İçten Yanmalı Motorlar İçin Piston Segmanları

Transkript

1 İçten Yanmalı Motorlar İçin Piston Segmanları SERVİS TAVSİYELER & BİLGİLER Piston segmanları 1

2 SİZE, KOLBENSCHMİDT, PİERBURG TRW ENGİNE COMPONENTS'İN GÜCÜNÜ GETİRİYORUM! MS Motor Service İstanbul Motor Yenileme Pazarının Uzmanı. Kolbenschmidt Pierburg AG nin yenileme pazarına KOLBENSCHMIDT, PIERBURG, TRW Engine Components gibi yüksek kaliteli markaları da kapsayan motor parçaları dağıtımından sorumlu MS Motor Service International GmbH nın bağlı ortağıdır. Müşterilerimiz kaliteli ve geniş kapsamlı ürün çeşitlerimiz sayesinde, motor parçalarını tek kaynaktan tedarik etme imkanına sahip olmaktadır. MS Motor Service İstanbul, yedek parça pazarının ve atölyelerin çözüm ortağı olarak, beklediğiniz hizmeti ve teknik uzmanlığı sizlere sunmaktadır. Kolbenschmidt Pierburg. Uluslararası Otomotiv Sanayii'nin Saygın Tedarikçisi. Kolbenschmidt Pierburg Grubu'nun, otomobil üreticileri ile uzun yıllardır işbirliği içinde olan şirketleri hava besleme ve emisyon azaltma, yağ, su ve vakum pompaları, piston, motor bloğu ve kayar yatak alanında kabul görmüş bir uzmanlıkla yenilikçi komponent ve sistem çözümlerini geliştirmektedir. Ürünler, otomotiv endüstrisinin yüksek taleplerini ve kalite standartlarını yerine getirmektedir. Düşük zararlı madde emisyonu, hesaplı yakıt tüketimi, güvenilirlik, kalite ve güvence Kolbenschmidt Pierburg'un yenilikleri için belirleyici faktörlerdir. 2. Baskı Ürün No ISBN Yazı İşleri: Motor Service Technical Market Support Yerleşim ve Üretim: Motor Service Marketing DIE NECKARPRINZEN GmbH, Heilbronn Kısmen de olsa kopyalanması, çoğaltılması ve tercüme edilmesi için önceden yazılı onayımızın alınması ve kaynak bilgisinin verilmesi zorunludur. Değişiklik yapma ve farklı resim kullanma haklı saklıdır. Sorumluluk kabul edilmez. Yayınlayan: MS Motor Service International GmbH Sorumluluk Bu broşürde verilen tüm bilgiler itina ile araştırılmış ve derlenmiştir. Buna rağmen broşür hatalar içerebilir, bilgiler yanlış tercüme edilmiş veya eksik olabilir yada sunulan bilgiler güncel bilgilerden farklılık gösterebilir. Bu nedenle, broşürde sunulan bilgilerin doğruluğuna, eksiksiz olmalarına, güncelliğine veya kalitesine dair herhangibir garanti veya hukuki sorumluluk üstlenemeyiz. Bu broşürde yer alan bilgilerin veya eksik yada hatalı bilgilerin kullanımından veya hatalı kullanımından kaynaklanan direkt veya endirekt ve maddi veya manevi zararlar için, eğer kasıtlı veya ağır ihmal içeren bir davranışımız sonucu oluşmamışsa, tarafımızdan herhangi bir sorumluluk üstlenilmesi söz konusu olamaz. Dolayısıyla, oto motor tamircisi veya oto mekanikerinin gerekli teknik bilgiye, motor onarımı ile ilgili bilgi veya deneyime sahip olmaması sonucunda meydana gelen hasarlar için de sorumluluk kabul etmeyiz. Buradan açıklanan teknik yöntemlerin ve onarım bilgilerinin gelecek motor nesilleri üzerinde ne derecede uygulanabileceğini tahmin etmek mümkün değildir ve böyle bir durum söz konusu olduğunda oto motor tamircisi veya servis tarafından kontrol edilecektir. 2 Piston segmanları

3 İçindekiler İçindekiler Sayfa 1 Piston segmanları ile ilgili temel bilgiler Piston segmanlarından beklenenler Piston segmanlarının üç ana görevi Piston segmanı türleri Piston segmanı tanımlamaları Piston segmanlarının yapısı ve şekli Fonksiyonları ve özellikleri 26 2 Montaj ve servis İkinci el parçaların değerlendirilmesi İkinci el pistonların değerlendirilmesi Çalışmış silindir gömleklerinin değerlendirilmesi Piston ve segman montajı Motorun çalıştırılması ve rodaj Sızdırmazlık sorunları ve piston segmanı hasarları Yağlama ve yağ tüketimi 69 Piston segmanları 3

