Şamandıra, 4- Sabit seviye kabı, 5- Ana meme, 6- Rölanti yakıt memesi, 7- Ventüri, 8- Hava akışı, 9- Gaz kelebeği, 10-Rölanti hava memesi, 11- Rölanti karışım ayar vidası

145 Rölanti Devresi: Motorun alçak hızlarda emdiği hava miktarı ve ventüriden geçiş hızı da çok az olacağından yüksek hız fıskiyesi ucundan yakıtın akmasını sağlamaya yetecek kadar basınç düşmesi olmaz. Bu durumda ventürinin ortasına açılan fıskiyeden hiç yakıt akışı olmaz. Bu çalışma koşulunda yakıt-hava karışımı temin eden başka devrelerin bulunması gerekir. Bu devreye rölanti ve alçak hız devresi denir, Şekil Şekil Aşağı akışlı bir karbüratörde rölanti devresi 1- Hava girişi, 2- Rölanti hava memesi, 3- Rölanti hava meme taşıyıcısı, 4- Yakıt girişi (şamandıradan), 5- Rölanti karışım kanalı, 6- Rölanti karışım ayar vidası, 7-Rölanti karışım çıkış kanalı, 8- Dengeleme kanalı, 9- Gaz kelebeği, 10- Yüksek hız fıskiyesi Şekil de görüldüğü gibi gaz kelebeği kapalı ve motor düşük hızda çalışırken gaz kelebeği ve karbüratörün boğazından çok az miktarda hava (1) geçmektedir. Gaz kelebeğinin alt tarafında (manifold tarafında) yüksek bir vakum meydana gelmiştir. Buraya bir yakıt kanalı açılırsa (5) sabit seviye kabındaki yakıtın üzerine etki eden atmosfer basıncı yakıtın bu kanaldan rahatça akmasını sağlayacaktır. Böylece motorun en düşük devrinde bile karışım emilebilir. Hem yakıt miktarını istendiği gibi ayarlamak ve hem de yakıtın kolayca püskürerek dağılmasını sağlamak için yakıtın içerisine hava sızdırılır. Gaz kelebeği açıklığının artması ile birlikte rölanti kanalından akan yakıt miktarı da azalır ve rölanti konumunda çalıma düzensiz hale gelir. Meydana gelebilecek bu tür olumsuzlukları önlemek için gaz kelebeğinin üst kısmına yüksek hıza geçiş delikleri

146 143 (8) açılmıştır. Yakıtın bir kısmı rölanti yakıt çıkış deliğinden akmaya devam ederken bir kısmı da kelebek kapalı iken hava sızdıran delikten akmaya başlar. Böylece motor rölantiden yüksek hıza bir aksama olmadan düzgün bir şekilde geçer. 3. Yüksek Hız Devresi: Rölanti devrinin üzerindeki devirler için gerekli olan yakıthava karışımı yüksek hız devresinde hazırlanır. İstenilen yakıt ana meme tarafından ölçülür ve fıskiyeye gönderilir. Ventüriden akmakta olan hava ile karışan benzin atomize hale geçerek gerekli karışım temin edilir. Motor hızı ile orantılı olarak ventüriden geçen hava miktarı ve fıskiye ucunda meydana gelen vakum artar. Bu vakum artışı hava basıncının etkisi altında bulunan benzinin fıskiyeden çıkmasını da artırır. Yakıt debisindeki bu artış istenilenden fazla karışım zenginliği meydana getirir. Yakıt debisinin istenenden fazla artarak karışım zenginleşmesini önlemek için aşağıdaki yöntemler kullanılmaktadır. a) Yardımcı meme yöntemi b) Frenleyici hava yöntemi c) Konik veya kademeli iğne yöntemi d) Ventüri kesitini değiştirme ve sabit vakum yöntemi Bu yöntemlerden frenleyici hava yöntemi daha çok kullanıldığı için sadece frenleyici hava yönteminin çalışma esası aşağıda kısaca izah edilmiştir. Temel esas yakıt debisini motor devri artışına rağmen azaltabilmektir. Daha önce de ifade edildiği gibi yakıt debisi motor hızı arttıkça kontrolsüz bir şekilde artış göstermektedir. Karbüratörlerin çalışmasının da temelinde basınç farkı yatmaktadır. Yakıtın bulunduğu bölüm ile ventürinin bulunduğu bölüm arasındaki basınç farkı fıskiyeden yakıtın akmasını hava ile karışmasını sağlamaktadır. Bu bölgeler arasındaki basınç farkı ne kadar fazla olursa yakıt akışı da o nispette artmaktadır. Ancak fıskiyenin içi ile dışı arasındaki basınç farkı azalırsa yakıt debisi de azalacak ve karışım belli bir oranda sabitlenebilecektir. Frenleyici hava girişinden gelen hava motor hızına bağlı olarak fıskiyenin içi ile dışı arasındaki basınç farkını sürekli sabitlemeye çalışmaktadır. Böylece rölanti devri ile gaz kelebeği açıklığının tam gaz açıklığına kadar geçen işletim döneminde karışım oranı yaklaşık olarak 15/1 oranında sabitlenmiş olur. Bu işletim dönemine karbüratörlerde yüksek hız çalışma koşulu denilmektedir.

