DOKTORA TEZİ MAKİNE EĞİTİMİ ANABİLİM DALI

Ebat: px
Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "DOKTORA TEZİ MAKİNE EĞİTİMİ ANABİLİM DALI"

Transkript

1

2 DÖRT ZAMANLI BUJİ ATEŞLEMELİ BİR MOTORUN EGZOZ ISISI GERİ KAZANIMI İLE ALTI ZAMANLI BİR MOTORA DÖNÜŞTÜRÜLMESİ VE MOTOR PERFORMANS VE EMİSYON KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ Emre ARABACI DOKTORA TEZİ MAKİNE EĞİTİMİ ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ NİSAN 2014 ANKARA

3 Emre ARABACI tarafından hazırlanan DÖRT ZAMANLI BUJİ ATEŞLEMELİ BİR MOTORUN EGZOZ ISISI GERİ KAZANIMI İLE ALTI ZAMANLI BİR MOTORA DÖNÜŞTÜRÜLMESİ VE MOTOR PERFORMANS VE EMİSYON KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ / OY ÇOKLUĞU ile Gazi Üniversitesi Makine Eğitimi Anabilim Dalında DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Prof. Dr. Yakup İÇİNGÜR Otomotiv Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunun onaylıyorum/onaylamıyorum.... Başkan: Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Otomotiv Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunun onaylıyorum/onaylamıyorum.... Üye: Prof. Dr. Metin GÜRÜ Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunun onaylıyorum/onaylamıyorum.... Üye: Prof. Dr. Can ÇINAR Otomotiv Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunun onaylıyorum/onaylamıyorum.... Üye: Doç. Dr. Yakup SEKMEN Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, Karabük Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunun onaylıyorum/onaylamıyorum.... Tez Savunma Tarihi: 29/04/2014 Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Doktora Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum. Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

4 ETİK BEYAN Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi, Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu, bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim. Emre ARABACI 29/04/2014

5

6 iv DÖRT ZAMANLI BUJİ ATEŞLEMELİ BİR MOTORUN EGZOZ ISISI GERİ KAZANIMI İLE ALTI ZAMANLI BİR MOTORA DÖNÜŞTÜRÜLMESİ VE MOTOR PERFORMANS VE EMİSYON KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ (Doktora Tezi) Emre ARABACI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Nisan 2014 ÖZET Bu çalışmada, dört zamanlı, buji ateşlemeli, karbüratörlü, tek silindirli bir motor, su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımlı (su enjeksiyonlu), altı zamanlı motora dönüştürülmüş, idealleştirilmiş çevrim analizi yapılmış ve su enjeksiyon parametrelerinin motor performansına etkileri teorik olarak incelenmiştir. Deneylerde LPG yakıtı kullanılmış ve hava fazlalık katsayısı (HFK) 1 e ayarlanmıştır. Altı zamanlı motor deneyleri min -1 motor hızı aralığında tam yükte yapılmış ve su enjeksiyon parametreleri incelenmiştir. Su enjeksiyonsuz ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motor karşılaştırıldığında, su enjeksiyonu ile birlikte fren momenti ortalama %12,27, yakıt tüketimi ortalama %2,02 ve ısıl verim ortalama %10,10 artmış, özgül yakıt tüketimi ortalama %8,87 azalmıştır. Bununla birlikte CO, HC ve NO emisyonu maksimum gücün elde edildiği motor hızına ulaşıncaya kadar azalmıştır. Dört zamanlı motor deneyleri su enjeksiyonlu altı zamanlı motorun en iyi performansı için elde edilen moment eğrisinin elde edildiği yüklerde yapılmıştır. Dört zamanlı motor, altı zamanlı motorun moment değerine göre çalıştırıldığında, altı zamanlı motorun özgül yakıt tüketimi ortalama %26,88 ve yakıt tüketimi ortalama %9,69 fazla olmuştur. Aynı moment değeri için, altı zamanlı motorun ısıl verimi, dört zamanlı motorun ısıl veriminden ortalama %7,55 daha fazla olmuştur. CO ve NO emisyonlarında belirgin bir iyileşme olmuştur. Altı zamanlı motorun egzoz gazı ve gövde sıcaklıkları dört zamanlı motora göre karşılaştırıldığında, egzoz gazı sıcaklığı ortalama %6,51 ve gövde sıcaklığı ortalama %2,21 azalmıştır. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler Sayfa Adedi : 218 Danışman : Altı zaman çevrimi, içten yanmalı motor, egzoz ısısı geri kazanımı, motor performansı : Prof. Dr. Yakup İÇİNGÜR

7 v CONVERSION OF A FOUR STROKE SPARK IGNITION ENGINE TO SIX STROKE ENGINE WITH EXHAUST HEAT RECOVERY AND INVESTIGATING OF THE ENGINE PERFORMANCE AND EXHAUST EMISSION CHARACTERISTICS (Ph. D. Thesis) Emre ARABACI GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES April 2014 ABSTRACT In this study, a single cylinder engine with four-stroke, spark ignition, carburetor has been converted to a six-stroke engine with a water injection, exhaust heat recovery (water injection), its idealized conversion is analyzed and the effects of water injection parameters on engine performance is theoretically investigated. In the experiments, LPG fuel is used and air excess coefficient (HFK) is set to 1. The six-stroke engine experiments have been implemented in min -1 engine speed range at full load and the water injection parameters are explored. In the comparison between six-stroke engine water injection and injectionless, the brake torque is increased 12.27% on average, the fuel consumption is increased 2.02% on average and thermal efficiency is increased 10.10% on average, specific fuel consumption has been decreased 8.87% on average. However, the CO, HC and NO emissions decreased until it reaches the engine speed when the maximum power is obtained. Experiments with water-injected four-stroke engine have been implemented at the loads which are obtained from moment curve where the six-stroke engine gives the best performance. When the four-stroke engine runs acoording to the six-stroke engine moment value, the specific fuel consumption has been 26,88% bigger on average and the fuel consumption has been 9.69% bigger on average. At the same moment value, the thermal efficiency of the six-stroke engine the engine has been 7.55% more than the four-stroke engine. There has been a marked improvement in CO and NO emissions. In the comparison of exhaust gas and body temperatures between the six-stroke engine to the four-stroke engine, the exhaust gas temperature has been decreased 6.51% on average and hull temperature has been decreased 2.21% on average. Science Code : Key Words Page Number : 218 Supervisor : Six stroke cycle, internal combustion engine, exhaust heat recovery, engine performance : Prof. Dr. Yakup İÇİNGÜR

8 vi TEŞEKKÜR Çalışmanın başlangıcından sonuna kadar hiçbir desteği esirgemeyen tez danışmanım, hocam sayın Prof. Dr. Yakup İÇİNGÜR başta olmak üzere; bilgileriyle beni yönlendiren TİK üyeleri hocalarım sayın Prof. Dr. M. Sahir SALMAN ve Prof. Dr. Metin GÜRÜ ye, deneysel çalışmalarımda bilgi birikimlerini benimle paylaşan sayın Arş. Gör. Hamit SOLMAZ, Arş. Gör. Emre YILMAZ ve Öğr. Gör. Ahmet UYUMAZ a, deney setinin kurulumu esnasında gerekli malzeme seçimi ve imalat işlemleri konusunda tecrübe ve yardımlarını esirgemeyen arkadaşım sayın Koray SEYMEN e ve Seymen Makina nın değerli çalışanlarına, 07/ kodlu proje ile çalışma için gerekli maddi desteklerinden dolayı Üniversitemiz Bilimsel Araştırmalar Proje Koordinasyon Birimi ne, bilgi ve tecrübeleriyle her zaman katkıda bulunan üniversitemiz Teknoloji Fakültesi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü ndeki tüm hocalarıma, dualarıyla manevi desteklerini her zaman hissettiğim sevgili Saliha ve Ömer ARABACI ya, sevgili Ayşe ve Ahmet KÖSTEK e, hakkını asla ödeyemeyeceğim sevgili hayat arkadaşım Hülya ARABACI ya ve neşe kaynağımız, evimizin prensesi kızım Aylin ARABACI ya teşekkür ederim.

9 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... ABSTRACT... TEŞEKKÜR... İÇİNDEKİLER... ÇİZELGELERİN LİSTESİ... ŞEKİLLERİN LİSTESİ... iv v vi vii x xi RESİMLERİN LİSTESİ... xvii SİMGELER VE KISALTMALAR... xviii 1. GİRİŞ LİTERATÜR ÇALIŞMASI Altı Zamanlı Motorlar Tek piston yaklaşımının kullanıldığı altı zamanlı motorlar Karşıt piston yaklaşımının kullanıldığı altı zamanlı motorlar Altı zamanlı motorlar ile ilgili diğer çalışmalar Altı zamanlı motorların temel avantaj ve dezavantajları Alternatif İçten Yanmalı Motorlar ve Çevrimleri İçten Yanmalı Motorlarda Su Enjeksiyonu İçten Yanmalı Motorlarda Egzoz Isısı Geri Kazanımı Uygulamaları MATERYAL VE METOT Materyal Deney ortamı Deney motoru Dinamometre Deneysel çalışmada kullanılan cihazlar Su Enjeksiyonu ile Egzoz Isısı Geri Kazanımı... 45

10 viii Sayfa 3.3. Su Enjeksiyonlu Altı Zamanlı Motor Çevriminin Enerji Analizi İdealleştirilmiş çevrim analizinde kullanılan alt modeller Dört Zamanlı Motorun Altı Zamanlı Motora Dönüşümü Silindir kapağına enjektörün montajı Kam mili ve kam-krank dişlilerinin tasarımı Kam profillerinin belirlenmesi ve kam loblarının üretilmesi Direkt su enjeksiyon sistemi Metot Deney sınır şartları Motor performans parametreleri Kayıp ısılar Egzoz emisyonları Isı balansı Ekserji analizi Deneysel ilkeler Su enjeksiyonu için kullanılan basınç ve avans değerleri Elektromanyetik parazit oluşumunun azaltılması DENEY SONUÇLARI VE TARTIŞMA Teorik Su Enjeksiyon Miktarını Değiştiren Temel Parametreler ve Etkileri Egzoz rekompresyon için sıkıştırma oranı değişiminin etkisi Egzoz rekompresyon oranına bağlı egzoz gazı miktarı değişiminin etkisi Enjekte edilen su sıcaklığı değişiminin etkisi İdealleştirilmiş Çevrim Enerji Analizi İçin Sayısal Örnek Ön Deney Sonuçları Altı Zamanlı Motorda Su Enjeksiyonu Deneyleri ve Etkileri

11 ix Sayfa Fren performans sonuçları Egzoz emisyon sonuçları Dört Zamanlı Orijinal Motor ile Elde Edilen Deney Sonuçları Sürtünme Momenti ve Mekanik Verim Isı Balansı Sonuçları Ekserji Analizi Sonuçları SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ KAYNAKLAR EKLER EK-1 Deneyde Kullanılan Saf Suya Ait Analiz Raporu EK-2 Emisyon Ölçümüne Göre Elde Edilen Gerçek Yanma Eşitlikleri EK-3 Deney Sonuçları EK-4 Enerji ve Ekserji Analizi İçin Motor Hızına Bağlı Grafikler EK-5 Deney Motoruna Ait Fotoğraflar ÖZGEÇMİŞ DİZİN

12 x ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Tek piston yaklaşımlı kullanıldığı altı zamanlı motor çalışmaları Çizelge 3.1. Deney motoruna ait katalog özellikleri Çizelge 3.2. Egzoz emisyon cihazı teknik özellikleri Çizelge 3.3. Deneylerde kullanılan enkoderin özellikleri Çizelge 3.4. Benzin ve LPG özelliklerinin karşılaştırılması Çizelge 3.5. Gerçek dört ve altı zamanlı motorlarda meydana gelen süreçler Çizelge 3.6. İdealleştirilmiş dört zamanlı ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motor çevrimi süreçleri Çizelge 3.7. Düz yüzeyli itici hareketi için hız, ivme ve jerk eşitlikleri Çizelge 3.8. Ölçümü yapılan kam profili için belirlenen değerler Çizelge 3.9. Fit edilmiş emme kamı profilinin parametreleri Çizelge Altı zamanlı motor için tasarlanan emme kamı parametreleri Çizelge Altı zamanlı motor için tasarlanan tam egzoz kamı parametreleri Çizelge Altı zamanlı motor için tasarlanan kısmi egzoz kamı parametreleri Çizelge Enjektör sürücü devresi parametreleri Çizelge Hava tüketimine göre kullanılması gereken orifis Çizelge Deneylerde kullanılan enjeksiyon avans değerleri Çizelge 4.1. Farklı egzoz rekompresyon sıkıştırma oranı için su enjeksiyon başlangıcındaki basınç ve sıcaklık değerleri Çizelge 4.2. Teorik hesaplamalar için gerekli motor ana boyutları Çizelge 4.3. Çevrim analizlerinde kabul edilen ve iteratif yöntemle belirlenen başlangıç şartları (altı zamanlı motor çevrimi için) Çizelge 4.4. Çevrimlerdeki kritik noktalar için hesaplanan değerler Çizelge 4.5. Temel motor parametreleri değerleri Çizelge 4.6. En iyi momentin elde edildiği su basıncı ve avans değerleri Çizelge min -1 motor hızı için gerçek yanma eşitlikleri

13 xi ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Dyer in 1920 tarihli motorlarda egzoz ısısı geri kazanımı oluşumu... 8 Şekil 2.2. Griffin in altı zamanlı motor tasarımı... 9 Şekil 2.3. Schimanek in 1913 tarihli altı zamanlı motor tasarımı Şekil 2.4. Liedtke in 1917 tarih li altı zamanlı motor tasarımı Şekil 2.5. Dyer in 1920 tarihli altı zamanlı motor tasarımı Şekil 2.6. Anil in 1970 tarihli altı zamanlı motor tasarımı Şekil 2.7. Singh in 2001 tarihli altı zamanlı motor tasarımı Şekil 2.8. Ziabazmi nin 2004 tarihli altı zamanlı motor tasarımı Şekil 2.9. Crower in 2007 tarihli altı zamanlı motor tasarımı Şekil Kelem in 2010 tarihli altı zamanlı motor çevrimi Şekil Kelem in 2010 tarihli altı zamanlı motor tasarımı Şekil Szybist in 2010 tarihli altı zamanlı motorunun çalışması Şekil Conklin in çalışmasındaki altı zamanlı motor çevriminin supap hareketleri ve silindir içi basıncı değişimi Şekil Eriksson un 2010 tarihli altı zamanlı motorunun çalışması Şekil Beare nin 1994 tarihli altı zamanlı motorunun çalışması Şekil Beare nin termodinamik analiz sonucu elde ettiği moment değişimi Şekil Altı zamanlı dizel iki yakıt enjeksiyonlu motor şematiği Şekil tarihli Atkinson motoru mekanizması Şekil Otto çevrimi ile Atkinson çevrimi arasındaki fark Şekil Atkinson çevrimli Honda ExLink motor çevrimi Şekil Otto ve Miller çevrimlerinin karşılaştırılması Şekil Miller ve Scuderi çevrimlerinin karşılaştırılması Şekil Motorlar için hazır su enjeksiyon sistemi (manifold enjeksiyon) Şekil İki zamanlı motorda hidrojen, oksijen, suyun direkt enjeksiyonu... 32

14 xii Şekil Sayfa Şekil Egzoz ısısı geri kazanımı için buhar aşırı doldurma Şekil Egzoz ısısı geri kazanımı için Rankine çevrimi kullanımı Şekil Egzoz ısısı geri kazanımı için Organik Rankine çevrimi Şekil Egzoz ısısı geri kazanımı için açık buhar Rankine çevrimi kullanımı Şekil Egzoz ısısı geri kazanımı için metanol ayrışmalı kombine çevrim Şekil 3.1. Deney motoruna ait katalog karakteristik eğriler Şekil 3.2. Benzinli bir motor için enerji dağılımı (Sankey diyagramı) Şekil 3.3. Kısmi egzoz işlemi sonrasında egzoz ısısı geri kazanımı ile birlikte silindir içi basıncı değişimi Şekil 3.4. Dört zamanlı benzinli motorlar için gerçek çevrim kayıpları Şekil 3.5. Altı ve dört zamanlı motorların idealleştirilmiş çevrimlerine ait basınç-hacim diyagramları ve süreçlerin analizinde kullanılan indisler Şekil 3.6. Silindir hacminin krank açısına bağlı değişimi Şekil 3.7. Dört zamanlı ve altı zamanlı motorlar arasındaki yapısal farklar Şekil 3.8. Silindir kapağı alt kısım referanslar ve bilgisayar çizimi Şekil 3.9. Enjektör bağlantı elemanının silindir kapağındaki konumu Şekil Krank ve kam dişlileri Şekil İtici tipleri Şekil Harmonik kam teorisi Şekil Birinci yay üzerindeki itici hareketi Şekil İkinci yay üzerindeki itici hareketi Şekil Kam profili ölçümünün yapılabilmesi için tasarlanmış basit düzenek Şekil Orijinal kam profilleri ve açılar Şekil Kam açıları ve supap ayar diyagramı Şekil Orijinal ve fit edilmiş emme kamı profili için temsili çizim Şekil Fit edilmiş emme kam profilinde izleyiciye ait karakteristik eğriler Şekil Kam mili üzerinde teorik zamanların oluşumu... 81

15 xiii Şekil Sayfa Şekil Kam lobları arasındaki açı Şekil Altı zamanlı motora ait tasarlanan supap ayar diyagramı Şekil Altı zamanlı motorun emme kamı izleyicisine ait karakteristik eğriler Şekil Altı zamanlı motor için tasarlanan emme kamı profili Şekil Tam egzoz kamı izleyicisine ait karakteristik eğriler Şekil Kısmi egzoz kamı izleyicisine ait karakteristik eğriler Şekil Altı zamanlı motor için tasarlanan egzoz kamı profili Şekil Devrilme momenti oluşumu Şekil Yay boyuna göre yay kuvvetinin değişimi ve yay tansiyon aleti Şekil Orijinal emme kamı için itici teması ve oluşan kuvvetler Şekil Altı zamanlı motor emme kamı için itici temas noktası, oluşan kuvvetler Şekil Altı zamanlı motor tam egzoz kamı için itici teması ve oluşan kuvvetler Şekil Altı zamanlı motor kısmi egzoz kamı için itici teması ve oluşan kuvvetler Şekil Kamların mile montajında kullanılan şablon Şekil Enjektör sürücü devresi için basit bir şematik gösterim Şekil Enjektörün sürülmesi Şekil Enjektörün çalıştırılması için gerekli sistem Şekil Bir çevrim için su enjeksiyonu Şekil Yüksek basınçlı su sistemi Şekil Enjektör test düzeneği Şekil Enjektör gecikmesinin su enjeksiyon miktarına etkisi Şekil Su enjeksiyon miktarının su basıncı ve teorik enjektör açık kalma süresine bağlı değişimi Şekil Orifis ve eğik manometreden oluşan hava tüketimi ölçüm düzeneği Şekil Tek silindirli dört zamanlı bir motora ait emme havası akışı