4 Önsöz Konu Piston segmanları, içten yanmalı motorlar varolduğundan beri kullanılan parçalardır. Buna rağmen, günümüzdeki uzmanlar ve kullanıcılar piston segmanları konusunda halen bilgisizdir veya tam bilgiye sahip değildir. Performans kaybı ve yağ tüketimi sözkonusu olduğunda başka hiçbir parça bu kadar kritik değildir. Piston segmanlarını değiştirme işleminde beklenti ile yapılan yatırım arasındaki uçurum motordaki hiçbir parçada bu kadar büyük değildir. Piston segmanlarına duyulan güven, çoğu zaman bu parçalara yönelik beklentilerin aşırı yüksek olması nedeniyle zedelenmektedir. Böylece, servislerde ve nihai tüketicilerde yanlış olduğu bilinmesine rağmen sıklıkla yarı gerçekler ve yanlışlar, basmakalıp görüşler ve hatalı yorumlar hakimdir. Ancak, piston segmanlarının en sık olarak ucuza getirilen onarımlardan (örneğin aşınmış diğer kaydırıcı parçaların tekrar kullanılması) ve bilgisizce yapılan montajlardan olumsuz etkilenmektedir. Broşür İşbu broşürde, piston segmanları konusunu kullanıcının bakış açısından ele aldık. Konstrüktif konuların çok fazla derinine inmemeye özen gösterdik ve daha ziyade pratik hususlara odaklandık. Eğer buna rağmen konstrüktif konulara ve geliştirme ile ilgili konulara değinilecek olursa, bu sadece tamamlayıcı bilgi niteliğinde veya konunun daha iyi anlaşılması içindir. Broşürde, başlıca binek otomobil ve ticari araçlarda kullanılan piston segmanlarına ilişkin bilgi ve açıklamalar yer almaktadır. Aslında araçlarda kullanılmak üzere tasarlanan, ancak örneğin gemi, lokomotif, iş makinası ve sabit motorlarda kullanılan motorlar da elbette yukarıda belirtilen kategoriye dahildir. Temel bilgilerin verildiği teknik bölümün yanında «Montaj ve Servis» isimli uygulamalı bölümde hem piston segmanlarının montajı ve değiştirilmesine hem de yağlama, yağ tüketimi ve motor rodajı gibi faydalı konulara ilişkin ayrıntılı bilgiler bulunmaktadır. Eğer motorun işleyişi ve motorun içindeki parçaların birbirlerine bağlantısı hakkında bilgi mevcutsa, motorun başarıyla onarılması veya rektifiye edilmesi zor değildir. Burada, başarılı bir onarım için nelerin gerekli olduğunu, ancak belli kurallara uyulmadığı takdirde de nelerin meydana gelebileceğini gösteriyoruz. Piktogramlar ve semboller Bu broşürde aşağıdaki piktogramlar ve semboller kullanılmıştır: Dikkat muhtemelen kişilere veya aracın komponentlerine zarar verebilecek tehlikeli durumlara işaret eder. Kullanım ile ilgili yararlı tavsiyelere, açıklamalara ve tamamlayıcı bilgilere ilişkin not. 4 Piston segmanları

5 Piston Segmanları İle İlgili Temel Bilgiler Piston segmanlarından beklenenler İçten yanmalı motorlar için olan piston segmanları dinamik doğrusal sızdırmazlığa yönelik tüm talepleri yerine getirmek zorundadır. Segmanlar hem termik ve kimyasal etkilere dayanıklı olmak hem de bir dizi fonksiyonları yerine getirmek ve aşağıda belirtilen özelliklere sahip olmak zorundadır: Fonksiyonlar: Gaz basıncında yada motor performansında kayıp olmaması için yanma odasından krank karterine gaz geçişinin önlenmesi (sızdırmazlığın sağlanması). Sızdırmazlığın sağlanması, yani yağın krank karterinden yanma odasına geçişinin önlenmesi. Silindir duvarında tam olarak belirlenmiş bir yağlama filminin (tabakasının) sağlanması. Yağın silindir duvarı üzerinde dağıtılması. Piston hareketinin stabilize edilmesi (piston vurması). Öncelikle soğuk motorlarda ve pistonların silindir içindeki hareket boşluğu henüz çok fazla iken. Pistondan silindire ısı transferi (ısının tahliyesi). Özellikler: Motorda çok fazla güç kaybı olmaması için düşük sürtünme direnci. Termomekanik yorulma, kimyasal zorlamalara ve sıcak korozyona karşı iyi direnç ve aşınma dayanımı. Piston segmanı silindirde aşırı aşınmaya sebep olmamalıdır, aksi takdirde motorun ömrü ciddi derecede azalır. Tüm işletim süresi boyunca uzun ömür, işletim güvenliği ve uygun maliyet. Piston segmanları 5