147 144 Şekil Frenleyici hava yöntemi prensip şeması 1- Frenleyici hava girişi, 2- Yakıt girişi, 3- Hava girişi, 4- Şamandıra, 5- Sabit seviye kabı, 6- Ana yakıt memesi, 7- Yardımcı yakıt kanalı, 8- Ventüri, 9- Fıskiye, 10- Gaz kelebeği Şekil Frenleyici hava yöntemine göre karışım oranının kontrol edilmesi Grafikten de görüldüğü gibi karışım oranı kontrol edilmez ise HGF eğrisi ile ifade edilen karışım oranı gittikçe zenginleşme eğilimindedir. G noktasında frenleyici hava tüpleri devreye girerek karışım zenginliği normal seviyeye çekilir. Karışım oran eğrisi H G F eğrisine dönüşür. F noktasında tekrar bir müdahale olmaz ise karışım yine kontrolsüz bir şekilde zenginleşecektir. Sistem tekrar devreye girerek karışım oranı ideal seviyeye düşürülür. Gaz kelebeği açıklığının rölanti üstü konumda ¾ açıklığına kadar olan çalışma rejimi bu şekilde devam edecektir. Karışım oranı G, G ve devam eden biçimde sabit bir oran yani 1/15 çevresinde tutulmaya çalışılmaktadır. Böylece motorun hem yakıt ekonomisi hem de performans açısından ideal bir çalışma sergilemesi sağlanmaktadır. 4. Güç Devresi: Şekil de görülen karışım eğrisinin son kısmını CD eğrisi şekline dönüştürerek en hızlı yanan ve tam gazda motordan en yüksek gücün elde

148 145 edilmesini sağlayan bir devredir. 12,5/1 13/1 oranındaki karışım güç devresi tarafından hazırlanarak motora gönderilmektedir. Güç devresi gaz kelebeği ¾ açıklıktan sonra çalışmaya başlamaktadır. Genel olarak güç devresi yüksek hız devresinin belirlediği yakıta ek olarak bir miktar daha yakıt veren bir düzenektir. Ana memenin sınırladığı yakıt paralel bir ikinci meme ile beslenmekte ya da konik veya kademeli iğne yöntemi ile artırılmaktadır. Şekil mekanik güç devresinin çalışması gösterilmiştir. Şekil Zenith karbüratöründe bulunan mekanik güç devresi 1- Gaz kolu, 2- Kapış pompası, 3- Kapış pompası yayı, 4- Pompa itici çubuğu, 5- Pompa pistonu, 6- Şamandıra askı pimi, 7- Şamandıra iğnesi, 8- Şamandıra, 9- Yakıt kontrol supabı, 10- Güç memesi, 11- Tek yönlü supap, 12- Rölanti karışım ayar vidası, 13- Gaz kelebeği, 14- Rölanti devir ayar vidası, 15- Ventüri, 16- Fıskiye Şekil da mekanik kumandalı güç devresi görülmektedir. Bu karbüratörde gaz kelebeği tam olarak açılınca kapış pompasının pistonu (2) aşağıdaki güç devresi supabını (11) bastırıp açar. Bu durumda devamlı açık kalan supaptan geçen yakıt kapış fıskiyesinden (16) akarak yüksek hız devresinin vermekte olduğu yakıtla birlikte havaya karışır ve arzu edilen zengin karışım sağlanmış olur. Gaz kelebeği açıklığı 4/4 konumunda iken gerekli karışım oranının sağlanmasında mekanik pompa ve supap kullanıldığı gibi manifold vakumu çift karbüratör boğazı gibi yöntemlerde kullanılmıştır. Ancak günümüzde karbüratör yerine elektronik püskürtme eleman ve devreleri kullanıldığı için ayrıntılarına girilmemiştir. Sadece sistemin çalışma mantığı mekanik güç devresi örneği ile açıklanmaya çalışılmıştır.