16 xiv Şekil Sayfa Şekil Konveksiyon ile ısı transferi için kabul edilen motor modeli Şekil Hava akışına bağlı ısı transfer katsayısı Şekil İçten yanmalı motorlarda emisyon oluşumu Şekil Isı balansı modeli Şekil Ekserji transferi oluşumu Şekil Yakıt kimyasal ekserjisi modeli Şekil Entropi değerinin belirlenmesi Şekil Enjeksiyon miktarının enjeksiyon basıncına göre değişimi Şekil Enjeksiyon açısal süresinin motor hızına bağlı değişimi Şekil 4.1. Egzoz rekompresyon sıkıştırma oranına bağlı olarak silindir içi basıncı ve su tüketimi değişimi Şekil 4.2. Su enjeksiyon sonrası sıcaklığın su tüketimine etkisi Şekil 4.3. Su enjeksiyon sonrası sıcaklığın enjeksiyon sonrası basınca etkisi Şekil 4.4. Su enjeksiyon sonrası sıcaklığın genişleme sonrası basınca etkisi Şekil 4.5. Farklı enjeksiyon sonrası sıcaklık değerleri için silindir içi karışım miktarı yüzdesinin su tüketimine ekisi Şekil 4.6. Farklı egzoz rekompresyon sıkıştırma oranı için silindir içi karışım miktarı yüzdesinin su tüketimine etkisi Şekil 4.7. Su enjeksiyon sıcaklığı değişimine göre genişleme sonu silindir içi basıncı ve su enjeksiyon miktarının değişimi Şekil 4.8. Krank açısına bağlı olarak silindir içi basınç ve sıcaklık değişimi Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Şekil En iyi performans için su enjeksiyon zamanlaması

17 xv Şekil Sayfa Şekil Su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Şekil Fren momentindeki yüzde değişimin su enjeksiyon miktarı ile ilişkisi Şekil Su enjeksiyonunun fren gücüne etkisi Şekil Su enjeksiyonunun yakıt tüketimine etkisi Şekil Su enjeksiyonunun hacimsel verime etkisi Şekil En iyi performans için motor hızına bağlı su-yakıt oranı Şekil Su enjeksiyonunun ısıl verime etkisi Şekil Su enjeksiyonunun özgül yakıt tüketimine etkisi Şekil Motor hızına bağlı CO emisyonunun değişimi Şekil Motor hızına bağlı HC emisyonunun değişimi Şekil Motor hızına bağlı NO emisyonunun değişimi Şekil min -1 motor hızında su enjeksiyonuna bağlı CO değişimi Şekil min -1 motor hızında su enjeksiyonuna bağlı HC değişimi Şekil min -1 motor hızında enjeksiyonuna bağlı NO değişimi Şekil min -1 motor hızında su enjeksiyon avansına bağlı CO değişimi Şekil min -1 motor hızında su enjeksiyon avansına bağlı HC değişimi Şekil min -1 motor hızında su enjeksiyon avansına bağlı NO değişimi Şekil Dört zamanlı motorun tam yük performans parametreleri Şekil Dört ve altı zamanlı motor için tam yükteki hacimsel verim değişimleri Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki hacimsel verim değişimleri Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki yakıt tüketimi değişimleri Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki özgül yakıt tüketimi değişimleri Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki ısıl verim değişimleri

18 xvi Şekil Sayfa Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki CO emisyonu değişimleri Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki HC emisyonu değişimleri Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki NO emisyonu değişimleri Şekil Sürtünme momentinin motor hızına bağlı değişimi Şekil Mekanik verimin motor hızına bağlı değişimi Şekil Egzoz gazı sıcaklığının motor hızına bağlı değişimi Şekil Gövde sıcaklığının motor hızına bağlı değişimi Şekil min -1 motor hızı için karşılaştırmalı ısı balansı Şekil min -1 motor hızı için karşılaştırmalı ekserji analizi Şekil Termodinamik verimin motor hızına bağlı değişimi Şekil Motor hızına bağlı birim zamandaki sistem entropi üretimi Şekil Motor hızına bağlı sistem entropi üretimi

19 xvii RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 2.1. Kilmarnock markası ile üretilmiş dünyanın ilk altı zamanlı motoru... 7 Resim 2.2. Beare nin altı zamanlı motoru Resim 2.3. Kottmann ın imal ettiği motorun parçaları Resim 2.4. Altı zamanlı dizel iki yakıt enjeksiyonlu motor Resim 3.1. Deney motoru Resim 3.2. Deneylerde kullanılan dinamometre ve kontrol paneli Resim 3.3. Egzoz emisyon cihazı Resim 3.4. Gövde, yağ ve egzoz sıcaklığı için ölçüm noktaları Resim 3.5. Deneylerde kullanılan hava akışmetresi ve eğik manometre Resim 3.6. Su enjeksiyon yönetimi için tasarlanan elektronik kontrol ünitesi Resim 3.7. LPG sistemini oluşturan parçalar Resim 3.8. Silindir kapağı üzerindeki referans işaretler Resim 3.9. Enjektörün silindir kapağına montajı için tasarlanan ara adaptör Resim Silindir kapağındaki enjektör bağlantı yeri Resim Üretilen kam mili Resim Orijinal ve üretilen kam dişlileri Resim Kam mili için gövde üzerinde yapılan talaş kaldırma işlemi Resim Motorda kullanılan iticiler ve ölçüleri Resim İmal edilen kamlar Resim Kam milinin oluşturulması Resim Enjektör sürücü devresi Resim Isıtma sistemi montaj aşamaları Resim Enjektör karakteristiği için oluşturulan devre ve osiloskop görüntüsü Resim Sistemde kullanılan blendajlı kablo

20 xviii SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama a1 Su enjeksiyonu miktar katsayısı a2 Su enjeksiyonu avans katsayısı a AB A-B yayı üzerindeki ivme, mm/s 2 a max Kam üzerinde maksimum negatif ivme, mm/s 2 A pis Piston yüzey alanı, m 2 b 1 C D c p c v d ah Mutlak nem, g/m 3 d mut D f,min D orf e E ç E ç,küt E g E g,küt E sis F c F kam F yay g h f I I A Kam birinci yay merkezinin uzaklığı, mm Daralma katsayısı Sabit basınçta özgül ısı, kj/kgk Sabit hacimde özgül ısı, kj/kgk Mutlak nem miktarı (g/m3) Minimum itici çapı, mm Orifis çapı, mm Termodinamik verim, ikinci yasa verimi Çıkan enerji, kj Kütle ile çıkan enerji, kj Giren enerji, kj Kütle ile giren enerji, kj Sistem enerjisi, kj İtici yuvası karşı kuvveti, N Kam kuvveti, N Yay kuvveti, N Gibbs serbest enerjisi, kj/kg Yakıt entalpisi, kj/kg Kayıp iş, tersinmezlik, kj Enjektör çalışma akımı, A

21 xix Simgeler Açıklama I boost I hold eff. Enjektör boost akımı, A Enjektör tutma akımı, A j AB A-B yayı arasındaki sıçrama, mm/s 3 K SI L M b M bc M i m inj,t m inj,r m hava Tork düzeltme katsayısı Biyel uzunluğu, m Motor fren torku, Nm Düzeltilmiş motor fren torku, Nm Motor indike torku, Nm Toplam su enjeksiyon miktarı, g Gerçek enjeksiyon debisi, mg/s Giren hava debisi, kg/s Yakıt tüketimi, kg/h n Motor hızı, min -1 öyt Özgül yakıt tüketimi, g/kwh P b P i n p n r n total p atm p mi p ort p pv p ra p sv p w,kısmi Q atık Q ç Q eg Q g Q kayıp Fren gücü, efektif güç, kw İndike güç, kw Ürünlerin toplam mol miktarı, kmol Reaktanların toplam mol miktarı, kmol Toplam mol miktarı, kmol Atmosfer basıncı, kpa İndike ortalama efektif basınç, kpa Ortam basıncı, kpa Kısmi buhar basıncı, kpa Gerçek atmosferik basınç, kpa Doymuş buhar basıncı, kpa Suyun kısmi basıncı Atık ısı, kj Çıkan ısı, kj Egzoz atık ısısı, kj Giren ısı, kj Kayıp ısı, kj

22 xx Simgeler Açıklama Q LHV Q α Q ε r 1 R u r v r v,er s AB s BC s kh s max T atm t boost ti T ort tr T d X ısı X iş X kütle U u U boost U discharge Yakıt alt ısıl değer, kj/kg Konveksiyon ile atılan ısı, kj Radyasyon ile atılan ısı, kj Kam birinci yay yarıçapı, mm Üniversal gaz sabiti Sıkıştırma oranı Egzoz rekompresyon sıkıştırma oranı A-B yayı üzerinde yer değiştirme, mm B-C yayı üzerinde yer değiştirme, mm Kontrol hacmindeki toplam entropi, kw/k İtici maksimum yer değiştirme miktarı, mm Atmosfer sıcaklığı, K Enjektör boost süresi, ms Enjeksiyon süresi, ms Ortam sıcaklığı, K Düzeltilmiş enjeksiyon süresi, ms Silindir duvar sıcaklığı, K Isı Ekserjisi, kj Ekserji işi, kj Kütle Ekserjisi, kj Hava hızı, m/s iç enerji, kj/kmolk Enjektör boost gerilimi, V Enjektör boşalma gerilimi, V Vc Yanma odası hacmi, cm 3 v f v w W cv W in W max W out zf Bir çevrimde tüketilen yakıt, µl/cyc Teorik enjektör debisi, µl/ms Kontrol hacmi işi, kj Giren iş, kj Tersinir iş, maksimum iş, kj Çıkan iş, kj Referans değere göre boşta kalma süresi, ms

23 xxi Simgeler Açıklama zi Enjeksiyon süresi, ms zm ÜÖN-kısmi egzoz başlangıcı arası süre, ms zz İki referans nokta arasındaki süre, ms γ Politropik üs γ c γ e ε η b η mek η th η v θ b θ AB θ BC θ d λ ψ ψ kim,i ψ tm,i μ Sıkıştırma politropik üssü Genişleme politropik üssü Radyasyon ısı transferi Fren ısıl verim Mekanik verim Isıl verim Hacimsel verim Etkin yanma süreci, o A-B yayı açısı, o B-C yayı açısı, o Alev gelişme süreci, o Krank yarıçapı-biyel oranı özgül ekserji, kj/kg özgül kimyasal ekserji, kj/kg özgül termomekanik ekserji, kj/kg Atık gaz oranı ρ hava hava yoğunluğu, kg/m 3 Φ Bağıl nem, % ω Açısal hız, rad/s Kısaltmalar Açıklama AÖN ARAI BSU D1 Alt ölü nokta Hindistan Otomotiv Araştırmaları Birliği Bosch Duman Birimi Birinci durum

24 xxii Kısaltmalar Açıklama EGR EMI ER FACE GDI HFK HYO KA KE OHV ORNL PE PID R SAE SI SSR TC TS USDOE USPTO ÜÖN WIPO Z Egzoz gazı resirkülasyonu Elektromanyetik parazit/karışım Egzoz rekompresyon İleri yanmalı motorlar için yakıt Benzin direkt enjeksiyon Hava fazlalık katsayısı Kütlesel hava-yakıt oranı Krank açısı Kinetik enerji Üstten supaplı Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı Potansiyel enerji Oransal integral-türev Korelasyon katsayısı Otomotiv Mühendisleri Derneği Uluslararası birim sistemi Katı röle, optik röle Termoçift Türk Standardı Amerika Enerji Bakanlığı Amerika Patent ve Marka Ofisi Üst ölü nokta Dünya Fikri Mülkiyet Ofisi Üst ölü nokta referansı

25 1 1. GİRİŞ Teknolojinin gelişimi ve hızla artan dünya nüfusuyla birlikte, ısınma, ulaşım ve sanayi için için kullanılan enerji tüketimi her geçen gün artmaktadır. Bununla birlikte dünyada kullanılan klasik enerji kaynakları rezervlerinin gün geçtikçe azalması ve bu rezervlerin yakın gelecek bir zamanda ihtiyacı karşılayamayacağı öngörülmektedir [1]. Günümüzde, özellikle otomotiv sektöründe, her ne kadar pistonlu, içten yanmalı motorlu sistemlerden hibrit ve elektrikli sistemlere geçiş eğilimi artsa da içten yanmalı motorlarla ilgili araştırma ve geliştirme çalışmaları büyük bir hızla devam etmektedir. Son yıllarda hibrit ve elektrikli sistemler, otomotiv sektörü için popüler araştırma konuları olarak görünmesine rağmen, günümüzde sistematik ve güçlü bir alt yapısı oluşturulmuş ve tükenmesi kaçınılmaz olan fosil türevi yakıtlar ile çalışan pistonlu içten yanmalı motor teknolojisinden vazgeçmenin kolay olmayacağı öngörülmektedir [1-4]. Yeni bir teknoloji olarak görünen hibrit ve elektrikli sistemler ile ilgili tarihi bir araştırma yapıldığında bu sistemlerin kullanılma çalışmalarının 1800 lü yılların başlarına kadar uzandığı görülmektedir. Buna rağmen istenilen gelişme geçen yıllara rağmen sağlanamamıştır. Her ne kadar elektrikli sistemlerin termik sistemlere göre büyük avantajları olduğu söylense de, yıllarca bu gelişimin yönü hep termik makinelere doğru olmuştur [1-3, 5] Otomotiv sektörü ve motor teknolojisi ile ilgili teknik ve magazinel yayınlar incelendiğinde içten yanmalı motorlarla ilgili çalışmalar için halen laboratuvar çalışmalarının yapıldığı, yeni yardımcı sistemlerin oluşturulduğu ve bu sistemlerle ilgili birçok patentin alındığı görülmektedir. Her ne kadar otomotiv teknolojisinde hibrit ve elektrikli güç üretim sistemleri yaygınlaştırılmaya ve geliştirilmeye çalışılsa da, otomotiv sektörü güç üretim teknolojisi kullanımında buji ateşlemeli ve sıkıştırma ateşlemeli pistonlu içten yanmalı motorlar ön plana çıkmaktadır. Bu içten yanmalı motorların geliştirilmesiyle beraber bu motorlarda kullanılabilecek alternatif yakıtların araştırılması da devam etmektedir [4, 6, 7]. Son yıllarda içten yanmalı motorlara olan araştırma ilgisi küçük hacim, yüksek performans ve düşük yakıt tüketimi yönündedir. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte ve özellikle

26 2 bilgisayarlı kontrol sistemlerinin yaygınlaşmasından sonra daha küçük hacimli ve yüksek performanslı motorların tasarım ve imalatı artık daha kolaydır. Özellikle otomotiv sektörünün önde gelen kuruluşları küçük hacimli motorlar konusunda oldukça hassas davranmaktadır. Küçük hacimli motordan büyük güç elde etmekle beraber zehirli gaz salınımını da minimize etme çalışmaları devam etmektedir. Engine Technology International dergisinin 1999 yılından günümüze kadar her yıl uluslararası yılın motorları ödülleri verilmektedir. Bu ödüllendirme en iyi yeni motor, en iyi performansa sahip motor, en iyi yakıt ekonomisine sahip motor, bir litrenin altında silindir hacmine sahip motorlar gibi kategorilerde yapılmaktadır yılından bu yana da en iyi yakıt ekonomisine sahip motor kategorisi yerine yılın yeşil motoru kategorisinde ödüller verilmektedir. Bu durum çevre faktörünün motorların seçimi konusunda ön planda tutulduğunun bir göstergesidir. Sonuç olarak motor hacminin küçültülmesi ve emisyonların azaltılması içten yanmalı motorların geliştirilmesinde başlıca iki yol haritasıdır [6, 7]. Günümüzde kullanılan buji ateşlemeli ve sıkıştırma ateşlemeli pistonlu içten yanmalı motorlar her krank turunda bir işin meydana geldiği iki zaman ve her iki krank turunda bir işin meydana geldiği dört zaman prensibine dayalı olarak çalışmaktadır li yıllardan sonra Wankel motoru pistonlu motorlara alternatif olarak gösterilse de sızdırmazlık, sürtünme ve üretimdeki problemlerden dolayı birkaç otomotiv firması dışında çok fazla bir araştırma-geliştirme çalışmaları yapılmamıştır. Son on yıllık zaman diliminde yakıt, motor ve emisyon ile ilgili araştırma konuları aşağıdaki gibi sıralanabilmektedir [4, 6-9]: Port enjeksiyon sistemleri Dizel motorlarda ön karışımlı dolgu oluşturma (PCCI) ve emisyonlar Dizel motorlar için hidrojen kullanılan homojen dolgulu (HCCI) sistemler Dizel motorlarda PCCI moduna geçiş, Benzin motorlarında buji destekli HCCI uygulamaları ve çevrimsel kontrolü, Benzin motorları için HCCI yakıt kompozisyonu, Benzin motorları için HCCI ve sıkıştırma oranı etkisi, Benzin motorları için HCCI modellemesi ve tahmini, Dizel motorlar için HCCI yakıt özellikleri ve kimyası, Dizel motorlar için PCCI kaynaklı titreşimler, Buji ateşlemeli motorlarda benzin-etanol karışımında etanol oranının artırılması, Çok silindirli motorlarda reaktif kontrollü sıkıştırma ateşlemeli (RCCI) yanma,

27 3 RCCI yanmada emisyon karakterizasyonu, Benzin motorları için model yakıtlarla birlikte HCCI, İleri yanmalı motorlar için yakıt (FACE) ile dizel HCCI. Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı na (USDOE) bağlı Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı nın 2010 yılında sunduğu rapora göre 2010 yılı araştırma konuları arasında yukarıdaki başlıklara ek olarak iki yeni başlık daha görülmektedir [9]: Altı zamanlı benzin motoru konsepti Altı zamanlı silindir içi reformasyonu Altı zaman çevrimi temel olarak dört zamanlı bir sisteme ek olarak buhar çevriminin eklenmesi ve bu iki farklı çevrimin birleştirilmesi için egzoz gazı ısı enerjisinin kullanılması prensibine dayanmaktadır. Teknolojinin gelişimi ile birlikte bu prensip de çeşitli değişikliklere uğrayarak farklı altı zamanlı motor tasarımları ortaya çıkmıştır [10]. Altı zamanlı motor kavramı özellikle pistonlu motorlarda kullanılan iki ve dört zamanlı motorlara alternatif bir enerji dönüşüm sistemi olması muhtemel bir düşüncedir lü yıllardan günümüze kadar altı zaman konsepti ile ilgili birçok patent alınmış ve amatör olarak küçük atölyelerde altı zaman prensibine göre çalışan prototip motor üretimleri yapılmıştır. İçten yanmalı motorların geliştirilmesi konusundaki bir başka yaklaşım ise Miller ve Atkinson gibi alternatif çevrimli motorlar üzerindeki çalışmalardır. Bu çevrimler ile tasarlanan motorlar klasik içten yanmalı motorlara göre yüksek verimli olmalarına rağmen tasarım gereği ısıl verim artırılırken meydana gelen güç kaybının dengelenebilmesi için bu motorlar hibrit olarak tasarlanmaktadır. Altı zaman çevriminde de motor ısıl verimi artırılırken güçteki düşüş kaçınılmaz bir durumdur. Altı zaman çevriminde, ısıl verimin artırılması ile beraber yakıt tüketiminde de bir azalma meydana gelmesi öngörülmüştür. Isıl verimin artışından sağlanacak faydadan söz edebilmek için yakıt tüketimi ile birlikte özgül yakıt tüketiminin de azalması gerekmektedir. Bu tez çalışması dört zamanlı, buji ateşlemeli, tek piston yaklaşımlı, silindir içi egzoz ısısı geri kazanımı yönteminin kullanıldığı altı zamanlı motora dönüşümü ile sınırlandırılmıştır. Bunun için su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımının yapılarak motor ısıl veriminin