6 1.2 Piston segmanlarının üç ana görevi Yanma gazlarının sızmasını önleme Kompresyon segmanlarının ana görevi, piston ile silindir duvarı arasındaki yanma gazlarının krank karterine sızmasını engellemektir. Motorların büyük bölümünde bu görev, birlikte gaz labirenti oluşturan iki adet kompresyon segmanı ile yerine getirilir. İçten yanmalı motorlardaki piston segmanı sistemlerinin sızdırmazlığı yapısal nedenlerden dolayı % 100 değildir ve böylece küçük miktarlarda kaçak gaz segmanlardan geçerek krank karterine ulaşır. Ancak bu, segmanların konstrüksiyonu nedeniyle tamamen kaçınılması mümkün olmayan normal bir olaydır. Ancak, pistonlardan ve silindir duvarından aşırı bir yanma gazı transferinin gerçekleşmesi her halukarda önlenmelidir. Aksi takdirde bu durum performans kaybına, parçaların daha fazla ısınmasına ve yağlama etkisinin kalkmasına sebep olur. Dolayısıyla motorun ömrü ve fonksiyonu olumsuz etkilenebilir. Takip eden bölümlerde, çeşitli segman ve sızdırmazlık fonksiyonlarına ve oluşan blow-by (üfleme) gazlarına daha ayrıntılı bir şekilde değinilecektir. Şekil Yağın sıyrılması ve dağıtılması Piston segmanlarının bir diğer görevi, krank karteri ile yanma odası arasındaki sızdırmazlığı sağlamanın yanısıra yağ filmini ayarlamaktır. Segmanlar yağı eşit bir şekilde silindir duvarının üzerinde dağıtır. Fazla yağ büyük ölçüde yağ sıyırma segmanı (3. segman) tarafından ve ayrıca kombine sıyırma-kompresyon segmanları (2. segman) tarafından da sıyrılır. Şekil. 2 6 Piston segmanları

7 Piston segmanlarının üç ana görevi Isı transferi Piston segmanlarının bir diğer önemli görevi pistonun sıcaklığını yönetmektir. Yanma olayı sırasında pistonun absorbe ettiği ısının ana bölümü piston segmanları tarafından silindire tahliye edilir. Isının tahliye edilmesinde özellikle kompresyon segmanları belirleyici rol oynar. Sadece üst kompresyon segmanı (motor modeline bağlı olarak) pistonun aldığı yanma ısısının % 50'sini silindir duvarına iletir. Piston segmanlarının sürekli olarak gerçekleştirdiği bu ısı tahliyesi olmasaydı, pistonun birkaç dakika içinde silindir içinde sıkışması veya hatta pistonun erimesi gibi sorunlarla karşı karşıya kalınırdı. Bu durum göz önünde bulundurulacak olursa, piston segmanlarının silindir duvarına daima iyi temas etmek zorunda oldukları barizdir. Silindir içinde düzensiz çalışma veya piston segmanlarının kanal içinde tutulması durumunda (karbonlaşma, kir, deformasyon), ısının tahliye edilmemesinden dolayı pistonun belli bir süre sonra aşırı ısınarak zarar görmesi kaçınılmazdır. 55 % 30 % 15 % Şekil. 3 Piston segmanları 7

8 1.3 Piston segmanı türleri Kompresyon segmanları Şekil. 1 Dikdörtgen segmanlar Dikdörtgen segman Dikdörtgen segman olarak dikdörtgen kesitli segmanlar adlandırılır. Segmanın her iki kenarı birbirine paralel konumdadır. Bu segman modeli kompresyon segmanlarında kullanılan en basit ve en sık olarak kullanılan segman türüdür. Segman, tüm benzinli binek otomobil motorlarında ve kısmen dizel binek otomobil motorlarında çoğunlukla birinci kompresyon segmanı olarak kullanılır. İç kenar pahları ve iç kenar faturaları, segmanlar monte edilmiş (gerdirilmiş) vaziyetteyken segmanların torsiyonunu sağlar. Pahın ve iç kenar faturasının üst kenarda olması durumunda «pozitif segman torsiyonu» elde edilir. Segmanların torsiyonunun tam olarak nasıl etkili olduğunu görmek için bkz. Bölüm Segmanların torsiyonu. İç kenar pahlı dikdörtgen segman İç kenar faturalı dikdörtgen segman Yağ sıyırma fonksiyonlu kompresyon segmanları Konik segman Bu segmanlar çift fonksiyona sahiptir. Gaz sızdırmazlığı sağlanırken kompresyon segmanını ve yağ filmi ayarlanırken yağ sıyırma segmanını desteklerler. Önemli not: Konik segmanlar tüm motor türlerinde (binek otomobil, ticari araç, benzinli ve dizel) genel olarak ikinci segman kanalında kullanılır. 8 Piston segmanları