149 Kapış Devresi: Motor rölantide çalışırken emme manifoldunda yüksek bir vakum, gaz kelebeğinin karbüratör tarafında ise atmosferik basınç vardır. Bu durumda gaz kelebeği aniden açılırsa, hava atmosfer basıncının etkisi ile harekete geçerek boş olan emme manifoldu doldurulur. Yakıt havadan çok ağır olduğundan aynı şekilde hızlanıp manifoldu dolduramaz. Gaz kelebeği açılınca manifold vakumu ortadan kalktığı için rölanti devresi yakıt veremez hale gelir. Yüksek hız devresi de henüz çalışmaya başlayamadığından motor genellikle durur veya sarsıntılı çalışır. Karbüratörün bu kusurunu gidermek ve gaz kelebeğinin birden açılması durumunda gerekli yakıt ihtiyacını karşılamak için kapış düzeneklerinden yararlanılır. Kapış devreleri diyaframlı ve pistonlu olabilirler. Yine bu düzenekler mekanik veya vakum ile kumanda edilmektedirler. Şekil da diyaframlı kapış pompasının çalışması verilmiştir. Gaz kelebeğinin ani açılma durumlarında yani motora ivme kazandırılması durumunda yakıt yüksek hız fıskiyesinden akamayacaktır. Hava ise gaz kelebeği açıklığına paralel olarak akışını sürdürecektir. Çünkü fıskiye çeperlerine yapışan yakıtın meydana getirdiği gerilmeler yakıt akışının da ani olarak artmasına engel olacaktır. Bu durumda gaz kelebeğine bağlı olan itme çubuğu kapış pompasını tahrik edecek ve diyafram önünde duran yakıtı kapış fıskiyesi aracılığı ile ventüriye sevk edecektir. Burada ventüriye püskürtülen yakıt gaz kelebeğinin ani açılması sonucu rölantiden yüksek hız devresine geçişi veya yüksek hız devresinde çalışırken ani ivmelenmenin motor teklemeden meydana gelmesini temin etmektedir. Normal sürüş sırasında uygun yakıt ekonomisi için ani gaz vermelerden kaçınılmalıdır. Şekil Solex karbüratörlerinde kullanılan diyaframlı kapış pompası

150 Jikle Devresi: Yüksek sıcaklıkta benzin kolaylıkla buharlaştığı halde 0 nin altına indikçe buharlaşma oranı azalır. Bunlardan başka soğuk havalarda ilk harekette iri damarlar halindeki benzin soğuk manifold düzeylerine yapışarak karışımdan ayrılır ve karışım fakirleşir. Bu nedenle soğuk havalarda ilk hareket esnasından motora çok zengin karışım verilerek karışım içindeki uçucu molekül oranı artırılır. Böylece zor buharlaşan moleküller yoğunlaşıp karışımdan ayrılsalar bile fazlaca verilen uçucu moleküllerin buharlaşması ile yanabilecek bir karışım elde edilir. Motorun soğukta ilk harekete kolay geçmesi sağlanır. Motoru soğukta ilk harekete kolay geçiren düzeneklere jikle devresi denilir. Motor çalışmaya başladıktan sonra manifold içerisindeki hava hızı artarken diğer taraftan da karışımın sıcaklığı da artmaya başlar. Sonuçta karışım içerisindeki benzinin buharlaşan miktarı çoğalır. Meydana gelen karışımın zenginliği buharlaşmaya bağlı olarak artar ve yanma kötüleşir. Bir önlem alınmaz ise bir süre sonra motor boğulur. Bu nedenle bütün jikle devrelerinde motor çalışmaya başladıktan sonra karışım zenginliği giderek azalır. Motor ısındıktan sonra jikle devresi çalışmaz hale getirilerek devre dışı bırakılır. Modern karbüratörlerde jikle devresinde hava girişini kesen bir hava kelebeği bulunmaktadır. Motor soğukken elle veya bir termostatik yay aracılığı ile hava kelebeği karbüratöre giren hava kanalını kapatır. Aynı zamanda mekanik olarak gaz kelebeğini rölanti devrinin biraz üstünde olacak şekilde açar. Böylece motora giren hava azaltılır ve yüksek hız fıskiyesinden de yakıt püskürtülür. Hem rölanti devresinden hem de yüksek hız devresinden yakıt gönderileceği için motor soğukta ilk harekete kolay geçmiş olur. Motor çalıştıktan sonra jikle devresi elle, ventüri vakumu ile yada termostatik yay tarafından devre dışı bırakılarak normal rölanti devresine geçiş yapılır. Şekil Aşağı akışlı solex karbüratörde jikle devresi 1- Hava kelebeği ve kısmi hava girişi, 2- Yüksek hız devresi, 3- Karbüratör ana memesi, 4- Gaz kelebeği, 5- Rölanti devresi