28 4 arttığı iddia edilen 1920 tarihli Dyer in ve sınır şartların açıklandığı 2010 tarihli Szybist in altı zamanlı motor patentleri, bu çalışmanın temelini oluşturmaktadır. Bununla birlikte altı zamanlı motorlarla ilgili diğer yaklaşım olan karşıt piston yaklaşımı ile ilgili literatür taraması yapılarak tek piston yaklaşımı mekanizması ve çalışma çevrimlerindeki benzerlikler araştırılmıştır [11, 12]. Bu çalışmanın amaçları aşağıdaki gibi sıralanabilmektedir: Dört zamanlı pistonlu motorlara alternatif olarak yaygın olarak kullanılan motorlara göre avantajları bulunan bir enerji dönüşüm sistemi uygulaması oluşturmak, Alternatif enerji kaynaklarının araştırıldığı günümüzde yeni ve kullanılabilir bir alternatif enerji dönüşüm sistemi oluşturmak, Yanma sonrası oluşan egzoz gazlarının barındırdığı ve günümüzde kullanılan motorlarda atmosfere atılan ısı enerjisinin bir miktarının motorda tekrar iş elde etmek için kullanılmasını sağlamak, Dört zamanlı, pistonlu bir motorda gerekli değişikliklerin yapılmasıyla altı zamanlı bir motora dönüştürülmesini motor performans karakteristiklerinin belirlenmesini ve dört zamanlı motorlara göre karşılaştırma yapılmasını sağlamak, İçten yanmalı motorlarda enerjinin verimli kullanılması ve kirletici emisyonların azaltılması için yeni bir sistem oluşturmak. Bu çalışmanın önemi ve gerekliliği aşağıdaki gibi sıralanabilmektedir: Günümüzde yaygın olarak kullanılan içten yanmalı pistonlu motorların geliştirilmesi için yapılan araştırma konularına alternatif bir konudur, İçten yanmalı motorlarda enerjinin faydalı kullanımı (enerji verimliliği) bakımından araştırılması faydalı yeni bir konudur, Temel olarak pistonlu dört zamanlı motor üzerine kurulu bir yapısı olduğundan dolayı bu sisteme dönüşümün ve yaygınlaştırmanın kolay olduğu bir konudur. Bu çalışmada; su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımlı altı zamanlı motor için idealleştirilmiş çevrim termodinamik analizinin yapılmasının ardından, dört zamanlı, pistonlu, buji ateşlemeli, doğal emişli, karbüratörlü, tek silindirli ve üstten supaplı (OHV) bir motor üzerinde yapılan teorik araştırmalar, hesaplamalar ve kabuller ile elde edilen sonuçlar doğrultusunda gerekli yapısal değişiklikler ve düzenlemeler yapılarak elde edilen

29 5 su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımlı altı zamanlı deney motoru üzerinde farklı su enjeksiyon parametreleri için tam yükteki hız deneyleri ve kirletici emisyon ölçümü verileri elde edilerek motorun orijinal halindeki performans parametreleri sonuçları ile karşılaştırma yapılarak değerlendirilmiştir.

30

31 7 2. LİTERATÜR ÇALIŞMASI Su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımının uygulandığı altı zamanlı motorlar konusu için kapsamlı literatür çalışması aşağıdaki alt konu başlıkları üzerine yapılmıştır. Altı zamanlı motorlar Alternatif içten yanmalı motorlar ve çevrimleri İçten yanmalı motorlarda su enjeksiyonu Motorlarda egzoz ısısı geri kazanımı 2.1. Altı Zamanlı Motorlar Pistonlu, içten yanmalı motorlar çalışma prensiplerine göre iki ve dört zamanlı motorlar olmak üzere iki grupta incelenmektedir. Günümüzde kullanılan termik motorların çok büyük bir kısmı bu prensiplere göre çalışan motorlardan meydana gelmektedir. Motorlara tarihsel çerçeveden bakıldığında altı zamanlı motor kavramı da iki ve dört zamanlı motorlar kadar eski bir geçmişi vardır. Altı zamanlı motor adı ilk kez 1883 yılında Griffin tarafından kullanılmış ve altı zamanlı motorların içten yanmalı ve buhar motorlarının birleşimi olarak yeni bir motor çalışma prensibi olarak tanıtılmıştır [13, 14]. Griffin in 1885 yılında Kilmarnock markası altında üretilen motoru (Resim 2.1), dünyanın ilk altı zamanlı motorudur ve günümüzde Bath at Work Müzesi nde (İngiltere) sergilenmektedir. Resim 2.1. Kilmarnock markası ile üretilmiş dünyanın ilk altı zamanlı motoru [15]

32 8 Altı zamanlı motorlar Griffin in çalışmasında klasik dört zamanlı motor çevrimine ek olarak iki zaman eklenmesiyle ve bu eklenen iki zamanın buhar çevrimi şeklinde çalıştırılmasıyla meydana gelen yeni bir motor tasarımı olarak tanımlanmıştır. Altı zamanlı motorların tasarım amaçları; yüksek ısıl verim, düzenli egzoz emisyonları ve performans artışıdır. Altı zamanlı motorlar ile ilgili ayrıntılı çalışma prensibini açıklayan ilk çalışma ise 1920 yılında Dyer tarafından yapılmıştır. Şekil 2.1 de Dyer in patentindeki egzoz ısısı geri kazanımı gösterilmiştir [11, 14]. Şekil 2.1. Dyer in 1920 tarihli motorlarda egzoz ısısı geri kazanımı oluşumu [11] Şekil 2.1 de emme, sıkıştırma ve genişleme zamanından sonra (d ve e ile gösterilen) egzoz ısısının geri kazanımı süreci görülmektedir. Dyer in patentiine göre dört zamanlı motorların altı zamanlı motorlardan farkı egzoz ısısının geri kazanımı sürecidir [11]. Altı zamanlı motorlarla ilgili iki temel yaklaşım mevcuttur: Tek piston (single piston) yaklaşımı: Otto ve dizel çevrim esasına göre çalışan motorlardaki atık ısının aynı silindir içerisinde kullanılması prensibine, başka bir ifade ile buhar veya hava gibi patlamayan akışkanların genişletilip ikinci bir egzoz zamanının oluşması prensibine dayanmaktadır. Her çevrim üç krank turunda gerçekleşmektedir. Bir çevrimde iki güç zamanı meydana gelmektedir. Karşıt piston (opposed piston) yaklaşımı: Her silindir için karşıt bir piston kullanılması prensibine dayanmaktadır. İki pistonun birbirinden farklı hızlarından dolayı silindir içi hacim değişimi bilinen pistonlu motorlardan farklıdır. İkinci piston, klasik supap

33 9 mekanizması yerine kullanılmaktadır. Bu düşünce 1994 yılında ortaya atılmıştır [16] Tek piston yaklaşımının kullanıldığı altı zamanlı motorlar Bu tür motorlarda klasik piston silindir düzeneği mevcuttur ve genel yapısı bakımından dört zamanlı motorları anımsatmaktadır. Dört zamanlı motorlarda her bir çevrim iki tam krank turunda tamamlanırken, altı zamanlı motorlarda ise her bir çevrim üç tam krank turunda tamamlanmaktadır. Bu nedenle tek piston yaklaşımının kullanıldığı altı zamanlı motorları dört zamanlı motorlardan ayıran en büyük farklılık supap mekanizmaları ve supap zamanlamalarıdır. Tek piston yaklaşımının kullanıldığı ilk altı zamanlı motor çalışması 1883 yılında Griffin tarafından yapılmıştır. Griffin in çalışması Şekil 2.2 de gösterilmiştir. Kingston Iron Works te mühendis olan Griffin 1883 yılında İngiltere, 1884 yılında Fransa ve 1889 yılında Amerika Patent Ofisi nde çalışmasını patentleştirmiştir. Griffin çalışmasını tek etkili, altı zamanlı ve kayan valfli bir motor üzerine yapmıştır. Griffin in motorunda dört zamanlı Otto motoruna ek olarak egzoz zamanı sonrası silindir içerisine hava alınarak ikinci bir genişleme ve egzoz zamanı sağlanmakta ve çevrim üç tam krank turunda meydana gelmektedir. Gaz değişimleri kayan valfler sayesine yapılmaktadır. [11, 14, 15]. Şekil 2.2. Griffin in altı zamanlı motor tasarımı [14] Macaristan Kraliyet Teknik Üniversitesi profesörü olan Schimanek, 1913 yılında altı

34 10 zamanlı motorlarla ilgili bir çalışma yapmıştır (Şekil 2.3). Tasarımın temel amacı silindir içi dolgusunun artırılarak hacimsel verimin, başka bir ifade ile motordan elde edilen gücün artırılmasıdır [17]. Şekil 2.3. Schimanek in 1913 tarihli altı zamanlı motor tasarımı [17] Schimanek in bu tasarımında birinci zaman, emme zamanı olarak gerçekleşmekte ve yakıthava karışımı silindir içerisine alınmaktadır. Silindir içerisine alınan bu karışım sıkıştırılarak Şekil 2.3 te gösterilen X kabına alınmaktadır. Üçüncü zaman, birinci zamanın aynısı olarak gerçekleşmektedir. Piston alt ölü noktadayken (üçüncü zaman sonu, dördüncü zaman başlangıcı) X kabında bulunan sıkıştırılmış karışım silindir içerisine aktarılmaktadır. Böylece silindir içi dolgusu artırılmaktadır. Dördüncü zamanda, silindir içerisindeki karışım sıkıştırılmaktadır. Beşinci zaman iş zamanıdır. Silindir içerisinde yakılan karşımı beşinci zamanda genişletilerek iş meydana gelmektedir. Altıncı zaman egzoz zamanıdır. Motorun çalışma yapısına bakıldığında günümüzde kullanılan turbo sistemlerinin yaptığı işlev, motora iki zaman eklenmesiyle oluşturulmuştur [17].

35 11 Liedtke, 1917 yılında tasarlamış olduğu içten yanmalı ve buhar motoru tasarımında yanma sonucunda silindir duvarı ve piston yüzeyinde oluşan atık ısının, motor içerisine enjekte edilen buharda kullanılarak ek bir iş zamanı oluşmasını hedeflemektedir [18]. Şekil 2.4. Liedtke in 1917 tarihli altı zamanlı motor tasarımı [18] Şekil 2.4 te Liedke nin altı zamanlı motor tasarımı görülmektedir. Tasarıma göre bir çevrim, üç tam krank turunda meydana gelmektedir. Bu tasarımda birinci zaman havanın emilmesi, ikinci zaman havanın sıkıştırılması ve yakıt enjeksiyonu, üçüncü zaman yanmış gazlarla iş oluşumu, dördüncü zaman yanmış gazların dışarıya atılması, beşinci zaman silindir içerisine buharın alınması ve genişlemesi, altıncı zaman buharın dışarıya atılması olarak gerçekleşmektedir. Liedtke nin bu çalışması egzoz atık ısısının silindir içinde değerlendirilmesinden bahsetmesi bakımından önemlidir [18]. Dyer 1920 yılında altı zamanlı motorların çalışma prensibini ayrıntılı bir biçimde açıklayan bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada, motorda üç önemli gelişme olduğundan söz

36 12 edilmiştir. Bunlar; atık ısıdan faydalanarak motor veriminin yükseltilmesi, egzozun geliştirilmesi ve soğutma sisteminin basitleştirilmesidir [11]. Şekil 2.5. Dyer in 1920 tarihli altı zamanlı motor tasarımı [11] Şekil 2.5 te gösterilen Dyer in bu çalışmasında motora verilecek su bir pompa yardımıyla iletilmektedir. Ayrıca pompayı tetikleyen kam konik bir biçimde ayarlanabilir olarak tasarlanmıştır. Böylelikle su miktarı ayarlanabilir hale getirilmiştir. Bu tasarım günümüzde kullanılan değişken supap zamanlamasının kam mekanizmasının en basit biçimi olarak düşünülebilmektedir. Suyu motora yollayacak pompayı kumanda eden kam, motorun her üç tam dönüşünde bir kere tetikleyecek şekilde konumlandırılmıştır. Bununla birlikte çalışmada sıcak egzoz gazlarının içerisine su eklenmesi ve suyun buhar fazına geçerek silindir içi basıncının yükselmesi kavramından söz edilmektedir. Motorda zamanların oluşumu Şekil 2.1 de gösterilmiştir (Bkz. Şekil 2.1) [11]. Hindistan da bir motor fabrikasının sahibi olan Anil 1970 yılından 2012 yılında kadar altı zamanlı motor ve çalışma prensipleri konusunda çalışmalar yapmıştır ve şekil 2.6 da Anil in altı zamanlı motor tasarımı gösterilmiştir (Bkz. Şekil 2.6). Anil bu çalışmalarını 2012 yılında Hindistan Patent Ofisi nde patent olarak tescillemiştir ve dört zamanlı motorlara göre verimi daha yüksek bir motor yapmayı planlamıştır. Bu verim artışının da krank milinin her bir çevrim için üç tur döndürülerek klasik dört zamanlı motor çevrimine iki zaman daha eklenmesiyle oluşabileceğini savunmuştur. Yapılan çalışmada klasik dört

37 13 zamanlı motor çevrimindeki egzoz zamanı sonrasına emme (hava) ve egzoz (hava) zamanları eklemiştir. Zamanların meydana gelmesi için dört ayrı supap kullanılmıştır [16, 19] Şekil 2.6. Anil in 1970 tarihli altı zamanlı motor tasarımı [19] Anil in bu çalışmasında ayrıca dört zamanlı motorlara göre aynı motor hızı ve yükü için %50 daha az yakıt tüketiminin olacağından, daha düşük titreşim ve kirletici emisyon olacağından ve %30 daha az güç eldesinin olacağından söz edilmektedir. Bu tasarım ile ilgili prototip bir modeli üretilerek Hindistan Otomotiv Araştırmaları Birliği (ARAI) laboratuvarlarında test edilmiştir [16]. Singh 2001 yılında Dyer in 1920 yılındaki çalışmasını geliştirerek sistemin bilgisayar kontrollü halini bir çalışma olarak sunmuştur. Altı zamanlı motorun kontrollü bir biçimde yönetilmesi bakımından kapsamlı bir çalışmadır. Şekil 2.7 de Singh in bu çalışması gösterilmektedir. Yapılan çalışmada buji ateşlemeli bir motor üzerine yerleştirilen sensörlerden alınan veriler, bilgisayarda işlenerek çıkış sinyali üretilerek su enjeksiyonu sağlanmaktadır. Su bir yüksek basınç pompasıyla basınçlandırılmakta ve silindir içerisine yüksek basınçlı direkt enjektör ile enjekte edilmektedir. Sistem için enjekte edilecek su, motordan soğutma suyuna aktarılan ısı enerjisi kullanılarak ısıtılmaktadır [20].

38 14 Şekil 2.7. Singh in 2001 tarihli altı zamanlı motor tasarımı [20] Ziabazmi 2004 yılında silindir içerisindeki tek bir supabını hem emme hem de egzoz için kullanıldığı altı zamanlı bir motor tasarlamıştır ve bu tasarım Şekil 2.8 de gösterilmektedir. Şekil 2.8. Ziabazmi nin 2004 tarihli altı zamanlı motor tasarımı [21]

39 15 Bu motorda emme işlemi için reed valf ve egzoz işlemi için ek bir supap kullanılmaktadır ve kam mili-krank mili dönüş oranı 3 tür. Zamanların oluşumu, Şekil 2.8 de C1 ile gösterilen üç loblu kam ile sağlanmaktadır. Ziabazmi nin tasarımında, egzoz zamanında A2 ve A4 ile gösterilen supaplar açık kalmaktadır. Egzoz zamanı sonrası A2 supabı kapanmasına rağmen bir sonraki çevrimin emme zamanında emme kanalındaki egzoz gazlarının temizlenmesi için A4 supabı bir süre daha açık kalmaktadır. Böylelikle motorun hacimsel verimi artırılmaktadır. Yapılan bu tasarım yalnızca altı zamanlı motorlar için değil, günümüzde kullanılan dört zamanlı motorların supap mekanizmaları için de bir alternatif oluşturmaktadır [21]. Şekil 2.9 da gösterilen Crower in 2007 yılındaki tasarımında, silindir içerisine yanma sonrası su enjekte edilerek atık ısının kullanılabileceğinden dolayı, motorun daha soğuk çalışacağından ve azot-oksit emisyonlarının azalacağından söz edilmektedir. Şekil 2.9. Crower in 2007 tarihli altı zamanlı motor tasarımı [22] Şekil 2.9 da, motor içerisine su enjekte edilmesiyle birlikte su buhar fazına geçmekte ve motor çevriminde ikinci bir güç zamanı meydana gelmektedir. Bu çalışmada, suyun buhar fazına geçmesiyle birlikte silindir içi sıcaklığının ve emisyonlarda azot-oksit eğiliminin azalacağı iddia edilmektedir. Bununla birlikte tasarımda, motorda kullanılan soğutma sisteminin gereksiniminin azalacağı ve ihtiyaç duyulan soğutma kapasitesinin minimum düzeye ineceği öngörülmektedir [22].