9 Piston segmanı türleri 1.3 Şekil. 2 Konik segmanlar çalışma yüzeylerinde konik bir şekle sahiptir. Dikdörtgen segmana olan açı farkı modele göre yakl dakika arasındadır. Segman yeni iken şekli sayesinde sadece alt kenarda kendini taşır ve böylece silindir gömleğinin içinde sadece noktasal olarak yerleşiktir. Böylece bu bölgede alansal olarak yüksek bir mekanik baskı oluşur ve istenen malzeme aşınması meydana gelir. Alışma safhasında istenen bu aşınma henüz kısa bir çalışma süresinden sonra mükemmel bir yuvarlak şeklin oluşmasını ve iyi bir sızdırmazlık etkisinin elde edilmesini sağlar. Konik çalışma yüzeyi, 'lerce kilometre çalıştıktan sonra aşındırılır ve böylece konik segman daha ziyade dikdörtgen bir segmanın görevini yerine getirir. Evvelce konik segman olarak üretilen segman artık bir dikdörtgen segman olarak halen iyi bir sızdırmazlık işi çıkarır. Gaz basıncının segman üzerine önden de etkili olması sebebiyle (gaz basıncı silindir ile segmanın çalışma yüzeyi arasındaki sızdırmazlık yarığına girebilir) gaz basıncının güçlendirilmesi biraz azaltılır. Segmanın alışma süresi sırasında biraz daha az bir bastırma kuvveti etkili olur ve segman çok fazla aşınma olmaksızın daha yumuşak bir şekilde alışır (Şekil 2). Konik segmanlar, kompresyon segmanı fonksiyonunun yanısıra iyi bir yağ sıyırma özelliğine de sahiptirler. Bu özellik, segmanın üst kenarının içeriye doğru girintili olmasından kaynaklanır. Segman, alt ölü noktadan üst ölü noktaya doğru yukarıya giderken yağ filminin üzerinden kayarak geçer. Segman, etkili olan hidrodinamik kuvvetler (yağ kaması) sayesinde silindir yüzeyinden biraz kalkar. Segmanın kenarı, ters yöne hareket esnasında yağ filminin içine daha derinden girer ve bu şekilde yağı özellikle krank karterine doğru sıyırır. Konik segmanlar benzinli motorlarda birinci segman kanalında da kullanılır. Pahın yada alt kenardaki iç kenar faturasının konumu burada negatif bir segman torsiyonuna neden olur (Bkz. Bölüm Segmanların torsiyonu). İç kenar pahı altta olan konik segman İç kenar faturası altta olan konik segman Piston segmanları 9

10 1.3 Piston segmanı türleri Burunlu segmanlar Burunlu segman Burunlu segmanda segmanın çalışma yüzeyinin alt kenarı, gaz sızdırmazlığının yanında yağ sıyırma etkisine de sahip olan dikdörtgen veya içten tornalanmış girinti ile donatılmıştır. Girinti, sıyrılan yağın yağ karterine geri gitmeden önce içinde toplanabildiği belli bir hacmi oluşturur. Burunlu segman geçmişte birçok motor modelinde ikinci kompresyon segmanı olarak kullanılıyordu. Günümüzde, burunlu segmanlar yerine genelde burunlu konik segmanlar kullanılmaktadır. Burunlu segmanlar, hava destekli fren sistemlerinin kompresör pistonlarında da kullanılmaktadır. Segman burada öncelikle birinci kompresyon segmanı olarak görev yapar. Burunlu konik segman, burunlu segmanın geliştirilmiş versiyonudur. Konik çalışma yüzeyi sayesinde yağ sıyırma fonksiyonu güçlendirilir. Burunlu konik segman, pistonlu kompresörlerde sadece ikinci segman kanalında değil birinci segman kanalında da kullanılır. Burunlu konik segman Ucu kapalı olan burunlu konik segman Daha iyi bir gaz sızdırmazlığının sağlanması için segmanı çepeçevre dolaşan burun segman ucunun biraz öncesinde sona erer. Böylece, normal burunlu konik segmana kıyasla blow-by gazının azaltılması elde edilir (Ayrıca bkz Segman ucu açıklığı). 10 Piston segmanları