151 148 Şekil Solex 32/34 Z 2 karbüratörün farklı resimleri 1- Yakıt girişi, 2- II. Boğaz güç devresi, 3- I. Boğaz ve yüksek hız devresi hava kelebeği, 4- Gaz kelebeği, 5- II. Boğaz vakum kontrol düzeneği, 6- Gaz kontrol mekanizması, 7- Kapış pompası Enjeksiyonlu Yakıt Sistemleri Karbüratörlü Sistemin Aksayan Yönleri Karbüratörlü sistemin dezavantajlarından biri emme manifoldu kesitinin her çalışma rejimine uygun biçimde yapılamayışıdır. Kesit büyük olursa düşük devirlerde hava akışı yavaş olacağından karışım kalitesi bozulur. Manifold kesiti küçük tutulursa yüksek hızlarda hacimsel verim ve buna bağlı olarak güç düşük olur. Karbüratörlü sistemlerde yakıtın silindire dağılımı da eşit değildir. Hava hafif olduğundan köşelerden ve çeşitli biçimdeki geçitlerden kolayca akar. Benzin havaya göre çok ağır olduğundan köşelerden kolayca dönemez. Yakıt damlacıklarının bir kısmı Şekil de görüldüğü gibi kıvrımlı yerlerde birikintiler oluşturur. Bu nedenle en baştaki ve en sondaki silindirlere giden karışım zengin olur ve bu durumda yakıt tüketimi artırır. Ayrıca egzoz emisyonları da yüksek olacağından hava kirliliğini olumsuz yönde etkiler. Şekil Karbüratörlü sistemde karışımın silindirlere dağılışı

152 149 Yakıt Püskürtme Sistemlerinin Üstünlükleri 1) Her silindire aynı oranda karışım verilebilir. Şekil Yakıtın her silindirin kendi supap kanalına püskürtülmesi 2) Yakıt ekonomisi daha iyidir. Şekil Yakıt tüketimlerinin karşılaştırılması K: Karbüratör, YP: Yakıt püskürtme Silindirlere giden karışım oranı karbüratörlü sistemlere göre daha eşit olduğundan motor biraz daha fakir karışım oranı ile çalışır. Yakıt iri damlacıklar halinde değil de daha küçük parçacıklara ayrıldığı için hava ile daha iyi karışır. Yakıt tüketimi azalır, egzoz emisyonları azalır. 3) Motordan daha yüksek güç ve moment elde edilir. Şekil Güç moment eğrilerinin karşılaştırılması K: Karbüratör, YP: Yakıt püskürtme

153 150 Yakıt püskürtme sistemlerinde emme manifoldundan sadece hava aktığı için manifold kesiti büyük tutularak sürtünme kayıpları azaltılır. Hava akışı da daha iyi olacağı için hacimsel verim de yüksek olur. Sistem belirli bir basınçla yakıtı püskürttüğü için değişen yük koşularına uyumda hızlı olur. Bu hususlar motor gücünün ve torkunun karbüratörlü sistemlere göre yüksek olmasına yol açar. Aradaki tork ve güç farkı Şekil de gösterilmiştir. 4) Egzoz gazları daha temizdir. 5) Değişen yük koşullarına daha çabuk uyum sağlar ve ivmelenme daha iyidir. 6) Soğukta ilk hareket daha kolaydır. Isınma esnasında motor daha düzenli çalıştığı gibi daha çabuk ısınır. Yakıt Püskürtme Sistemlerinin Sınıflandırılması 1. Yakıtın püskürtülme yerine göre: a) Emme manifoldu girişine püskürtme b) Supap kanalına püskürtme c) Yanma odasına püskürtme 2. Yakıtın püskürtülme şekline göre: a) Sürekli püskürtme; hidromekanik sistemlerde kullanılmıştır. Emme supabı arkasına veya manifolda sürekli benzin püskürtmektedir. Günümüzde artık yerini kesikli düzeneklere bırakmıştır. b) Kesikli püskürtme; hidroelektromekanik bir sistemdir. Yakıtın istenilen zaman ve miktarda püskürtülmesine olanak vermektedir. Günümüzde en çok tercih edilen bir yakıt püskürtme sistemidir. 3. Kumanda biçimine göre: a) Mekanik kumandalı püskürtme sistemleri b) Elektronik kumandalı püskürtme sistemleri 4. Püskürtme supabı sayısına göre: a) Tek püskürtme supaplı, bu tipler birinci nesil enjeksiyon sistemleridir. Karbüratörle püskürtme sistemleri arasındaki geçiş evresinde kullanılmıştır. Teknoloji gelişimi ile birlikte yerini bugünkü sistemlere bırakmıştır. b) Çok püskürtme supaplı püskürtme sistemleri, her silindirde bir enjektör bulunmaktadır. Enjektörler ise elektronik kontrol ünitesi aracılığı ile denetlenmektedir.