40 16 Kelem 2010 yılında yaptığı çalışmada klasik dört zamanlı motor çevrimine ek olarak iki serbest zamanın eklenmesiyle altı zamanlı motor için tasarladığı metodu anlatmıştır. Şekil 2.10 da Kelem in motor tasarımındaki zamanların oluşumu gösterilmektedir. Şekil Kelem in 2010 tarihli altı zamanlı motor çevrimi [23] Kelem in bu tasarımında klasik dört zamanlı motorlardaki emme, sıkıştırma, iş ve egzoz zamanından sonra egzoz supabı açık kalmaya devam ederek silindir içerisine temiz hava almaktadır ve beşinci zaman meydana gelmektedir. Egzoz supabı açık kalmaya devam etmektedir ve piston yukarıya doğru hareket ederek altıncı zaman (ikinci egzoz) meydana gelmektedir. Her bir çevrim iki yerine üç krank turunda meydana geleceğinden dolayı yakıt ekonomisinin iyileşmesi amaçlanmıştır (Şekil 2.10) [23]. Şekil Kelem in 2010 tarihli altı zamanlı motor tasarımı [23]

41 17 Kelem in bu tasarımı altı zamanlı motorlarda tasarım basitliği bakımından çok önemlidir. Bu tasarımın dört zamanlı motorlardan farklılıkları kam-krank dişli oranı ve kam profilinde görülmektedir (Bkz. Şekil 2.11). Yapılan çalışmada ayrıca 120 KA faz farkı olan üç silindirli ve zamanlı motorda silindirlerdeki zamanların oluşumu da gösterilmiştir [23]. Szybist 2010 yılında Dyer in 1920 yılındaki çalışmasını referans alıp geliştirerek su enjeksiyonu ile yüksek verimli altı zamanlı motor çevrimi ile ilgili, sınır şartların teorik belirlendiği bir çalışma yapmıştır. Yapılan çalışmada motor ısıl veriminin yükseltilmesi amaçlanmıştır. Yapılan bu çalışmada yanma sonrası gerçekleşen egzoz zamanı kısmi olarak yapılarak sıcak gazların silindir içerisinde kalması sağlanmıştır. Daha sonrasında bu yanmış gazların içerisine su enjekte edilerek suyun atık ısı enerjisi etkisiyle buharlaşması sağlanmıştır. Suyun buhar fazına geçişi sırasında silindir içi sıcaklığı azalmasına rağmen silindir içi basıncı bir miktar artmaktadır. Daha sonrasında bir genişleme zamanı gerçekleştirilerek çevrimde ikinci bir iş zamanı meydana getirilmektedir. İkinci iş zamanı sonrasında klasik dört zamanlı motor çevriminde olduğu gibi egzoz zamanı gerçekleşmektedir [12]. Şekil Szybist in 2010 tarihli altı zamanlı motorunun çalışması [12] Szybist in önerisine göre, Şekil 2.12 de gösterildiği gibi, enjekte edilen suyun basınçlandırılması için yüksek basınç pompası kullanılmıştır. Tasarımda hem soğutma yoluyla atılan atık enerjiden faydalanmak, hem de silindir içerisinde suyun daha kolay ve kısa sürede buharlaşması için soğutma sistemine yerleştirilen bir ısı eşanjörü yardımıyla su

42 18 ısıtılmaktadır. Sonuç olarak motor daha soğuk çalışmakta, atık ısıların bir kısmı tekrar iş olarak dönüştürülmekte ve her bir çevrim üç krank turunda meydana geldiğinden dolayı yakıt tüketimi azalmakta ve ısıl verim artmaktadır [12]. Conklin ve Szybist 2010 yılında su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımının kullanıldığı yüksek verimli altı zamanlı içten yanmalı bir motor çevrimi için teorik bir çalışma yapmışlardır. Yapılan bu çalışmada klasik dört zamanlı bir motorun referans ölçüleri alınarak, altı zamanlı motora dönüşümündeki ek iki zamanın termodinamik analizi yapılmıştır. Yapılan analizde belirli sıcaklıklarda ve çevrim başına belirli miktarlarda suyun enjekte edildiği kabul edilmiştir. Enjekte edilen su miktarını sınırlayan iki parametreden söz edilmektedir. Bunlar, ikinci genişleme zamanı sonunda karışım içerisindeki suyun buhar fazında olması ve karışım basıncının atmosfer basıncından yüksek olması şartlarıdır. Yapılan çalışmada enjekte edilen su miktarı arttıkça silindir içi basıncı artmakta ve bunun sonucu olarak ortalama efektif basıncı artmaktadır. Ancak enjekte edilen su miktarının artmasıyla birlikte silindir içi sıcaklığı azalmaktadır. Enjekte edilen suyun sıcaklığı arttıkça aynı ortalama efektif basınç değeri için daha az miktarda suya ihtiyaç duyulmaktadır. Enjekte edilecek su miktarı arttıkça su enjeksiyon süresi artacağından dolayı suyun sıcak olarak enjekte edilmesi enjeksiyon zamanlaması için de alternatif bir durum oluşturduğundan söz edilmektedir. Şekil 2.13 te altı zamanlı motor için supap hareketleri ve silindir içi basıncı değişimi gösterilmiştir [10]. Şekil Conklin in çalışmasındaki altı zamanlı motor çevriminin supap hareketleri ve silindir içi basıncı değişimi [10]

43 19 Eriksson un 2012 yılında Volvo Car sahipliğinde yaptığı çalışmada sıvı genişlemeli silindir içi atık ısı geri kazanımı yöntemi başka bir ifade ile Dyer in 1920 yılındaki patent çalışması referans alınmıştır. Çalışmada kısmi bir egzoz sürecinin ardından sıvı genişlemesinden söz edilmektedir. Eriksson un bu çalışmasında diğer altı zamanlı motorlardan farkı, çalışma yapısından kaynaklanmaktadır. Yanan yakıt-hava karışımının bir kısmı egzoz hattından dışarıya atılmaktadır. Şekil 2.14 te bu motorun çalışması gösterilmektedir. Egzoz gazları egzoz hattı üzerinde bulunan katalitik konverter üzerinden geçmektedir. Kalan egzoz gazları içerisine bir enjektör ile depoda bulunan sıvı püskürtülmektedir. Silindir içerisine püskürtülen sıvı buharlaşmaktadır. Bu etki ile ikinci bir genişleme süreci meydana getirilmektedir. Daha sonrasında ikinci egzoz supabı açılmaktadır. Buradan çıkan gazlar yoğuşturucudan geçmekte, püskürtülen ve buharlaşan sıvı buharı sıvı faza dönüşmekte ve geri kalan gaz karışımı ikinci katalitik konverter üzerinden geçerek dışarıya atılmaktadır. Böylelikle motor içerisinde kullanılan yanmayan sıvının geri kazanımı sağlanmaktadır. Atık ısının bir kısmının motorda işe dönüştürülmesiyle hem yakıt tüketimi azalmakta hem de ısıl verim artmaktadır [24]. Şekil Eriksson un 2010 tarihli altı zamanlı motorunun çalışması [24] Tek piston yaklaşımının kullanıldığı altı zamanlı motorlar ile ilgili literatür araştırması yapıldığında 130 yıllık (1883~2013) bilgiye ulaşılmıştır. Altı zamanlı motorlar ile ilgili Ford, Toyota, Volvo gibi otomotiv sektörünün öncü firmalar da çeşitli çalışmalar yapmakta ve patentler tescillenmektedir. Tek piston yaklaşımının kullanıldığı altı zamanlı motorlar ile ilgili diğer patent çalışmaları Çizelge 2.1 de liste halinde gösterilmiştir.

44 20 Çizelge 2.1. Tek piston yaklaşımlı kullanıldığı altı zamanlı motor çalışmaları [25-46] Uygulayan Yılı Konusu J. Cage 1921 Üç fazlı altı zamanlı motor H. Rudd 1940 Dizel altı zamanlı motor C. Sagona 1960 Altı zamanlı motor R. Melby 1975 Aşırı doldurmalı altı zamanlı motor R. Tibbs 1976 Sıvı buharlaştırmalı altı zamanlı motor C. Ward 1981 Altı zamanlı motorlarda yakıt ekonomisi O Hallstrom 1984 İçten yanmalı ve buhar motorunun kombinasyonu R. Bajulaz 1985 Isıl enerjinin mekanik enerjiye dönüşüm metodu G. Larsen 1988 Değişken sıkıştırma oranlı altı zamanlı motor Y. Ogura 1990 Altı zamanlı motor Y. Ogura 1990 Altı zamanlı motor S. Gerhard 1992 Altı zamanlı motor D. Prater 2001 Yakıt ve buhar dolgulu altı zamanlı motor D. Brehob 2006 Multi (altı) zamanlı motor L. Hu 2006 Çift altı zamanlı serbest soğumalı motor S. Singh 2009 İçten yanmalı motorlarda atık ısının geri kazanımı T. Yamasaki 2010 Hidrojenle çalışan altı zamanlı motor K. Chandes 2010 Altı zamanlı motor J. Bonner 2010 Altı zamanlı motor K. Ooyama 2010 Altı zamanlı motorlar için katalist kontrol A. Blackburn 2012 Blackburn çevrimli altı zamanlı motor K. Ooyama 2012 Rejeneratörlü altı zamanlı motor Karşıt piston yaklaşımının kullanıldığı altı zamanlı motorlar Karşıt piston yaklaşımının kullanıldığı motorlarda temel amaç motor gücünün artırılmasıdır. İlk olarak 1990 lı yıllarda ortaya atılmış bir fikirdir. Bu tür motorlarla ilgili literatürde çok fazla bilgiye rastlanmamıştır. Ancak yapılan pratik uygulamaları nedeniyle tek piston yaklaşımının kullanıldığı altı zamanlı motor çalışmalarından daha popüler bir araştırma konusu haline gelmiştir. Karşıt piston yaklaşımının kullanıldığı motorlarda genel olarak tek piston yaklaşımının kullanıldığı altı zamanlı motorlardaki supap mekanizması

45 21 yerine, güç pistonuna ek olarak ayrı bir yardımcı piston kullanılmaktadır. Bu tür motorlarda çevrim iki krank turunda tamamlanmaktadır. Şekil Beare nin 1994 tarihli altı zamanlı motorunun çalışması [47] Avusturalyalı motor tasarımcısı Beare nin 1994 yılında tasarladığı karşıt pistonlu motorunda güç pistonu ve yardımcı piston vardır (Şekil 2.15). Her iki piston ayrı krank millerine bağlıdır. İki piston da belirli noktada iken motor döndüğünde yardımcı piston aynı noktaya geldiğinde, güç pistonu ikinci kez aynı noktaya gelmektedir [50]. Resim 2.2. Beare nin altı zamanlı motoru [48] Motorun sıkıştırma oranına yardımcı piston da etki etmektedir. Motorda her iki pistona ait krank mili farklı oranlarda döndüğünden dolayı silindir hacminin krank açısına göre

46 22 değişimi, klasik dört zamanlı motorlara göre farklıdır. Motorda herhangi bir supap mekanizması yoktur. Yardımcı piston ve portlar, supap mekanizmasının görevini yapmaktadır. Supap mekanizması olmadığından dolayı bu tasarım genel olarak iki zamanlı motorlara benzemektedir. Emme portunda bir reed valf kullanılırken egzoz portunda kayar valf kullanılmaktadır (Bkz. Şekil 2.15 ve Resim 2.2) [47]. Beare, tasarladığı motor için %35 güç artışı öngörmektedir. 500 cm 3 silindir hacmine sahip bir motor için yaptığı teorik termodinamik analiz ile elde ettiği moment değişimi Şekil 2.16 da gösterilmektedir [47, 48]. Şekil Beare nin termodinamik analiz sonucu elde ettiği moment değişimi [48] Dünyanın önde gelen piston-silindir üreticisi Mahle Grup çalışanı Kottmann, mesleğinin de avantajlarını kullanarak altı zamanlı motorlar konusunda yeni bir tasarım fikri ortaya atmıştır. Piston doldurmalı motor olarak adlandırılan bu yeni tasarımda Beare nin tasarımından farklı olarak pistonlar karşılıklı değil, yan yana durmaktadır. Piston doldurmalı motorda iki zamanlı motorlarda olduğu gibi herhangi bir supap mekanizması, kam mili ve dişliler yoktur. Supap mekanizmasının görevini güç pistonuna yardımcı olan dolgu silindiri ve pistonu yapmaktadır. Bu motorun dört zamanlı motorlara göre avantajları; hareketli parçaların azlığı, sağlam yapısı, düşük üretim maliyeti ve yakıt tüketimi olarak sıralanabilmektedir (Bkz. Resim 2.3) [49].

47 23 Resim 2.3. Kottmann ın imal ettiği motorun parçaları [49] Altı zamanlı motorlar ile ilgili diğer çalışmalar Altı zamanlı motorlar ile ilgili bir başka uygulama ise bir çevrimde iki kez yakıt enjekte etme düşüncesidir. Bunun için hava fazlalığı ile çalıştıklarından dolayı dizel motorlar tercih edilmektedir. Japonya Gunma Üniversitesi araştırmacılarından Arai ve arkadaşları 1994 ve 1999 yılında yeni bir konsept altı zamanlı dizel motor üzerine bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada tek silindirli dört zamanlı bir dizel motoru yeni konsept altı zamanlı motora dönüştürülmüştür. Bu dönüşümde kam mili yeniden imal edilmiştir. Bu motorda iki kez yakıt enjeksiyonu yapılmaktadır. Dizel motorlar hava fazlalığı ile çalıştığından dolayı birinci sıkıştırma ve birinci genişlemenin ardından egzoz supabı kapalı bırakılarak tam EGR (egzoz gazı resirkülasyonu) durumunda tekrar yakıt enjekte edilerek ikinci bir genişleme süreci elde edilmektedir. Bu çalışmada ayrıca termodinamik yanma modeli kullanılmıştır. Bununla birlikte dizel yakıtının yanında metanol gibi farklı yakıtlar ikinci enjeksiyon olarak kullanılarak deneyler yapılmıştır (Bkz. Şekil 2.17 ve Resim 2.4) [50, 51].

48 24 Şekil Altı zamanlı dizel iki yakıt enjeksiyonlu motor şematiği [50] Yapılan çalışmalarda sonuç olarak yakıt tüketiminde %40 a varan azalma, kirletici emisyonlarda önemli bir azalma, termik verimde artış, motor sıcaklığında ve motor sesinde azalma olduğundan söz edilmektedir. Bununla birlikte fren gücünde önemli bir azalma, motor boyutlarında artış olduğundan söz edilmektedir. Resim 2.4. Altı zamanlı dizel iki yakıt enjeksiyonlu motor [51] Altı zamanlı motorların temel avantaj ve dezavantajları Altı zamanlı motorlarla ilgili referans kaynakların büyük bir bölümü patentlerden oluşmaktadır. Buradaki avantaj ve dezavantajlar, altı zamanlı motorlar ile ilgili olan patentlerdeki bilgiler referans alınarak oluşturulmuştur. Burada sözü geçen avantaj ve dezavantajlar, özellikle tek piston yaklaşımının kullanıldığı altı zamanlı motorları kapsamaktadır [11-52].

49 25 Bir çevrimde iki iş zamanı: Altı zamanlı motorlarda ikinci iş zamanı iki farklı yöntemle meydana gelmektedir. Bunların birincisi yanmayan sıvı enjeksiyonlu veya serbest zamanlı egzoz ısısı geri kazanımı yöntemi ve diğeri ise ikinci yakıt enjeksiyonu yöntemidir. Altı zamanlı motorlarda sabit bir motor hızı için dört zamanlı bir motorlara göre %33 daha fazla iş zamanı meydana gelmektedir ve bu altı zamanlı motorların daha düşük motor hızlarında çalışmasına olanak sağlamaktadır. Bununla birlikte özellikle egzoz ısısı geri kazanımının kullanıldığı motorlarda yakıt tüketimi aynı boyutlarda ve özellikteki dört zamanlı motora göre daha düşüktür. Kirlilikte önemli bir azalma: Altı zamanlı motorların kullanılmasıyla dört zamanlı motorlara kıyasla, HC, CO ve NO x emisyonlarında azalma (kimyasal kirlilikte azalma), daha düşük motor hızlarında daha düzenli ve sessiz çalışma (ses kirliliğinde azalma) ve atık ısının tekrar motor içerisinde değerlendirilmesiyle motorun daha soğuk çalıştırılması ve egzozdan atılan ısı enerjinin azaltılması (termal kirlilikte azalma) sağlanabilmektedir. Karşılaştırılabilir maliyet: Altı zamanlı motorların genel yapısı dört zamanlı motorlarla aynıdır ve dört zamanlı bir motorun altı zamanlı bir motora dönüşümünde temel özellikler aynı kalmak şartıyla küçük değişiklikler yapılması yeterlidir. Bu nedenle aynı özellikteki dört zamanlı bir motor ile altı zamanlı motorun imalat maliyetleri birbirine oldukça yakındır. Yakıt seçimi esnekliği: Dört zamanlı motorlarda kullanılabilen tüm yakıtlar altı zamanlı motorlarda da kullanılabilmektedir. Tüm bu avantajlarının yanında altı zamanlı motorlarla ilgili aşağıdaki dezavantajlar da mevcuttur. Altı zamanlı motorlar, dört zamanlı motorlara göre daha yüksek ısıl verime sahip olsalar da motor tarihi boyunca uygulama alanı bulamamıştır. Bunun en büyük nedeni, halen kullanılmakta ve geliştirilmekte olan dört zamanlı motorların yaygın bir biçimde kullanılmasıdır. Bu nedenle dört zamanlı motorların altı zamanlı motorlara dönüşümü için zamana ihtiyaç vardır. Altı zamanlı motorlar, dört zamanlı motorlar ile karşılaştırıldığında motorun çalışması için gerekli aksesuarlar (su enjeksiyon sistemi, su basınçlandırma sistemi gibi yardımcı üniteler) nedeniyle daha hantal bir yapıya sahiptir. Bu nedenle altı zamanlı motorların

50 26 endüstriyel olarak kullanılması için daha kompakt bir yapı oluşturulmasına yönelik çalışmalar yapılmalıdır. Dört zamanlı motorlar ile altı zamanlı motorların genel yapıları birbirine benzer olsa da, altı zamanlı motorun çalıştırılması için gerekli aksesuarlar ve bağlantı yerlerinden dolayı, altı zamanlı motorlar, dört zamanlı motorlar ile kıyaslandığında daha karmaşık bir yapıya sahiptir Alternatif İçten Yanmalı Motorlar ve Çevrimleri Günümüzde kullanılan içten yanmalı motorlar Otto, dizel ve Seiliger (karma) çevrimlerini temel almışlardır. Son yıllarda özellikle hibrit motorlu taşıtlarda Otto çevrimi yerine Atkinson veya Miller çevrimli motorlar tercih edilmektedir. Atkinson çevrimi Otto çevrimine oldukça benzerdir. Otto çevrimi ile Atkinson çevrimi arasındaki fark, Otto çevriminin genişleme zamanı sonundaki sabit hacim işlemi, sabit basınç işlemi ile değiştirilmiş olmasıdır. Atkinson çevrimli motor ile ilgili patent ilk olarak 1886 yılında tescil edilmiştir. Bu tasarımda karşılıklı piston kullanılmıştır ve altı zamanlı motorlar ile ilgili karşıt pistonlu altı zamanlı motor yaklaşımına benzer bir yapı vardır. Atkinson 1887 yılında bu tasarımını geliştirerek karşıt piston yerine tek piston kullanarak günümüzde kullanılan Atkinson çevrimli motorların temelini oluşturmuştur. Atkinson çevriminde temel amaç yakıt dönüşüm veriminin (ısıl verim) artırılmasıdır. Atkinson çevrimi yapısal olarak Otto çevrimi temeline dayalı bir tasarım olsa da krank mili-piston arasındaki karmaşık bağlantı iki tasarımı birbirinden ayıran en büyük farklılıktır [53-55]. Şekil tarihli Atkinson motoru mekanizması [56] Otto çevriminde sıkıştırma ve genişleme kursları birbirine eşit olurken, Atkinson çevriminde krank mili-piston bağlantısından kaynaklanan bir yenilikle genişleme kursu

51 27 sıkıştırma kursundan daima büyüktür. Bu nedenle Atkinson çevrimi bazı kaynaklarda aşırı genişlemeli (over expanded) çevrim olarak da ifade edilmektedir [53, 55, 57]. Şekil Otto çevrimi ile Atkinson çevrimi arasındaki fark [53] Şekil 2.19 da da görüldüğü gibi, Atkinson çevrimli motorlarda, klasik Otto çevrimli motorlara göre ısıl verim yüksek, ancak motor momenti düşüktür [53, 55, 57]. Şekil Atkinson çevrimli Honda ExLink motor çevrimi [54] Honda ExLink (Extended Expansion Linkage Engine) tasarımı Atkinson çevrimli motorlar arasında önemli bir yere sahiptir. Atkinson çevrimine göre çalışan bu motorda Honda