11 Piston segmanı türleri 1.3 Trapez segmanlar Segman kanallarının karbonlaşmasına ve böylece segmanların kanallarda tutulmasını önlemek için trapez segmanlar veya tek taraflı trapez segmanlar kullanılır. Özellikle segman kanalının içinde de çok yüksek sıcaklıklar meydana geldiği zaman, segman kanalının içinde bulunan yağın sıcaklığın etkisiyle karbonlaşma tehlikesi vardır. Dizel motorlarda olası bir yağ karbonlaşmasının yanında kurum oluşumu da meydana gelir. Bu kurumlaşma da segman kanalının içinde tortulaşmayı teşvik eder. Segmanlar kanalın içindeki tortulardan dolayı tutulduğunda, sıcak yanma gazları piston ile silindir duvarı arasından geçebilir ve pistonun aşırı ısınmasına yol açabilir. Bunun sonucunda piston kafası eriyerek kopabilir ve pistonda ciddi hasarlar meydana gelebilir. Trapez segman, dizel motorlarda daha yüksek sıcaklıklardan ve kurum oluşumundan dolayı tercihen en üst segman kanalında ve bazen ikinci segman kanalında da kullanılır. Dikkat Trapez segmanlar (tek taraflı ve çift) normal dikdörtgen kanalların içine yerleştirilemez. Trapez segmanlar kullanıldığında, pistondaki segman kanalları da her zaman uygun şekle sahip olmalıdır. Trapez segmanlarda her iki segman kenarı birbirine paralel değil trapez şeklinde düzenlenmiştir. Açı genelde 6, 15 veya 20 'dir. Çift taraflı trapez segman Tek taraflı trapez segmanlarda segmanın alt kenarı açılı değildir ve segmanın çalışma yüzeyine dik açıdadır. Tek taraflı trapez segman Temizleme fonksiyonu Trapez segmanlarının şekli ve piston vurması (Bkz. Bölüm Piston segmanı hareketleri) sayesinde segman kanalındaki hareketlerinden dolayı karbonlaşmalar mekanik olarak giderilir. Şekil. 1 Şekil. 2 Piston segmanları 11

12 1.3 Piston segmanı türleri Yağ sıyırma segmanları Şekil. 1 Şekil. 2 Fonksiyonu: Yağ sıyırma segmanları sadece yağı silindir duvarı üzerinde dağıtmak ve fazla yağı silindir duvarından sıyırmak için tasarlanmıştır. Yağ sıyırma segmanları, daha iyi bir sızdırmazlık ve sıyırma fonksiyonunun elde edilmesi için iki adet sıyırıcı kenara sahiptir. Bu kenarların her biri silindir duvarındaki fazla yağı sıyırır. Dolayısıyla, yağ sıyırma segmanının hem alt kenarında hem de sıyırma kenarları arasında belli miktarda yağ birikir ve bu yağın segman bölgesinden tahliye edilmesi gereklidir. Silindir gömleğinin içindeki piston vurma hareketinden dolayı, segmanın her iki kenarı birbirine ne kadar yakınsa sızdırmazlık fonksiyonu da o kadar iyidir. Öncelikle üstteki sıyırma kenarının sıyırdığı ve sıyırma kenarlarının arasında biriken yağ miktarı bu bölgeden tahliye edilmelidir, aksi takdirde bu yağ sıyırma segmanının üzerinden geçer ve ikinci kompresyon segmanı tarafından sıyrılması gerekir. Bunun için, tek ve iki parçalı yağ sıyırma segmanlarının sıyırma kenarlarının arasında ya uzunlamasına yarıklar yada delikler vardır. Üstteki sıyırma kenarının sıyırdığı yağ segman gövdesinde bulunan bu deliklerin içinden geçirilerek segmanın arka tarafına yönlendirilir. Sıyrılan yağ, segmanın arka tarafında çeşitli metotlarla drenaj edilir. Metotlardan biri, yağı yağ sıyırma kanalındaki delikler sayesinde pistonun iç tarafına yönlendirmek ve buradan yağ karterine damlamasını sağlamaktır (Şekil 1). Coverslots (Şekil 2 ve Şekil 3) olarak adlandırılan modelde, sıyrılan yağ piston pimi göbeğinin etrafındaki girinti aracılığıyla pistonun dış tarafına yönlendirilir. Her iki modelin kombinasyonu da kullanılmaktadır. Her iki model, sıyrılan yağın drenajı için kendini kanıtlamıştır. Piston şekli, yanma metodu veya kullanım amacına bağlı olarak her iki modelden biri bir şekilde kullanılmaktadır. Teorik olarak her iki modelden birinin tercih edilmesini sağlayacak genel bir fikrin ifade edilmesi mümkün değildir. Bu nedenle, ilgili piston için hangi metodun daha uygun olduğuna dair karar verilmesi için çeşitli pratik deneylerin yapılması gereklidir. Önemli not: İki zamanlı motorlarda pistonun yağlanması yakıt karışımının yağlama özelliği ile gerçekleştirilir. Dolayısıyla, yağ sıyırma segmanının kullanılmasına gerek yoktur. Şekil Piston segmanları