154 151 Şekil Yakıtın püskürtülme yerine göre sınıflandırılması 1- Emme supabı, 2- Buji, 3- Enjektör, 4- Piston, 5- Gaz kelebeği Yakıt Püskürtme Sistemlerinde Kullanılan Temel Devre Elemanları Elektronik Kontrol Ünitesi (EKÜ/ECU) Giren hava sıcaklığı, gaz kelebeği konumu, motor sıcaklığı, termik zaman şalteri, motor hızı ve pistonun ÜÖN daki yeri, ateşleme avansı, lambda sonda gibi sensörlerden gelen sinyalleri değerlendirerek motor için en uygun yakıt miktarını belirleyen bir ünitedir. Gelen bilgileri kendi mikroişlemcisi aracılığı ile okumaktadır. En uygun çalışma koşulunu verecek yakıt miktarı ve püskürtme süresini hesaplayarak enjektörlere uyartım akımı göndermektedir. Şekil Elektronik kontrol ünitesi (Bosch) Yakıt Pompası Yakıt pompaları günümüzde yakıt depoları içerisinde bulunmaktadır. Sisteme 2,5 bar gibi sabit bir basınçla yakıt sevk ederler. Pompa tamamen benzin içerisinde bulunduğu hava ile ilişiği olmadığı için kollektör-fırça arasında ark meydana gelir fakat

155 152 yangın tehlikesi yoktur. Ancak bu tip depoları sürekli en az yarım dolu tutmak daha güvenli olacaktır. Yakıt pompanın bir ucundan silindirik paletli başlık ile emilir, diğer uçtan ise diğer elemanlara basılır. Pompa içi ile girişi arasında basınç emniyet ventili bulunmaktadır. Pompa iç basıncı yükselince emniyet ventili devreye girerek yakıtı tekrar pompa girişine tahliye eder. Pompanın çıkış kısmında ise basınç tutma supabı yer almaktadır. Motor stop ettiği zaman sistemdeki yakıtın tekrar pompaya geri dönüşüne engel olur. Böylece sistem içerisindeki basıncın ikinci çalışma için hazır tutulması sağlanır. Pompanın tamamının yakıt içerisinde olması sızdırmazlık sorununu da ortadan kaldırmaktadır. Sistemde sürekli yakıt dolaştığı için buhar tıkacı gibi akışı kesen bir durum da meydana gelmemektedir. Kazalara karşı da koruma altına alınmıştır. Yakıt pompası hava ölçerin denetlediği bir emniyet şalterine bağlıdır. Kontak anahtarı açık ama motor çalışmadığı durumlarda pompaya enerji gönderimi engellenmiş olur. Şekil Yakıt pompası 1- Basınç emniyet ventili, 2- Yakıt girişi, 3- Silindirik paletli pompa başlığı, 4- Endüvi, 5- Basınç tutma supabı ve yakıt çıkış Basınç Regülatörü Sistem basıncının sürekli sabit tutulmasına olanak verir. Gövde içerisi bir diyaframla iki kısma ayrılmıştır. Diyaframın bir yüzünde yakıt basıncı arka yüzünde ise manifold vakumu vardır. Diyafram bir yay aracılığı ile vakum etkisinden korunmaktadır. Pompa çıkış basıncı işletim basıncının (2,5-3 bar) üzerine çıkına diyafram vakum etkisi ile yaylara rağmen geri çekilir. Geri dönüş supabı açılarak fazla basınç depoya aktarılır. Sistem basıncı işletim basıncına düşünce yaylar tekrar diyaframı yukarı iterler. Böylece geri dönüş supabının kapanması da sağlanır. Bu işlemler motor çalıştığı sürece devam eder. Motor stop ettiği zaman pompadaki geri tutma supabına ek olarak basınç regülatörü de devre içerisinde sürekli basınçlı yakıt bulunmasına yardım eder.