52 28 firmasına ait bir krank mili-piston bağlantısı (ExLink) kullanılmaktadır. ExLink ile genişleme kursu geleneksel motora göre 1,4 kat artırılmıştır. Böylelikle daha yüksek ısıl verim elde edilmektedir. ExLink ile sıkıştırma oranı 12,2:1 iken genişleme oranı 17,6:1 olmaktadır (Bkz. Şekil 2.20) [54]. Günümüzde Chevrolet, Ford, Hyundai, Kia, Mazda, Mercedes, Toyota ve Honda gibi otomotiv sektörünün önde gelen markaları, Atkinson çevrimli motorları özellikle hibrit modellerinde kullanmaktadır [58]. Miller çevrimi, Atkinson çevriminin modernize edilmiş halidir. Bir motor Atkinson çevrimi ile çalışması için tasarlanırken karmaşık mekanik bağlantılara ihtiyaç duyulurken benzer bir motor Miller çevrimi ile çalışacak şekilde tasarlandığında kendine özgü bir supap zamanlaması ile istenen aynı sonuçları alabilmek mümkündür. Miller çevriminin özellikleri, etkin sıkıştırma oranının genişleme oranından daha düşük olması, dolgu giriş basıncının yüksek olması (aşırı doldurma) ve değişken supap zamanlaması olarak sıralanabilmektedir. [57, 59]. Şekil Otto ve Miller çevrimlerinin karşılaştırılması [61] Miller, erken emme supabının normalden erken kapanmasını sağlayarak işinin azaltılabileceğini ve azaltılmış giriş süresini dengelemek için taze dolgu basıncını artırmayı önermiştir. Uygun arttırılmış basınç ve emme supabı kapanma zamanlaması ile aşırı

53 29 doldurmalı motorların çeşitli rakımlarda çalışmasıyla deniz seviyesindeki gücün korunabileceğini göstermiştir (Bkz. Şekil 2.21) [59, 60]. Otto çevriminin bir başka geliştirilmiş hali Scuderi çevrimidir. Scuderi çevrimi temel olarak Miller çevriminin özelliklerini taşımaktadır. Yapısal olarak bölünmüş bir Otto çevrimidir. Çevrimin oluşabilmesi için iki silindirli bir yapısı vardır (Şekil 2.22). Scuderi çevrimi ile ilgili çalışmalarda bulunduğu bilinen otomotiv markaları Honda, PSA (Peogeot ve Citroen), Daimler ve Fiat olarak sıralanmaktadır. Scuderi için 50 den fazla ülkede 500 e yakın patent başvurusu bulunmaktadır. İki silindir arası bir geçiş kanalı ile birleştirilmiştir. Fazladan supap ve supap mekanizması kullanılması bununla birlikte her bir çevrimin oluşması için iki silindirin olması bu tasarımın en büyük dezavantajlarıdır [62, 63]. Şekil Miller ve Scuderi çevrimlerinin karşılaştırılması [62] Scuderi motorla ilgili Scuderi firmasının birçok farklı tasarımı mevcuttur. Bununla ilgili en ilgi çekici tasarım, hava depolu hibrit motor tasarımıdır. Bunun için geçiş kanalına bir hava deposu bağlanmıştır. Böylelikle normal çalışma esnasında depo dolmakta ve gerektiğinde bu depodaki hava yardımıyla hava motoru olarak çalıştırılabilmektedir [63, 64]. Ülkemizde çalışmaları devam eden çevrim atlatma yöntemi de alternatif bir motor çevrimi modelidir. Bu yöntemde, motordan çekilen güç azaldığında etkin kurs hacmi belirli bir oranda azaltılmakta, aynı devir koşulunda istenen gücün sağlanabilmesi için ortalama

54 30 efektif basınç (çevrim başına dolgu girişi) aynı oranda arttırılmakta ve böylece, gaz kelebeği açıklığında sağlanan artış ile indike verim ve dolayısıyla toplam efektif verim yükseltilmiş olmaktadır. Çevrim atlatma yöntemi, motordan çekilen güç azaldığında, değişken kurs hacmi yönteminde olduğu gibi belirli sayıdaki silindiri devre dışı bırakmak yerine, her bir silindiri, birbirini izleyen çevrimlerde art arda devreden çıkarıp devreye almayı amaçlamaktadır. Bu yöntem ile efektif verimde artış sağlanmasının yanında, ani moment değişimlerinin sebep olduğu titreşimlerin de büyük ölçüde giderilmesi amaçlanmaktadır. Çevrim atlatmalı motorlarda, motordan çekilen güç azaldığında, gaz kelebeğini kısıp silindir içine çevrim başına giren dolgu miktarını azaltmak yerine, bir çevrimin dört zamanı tamamlandıktan sonra takip eden dört zamanda iş üretilmeyerek, iş üretilen çevrim için gaz kelebeği açıklığı ve dolgu miktarı artırılmaktadır. Başka bir ifade ile motor krank milinin ancak dört kez dönmesinde bir kez iş üretilmektedir. Bu şekilde motor sekiz zamanlı hale getirilmektedir. Altı zamanlı motorlarda da bu duruma benzer bir yapı doğal ve sürekli (tüm yük şartlarında) olarak oluşturulmaktadır [65, 66]. Alternatif içten yanmalı motorlar ve çevrimler yukarıda bahsedilenlerle sınırlı kalmayıp araştırma konusu yalnızca pistonlu motorlar ile sınırlandırılmış olduğundan dolayı, döngüsel motorlarla ilgili çalışmalara yer verilmemiştir İçten Yanmalı Motorlarda Su Enjeksiyonu Buji ateşlemeli motorlarda su enjeksiyonu genel olarak vuruntu önleyici (anti-detonant) olarak kullanılmaktadır. Enjekte edilen su ile silindir soğumakta ve böylelikle daha yüksek sıkıştırma oranına sahip motorlar yapılabilmektedir. Başka bir uygulama olarak, emme manifolduna enjekte edilen su ile özellikle aşırı doldurmalı motorlarda, aşırı doldurma ile sıkıştırma etkisiyle sıcaklığı artan dolgunun sıcaklığını düşürerek motorun hacimsel verimini artırmaktadır. Bununla birlikte su enjeksiyonu azot oksit ve karbon monoksit emisyonlarını azaltmak için de kullanılmaktadır. Su enjeksiyonu bazı türbinli motorlarda ani güç ihtiyacı gereksinimini sağlamak ve yakıt verimliliğini artırmak için de kullanılmaktadır [67]. Motorlara su enjeksiyonu düşüncesi ikinci dünya savaşı dönemine ( ) kadar dayanmaktadır. İkinci dünya savaşında pistonlu benzin motoruna sahip askeri uçaklarda kalkış gücünü artırmak için kullanılmıştır. Kalkış esnasında uçak motorlarında zengin karışım oluşturulmaktadır. Bu zengin karışım içerisinde çok yüksek sıcaklıklar

55 31 oluşmaktadır. Su enjeksiyonu ile daha fazla yakıt yakılması gibi bir durum söz konusu değildir. Ancak enjekte edilen suyun buharlaşması için gerekli enerji bu çok yüksek sıcaklıktaki gaz karışımıyla sağlandığından dolayı, su karışım içerisinde buharlaştığında gaz karışımının, başka bir ifade ile silindirin sıcaklığı azalmaktadır [67, 68]. Günümüzde su enjeksiyonunun yapılabilmesi için Aquamist, Coolingmist, AEM, Snowperformance, MRT Performance veya Turbomirage markalarında hazır sistemler de bulunmaktadır (Şekil 2.23) [69-74]. Şekil Motorlar için hazır su enjeksiyon sistemi (manifold enjeksiyon) [69] Subramanian, sıkıştırma ateşlemeli bir motorun emme manifolduna su enjeksiyonu ile dizel yakıtı-su emülsiyonu için karşılaştırmalı bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada su enjeksiyonu ile birlikte azot oksit ve is emisyonlarını incelemiştir. Azot oksit emisyonları karşılaştırıldığında standart durumda 1034 ppm olan bu değer emülsiyon ile 645 ppm ve enjeksiyon ile 643 ppm olarak belirlenmiştir. İs emisyonu ise 3,6 BSU (Bosch Smoke Unit) dan emülsiyon ve enjeksiyon için sırasıyla 2,7 ve 3,2 BSU olarak belirlenmiştir [75]. Boretti ve arkadaşları, iki zamanlı bir motorda hidrojen, oksijen ve suyun direkt enjeksiyon hakkında bir çalışma yapmıştır. Yapılan bu çalışmada direkt enjeksiyonlu hidrojen motorunu parametrik olarak incelemiştir. Motor temel olarak bir sıkıştırma ateşlemeli motordur ve su buharı-hidrojen-oksijen karışımı kızdırma bujisi ile yakılmaktadır. Su enjeksiyonu ile silindir içerisinin aşırı ısınması engellenerek hem motor korunmakta hem

56 32 de ısı kaybı azaltılmaktadır [76]. Subramanian ve arkadaşları, hidrojen yakıtlı sıkıştırma ateşlemeli bir motorda su enjeksiyonu ve ateşleme zamanlaması parametrelerinin azot oksit ve yanma parametrelerine etkilerini incelemiştir (Şekil 2.24). Su enjeksiyonu ile azot oksit emisyonlarında azalmanın meydana geldiği görülmüştür. Ayrıca bu motor için ısı yayınım oranı da incelenmiştir [77]. Şekil İki zamanlı motorda hidrojen, oksijen, suyun direkt enjeksiyonu [76] Şahin ve arkadaşları, sıkıştırma ateşlemeli bir motorda emme havasına su ilavesinin motor performansı ve egzoz emisyonlarına etkilerini deneysel olarak incelemişlerdir. Bu çalışmada belirli miktarlarda su enjeksiyon miktarlarında ve belirli motor hızlarında deneyler yapmışlardır. Su enjeksiyonunun fren gücüne önemli bir etkisinin olmadığını belirlemişlerdir [78]. Tauzia ve arkadaşları, sıkıştırma ateşlemeli bir motorda emme manifolduna su enjeksiyonunun yanma ve emisyona etkilerini deneysel olarak incelemişlerdir. Yapılan çalışmada yakıtın dört katına kadar değişen oranlarda su enjekte edilmiştir. Sonuç olarak su enjeksiyonu ile birlikte silindir içi ortalama sıcaklığın azaldığı ve emisyonlarda iyileşme olduğu görülmüştür [79].

57 İçten Yanmalı Motorlarda Egzoz Isısı Geri Kazanımı Uygulamaları Motorlarda egzoz ısısının kullanımı için yapılan çalışmalar ek buhar çevrimi konusunda yoğunlaşmıştır. Bu bölümde motorlarda egzoz ısısı geri kazanımı uygulamaları ile ilgili literatür özetlerine yer verilmiştir. Fu ve arkadaşları, Şekil 2.25 te gösterildiği gibi, egzoz enerjisi geri kazanımı için yeni konsept buhar aşırı doldurma (turboşarj) konusunda bir çalışma yapmışlardır. Yapılan bu çalışmada yeni konsept buhar aşırı doldurma ile giriş havası basıncı artırılmıştır. Rankine buhar çevrimi sistemi egzoz borusu ile birleştirilmiştir. Bu sistem sayesinde üretilen buhar, buhar aşırı doldurmanın türbinini çevirmektedir. Çalışmada klasik egzoz aşırı doldurması ile yeni konsept buhar aşırı doldurma için simülasyon yapılmıştır. Tasarımda egzoz gazı yalnızca buhar üretimi için kullanıldığından dolayı egzoz gazı rahat bir biçimde motordan atılmaktadır. Yapılan bu çalışma ile motor gücünde ve ısıl verimde artma, özgül yakıt tüketimi ve egzoz çıkış basıncında azalma meydana gelmiştir [80]. Şekil Egzoz ısısı geri kazanımı için buhar aşırı doldurma [80] Domingues ve arkadaşları, Rankine çevrimi kullanılarak taşıtlardaki egzoz ısısı geri kazanımı potansiyelini analiz etmişlerdir. Şekil 2.26 da egzoz ısısı geri kazanımı için Rankine çevriminin kullanımı gösterilmektedir. Rankine çevriminde R123 ve R245 gazları kullanılmıştır. Analiz sonucunda ısıl verim, %1,4-3,52 ve mekanik verim ise %10,16-15,95 artmıştır. Sonuç olarak egzoz atık ısısından faydalanarak Rankine çevrimi ile faydalı iş üretilebileceği bu çalışma ile ifade edilmiştir [81].

58 34 Şekil Egzoz ısısı geri kazanımı için Rankine çevrimi kullanımı [81] Srinivasan ve arkadaşları, çift yakıtlı düşük sıcaklıkta yanmalı motorda Organik Rankine çevrimi kullanımı ile egzoz ısısı geri kazanımı analizi yapmışlardır. Şekil 2.27 de egzoz ısısı geri kazanımı için organik Rankine çevriminin kullanımı gösterilmiştir. Yapılan bu çalışmada yüksek ısıl verimli, düşük emisyonlu motorun egzoz ısısı geri kazanımı potansiyeli araştırılmıştır. Sonuç olarak yakıt dönüşüm veriminin (ısıl verim) %7 arttığı ve karbondioksit ve azot oksit emisyonlarında %18 azalma olduğu belirtilmiştir [82]. Şekil Egzoz ısısı geri kazanımı için organik Rankine çevrimi [82]

59 35 Fu ve arkadaşları, içten yanmalı motorun enerji verimliliğinin artırılması amacıyla atık egzoz ısısının açık buhar Rankine çevrimi ile kullanılabilirliğini incelemişlerdir. Yapılan bu çalışmada şekil 2.28 de gösterildiği gibi, dört silindirli doğal emişli bir motorun üç silindiri buji ateşlemeli ve bir silindiri buhar genişlemeli olarak tasarlanmıştır. Üç silindirden elde edilen egzoz gazları bir ısı değiştiricide suyun kızgın buhar haline gelmesi için kullanılmaktadır. Bu şekilde geleneksel Otto çevrimi (veya Dizel çevrimi) ile açık rankine çevrimi birleştirilerek elde edilen buhar dördüncü silindirde genleştirilmektedir. Yapılan analizler sonucunda açık Rankine çevriminin kullanıldığı motorun ısıl veriminin geleneksel motora göre %6,3 arttığı görülmüştür [83]. Şekil Egzoz ısısı geri kazanımı için açık buhar Rankine çevrimi kullanımı [83] Liu ve arkadaşları, egzoz ısısı geri kazanımı ve ısıl verimin artırılması için Rankine buhar çevrimi, aşırı ısıtmalı Rankine buhar çevrimi, Brayton hava çevrimi ve rejeneratörlü Brayton hava çevriminin kullanılabilirliği incelenmiştir. Klasik motor çevriminin yanında kullanılan bu çevrimler alt çevrim olarak adlandırılmıştır. Her alt çevrim kullanımı için enerji dönüşüm potansiyeli karşılaştırılmıştır [84]. Fu ve arkadaşları, içten yanmalı motorlarda egzoz ısısı geri kazanımı için metanol ayrışmalı kombine termodinamik çevrimi incelemişlerdir. Şekil 2.29 da egzoz ısısı geri kazanımı için metanol ayrışmalı kombine çevrimin kullanımı gösterilmiştir. Yapılan çalışmada motorun enerji verimliliğini artırmak ve metanolün doğrudan motorlarda kullanımı amaçlanmıştır [85].

60 36 Şekil Egzoz ısısı geri kazanımı için metanol ayrışmalı kombine çevrim [85] Genel olarak metanolün kullanıldığı açık Rankine çevriminin klasik motor çevrimi ile birleştirilmesi işlemi yapılmıştır. Bu çalışma ile tam yükte motorun ısıl veriminde %6 ya varan artış olabileceği hesaplanmıştır (Şekil 2.29) [85]. Mears, içten yanmalı bir motorda atık motor ısısının su distilasyonunda kullanılması konusunda bir çalışma yapmıştır. Yapılan çalışmanın amacı egzoz ısısının bir ısı değiştiriciden geçirilerek suyun buharlaştırılarak istenmeyen partiküllerden ayrıştırılmasıdır. Yapılan çalışmada egzoz ısısından elde edilen 4600 W güç ile yaklaşık 7,5 litre su distile edilmiştir [86]. Ruiz, otomobil motorlarında atık ısı geri kazanımı potansiyeli, çözümü ve faydaları üzerine yaptığı çalışmada atık ısının katalitik konverter kullanılarak bir stirling motorunun çalıştırılması hedeflenmiştir. Klasik motor ile stirling motoru kombine olarak çalıştırılmıştır. Sonuç olarak yeni tasarım ile enerji dönüşüm veriminin yaklaşık %7 arttığı görülmüştür [87].

61 37 3. MATERYAL VE METOT Altı zamanlı motorların çalışma sistemi ve yapısı günümüzde kullanılan içten yanmalı motorlardan farklı ve henüz araştırma aşamasında olmasından dolayı, mevcut motorlar üzerinde değişiklikler yapılarak altı zamanlı motorlar elde edilmektedir. Yapılan bu çalışmada tek silindirli, buji ateşlemeli, hava soğutmalı, OHV (Over Head Valve-üstten supaplı) ve dört zamanlı bir motor, literatür araştırması sonucu elde edilen veriler ve teorik hesaplamalar yardımıyla su enjeksiyonlu altı zamanlı bir motora dönüştürülmüş, performans ve egzoz emisyon karakteristikleri incelenmiştir. Deneyde kullanılan motor üzerinde su enjeksiyonlu altı zamanlı motora dönüşüm için gerekli düzenlemeler yapıldıktan sonra, tam yük hız karakteristik eğrileri elde edilmiş ve egzoz emisyon ölçümü yapılmıştır. Altı zamanlı motor öncelikle su enjeksiyonsuz olarak çalıştırılmıştır. Daha sonra su enjeksiyonu yapılarak su enjeksiyonu sıcaklığı, basıncı, miktarı ve zamanlamasının etkileri incelenmiştir. Altı zamanlı motor üzerinde yapılan çalışmaların ardından motor orijinal haline döndürülerek tam yükte ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motorun moment değerine uygun olan kısmi yükte çalıştırılarak ölçümler tekrar edilmiştir. Tez çalışması kapsamındaki deneyler Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü nde bulunan Motor ve Taşıt Test Laboratuvarı nda yapılmıştır. Deneylerde kullanılan motor, Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü nün 07/ kodlu ve Dört Zamanlı Buji Ateşlemeli Bir Motorun Egzoz Isısı Geri Kazanımı İle Altı Zamanlı Bir Motora Dönüştürülmesi adlı bilimsel araştırma projesi kapsamında imal edilmiştir Materyal Altı zamanlı motorun dört zamanlı motora dönüşümünde tercih edilen deney motoru üniversitemiz Teknoloji Fakültesi Motor ve Taşıt Test Laboratuvarı nda bulunan ve kullanılmasına karar verilen dinamometrenin yük ve hız kapasitesi göz önünde bulundurularak seçilmiştir. Seçilen bu motor üzerinde gerekli değişiklikler yapılarak su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımının yapıldığı altı zamanlı bir motor elde edilmiştir.