13 Piston segmanı türleri 1.3 Segman şekilleri: Tek parçalı yağ sıyırma segmanları Tek parçalı yağ sıyırma segmanları modern motor imalatında artık kullanılmamaktadır. Tek parçalı yağ segmanları gerginliklerini sadece segman kesitinden alır. Dolayısıyla bu segmanlar pek esnek olmayan özelliğe sahiptir ve şekil doldurma kabiliyeti daha düşüktür ve böylece sızdırmazlık karakteristikleri çok parçalı yağ sıyırma segmanlarına göre daha zayıftır. Tek parçalı yağ sıyırma segmanları pik dökümden imal edilir. Şekil. 4 Yarıklı yağ segmanı Dikdörtgen sıyırma kenarlı ve yağ drenajı için yarıklı en basit model. Kenarları pahlı segman Yarıklı yağ segmanına kıyasla, daha iyi bir alansal bastırma elde edilmesi için segmanın sıyırıcı kenarları pahlıdır. Paralel pahlı segman Bu segmanda sıyırıcı kenarlar sadece yanma odası yönünde pahlıdır. Böylece, piston aşağıya doğru hareket ederken daha kuvvetli bir yağ sıyırma etkisi oluşur. Piston segmanları 13

14 1.3 Piston segmanı türleri İki parçalı yağ sıyırma segmanları (Spiral yaylı modeller) Şekil. 1 İki parçalı yağ sıyırma segmanları bir segman gövdesinden ve bunun arkasında bulunan bir spiral yaydan oluşur. Segman gövdesi, tek parçalı yağ sıyırma segmanına kıyasla çok daha küçük bir kesite sahiptir. Segman böylece nispeten esnektir ve çok iyi bir şekil doldurma kabiliyetine sahiptir. Spiral yayın segmanın iç tarafındaki yatağı ya yarı yuvarlaktır yada v şeklindedir. Asıl gerginlik ısıya dayanıklı yay çeliğinden üretilmiş spiral baskı yayından gelir. Bu yay segmanın arkasındadır ve segmanı silindir duvarına doğru bastırır. Yaylar çalışma sırasında segman gövdesinin arka tarafında sıkıca dururlar ve birlikte tek bir ünite halindedirler. Yay segmana karşı dönmemesine rağmen tüm segman ünitesi - aynı diğer segmanlarda da olduğu gibi - segman kanalının içinde döner. Radyal baskı dağılımı iki parçalı yağ sıyırma segmanlarında her zaman simetriktir, çünkü bastırma kuvveti tüm spiral çevresince eşit büyüklüktedir (bununla ilgili olarak ayrıca bkz. Bölüm Radyal baskı dağılımı). Çalışma ömrünün arttırılması için yayların dış çapları taşlanır, segman ağzında daha dar sarılır veya üzerlerine bir teflon hortum geçirilir. Bu tedbirler sayesinde, segman gövdesi ile spiral yay arasında sürtünmeden kaynaklanan aşınma azaltılır. İki parçalı segmanların gövdeleri pik döküm veya çeliktendir. Önemli not: Ağız açıklığı segman gövdesi sökülmüş vaziyetteyken segman uçlarının arasındaki mesafe çok parçalı yağ sıyırma segmanlarında önem taşımamaktadır. Ağız açıklığı özellikle çelik segmanlarda sıfıra yakın olabilir. Bu herhangi bir kusur veya şikayet sebebi teşkil etmez. 14 Piston segmanları

15 Piston segmanı türleri 1.3 Spiral yaylı yarıklı yağ segmanı Sızdırmazlık etkisi tek parçalı yarıklı yağ segmanına göre daha iyi olan en basit segman şekli. Paralel pahlı spiral yaylı segman Çalışma yüzeyi şekli aynı paralel pahlı segmandaki gibi, ancak sızdırmazlık etkisi daha iyidir. Kenarları pahlı spiral yaylı segman Çalışma yüzeyi şekli aynı kenarları pahlı segmandaki gibi, ancak sızdırmazlık etkisi daha iyidir. Bu segman, en yaygın yağ sıyırma segmanıdır. Her motor türünde kullanılması mümkündür. Kenarları pahlı spiral yaylı segman krom kaplı sıyırıcı kenarlı Özellikleri aynı kenarları pahlı spiral yaylı segmandaki gibidir, ancak aşınmaya karşı dayanımı daha yüksektir ve böylece daha uzun ömürlüdür. Bu nedenle özellikle dizel motorlar için uygundur. Kenarları pahlı spiral yaylı segman nitritli çelikten Bu segman, profil çelik şeridinden üretilir ve üzerine her tarafını kaplayacak şekilde aşınmaya karşı koruma tabakası uygulanmıştır. Segman çok esnek olup kırılma tehlikesi yukarıda bahsedilen pik döküm segmanlara kıyasla daha azdır. Sıyırıcı kenarların arasındaki yağ drenajı yuvarlak delikler sayesinde gerçekleşir. Bu tür yağ sıyırıma segmanı öncelikle dizel motorlarda kullanılır. Piston segmanları 15