156 153 Şekil Basınç regülatörü kesiti 1- Yakıt girişi (pompadan), 2- Geri dönüş, 3- Geri dönüş supabı, 4- Diyafram yayı, 5- Manifold vakumu bağlantısı, 6- Diyafram Enjektörler (püskürtme supabı) Enjektörler yakıtı silindir içerisine ya da emme supabı arkasına püskürten elemanlardır. ECU nun denetimi altında çalışırlar. Gövde içerisindeki bobin ECU nun belirlediği akımla uyartılır. Enjektör iğnesi yuvasından bu bobin sayesinde yukarı kalkar. Böylece yakıtın tozlaşarak püskürmesi sağlanır. Bobine verilen enerji miktarı iğnenin kalkma yüksekliği ve açık kalma süresini belirler. Akım olmadığı zaman iğne yay kuvveti ile kapalı tutulur. Dizel yakıt sistemlerindeki enjektörlere oranla çok daha düşük basınç altında çalıştıkları için yakıt püskürtme supabı da denilmektedir. Şekil Elektrik kontrollü enjektör kesiti 1- Yakıt girişi, 2- Filtre, 3- Elektrik bağlantı fişi, 4- Bobin sargıları, 5- Demir göbek, 6- Enjektör iğnesi, 7- Yakıt püskürtme kanalı Soğukta İlk Hareket Enjektörü Soğuk havalarda motorun rahat çalışabilmesi için zengin karışıma ihtiyaç duyulduğu jikle devresinin izahında anlatılmıştı. Soğuk havalarda karışımın zenginleşebilmesi için normal enjektörlerin gönderdiği yakıta ilave olarak püskürtme yapmaktadırlar. Soğukta ilk hareket enjektörü motor sıcaklığı ve soğutma suyu sıcaklığına başlı olarak ECU tarafından çalışması kararlaştırılmaktadır.

157 154 Termik Zaman Şalteri Soğutma suyunun sıcaklığına bağlı olarak soğukta ilk hareket supabının çalışma süresine etki eder. Motor ısınınca iç yapısında bulunan kontaklar açılarak soğukta ilk hareket enjektörüne giden akımı keser. Motor sıcak olduğu sürece bu kontaklar da açık kalmaktadır. Şekil Soğukta ilk hareket enjektörü 1- Elektrik girişi, 2- Yakıt girişi, 3- Demir göbek, 4- Bobin sargıları, 5- Püskürtme kanalı Şekil Termik zaman şalteri ve kısımları 1- Elektrik girişi, 2- Bimetal yay, 3- Rezistans, 4- Kontaklar Sıcaklık Sensörü Motor soğutma suyu sıcaklığı ile ilgili verileri elektrik akımına dönüştürerek ECU ya iletir. Sensör uç kısmında bulunan direnç devreden geçen akım şiddetini belirlemektedir. Yarı iletken bir maddeden yapılan direncin sıcaklığı arttıkça direnci azalır ve daha fazla elektrik akımının geçmesine izin verir.

158 155 Şekil Sıcaklık sensörü 1- Direnç, 2- Elektrik girişi Ek Hava Supabı Soğuk havalarda ilk hareket ve rölanti devresinin daha düzgün daha hızlı çalışmasını sağlamaktadır. Karbüratörlerdeki jikle devresi hızlı rölanti düzeneğine eşdeğer bir görev yapar. Elektrikle çalışan bir bimetal yay aracılığı ile ilave hava geçişine izin verir. Termostatik (bimetal) yay ısındıkça ilgili hava sürgüsü kapanarak ek hava geçişini azaltır. Bir süre sonra da tamamen keserek normal rölanti düzeninin çalışmasına izin verir. Ek hava supabı motor sıcaklığından kolay etkilenebilecek bir yere konur. Böylece motorun sıcak olduğu durumlarda devre dışı kalır. Şekil Ek hava supabı 1- Elektrik bağlantısı, 2- Direnç sargıları, 3- Bimetal yay, 4- Hava sürgüsü, 5- Hava, 6- Sisteme eklenen hava Lambda Sonda Doğrudan hava fazlalık katsayısını ölçmektedir. Egzoz borusuna bağlanmıştır. Cihazın iç kısmında 300 C ve üzeri sıcaklıklarda oksijen iyonları için iletkenleşen zirkonyumdioksit denilen özel bir seramik malzeme vardır. Sensörün dış kısmı ise gazlar için iletken olan platin ile kaplanmıştır. Cihazın iç kısmı egzoz gazındaki oksijen konsantrasyonunu dışındaki platin ise atmosferdeki oksijen konsantrasyonunu ölçmektedir. Aradaki farktan dolayı platin tabaka ile gövde arasında bir gerilim doğmaktadır. Bu üretilen gerilim doğrudan hava fazlalık katsayısının bir ölçüsü olarak ECU tarafından değerlendirilmektedir. Böylece uygun karışım oranının saptanabilmesi mümkün olmaktadır.