62 38 Su enjeksiyon ile ilgili diğer malzemeler seçilen bu motorun özelliklerine ve teorik hesaplamalara göre belirlenmiştir Deney ortamı İçten yanmalı motorlar için gerekli deney ortamı şartları TS 1231 de belirtilmiştir. Laboratuvar ortamında deneylerin yapılabilmesi için ortam sıcaklık (T ort ) ve basınç (p ort ) değerleri aşağıdaki aralıklarda olmalıdır [114]. [K] (3.1) Deney motoru [kpa] (3.2) Deneysel çalışmalar için seçilen motor Honda marka, GX270 modeldir. Resim 3.1 de deneyde kullanılan motor görülmektedir. Resim 3.1. Deney motoru [113] Motorda standart olarak motor hızının düzenlenmesini sağlayan bir governör mekanizması bulunmaktadır. Bu governör mekanizması, krank milinden alınan bir dişli, hareket iletim çubukları ve yaylar yardımıyla gaz kelebeği konumuna mekanik olarak müdahale ettiğinden dolayı motor istenilen gaz kelebeği açıklığında çalıştırılamamaktadır. Deneylerde motor hızının ve gaz kelebeği açıklığının kontrol altında tutulabilmesi için governör mekanizması sökülerek iptal edilmiştir. Bununla birlikte egzoz hattının montajı için egzoz manifoldu üzerinde bulunan egzoz susturucusu da sökülerek iptal edilmiştir. Deneysel çalımada kullanılan motora ait katalog özellikleri Çizelge 3.1 deki gibidir.

63 39 Çizelge 3.1. Deney motoruna ait katalog özellikleri [113] Model 4 zamanlı, benzinli Supap düzeneği OHV (Üstten supaplı) Silindir sayısı 1 Çap/Kurs 77/58 mm/mm Silindir hacmi 270 cm 3 Net güç çıkışı 6,7 kw@ 3600 min -1 Net moment 19, min -1 Minimum özgül yakıt tüketimi 313 g/kwh Çıkış mili dönüşü Saat yönünün tersi Geometrik sıkıştırma oranı 8,2:1 Ateşleme zamanı ÜÖN den 20 o KA önce Soğutma sistemi Hava soğutmalı Rölanti hızı 1400 min -1 (±150 min -1 ) Motor için tavsiye edilen çalışma aralığındaki karakteristik eğriler Şekil 3.1 deki gibidir. Şekil 3.1. Deney motoruna ait katalog karakteristik eğriler [113] Dinamometre Deneylerde Cussons firmasının P8160 model DC elektrik motorlu dinamometre kullanılmıştır. Kullanılan dinamometre 4000 min -1 motor hızında 10 kw güç absorbe edebilmektedir (Bkz. Resim 3.2).

64 40 Resim 3.2. Deneylerde kullanılan dinamometre ve kontrol paneli Rejeneratif DC dinamometrede bulunan tristör sürücü devresinin mikroişlemci ile kontrolü sayesinde kapalı döngü hız kontrolü yapılabilmekte ve ayrıca dinamometre, motor olarak çalıştırılabilmektedir. Dinamometre paneline yerleştirilmiş 10 turlu potansiyometre sayesinde motor hızı hassas olarak ayarlanabilmektedir. Yük hücresi ile dinamometrenin merkez ekseninden 0,25 m mesafede kuvvet ölçülmektedir. Manyetik pick-up sensör ile dinamometre şaft milinde bulunan dişli üzerinden motor hızı ölçülmektedir. Bununla birlikte dinamometre üzerinde yakıt ve hava tüketimi ölçüm düzenekleri de mevcuttur [109, 115] Deneysel çalışmada kullanılan cihazlar Bu bölümde deneysel çalışmada deney verilerini doğrudan etkileyen cihazların özellikleri genel olarak belirtilmiştir. Egzoz emisyon ölçüm cihazı Emisyon ölçümleri için SUN marka MGA-1500 model gaz analizörü kullanılmıştır (Bkz. Resim 3.3). Deneylerde emisyonların kaydedilmesi sırasında meydana gelebilecek okuma hatalarının en aza indirilebilmesi için veriler bilgisayara aktarılarak kaydedilmiştir. Emisyon cihazı ölçtüğü değerleri 0,5 s aralıklarla RS 232 protokolü üzerinden bilgisayara göndermektedir. Geliştirilen yazılım yardımıyla bilgisayara gönderilen sayısal bilgiler kaydedilebilmektedir [115].

65 41 Resim 3.3. Egzoz emisyon cihazı Sun MGA 1500 egzoz emisyon cihazına ait katalog özellikleri Çizelge 3.2 deki gibidir. Çizelge 3.2. Egzoz emisyon cihazı teknik özellikleri [116] Ölçüm Ölçüm Aralığı Hassasiyet HFK 0-4 0,001 CO (%) ,001 CO2 (%) ,01 HC (ppm) NO (ppm) O2 (%) ,01 Kronometre ve hassas terazi Deneylerde yakıt tüketimi ölçümü kütlesel olarak yapılmıştır. Bu ölçüm için dijital kronometre ve hassas terazi kullanılmıştır. Süre ölçümünde %1 s hassasiyete sahip Caslo marka 502 model dijital kronometre kullanılmıştır. Kütlesel ölçümlerde 30 kg ölçüm kapasiteli 1 g hassasiyete sahip Dikomsan marka JS-B model hassas terazi kullanılmıştır. Ortam nemi, sıcaklığı ve basıncı ölçümü Ortam nemi (bağıl nem) ve sıcaklığı ölçümü için Extech Instrument (USA) firmasının model higro-termometresi kullanılmıştır. Cihaz, ortam sıcaklığını 0,1 o C hassasiyette ve ±1 o C doğrulukta, ortam nemini ise ±%1 hassasiyette ve ±%6 doğrulukta ölçmektedir.

66 42 Atmosferik basıncın ölçümü için TFA marka model mekanik barometre kullanılmıştır. Barometre hpa aralıkta, 1 hpa hassasiyette ve ±1 hpa doğrulukta ölçüm yapabilmektedir. Sıcaklık ölçümü Gövde sıcaklığının (motor sıcaklığı olarak kabul edilmiştir) daha kararlı ölçümü için termoçift silindir kapağı yerine silindir kapağının altındaki bir noktaya bağlanmıştır. Bununla birlikte motor yağ sıcaklığı da ölçülmüştür. Yağ sıcaklığı ölçümünde termoçift motorun yağ seviyesi kontrol çubuğu yerine takılmış ve doğrudan yağa daldırılmıştır. Ölçümlerde J ve K tipi termoçiftler ve dijital termostatlar kullanılmıştır ve kontrol altında tutulmuştur. Gövde sıcaklığı ısı kayıplarının hesaplanmasında kullanılırken, yağ sıcaklığı ise motor sıcaklık verisi olarak kullanılmıştır. Motor boşta çalıştırıldığında yağ sıcaklığının 85 o C de sabit kaldığı gözlenmiştir. Bu nedenle yağ sıcaklığının o C arasında olduğu durumda deneyler yapılmıştır. Egzoz gazlarının sıcaklığı ise egzoz manifoldu çıkışına yakın bir noktadan ölçülmüştür. Motor üzerinde termoçiftlerin takıldığı yerler Resim 3.4 te gösterilmiştir. Resim 3.4. Gövde, yağ ve egzoz sıcaklığı için ölçüm noktaları Hava akışmetresi Deneylerde motora giren hava miktarını ölçmek için, dinamometre kontrol paneli üzerine montajlı 0-80 mmh 2 O aralığında ölçüm yapan bir eğik manometre kullanılmıştır. Manometre atmosfer basıncı ile havanın akışı sonucunda meydana gelen basınç düşüşünü ölçmek için kullanılmaktadır. Motorun çalışması esnasında kaynaklanan akış dalgalanmalarının minimize edilmesi için yaklaşık 60 l hacminde bir hava tankı kullanılmıştır. Bu tanka hava girişi keskin kenarlı bir orifis üzerinden yapılmıştır. Hava

67 43 tüketimi ölçümünde hava filtresi kullanılmamıştır. Başka bir ifade ile hava motora bir dirençle karşılaşmadan doğrudan alınmaktadır. Deneylerde kullanılan hava akışmetresi ve eğik manometre Resim 3.5 te gösterilmiştir. Resim 3.5. Deneylerde kullanılan hava akışmetresi ve eğik manometre Enkoder Su enjeksiyon sistemi için artımlı (incremental) rotary enkoder kullanılmış ve motor çıkış mili tarafından kam miline bağlanmıştır. Kullanılan enkoder ve özellikleri Çizelge 3.3 teki gibidir. Çizelge 3.3. Deneylerde kullanılan enkoderin özellikleri Marka Gövde/mil çapı Pulse sayısı Çıkış Çalışma Gerilimi Elektron 36/6 [mm] 1024 darbe/tur Line drive, kare dalga, 5VDC Deneylerde kullanılan yağ, yakıt ve su Deneylerde motor yağı olarak, motor katalog bilgilerinden faydalanılarak Castrol marka 10W-30 madeni yağ, yakıt olarak Petrol Ofisi marka LPG-otogaz (Mix LPG-%30 propan, %70 bütan) tercih edilmiştir. Su enjeksiyonu için ise Birlik-Tepeören marka deiyonize saf su tercih edilmiştir. Motor karbüratöründeki yapısal sınırlama nedeniyle tüm deneyler benzin yerine LPG ile yapılmıştır. LPG nin benzin ile karşılaştırılmalı özellikleri Çizelge 3.4 teki gibidir.

68 44 Çizelge 3.4. Benzin ve LPG özelliklerinin karşılaştırılması [117] Özellikler Benzin LPG Kapalı Formül C 7,95 H 17,9 C 3,7 H 9,4 Maksimum yanma hızı, m/s 0,35 0,4 Araştırma Oktan Sayısı Alt Isıl Değeri, kj/kg Su enjeksiyonunun yönetimi için tasarlanan kontrol ünitesi Su enjeksiyonu için kullanılan Bosch HDEV-5 yüksek basınçlı enjektörün çalıştırılabilmesi için Texas Instrument Marka LM1949 model enjektör sürücü entegresi kullanılmıştır. Bu sürücü entegrenin motor hızı ve su enjeksiyon parametrelerine göre tetiklenebilmesi için Microchip marka PIC18F4550 model programlanabilir entegre kullanılmıştır. Entegrelerin 5V ile beslenebilmesi için Texas Instrument marka LM317T model pozitif ayarlanabilir regülatör entegresi kullanılmıştır. Su enjeksiyonu için tasarlanan kontrol ünitesi Resim 3.6 daki gibidir. Resim 3.6. Su enjeksiyon yönetimi için tasarlanan elektronik kontrol ünitesi Yakıt (LPG) sistemi Motorun LPG ile çalıştırılabilmesi için Atiker marka LPG tankı, regülatör, gaz ayar vanası ve bağlantı hortumlarından oluşan basit bir sistem oluşturulmuştur. Sistemde mikser (motora girişte yakıt ve havanın karışmasını sağlayan parça) kullanılmamıştır ve gaz, direkt olarak motorun emme manifoldu üzerinden verilmiştir. Regülatörden gaz akışının sağlanabilmesi için regülatör üzerine konumlandırılmış selenoidin enerjilendirilmesi gerekmektedir. Regülatörden sürekli gaz akışı olduğundan dolayı regülatör soğumakta ve buzlanmaktadır. Bu durum gaz akışını kısıtlamaktadır. Bu nedenle regülatör küçük bir

69 45 sıcak su havuzu içerisinde çalıştırılarak buzlanması engellenmiştir. Deneylerde kullanılan LPG sistemi Resim 3.7 deki gibidir. Resim 3.7. LPG sistemini oluşturan parçalar 3.2. Su Enjeksiyonu ile Egzoz Isısı Geri Kazanımı Tek piston yaklaşımı temelinde oluşturulan altı zamanlı motorlarda egzoz ısısı geri kazanımı için iki yöntem kullanılmaktadır. Bunların birincisi su enjeksiyonunun yapıldığı ve ikincisi basınçlı havanın kullanıldığı silindir içi egzoz ısısı geri kazanımı yöntemidir. Bu yöntemlerde bir çevrim boyunca supapların hareketleri ve işlevleri birbirinden farklıdır. Tez çalışmasının sınırlılıklarına göre bu bölümde yalnızca su enjeksiyonu ile silindir içi egzoz ısısı geri kazanımı yöntemine yer verilmiştir. Dört zamanlı motorlarda silindir içerisine alınan ve sıkıştırılan yakıt-hava karışımının yakılması ile üst ölü nokta (ÜÖN) yakınlarında yüksek bir basınç ve sıcaklık değerine ulaşılmaktadır. Elde edilen bu yüksek basınç ve sıcaklıktaki gazların, silindir içerisinde genişlemesine izin verilerek, yanma sonrasında potansiyel halde bulunan bu enerjinin motor çıkış milinden hareket enerjisi halinde, başka bir ifade ile faydalı enerji olarak kullanılması sağlanmaktadır. Ancak burada motor çıkış milinden elde edilen faydalı enerji miktarından daha fazlası, kullanılmadan silindirden uzaklaştırılmakta ve daha sonrasında yeni bir çevrim başlamaktadır (Bkz. Şekil 3.2) [12, 88-90].

70 46 Şekil 3.2. Benzinli bir motor için enerji dağılımı (Sankey diyagramı) [91] İçten yanmalı motorlarda kayıp enerjinin büyük bir miktarı egzoz gazlarıyla birlikte ısı olarak dışarıya atılmaktadır. Bu enerjinin bir kısmının faydalı enerji olarak kullanılmasıyla birlikte soğutma ile atılan enerji miktarı da azalmaktadır. Bunun için motor tasarımcıları, motor gücünün bir miktar düşmesini göz önünde bulundurarak mevcut motorlar üzerinde çeşitli modifikasyonlar veya farklı motor çevrimleri ile birlikte ısıl verimin artırılmasına yönelik çalışmalar yapmaktadır. Düşen motor gücünün telafi edilmesi için aşırı doldurma ve hibrit gibi sistemler kullanılmaktadır. Böylelikle aynı efektif güç değeri için hem daha küçük hacimli motorlar geliştirilmekte hem de yakıt tüketimi değeri azaltılabilmektedir. Özellikle ülkemizde artan petrol fiyatları ile birlikte yakıt ekonomisi, motor gücü tercihinin önüne geçmiştir [89, 90, 92]. Altı zamanlı motorlarda kullanılan egzoz ısısı geri kazanımı ile atık egzoz ısısının bir kısmının faydalı işe dönüştürülmesi amaçlanmaktadır. Su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımında ise atık ısının faydalı işe dönüşümü için suyun faz değişimi özellikleri kullanılmaktadır [4, 9, 10]. Dört zamanlı motorlarda emme, sıkıştırma ve iş zamanlarının ardından gerçekleşen egzoz zamanı ile birlikte çevrim tamamlanmaktadır. Altı zamanlı motorlarda ise egzoz zamanı kısmi olarak gerçekleştikten sonra egzoz gazlarının sıkıştırılması, su enjeksiyonu, genişleme ve daha sonrasında egzoz zamanı gerçekleşmektedir. Kısmi egzoz işlemi sonundan egzoz zamanına kadar olan süreç egzoz ısısı geri kazanımı olarak adlandırılmaktadır [9, 10].

71 47 Su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımı teorisi Altı zamanlı motorlarda kısmi egzoz işleminin ardından kalan karışım (egzoz gazları) silindir içerisinde tekrar sıkıştırılarak belirli bir basınç ve sıcaklık değerine ulaşmaktadır. Sıkıştırılan egzoz gazlarına belirli sıcaklıktaki sıkıştırılmış su silindir içerisine doğrudan enjekte edilerek (direkt enjektör ile) sıkıştırılmış suyun silindir içerisinde buhar fazına geçmesi sağlanmaktadır. Bu işlem ile silindir içerisindeki karışımın sıcaklığı bir miktar düşmektedir. Bununla birlikte silindir içerisindeki basınç bir miktar artmaktadır. Sistemin basitleştirilmesi için su enjeksiyonu işleminin sabit hacimde gerçekleştiği, silindir içerisindeki yanma işleminin stokiyometrik oranda tam olarak gerçekleştiği (yanma ürünleri yalnızca CO 2, H 2 O ve N 2 den meydana geldiği) kabul edilmiştir. Yapılan analizlerde kontrol hacmi olarak yanma odası hacmi kabul edilmiştir. Sürtünme, sıvı hareketleri, gaz kaçakları gibi kayıplar ihmal edilmiştir. Bir işlem sırasında sistemin toplam enerjisindeki net değişim, bu işlem sırasındaki sisteme giren toplam enerji ile sistemi terk eden toplam enerji arasındaki farka eşittir. Buna göre Eş. 3.3 yazılabilmektedir [57, 93-95]. (3.3) Bir sistemde enerji ısı, iş ve kütle olarak transfer edilebilir. Buna göre Eş. 3.3 düzenlenerek Eş. 3.4 elde edilmektedir. ( ) ( ) ( ) (3.4) Yukarıda yazılı enerji eşitliği çevrimdeki her kurs için geçerlidir. Ancak burada üzerinde durulması gereken işlemler, teorik olarak o krank açısı (KA) aralıklarında meydana gelen egzoz rekompresyon ve su enjeksiyonu ile ek iş süreçleridir [10]. Su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımının analizi için dört durum söz konusudur [10]: Birinci Durum (İndis gösterimi D1): kısmi egzoz işlemi sonrasında egzoz supabının kapanması. Teorik olarak alt ölü noktada açılan egzoz supabı üst ölü noktaya (ÜÖN) gelmeden önce kapanması durumudur.

72 48 İkinci Durum (İndis gösterimi D2): Egzoz rekompresyon (kısmi sıkıştırma veya ikinci sıkıştırma) işlemi sonu. Egzoz supabının kapanması ile birlikte silindir içerisinde kalan egzoz gazlarının tekrar sıkıştırılması durumudur. Üçüncü Durum (İndis gösterimi D3): Su enjeksiyon sonrası durum. Egzoz rekompresyon işlemi sonrasında silindir içerisine suyun enjekte edilip buharlaşması neticesinde silindir içerisinde meydana gelen durumdur. Dördüncü Durum (İndis gösterimi D4): İkinci genişleme sonu durum. Su enjeksiyonu sonrasında silindir içerisinde bulunan yeni özellikteki karışımın genişletilip iş elde edilmesi durumudur. Şekil 3.3 te dört durum için krank açısına bağlı olarak basınç ve sıcaklık değerlerindeki değişim gösterilmiştir. Şekil 3.3. Kısmi egzoz işlemi sonrasında egzoz ısısı geri kazanımı ile birlikte silindir içi basıncı değişimi [10] Yapılan analizde sistemin basitleştirilmesi amacıyla egzoz supabının kapanmasından (D1) ÜÖN ye gelinceye kadar (D2) egzoz rekompresyon işlemi gerçekleştiği kabul edilmektedir (Şekil 3.3.). Egzoz rekompresyon işleminde her iki supap da kapalıdır ve sadece sıkıştırma işlemi vardır. Belirgin olmayan egzoz supabının kapanma anı, analizde parametre olarak kullanılmıştır. Egzoz ısısı geri kazanımının daha basit bir biçimde açıklanabilmesi için, egzoz supabının kapanma anındaki basınç ve sıcaklık değerleri ve karışımın yapısı literatürden faydalanılarak yaklaşık olarak belirlenmiştir. Buna göre egzoz rekompresyon işlemi için Eş. 3.4 düzenlendiğinde Eş. 3.5 elde edilmektedir.