16 1.3 Piston segmanı türleri Üç parçalı yağ sıyırma segmanları Üç parçalı yağ sıyırma segmanları, aralık ve genişletici yayı tarafından silindir duvarına doğru bastırılan iki adet ince çelik lamelden oluşur. Çelik lamelli yağ sıyırma segmanlarının krom kaplanmış çalışma yüzeyli modelleri veya her tarafı nitrit kaplı modelleri mevcuttur. Nitrürlenmiş modeller, hem çalışma yüzeyinde hem de genişletici yay ile lameller arasında (sekonder aşınma) aşınma özelliklerinin iyileştirilmesine neden olur. Üç parçalı yağ sıyırma segmanlarının şekil doldurma kabiliyeti çok iyidir ve öncelikli olarak benzinli binek otomobil motorlarında kullanılırlar. Şekil. 1 Montaj durumu Çeşitli genişletici modelleri Şekil. 2 Şekil. 4 Şekil. 3 Şekil Piston segmanları

17 Piston segmanı türleri Tipik piston segmanı montajı Piston segmanlarında aranan karmaşık özelliklerin sadece tek bir piston segmanı tarafından karşılanması mümkün değildir. Bunu, sadece birden fazla farklı tipte piston segmanının kombinasyonu sayesinde gerçekleştirmek mümkündür. Dolayısıyla, modern motor imalatında bir adet kompresyon segmanı, bir adet kombine kompresyon ve sıyırma segmanı ve bir adet yağ sıyırma segmanından oluşan kombinasyon kendini kanıtlamıştır (Şekil 6). Üç segmandan fazla segmanlı pistonlar günümüzde nispeten enderdir. İkiden fazla kompresyon segmanı sızdırmazlık kalitesini iyileştirmez ve sadece sürtünmeden kaynaklanan kayıpları arttırır. Şekil. 6 Kompresyon segmanı Kompresyon ve sıyırma segmanı Yağ sıyırma segmanı «En iyi» piston segmanı En iyi piston segmanı veya en iyi piston segmanı donatımı diye bir şey yoktur. Her piston segmanı kendi alanında bir «uzmandır». Sonuçta her segman modeli ve segman takımı, birbirinden tamamen farklı ve kısmen karşıt talepleri yerine getirmek için varılan bir uzlaşmadır. Sadece tek bir piston segmanında yapılan değişiklik dahi tüm segman takımının uyumunu bozabilir. Yeni tasarlanacak bir motorda kullanılacak nihai piston segmanı kombinasyonu, genelde hem deney standı üzerinde yapılan kapsamlı deneyler sayesinde hem normal çalışma koşulları altında belirlenir. Yandaki tablonun eksiksiz olduğuna dair bir iddia yoktur, ancak bu tablo, farklı segman özelliklerinin çeşitli segman fonksiyonlarını nasıl etkilediğini göstermektedir. Sürtünme Rodaj Çalışma ömrü Yüksek segman gerginliği Düşük segman gerginliği Aşınmaya dayanıklı malzeme Daha yumuşak malzeme Düşük segman yüksekliği Yüksek segman yüksekliği avantajlı - pozitif orta-nötr dezavantajlı - negatif Piston segmanları 17

18 1.4 Piston segmanı tanımlamaları Ağız açıklığı Segman sonu boşluğu (soğuk durumdaki boşluk) Segman uçları Segman iç yüzeyi Segman sırtı (segman uçlarının karşısı) Segman çalışma yüzeyi Segman kenar yüzeyi Silindir çapı Radyal duvar kalınlığı Radyal boşluk Eksenel boşluk Kanal yüksekliği Piston segmanı yüksekliği Kanal tabanı çapı Silindir çapı 18 Piston segmanları

19 Piston segmanlarının yapısı ve şekli Piston segmanı malzemeleri Piston segmanlarının malzemeleri, segmanların performans karakteristiğine ve hangi koşullar altında çalışmak zorunda olduklarına bakılarak seçilir. İyi esneklik ve korozyona karşı direnç olduğu kadar aşırı kullanım koşulları altında hasara karşı yüksek dayanım da önemlidir. Pik döküm, bugün de piston segmanlarının üretildiği ana malzemedir. Pik döküm ve tekstür içindeki grafit katmanlar tribolojik açıdan acil durumda çok iyi performans karakteristiği sunar (grafit sayesinde kuru yağlama). Bu özellikler, motor yağı ile sağlanan yağlama artık mevcut değilse veya yağlayıcı film tahrip olmuşsa önemlidir. Ayrıca, segman yapısındaki grafit damarları yağ rezervuarı olarak etkilidir ve burada da yağlayıcı filmin zorlu çalışma koşulları altında tahrip olmasına karşı gelirler. Piston segmanı döküm prosesi Çelik malzemeler olarak martensitik mikro yapılı krom çelik ve yay çeliği kullanılır. Aşınmaya karşı direncin arttırılması için yüzeyler sertleştirilmiştir. Bu genelde nitrürleme* sayesinde gerçekleşir. Pik döküm malzemeleri olarak aşağıdaki malzemeler kullanılır: Lamellar şeklinde oluşturulmuş grafit yapılı (lamel grafitli döküm) döküm demir, sertleştirilmiş ve sertleştirilmemiş. Globullar şeklinde oluşturulmuş grafit yapılı (küresel grafitli döküm) döküm demir, sertleştirilmiş ve sertleştirilmemiş. * Nitrürleme (nitrürasyon), uzmanlar arasında azotla zenginleştirme (azot verilerek) olarak tanımlanır ve çeliğin sertleştirimesinde uygulanan bir metottur. Nitrürleme işlemi genelde, C arasındaki sıcaklıklarda ve saat arasında olan işleme süresi ile gerçekleştirilir. İş parçasının yüzeyinde, azotun yüzeyden içeriye doğru yayınması ile çok sert olan yüzeysel bir demir nitrür tabakası oluşur. Bu tabaka, işleme süresine bağlı olarak µm'lik kalınlığa ulaşabilir. Yaygın metotlar arasında tuz banyosunda nitrürleme (örneğin krank milleri), gaz nitrürleme (piston segmanlarında) ve plazma nitrürleme bulunur. Piston segmanları 19