159 156 Şekil Lambda sonda sensörü ve temel kısımları 1- Elektriksel çıkışı sinyali, 2- Atmosfer havası giriş kanalları, 3- Özel seramik katman, 4- Egzoz borusu, 5- Platin tabaka (+ elektrot), 6- Gövde (- elektrot), 7- Egzoz gazları Yakıt Püskürtme Sistemlerinden Örnekler Bosch K-Jetronik Yakıt Püskürtme Sistemi Bosch K-Jetronik sistemi sürekli püskürtme şeklinde çalışan mekanik kumandalı bir sistemdir. Motor çalıştığı sürece emme supabı kanallarına sürekli olarak yakıt püskürtülür. Püskürtülen yakıtın miktarı motorun emdiği hava miktarına bağlıdır. Karışım kontrol ünitesi motorun emdiği havayı ölçer. Silindirlere uygun miktarda yakıt püskürtülerek karışım oranını istenilen değerde tutar. Şekil Bosch K-Jetronik sürekli püskürtmeli ve mekanik kumandalı sistem 1- Depo, 2- Yakıt pompası, 3- Yakıt akümülatörü, 4- Filtre, 5- Termik kontrollü basınç regülatörü, 6- Enjektör, 7- Ortak emme manifoldu, 8- Soğukta ilk hareket enjektörü, 9- Karışım kontrol ünitesi, 9a- Üniteye giren yakıt, 9b- Sistem basıncı ayarlanmış yakıt, 10- Hava akım algılayıcısı, 10a- Algılama plakası, 11- Basınç kontrol supabı, 12- Lambda sonda sensörü, 13- Termik zaman şalteri, 14- Distribütör, 15- Ek hava supabı, 16- Gaz kelebeği potansiyometresi, 17- Röle, 18- ECU, 19- Röle, 20- Batarya

160 157 Yakıt depodan bir elektrikli pompa ile emilir. Yakıt akümülatörü ile filtreden geçen benzin yakıt distribütörüne basılır, Şekil Hava ölçme ünitesi motorun emdiği havayı bir hava akımı algılama plakası yardımı ile ölçer. Hava akımı algılayıcı plakasının ventüri içindeki hareketi bir kol aracılığı ile yakıt ayar plancırına iletilir. Yakıt ayar plancırının hareketi ile yakıtın geçiş delikleri büyütülüp küçültülerek püskürtme supaplarına giden yakıt miktarı ayarlanır. Sistemin ana parçaları elektrikli pompa, yakıt akümülatörü, filtre, karışım kontrol ünitesi, basınç kontrol regülatörü ve püskürtme supaplarıdır. Soğukta ilk hareket sağlayan yardımcı üniteler ise soğukta ilk hareket enjektörü, termik zaman şalteri ve yardımcı hava supabıdır. Bosch L-Jetronik Yakıt Püskürtme Sistemi Bosch L-Jetronik sistemi zaman ayarlı enjektörle 2,5-3 bar lık bir basınç altında ve her silindirin emme supabı kanalına aralıklı püskürtmeli bir sistemdir. Emilen havanın miktarına, sıcaklığına, motor devrine, soğutma suyu sıcaklığına, egzozdaki O 2 miktarına göre püskürtülmesi gereken yakıt miktarı ECU tarafından belirlenir. Sistemin görevi her silindire o anki çalışma koşuluna göre gerekli yakıtın püskürtülmesini sağlamaktır. Bunun için de motorun çalışmasına etki eden bütün faktörlerin dikkate alınması gerekir. Şekil Bosch L-Jetronik yakıt püskürtme sistemi devre şeması Şekil de devre şeması görülen bu sistemde motorun emdiği hava, hava ölçücüden (12) geçer. Buradan alınana sinyal ECU ya (6) iletilir. Hava akımı ile ilgili