73 49 (3.5) Sistemdeki enerji değişiminin yalnızca iç enerji olduğu ve sisteme giren işin sadece sınır işi olduğu bilindiğine göre Eş. 3.5 düzenlenerek Eş. 3.6 elde edilmektedir. (3.6) Sabit hacimdeki özgül ısı değeri, sıcaklık ve karışım yapısına bağlı olarak değişmektedir. Her krank açısı değişimi için özgül ısı değeri tekrar hesaplanmıştır ve bir sonraki açıdaki özgül ısının hesaplanmasında başlangıç değeri olarak kullanılmıştır. Çevrimdeki bütün gazların ideal gaz davranışı gösterdiği kabul edildiğinde termodinamik tablolardan veya polinom ifadelerden gazlara ait sıcaklığa bağlı özgül ısı değerleri rahatlıkla belirlenebilmektedir [57, 93-95]. Egzoz supabının kapanma noktası, egzoz rekompresyon işlemindeki sıkıştırma oranını değiştirmesinin yanında silindir içerisinde kalan egzoz gazı miktarını da etkilemektedir. Egzoz rekompresyon işlemi adyabatik olarak gerçekleşmektedir. Buna göre Eş. 3.6 genel gaz denklemi ile çözüldüğünde, bir sonraki krank açısındaki basınç ve sıcaklık değerleri Eş. 3.7 ve Eş. 3.8 kullanılarak hesaplanmaktadır. ( ) ( ) [kpa] (3.7) ( ) ( ) [K] (3.8) İşlemin başlangıç ve bitiş noktalarındaki değerler bilindiğine göre Eş. 3.5 ve termodinamik tablolar yardımıyla W g işi hesaplanabilmektedir. Egzoz rekompresyon sonrası (D2) karışımın basınç ve sıcaklık değerleri belli olduğundan dolayı istenilen enjeksiyon sonrası basınç ve sıcaklık şartlarına (D3) bağlı olarak, bu şartların sağlanması için gerekli su miktarı hesaplanabilmektedir (Bkz. Şekil 3.3). Adyabatik koşulların varsayımı ile sabit hacimde gerçekleşen bu işlem için Eş 3.4 tekrar düzenlendiğinde Eş. 3.9 elde edilmektedir. (3.9)

74 50 Burada E g,küt su ile sisteme giren enerjiyi göstermektedir ve Eş daki gibi ifade edilmektedir. [kj] (3.10) Sistemin D2 noktasından D3 noktasına ulaşmasında sistemin iç enerjisi ile birlikte kütlesi de değişmektedir (Bkz. Şekil 3.3). Buna göre sistemin enerji değişimi Eş deki gibi ifade edilmektedir. Eş ve Eş. 3.11, Eş. 3.9 de yerlerine yazılırsa, Eş elde edilmektedir. [kj] (3.11) [kj] (3.12) Burada n D3 ile gösterilen su enjeksiyonu sonrası miktar, n D2 ile gösterilen su enjeksiyonu öncesi miktar ve n su ile gösterilen enjekte edilen su miktarının toplamına eşittir. Bu noktadan itibaren ya su enjeksiyon miktarı belirlenerek D3 noktası özellikleri hesaplanabilmekte veya D3 noktası şartları belirlenerek enjekte edilecek su miktarı belirlenebilmektedir (Bkz. Şekil 3.3). Enjekte edilecek su miktarının (n su ) belirlendiği durumlarda D3 noktasına ait iç enerjinin hesaplanabilmesi için Eş düzenlenerek Eş elde edilmektedir. D3 noktasına ait iç enerji hesaplandıktan sonra basınç ve sıcaklık değerleri termodinamik tablolardan belirlenebilmektedir (Bkz. Şekil 3.3) [10, 93]. [kj/kmol] (3.13) Enjeksiyon sonrası şartların (D3) belirlendiği durumlarda enjekte edilecek su miktarının (n su ) hesaplanabilmesi için Eş düzenlenerek Eş elde edilmektedir. D3 noktasına ait iç enerji direkt olarak belirlenemez. Bunun için D3 noktasına ait basınç veya sıcaklık değerinin belirlenmesi gerekmektedir. Belirlenen bu basınç veya sıcaklık değerine göre termodinamik tablolar yardımıyla D3 noktasına ait karışımın iç enerji değeri belirlenebilmektedir (Bkz. Şekil 3.3).

75 51 [kmol] (3.14) Burada u D3a D3 noktasındaki su hariç karışımın iç enerjisidir ve u D3b ise D3 noktasındaki karışım içerisine enjekte edilen suyun iç enerjisidir. Enjekte edilecek su miktarı da hesaplandığına göre su enjeksiyonu sonrası elde edilen D3 noktasına ait basınç da Eş kullanılarak hesaplanabilmektedir (Bkz. Şekil 3.3). [kpa] (3.15) Su enjeksiyonunun ardından su enjeksiyon sürecinin faydalı işe dönüştüğü D3 ile D4 noktaları arasında genişleme işlemi meydana gelmektedir. Eş. 3.4 genişleme süreci için tekrar düzenlendiğinde aşağıdaki eşitlik elde edilmektedir. Bu süreçte yapılan işlemler D1- D2 arasında uygulanan yöntemle aynıdır ve Eş. 3.5düzenlenerek Eş elde edilmektedir (Bkz. Şekil 3.3). (3.16) Artan su miktarına bağlı olarak silindir içerisindeki sıcaklık da düşmektedir. Ancak su enjeksiyonu sonrasında gerçekleşen genişleme süreci sonundaki sıcaklık değeri karışım içerisindeki su buharının çiy noktası (dew point) sıcaklığından yüksek olması zorunludur. Bununla birlikte yine aynı şekilde su enjeksiyonu sonrasında belirli bir basınç artışı yaşanmaktadır. Bu basınç artışının minimum değerini sınırlandıran parametre ise genişleme süreci sonundaki basınç değerinin dış ortam basıncı değerinden büyük olması şartıdır. Buna göre su enjeksiyonu için sınır şartlar Eş ve Eşç 3.18 deki gibi ifade edilebilmektedir. (3.17) (3.18) İkinci genişleme süreci sonrası egzoz gazı karışımı içerisinde bulunan su buharının çiy noktası sıcaklığının (T çiy ) belirlenmesi için su buharının egzoz karışımı içerisindeki kısmi basınç değeri gerekmektedir. Su buharının kısmi basıncı Eş ile hesaplanabilmektedir [57, 93-96].

76 52 ( ) [kpa] (3.19) Su buharının kısmi basıncı bulunduktan sonra doymuş su basınç tablolarından, bu basınca ait suyun doyma sıcaklığı rahatlıkla belirlenebilmekte veya ampirik ifadeler kullanılabilmektedir. Pratik olarak D4 noktasındaki basınç değeri yükseldikçe su için çiy noktası sıcaklığının yükseldiği bilinmektedir (Bkz. Şekil 3.3) [93] Su Enjeksiyonlu Altı zamanlı Motor Çevriminin Enerji Analizi Bu bölümdeki amaç, dört zamanlı ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motor çevrimlerinin teorik olarak karşılaştırılmasıdır. İdeal (veya idealleştirilmiş) çevrimler karşılaştırma çevrimleridir ve gerçek çevrim modellemelerinin ilk kademesini oluşturmaktadır. Günümüzde bilgisayar teknolojisinin gelişimine paralel olarak, içten yanmalı motorlarda meydana gelen olayların etkilerinin gerçeğe yakın bir biçimde hesaplanması, araştırılması ve geliştirilmesi için daha gerçekçi sınır şart kabullerinin yapıldığı çeşitli bilgisayar (paket) programları geliştirilmektedir. Dört zamanlı benzin motorları için gerçek ve idealleştirilmiş çevrim arasındaki farklar Şekil 3.4 te gösterilmiştir [12, 57, 97, 98]. Şekil 3.4. Dört zamanlı benzinli motorlar için gerçek çevrim kayıpları [12, 99] Su enjeksiyonlu altı zamanlı motorun incelenmesi için 1920 tarihli Dyer in ve 2010 tarihli Szybist in patentindeki bilgiler referans alınmıştır. Sistemin daha basit bir biçimde incelenmesi amacıyla, su enjeksiyonlu altı zamanlı motorun çevrim analizi için belirli

77 53 kabuller yapılarak idealleştirilmiş bir çevrim elde edilmiştir. Altı zamanlı motorun idealleştirilmesi için idealleştirilmiş dört zamanlı motor çevrimi üzerine egzoz rekompresyon ve su enjeksiyonu işlemleri ilave edilmiştir [10, 11, 57, 93]. Gerçek dört zamanlı ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motorlarda bir çevrimde meydana gelen süreçler (zamanlar) Çizelge 3.5 teki gibidir [9, 10, 52, 97]. Çizelge 3.5. Gerçek dört ve altı zamanlı motorlarda meydana gelen süreçler Motor Dört Zam. Altı Zam. Emme Sıkıştırma Yanma ve Genişleme Kısmi Egzoz ve Egzoz Rekompresyon Su Enj. ve Genişleme Egzoz Evet Evet Evet Hayır Hayır Evet Evet Evet Evet Evet Evet Evet Gerçek altı zamanlı motor çevriminin idealleştirilmesinde çevrim iki kısımda incelenmiştir: Birincisi; Otto çevrimi kısmı ve ikincisi; Otto çevriminin ısı atımından sonra gerçekleşen kısımdır. İdealleştirilmiş altı zamanlı motor çevrimi süreçleri Çizelge 3.6 daki gibidir [10, 57, 98]. Çizelge 3.6. İdealleştirilmiş dört zamanlı ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motor çevrimi süreçleri Süreçler (zamanlar) Hal değişimi Süreç indisleri (4 zamanlı) Emme Sabit basınç {0-1} {0-1} Sıkıştırma İzentropik {1-2} {1-2} Ateşleme ve yanma Sabit hacim {2-3} {2-3} Genişleme İzentropik {3-4} {3-4} Puflama Sabit hacim {4-5} {4-5} Kısmi egzoz Sabit basınç {5-6} - İkinci sıkıştırma İzentropik {6-7} - Egzoz ısısı geri kazanımı Sabit hacim {7-8} - İkinci genişleme İzentropik {8-9} - İkinci puflama Sabit hacim {9-10} - Egzoz Sabit basınç {10-0} {5-0} Aralık indisleri (6 zamanlı)

78 54 Şekil 3.5. Altı ve dört zamanlı motorların idealleştirilmiş çevrimlerine ait basınç-hacim diyagramları ve süreçlerin analizinde kullanılan indisler Su enjeksiyonlu altı zamanlı ve dört zamanlı motorun idealleştirilmiş çevriminde sırasıyla 11 ve 6 kritik nokta bulunmaktadır. Bu kritik noktalar Çizelge 3.7 referans alınarak Şekil 3.5 te gösterilmiştir (Bkz. Çizelge 3.7) [10, 57]. Çevrim analizindeki kabuller aşağıdaki gibidir [10, 11, ] Tüm süreçler sanki-durağan olarak gerçekleşmektedir. Çevrim analizinde sistem ön karışımlıdır. Yakıt olarak izo-oktan (C 8 H 18 ) kullanılmaktadır. Gaz karışımını oluşturan tüm gazlar ideal özelliktedir. Önceki çevrimden kalan egzoz gazı yanma odası hacmi kadardır ve egzoz gazları yalnızca su buharı (H 2 O), karbondioksit (CO 2 ) ve azottan (N 2 ) oluşmaktadır. Emme ve sıkıştırma işlemleri süresince silindirde yakıt buharı, hava ve artık gazlardan oluşan ve reaktif olmayan homojen bir gaz karışımı vardır. Yanma stokiyometrik oranda, tam ve zamandan bağımsız olarak (sabit hacimde) gerçekleşmektedir. Yanma sonunda adyabatik alev sıcaklığına ulaşılmaktadır. Su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımı yapılacaktır ve su enjeksiyonu ve suyun buharlaşması zamandan bağımsız olarak (sabit hacimde) gerçekleşmektedir. Enjekte edilen su distile sudur (H 2 O). Sistemdeki hal değişmleri sanki-dengeli (kararlı durum) olarak gerçekleşmektedir. Supapların açılması ve kapanması ölü noktalarda gerçekleşmektedir.

79 55 Hem dört zamanlı hem de altı zamanlı motor çevrimini oluşturan işlemlerdeki hal değişimleri sabit hacimde (izohorik), sabit basınç (izobarik) veya sabit entropide (izentropik) gerçekleşmektedir. Bir sistem için genel enerji dengesi eşitliği Eş deki gibidir [10, 93, 104]. (3.20) Burada E g E ç ısı, iş ve kütle ile gerçekleşen net enerji transferini, ΔE sis ise iç, kinetik ve potansiyel gibi enerjilerin değişimini ifade etmektedir. Eş deki terimler ayrı ayrı Eş ve Eş deki gibi ifade edilebilmektedir.[10, 93, 104]. ( ) ( ) ( ) (3.21) (3.22) Isı ve iş terimlerinin yönü için klasik termodinamik işaret kuralı kullanılmaktadır. Bu kuralda sisteme giren ısı ve sistemden çıkan iş terimleri pozitif işaret alırken, sistemden çıkan ısı ve sisteme giren iş terimleri pozitif işaret almaktadır. Kapalı sistemler için kütle sabit kalmaktadır. Bu nedenle kütle ile geçen net enerji sıfıra eşittir. Bununla birlikte kapalı sistemler için kinetik ve potansiyel enerji değişiminin de olmadığı veya ihmal edilebilecek düzeyde olduğu kabul edilmektedir. Buna göre ısı terimi ( ) ve iş terimi ( ) olarak kabul edildiğinde kapalı sistem için enerji dengesi Eş deki gibi ifade edilmektedir [93, 104]. [kj] (3.23) Açık sistemlerde kapalı sistemlerden farklı olarak bir madde girişi/çıkışı olduğundan dolayı Eş. 3.23, Eş e göre tekrar düzenlendiğinde açık sistemler için enerji dengesi Eş teki ifade edilmektedir [93, 104]. [kj] (3.24) Burada ifadesi entalpi değişimini ifade etmektedir ve ΔH olarak gösterilmektedir. Buna göre Eş. 3.24, düzenlenerek Eş teki gibi ifade edilmektedir [61, 65].

80 56 [kj] (3.25) Çevrimde gerçekleşen sabit basınç, sabit hacim ve izentropik işlemler termodinamik birinci yasaya göre aşağıda ayrı ayrı incelenmiştir. İzobarik (sabit basınç) işlemler Çevrimde emme (1-2 noktaları arası), egzoz (10-0 noktaları arası) ve kısmi egzoz (5-6 noktaları arası) süreçleri izobarik (sabit basınçta) gerçekleşmektedir ve kütle girişi/çıkışı meydana gelmektedir (Bkz. Çizelge 3.6 ve Şekil 3.5). Emme süreci hareketli sınırlı bir kontrol hacmi işlemidir. Emme zamanında sistem içerisinde yanma odası hacmi kadar bir önceki çevrimden kalan atık gaz bulunmaktadır (kabul edilmiştir) ve bu süreçte silindir hacmi kadar stokiyometrik oranda ve atmosfer sıcaklığında (T atm ) yakıt-hava karışımı (taze dolgu) dolmaktadır. Süreç boyunca basınç atmosfer basıncında (p atm ) sabittir ve sıcaklık ise atık gaz ile taze dolgunun karışımından elde edilen yeni sıcaklık değeridir. Buna göre Eş ve Eş emme sürecine (0-1 noktaları arası) göre yeniden düzenlendiğinde Eş ve Eş elde edilmektedir. [kj] (3.26) [kj] (3.27) Burada h g silindir içerisine alınan taze karışımın entalpisini ifade etmektedir. Emme süreci için iş eşitliği Eş deki gibi olmaktadır. [kj] (3.28) Egzoz ve kısmi egzoz süreçleri puflama süreçlerinden sonra gerçekleşmekte ve silindir içi basıncı atmosfer basıncına eşit olmaktadır. Silindir içerisindeki artık gazların bir kısmı puflama sürecinde silindirden uzaklaştırılmakta ve sıcaklığı da bir miktar azaltılmaktadır. Buna göre egzoz süreci (10-0 noktaları arası ve dört zamanlı motor çevrimi için 5-0 noktaları arası) için Eş ve Eş tekrar düzenlenirse Eş elde edilmektedir (Bkz. Çizelge 3.6 ve Şekil 3.5). [kj] (3.29)

81 57 Kısmi egzoz süreci (5-6 noktaları arası) için de Eş e benzer olarak Eş yazılabilmektedir. [kj] (3.30) Burada h eg,tam ve h eg,kısmi silindir içerisinden atılan atık egzoz gazının entalpisini ifade etmektedir. Egzoz ve kısmi egzoz süreçleri için iş eşitlikleri Eş ve Eş deki gibi olmaktadır. [kj] (3.31) İzohorik (sabit hacim) işlemler [kj] (3.32) Çevrimde ateşleme ve yanma (2-3 noktaları arası), puflama (4-5 noktaları arası), egzoz ısısının geri kazanımı (7-8 noktaları arası) ve ikinci puflama (9-10 noktaları arası) süreçleri izohorik (sabit hacimde) gerçekleşmektedir. Hacim sabit olduğundan dolayı süreç boyunca yapılan iş sıfıra eşittir (Bkz. Çizelge 3.6 ve Şekil 3.5). Egzoz ısısının geri kazanımı teorisi, bölüm 3.2 de termodinamiğin birinci kanununa uygun olarak ayrıntılı bir şekilde anlatılmıştır. Egzoz ısının geri kazanımı sürecince (7-8 noktaları arası) herhangi bir ısı transferi olmayıp iç enerji değişimi madde alışverişi nedeni ile olmaktadır. Buna göre Eş.3.22 ve Eş düzenlenerek egzoz ısısı geri kazanımı süreci için Eş elde edilmektedir. [kj] (3.33) Burada h su egzoz ısısı geri kazanımı için enjekte edilen suyun entalpisini ifade etmektedir. Puflama süreçlerinde de egzoz ısısı geri kazanımı sürecinde olduğu gibi iç enerji değişimi madde alışverişi ile olmaktadır. Buna göre puflama süreçleri (4-5 ve 9-10 noktaları arası) için Eş.3.24 ve Eş düzenlendiğinde Eş ve Eş elde edilmektedir. [kj] (3.34) [kj] (3.35)