20 1.5 Pistonların segmanlarının yapısı ve şekli Çalışma yüzeyi kaplama malzemeleri Tribolojik* özelliklerin iyileştirilmesi için piston segmanlarının sıyırıcı kenarlarını veya çalışma yüzeylerini kaplamak mümkündür. Burada öncelikli olarak aşınmaya karşı direncin arttırılması ve aşırı zorlu koşullar altında yağlama ve sızdırmazlık özelliğinin sağlanması da ön plandadır. Kaplama malzemesi, hem piston segmanının ve silindir duvarının üretildiği malze- melerle hem de yağlayıcı madde ile uyum göstermelidir. Piston segmanlarında çalışma yüzeyi kaplamaları yaygın olarak kullanılmaktadır. Seri üretim motorlarının segmanları sık olarak krom, molibden ve ferro oksit ile kaplanır. Ancak, CKS (krom seramik) segmanlar ve PVD yöntemi (Physical Vapour Deposition) ile kaplanmış segmanlar da kullanılmaktadır. Titan nitrür (TiN) ve krom nitrür (CrN) daha küçük üretim serilerinde (öncelikle yarış için üretilen motorlarda) kullanılmaktadır. Şekil. 1 Şekil. 2 Molibden kaplamalar Yanık izlerinden kaçınılması için kompresyon segmanlarının çalışma yüzeyi (yağ sıyırma segmanlarında değil) molibden ile doldurulabilir veya tüm yüzeyi kaplanabilir. Kaplama işlemi, hem alev ile püskürtme hem de plazma ile püskürtme yöntemi ile gerçekleşebilir. Molibden, yüksek erime noktası sayesinde (2620 C) sıcaklığa karşı çok yüksek direnç sağlar. Ayrıca, kaplama metodu sayesinde gözenekli bir malzeme yapısı elde edilir. Segmanların çalışma yüzeylerinde (Şekil 2) oluşan mikro boşlukların içinde motor yağı depolanabilir ve aşırı çalışma koşullarında dahi segman çalışma yüzeyinin yağlanması için yeterli miktarda yağ bulunması sağlanır. Özellikler: Sıcağa karşı yüksek direnç. İyi acil durum özellikleri. Kromdan daha yumuşak. Krom segmanlara kıyasla aşınmaya karşı daha az dirençli (kirlere karşı daha hassas). Segman titremesine karşı daha hassas (dolayısıyla örneğin vuruntulu yanma ve diğer yanma bozuklukları gibi aşırı zorlanma durumunda molibden atması meydana gelebilir). * Triboloji (Yunanca: Sürtünme bilimi) rölatif hareket halindeki etkileşimli yüzeyleri araştırma alanını ve teknolojisini kapsar. Triboloji; sürtünme, aşınma ve yağlama konularını bilimsel olarak inceleyen bilim dalıdır. 20 Piston segmanları

21 Piston segmanlarının yapısı ve şekli 1.5 Krom kaplamalar Krom kaplamalar, galvanik kaplama metodu ve plazma ile püskürtme metodu ile uygulanabilir. Yağ sıyırma segmanlarında galvanik kaplama metodu kullanılır. Özellikler: Yüksek çalışma ömrü (aşınmaya karşı direnç). Sert, dayanıklı yüzey. Daha az silindir aşınması (kaplamasız segmanlara kıyasla yakl. %50). Yanık izlerine karşı iyi direnç. Molibdeb kaplamalara göre acil durum özellikleri daha düşüktür. Aşınmaya karşı iyi direnç nedeniyle, rodaj süreleri takviyesiz segman çelik lamelli yağ sıyırma segmanları veya U-Flex yağ sıyırma segmanlarına göre daha uzundur. Şekil Segman çalışma yüzeylerinde kaplama şekilleri tam kaplama Şekil. 4 odalı Şekil. 5 tek taraflı odalı Şekil. 6 Piston segmanları 21