161 158 bir başka sinyalde hava kelebeği (11) açıklık miktarını belirten hava kelebeği potansiyometresinden (10) alınır. Motorun su ceketlerine yerleştirilmiş bulunan sıcaklık sensörü (15) ile termik zaman şalteri (16) ve hava ölçücü içinde bulunan hava sıcaklık sensöründen (22) ve lambda sondasından (14) gelen sinyallerle distribütörden (17) gelen devir sinyali de ECU ya ulaştırılır. Bütün bu bilgileri birleştiren ECU o çalışma koşulunda ne kadar yakıt püskürtülmesi gerektiğini ve püskürtme supaplarının açık kalma sürelerini belirler. Bu yöntemle her devir ve yüke göre gerekli olan yakıt miktarı daha doğru olarak ayarlanır. Soğukta ilk hareket durumunda motorun su ceketine yerleştirilmiş bulunan termik zaman sensörünün (16) uyartımı ile soğukta ilk hareket enjektörü (8) açılarak emme manifolduna ek yakıt püskürtülür. Soğukta ilk hareket için gerekli olan zengin karışımın motora gitmesi sağlanır. Her silindire ait yakıt püskürtme enjektörlerinin (7) açılma sinyalleri ECU dan gelir. Yakıt püskürtme supaplarının hepsi aynı anda ve krank milinin her devrinde bir kez yakıt püskürtürler. Bir silindire gerekli olan yakıt iki kez püskürtülmüş olur. Yakıt püskürtülürken emme supabının kapalı olmasının bir sakıncası yoktur devirde çalışan motorun bir emme supabı saniyede 25 kez açılır. Yani yakıtın supap kanalında bekleme süresi çok kısadır. Bosch D-Jetronik Yakıt Enjeksiyon Sistemi D-Jetronik hız yoğunluk esaslı bir sistemdir. Yani hava debisi ölçümü yerine motor devir sayısı, emme manifoldu sıcaklığı, basıncı ölçülerek hava yoğunluğu ve debisi ECU tarafından hesaplanır. Kam milinin her devrinde enjektörler bir defa püskürtme yapar. Diğer fonksiyonları L-Jetronik ile aynıdır. Şekil Bosch D-Jetronik yakıt enjeksiyon sistemi 1- ECU, 2- Enjektör, 3- Emme basıncı vericisi, 4- Motor sıcaklık sensörü, 5- Termik zaman şalteri, 6- İlk hareket enjektörü, 7- Elektro yakıt pompası, 8- Yakıt filtresi, 9- Basınç regülatörü, 10- Ek hava iticisi, 11- Gaz kelebeği şalteri, 12- Distribütör ve püskürtme sinyali vericisi

162 159 Bosch Motronic Sistemler Ateşleme ve yakıt sistemlerinde elektronik kontrollü sistemlerin gelişmesi bu iki sistemin aynı merkez tarafından da kontrol edilebileceği düşüncesini doğurmuştur. Bilişim teknolojisindeki gelişmeler mikrobilgisayarların üretimine neden olmuştur. Mikrobilgisayarların en önemli özelliği mikroişlemci ile çok karmaşık işlemleri yapabilmesidir. Geliştirilen bir yazılım ile yakıt ve ateşleme sistemine gönderilen tüm veriler ortak bir mikroişlemcide toplanmış işlemcinin belleğine önceden yüklenen veriler ile karşılaştırılarak en optimum yakıt miktarı ve ateşleme gerilimine karar verilerek uygun zamanda çıkış sinyali olarak ilgili elemanlara sevk edilmiştir. Bu sistemlerin en önemli avantajı ortak algılayıcılar ve işlemci kullanarak çok fonksiyonlu olarak çalışabilmesidir. Bu durum ekonomik olmanın yanı sıra egzoz emisyonlarının da daha düşük değerlerde kalmasını sağlamaktadır. Bu özelliği açısından çevre daha az kirlenmektedir. Şekil Motronic sistem blok şeması (Bosch) 1- Depo, 2- Yakıt pompası, 3- Filtre, 4- Yakıt dağıtım borusu, 5- Basınç regülatörü, 6- ECU, 7- Ateşleme bobini, 8- Distribütör, 9- Buji, 10- Enjektör, 11- Soğukta ilk harekete geçirme supabı, 12- Rölanti devir ayar vidası, 13- Hava kelebeği, 14- Hava kelebeği potansiyometresi, 15- Hava ölçücüsü, 16- Hava sıcaklık sensörü, 17- Lambda sonda sensörü, 18- Termik zaman şalteri, 19- Su sıcaklık sensörü, 20- Ek hava supabı, 21- Rölanti karışım ayar vidası, 22- Referans işareti sensörü, 23- Devir sayısı sensörü, 24- Batarya, 25- Kontak anahtarı, 26- Emniyet rölesi, 27- Ana röle Motronic sistemlerde mekanik ya da vakumlu avans düzenekleri bulunmamaktadır. Belleğine yüklenen avans haritası aracılığı ile daha mükemmel ateşleme avansı verebilmektedir. Motor yük, hız ve sıcaklık parametrelerine bağlı olarak değişen ve o koşullar için olması gereken ateşleme avans değeri işlemcinin önceden belleğine yüklenen avans haritası aracılığı ile saptanmaktadır. Böylece

163 160 mekanik ve vakum düzeneklerine gereksinim duyulmadan en mükemmel ateşleme avansı verilebilmektedir, Şekil Şekil Motronic sistem avans haritası