82 58 Burada h puf,1 kısmi egzoz sürecinde silindir içerisinden atılan atık egzoz gazının entalpisini ve h puf,2 ise tam egzoz sürecinde silindir içerisinden atılan atık egzoz gazının entalpisini ifade etmektedir. Gerçekte ateşleme ve yanma süreci gerçek motorlarda oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir. Günümüzde içten yanmalı motorlardaki yanma sürecinin incelenmesi için çeşitli modeller ve bu modellerin çözümleri için bilgisayar programları geliştirilmektedir. Ancak bu çalışmada iki farklı çevrim arası karşılaştırma yapılacağından dolayı böyle bir modelin kullanılmasına ihtiyaç duyulmamıştır. Bu nedenle idealleştirilmiş çevrimlerde ateşleme ve yanma süreci sonunda sistemin adyabatik alev sıcaklığına ulaştığı varsayılmaktadır. Çevrimde yanma olayı sabit hacimde ve kütle giriş/çıkışı olmadan gerçekleşmektedir ve enerji dengesi için Eş geçerlidir. İç enerji ifadesinin standart refererans hale göre ve kimyasal enerji terimleri açıkça görülebilecek bir biçimde Eş daki gibi ifade edilmektedir [93]. [kj] (3.36) Burada parantez içindeki terimlerden referans haldeki duyulan iç enerjiyi ve standart referans hale göre duyulan iç enerjiyi ifade etmektedir. Oluşum iç enerjisi olan ifadesini tek başına elde etmek oldukça zordur. Bunun için eşitliğinden faydalanarak Eş tekrar düzenlenirse Eş elde edilmektedir. ( ) [kj] (3.37) Burada oluşum entalpisi olarak adlandırılmaktadır ve standart referans haldeki (298 K ve 1 atm) entalpidir. Oluşum entalpisi, termodinamik tablolardan elde edilebilmektedir [57, 93-93]. Eş kimyasal reaksiyona giren kapalı sistemler için tekrar düzenlendiğinde Eş elde edilmektedir [93]. ( ) ( ) [kj] (3.38) Burada p ve r indisleri sırasıyla kimyasal reaksiyon sonrası ve öncesi durumu ifade etmektedir. p ve r indisleri yerine Şekil 3.5 e göre sırasıyla 3 ve 2 indisleri de

83 59 kullanılabilmektedir. Bununla birlikte ideal gaz varsayımı yapıldığından, genel gaz denkleminden değişimi yapılabilmektedir. Adyabatik alev sıcaklığına ulaşabilmek için sistem ile çevre arasında ısı transferi olmamalıdır. Yanma süreci kapalı bir işlem olduğundan, Eş düzenlenerek Eş elde edilmektedir [93]. ( ) ( ) (3.39) Yanma reaksiyonu bilinen bir sistem için Eş kullanılarak kapalı sistemler için adyabatik alev sıcaklığı kolaylıkla hesaplanabilmektedir. İzentropik İşlemler Çevrimde sıkıştırma (1-2 noktaları arası), ikinci sıkıştırma (6-7 noktalar arası), genişleme (3-4 noktaları arası) ve ikinci genişleme (8-9 noktaları arası) süreçleri izentropik (sabit entropide veya tersinir adyabatik) gerçekleşmektedir (Bkz. Çizelge 3.6 ve Şekil 3.5). Süreçler sabit entropide ve kapalı bir sistemde gerçekleştiğinden dolayı sistemin iç enerji değişimi yalnızca piston işine eşittir. Buna göre Eş bu süreçlere göre düzenlenirse Eş. 3.40, Eş. 3.41, Eş ve Eş elde edilmektedir [57, 98]. [kj] (3.40) [kj] (3.41) [kj] (3.42) [kj] (3.43) c ve e indisleri sırası ile sıkıştırma ve genişleme süreçlerini ifade etmektedir. İzentropik işlemlerde basınç-hacim ilişkisi Poisson eşitliği ile (Eş. 3.44) ifade edilmektedir [105]. { } (3.44) Burada γ özgül ısılar oranı (c p /c v ) olarak ifade edilmektedir. İş terimi diferansiyel formda yazılıp belirli bir izentropik süreçteki a-b noktaları arasında integral forma dönüştürülürse ve basınç (p) ifadesi yerine Eş deki ifade düzenlenerek yazılırsa Eş elde edilmektedir [105].

84 60 (3.45) Buradaki γ değeri ortalama bir değerdir ve bu değerin a-b aralığındaki değeri aşağıdaki logaritmik ifade ile elde edilebilmektedir. ( ( ) ) ( ) ( ) ( ) (3.46) ( ) Yukarıda anlatılan tüm bu süreçlerdeki eşitliklerde kullanılacak mol sayıları ve kritik noktalardaki basınç hacim ve sıcaklık değerleri için genel gaz eşitliği (Eş. 3.47) kullanılmaktadır [93, 96, 105]. (3.47) Poisson eşitliği (Eş. 3.44) ve genel gaz denklemi kullanılarak Eş düzenlendiğinde Eş elde edilmektedir [105]. [kj] (3.48) Isıl verim Isıl verim, termik makineler için Eş ile ifade edilmektedir [106, 107]. (3.49) Burada ifadesi çevrimdeki süreçlerde meydana gelen işlerin toplamını ve (=n y Q LHV ) ise çevrimdeki süreçlerde sisteme giren ısı enerjisi toplamını ifade etmektedir. Bu değer termodinamiğin birinci ve ikinci yasasına göre aralığında bir değer almaktadır. Buna göre dört ve altı zamanlı motorları için ısıl verim ifadesi düzenlenerek Eş ve Eş elde edilebilmektedir. (3.50)

85 61 (3.51) İdealleştirilmiş çevrim analizinde kullanılan alt modeller Çevrim enerji analizinin yapılabilmesi için çeşitli alt modeller kullanılmaktadır. Bunlar yakıt-hava-artık gaz karışımı yapısı ve silindir içi anlık hacim değişimi modelleridir. Yakıt-hava-artık gaz karışımı yapısı Referans yakıt olarak kabul edilen izo-oktan için stokiyometrik oranda hava ile karıştırılarak tam yanması Eş deki gibi ifade edilmektedir [52, 97, 108]. (3.52) Buji ateşlemeli motorlarda emme zamanı sonunda yakıt, hava ve atık gazdan oluşan reaktif olmayan gaz karışımı vardır. Çevrim başlangıcında silindir içerisinde yanma odası hacmi kadar atık egzoz gazı bulunduğu kabul edilmiştir. Yanma odası hacmi, toplam silindir hacminin sıkıştırma oranına (r v ) bölünmesiyle hesaplanabilir. Buna göre dört zamanlı motor çevrimi için Eş düzenlenerek Eş elde edilmektedir [57, 92, 100]. (3.53) Kısmi egzoz ve su enjeksiyonu süreci nedeniyle, altı zamanlı motorlarda yanma denklemi dört zamanlı motorlardan farklı olmaktadır. Bununla birlikte bir önceki çevrimden kalan atık gaz konsantrasyonu da dört zamanlı motorlardan farklıdır. Buna göre altı zamanlı motor için yanma Eş teki gibi olmaktadır. [ ] [ ] (3.54)

86 62 Burada (res) 0 ifadesi kısmi egzoz sonrası sıkıştırma oranı (r v,er ) ve enjekte edilen suyun çevrimde kullanılan yakıt miktarı cinsinden değeri (w) ile değişmektedir. Silindir içerisinde kalan egzoz gazının yüzde oranı kısmi egzoz sürecine bağlıdır ve dolaylı olarak enjekte edilen suyun miktarını da etkilemektedir. Altı zamanlı motor için Eş te ifade edilen yanma eşitliği genel bir ifadedir. Bununla birlikte enjekte edilen su miktarı ve kısmi egzoz sonrası silindir içerisinde kalan atık gaz oranına bağlı olarak, emme süreci başlangıcındaki gaz konsantrasyonu değişmektedir. Termodinamik analizlerde yanma eşitliği başlangıçta Eş olarak kabul edilmekte ve arka arkaya çevrim analizi yapılarak kullanılması gereken asıl yanma denklemi elde edilmektedir. Silindir içi anlık hacim değişimi Çevrimde özgül ısılar, sıcaklığa bağlı olarak değişmekte ve işlem kolaylığı bakımından ortalama bir özgül ısı değerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bunun için çevrimde hacim değişimi dikkate alınarak ortalama özgül ısı değeri belirlenmiştir. Pistonlu motorlarda krank-biyel mekanizması nedeniyle her açı aralığındaki hacim değişimi aynı değildir. Başka bir ifade ile motorda krank mili sabit kabul edilen bir açısal hızla hareket ederken, hacim değişim elemanı olan piston, iki ölü nokta arasında hızlanan ve yavaşlayan hareketler oluşturmaktadır. Buna göre krank açısına bağlı anlık silindir hacmi krank-biyel mekanizması kinematiği kullanılarak Eş ile belirlenebilmektedir [15, 106, 108, 109]. [ ( ) ] (3.55) Burada yanma odası hacmini, krank yarıçapının (r) piston kolu uzunluğuna (L) oranını ve ise piston tepesi kesit alanını ifade etmektedir. Eş ün θ değişimine göre türevi alındığında, hacmin krank açısına bağlı olarak değişimi Eş ile hesaplanabilmektedir. [ ( )] (3.56) Anlık hacim değeri kullanılarak hacmin değiştiği süreçlerin her birinin birer krank derecesi aralıkla toplam 180 adımda gerçekleştiği ve bir önceki adımın son şartlarının bir sonraki

87 V (cm3) dv/dθ (cm3/derece) 63 adımdaki başlangıç şartlarını oluşturduğu kabul edilmiştir. İzentropik hal değişimleri için gerekli olan γ (özgül ısılar oranı) değerinin belirlenmesi için ilgili süreçte hesaplanan özgül ısı değerlerine bağlı olarak ortalama özgül ısı değeri kullanılmaktadır. Krank-biyel kinematiği ve silindir hacminin krank açısına bağlı değişimi grafiği Şekil 3.6 daki gibi olmaktadır [109] V dv/dθ Krank açısı (derece) Şekil 3.6. Silindir hacminin krank açısına bağlı değişimi [106, 109, 110] Motor Performans Parametreleri Bu bölüme kadar dört zamanlı ve su enjeksiyonlu altı zamanlı buji ateşlemeli motorların idealleştirilmiş çevrimleri enerjinin korunumundan faydalanılarak analiz edilmiştir. Bu bölümde ise motorların temel performans parametreleri olan moment, güç ve özgül yakıt tüketimi eşitlikleri açıklanmıştır. İndike ortalama basınç (imep), net işin kurs hacmine oranı olarak hesaplanmaktadır ve Eş ile ifade edilmektedir. [kpa] (3.57)

88 64 Bilindiği gibi basınç-hacim grafiklerinde süreçlerin oluşturduğu alan net işi ifade etmektedir (Bkz. Şekil 3.5). Buna göre dört zamanlı motorların basınç-hacim grafiğinde tek bir net iş alanı meydana gelirken, altı zamanlı motorlarda birbiri üstüne binmiş iki net iş alanı meydana gelmektedir. Buna göre Eş dört zamanlı motor çevrimleri için kullanılabilirken altı zamanlı motor çevrimi için tekrar düzenlenmesi gerekmektedir. Çevrimde yapılan iş bu iki alandan meydana geldiğinden dolayı altı zamanlı motor için Eş düzenlenerek Eş ele edilmektedir. [ ] ( ) (3.58) Motor hızı n için indike güç (P i ) ifadesi Eş daki gibidir [98, 111]. (3.59) Burada i değeri bir çevrimin meydana gelmesi için gerekli krank tur sayısının bir çevrimde meydana gelen iş zamanı sayısına oranıdır. Başka bir ifade ile bir çevrimde iş zamanının meydana gelmesi için gerekli olan krank tur sayısıdır. İki zamanlı motorlar için bu değer 1 olur iken, dört zamanlı motorlarda 2 değerini almaktadır. Yeni bir konsept olarak altı zamanlı motorlarda her üç krank turunda iki iş meydana geldiği için i değeri 3/2 olmaktadır Buna göre dört ve altı zamanlı motor çevrimi için indike güç ifadeleri Eş düzenlenerek Eş ve Eş deki gibi olmaktadır [10, 12]. (3.60) (3.61) İndike moment (M i ) ve güç (P i ) arasında aşağıdaki bağıntı Eş deki gibi ifade edilmektedir [111, 112]. (3.62) Özgül yakıt tüketimi (öyt) için ise Eş kullanılmaktadır [111, 112].

89 65 (3.63) 3.4. Dört Zamanlı Motorun Altı Zamanlı Motora Dönüşümü Dört zamanlı klasik bir buji ateşlemeli motor, tek piston yaklaşımlı altı zamanlı motora rahatlıkla dönüştürülebilmektedir. Tek piston yaklaşımlı altı zamanlı motorlarda krank/kam dişli oranının dört zamanlı motorlardan farklı olduğu bilinmektedir [10-46]. Bu nedenle dört zamanlı bir motorun bu özellikteki altı zamanlı motora dönüşümünde en önemli değişiklik kam mili üzerinde gerçekleşmektedir. Kam mili değişiminin yanında su enjeksiyonu için gerekli enjektörün motora montajı, su enjeksiyonu için gerekli sistemin tasarımı da dört zamanlı motorun su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımlı, altı zamanlı motora dönüşümü için önemli değişikliklerdir. Şekil 3.7 de dört ve altı zamanlı motorlar arasındaki kam ve krank dişlilerinin farkları görülmektedir. Şekil 3.7. Dört zamanlı ve altı zamanlı motorlar arasındaki yapısal farklar Silindir kapağına enjektörün montajı Deney motorunun silindir kapağı üzerinde direkt benzin enjektörünün (su enjeksiyonunda kullanılmaktadır) takılabilmesi için uygun bir yer belirlenmesi gerekmektedir. Silindir

90 66 kapağı üzerinde enjektör yerinin belirlenebilmesi için öncelikle referans işaretler belirlenmiştir. Bu referans işaretler için başlangıç noktası buji tarafındaki silindir kapak cıvata deliklerinin merkezinden geçen doğru olarak kabul edilmiştir ve diğer referans işaretler bu doğruya göre elde edilmiştir. Elde edilen referans işaretler Resim 3.8 de gösterilmiştir. Bu referans işaretlere göre Autocad programında iki boyutlu modeller elde edilmiştir. Silindir kapağı üzerinde yapılacak değişikliğin mümkün olduğu kadar pratik ve makine işlemlerine uygun olması göz önünde bulundurulmuştur. Resim 3.8. Silindir kapağı üzerindeki referans işaretler Silindir kapağı altındaki referanslar işaretler de aynı başlangıç doğrusu kullanılarak elde edilmiştir. Şekil 3.8 de silindir kapağı alt kısmında bulunan referans işaretler gösterilmektedir. Şekil 3.8. Silindir kapağı alt kısım referanslar ve bilgisayar çizimi Enjektör üzerinde herhangi bir vidalı kısım bulunmadığından dolayı enjektörün silindir kapağına montajında ara adaptör kullanılması gerekmektedir. Bu ara adaptörün vidalı-dişli kısmının çapı, buji dişli kısmının çapı kadar olabilmektedir. Silindir kapağında enjektörün

91 67 yerleştirilmesi için en uygun yer buji ile emme supabının arasında kalan yerdir. Enjektör bağlantı adaptörünün yeri silindir kapağı üzerinde 45 o açı ile konumlandırılmıştır. Bu açı belirlenirken referans noktalara göre enjektör ucunun silindir içerisinde muhtemel konumlandırılabileceği yer belirlenmiştir. Bu belirleme sonrasında silindir kapağı modellenerek enjektörün nasıl yerleştirileceği model üzerinden tartışılmıştır. Şekil 3.9 da modellenen silindir kapağı görülmektedir. Şekil 3.9. Enjektör bağlantı elemanının silindir kapağındaki konumu Enjektörün silindir kapağına konumlandırılmasında silindir kapağı vidaları, emme supabının açılma anında taradığı hacim ve kapağın delindiği yerdeki malzeme kalınlığının yeterliliği çok önemlidir (Bkz. Şekil 3.9). Silindir kapağı üzerinde buji, iki boyutta belirli bir açı ile konumlandırılmıştır. Bu nedenle bujinin silindir kapağı üzerindeki açısal konumu, enjektör için gerekli yerin belirlenmesini kısıtlamaktadır. Bununla birlikte silindir kapağının bujiden uzak kısımlarında et kalınlığı az olduğundan ve supap mekanizmasının silindir kapağında olduğundan dolayı enjektör için en uygun yer buji yakınında ve emme supabı tarafındaki yerdir. Enjektörün montajı için tasarlanan ve imal edilen ara adaptör Resim 3.9 da gösterilmiştir. Resim 3.9. Enjektörün silindir kapağına montajı için tasarlanan ara adaptör

92 68 Silindir kapağı üzerinde yapılan hesaplamalar ve enjektörün montajı için gerekli ara adaptörün tasarımı ile birlikte silindir kapağının delme, diş açma ve freze makine işlemleri yapılmıştır. Delik için diş ölçüsü M14x1,5 olarak belirlenmiştir. Resim Silindir kapağındaki enjektör bağlantı yeri Kam mili ve kam-krank dişlilerinin tasarımı Motor üzerindeki orijinal kam mili, kam lobları ve dişlisi ile birlikte bütün bir parçadır. Yeni tasarlanan kam milinde, kam dişlisi ve kam lobları mil üzerine vidalanacak şekilde tasarlanmıştır. Tasarlanan kam mili üzerindeki diş ölçüsü M16x1,5 olarak belirlenmiştir. Resim Üretilen kam mili Dört zamanlı motorlardaki 2:1 kam-krank oranının altı zamanlı motorlarda 3:1 olduğu daha önce açıklanmıştı (Bkz. Bölüm 3). Mil merkezlerinin sabit kalması şartıyla 2:1 oranından 3:1 oranına dönüşümü için krank dişlisinin %25 küçültülüp kam dişlisinin %12,5 büyütülmesi gerekmektedir. Deney motorunun kam dişlisi üzerinde 58 diş ve krank dişlisi üzerinde 29 diş bulunmaktadır.

93 69 Şekil Krank ve kam dişlileri Yeni tasarlanan dişlilerdeki diş sayıları kam dişlisinde 66 ve krank dişlisinde 22 olmaktadır. Motor üzerindeki dişliler helis dişlidir. Yeni üretilen dişliler de imalat kolaylığı için helis dişli yerine düz dişli tercih edilmiştir. Kam dişlisinin büyümesi ile birlikte motor gövdesindeki yere sığmaması durumu ortaya çıkmaktadır. Bunun için dişli üretimi yapan bir firmada orijinal dişliler referans alınarak aynı özellikte ve istenilen dişli oranında dişliler imal ettirilmiştir Resim 3.12 de orijinal ve üretilen kam dişlileri görülmektedir. Resim Orijinal ve üretilen kam dişlileri İlk harekette motorun daha kolay döndürülmesi için egzoz supabının bir miktar açık kalmasını sağlayarak silindir içi basıncını azaltan ve motor çalıştıktan sonra devre dışı kalan otomatik egzoz dekompresyon sistemi, yeni yapılan kam milinde kullanılmamıştır. Kam mili boyutu orijinaline göre bir miktar büyüdüğünden dolayı motora montajı için motor gövdesi üzerinde bir talaş kaldırma işlemi yapılmıştır Resim 3.13 te talaş kaldırma işleminin yapıldığı yer gösterilmektedir.

94 70 Resim Kam mili için gövde üzerinde yapılan talaş kaldırma işlemi Kam profillerinin belirlenmesi ve kam loblarının üretilmesi Kam profiline bağlı olarak kamın hareket ettirdiği itici için çeşitli hareket eşitlikleri türetilmekte ve bu türetilen hareket eşitlikleri zamana göre türevlendirilerek hız, ivme ve jerk (sıçrama) eşitlikleri elde edilmektedir. Günümüzdeki otomotiv motorlarında kullanılan kam çeşitleri konveks, konkav, tanjant ve harmonik olarak sıralanmaktadır. Bu çalışma kapsamında kam profilinin elde edilmesinde basit harmonik eşitlikler kullanılmış ve basit bir harmonik kam profili elde edilmiştir [106, 118, 119]. Kam mekanizmasıyla teorik supap açılması Pistonlu içten yanmalı motorlarda çevrimin sürekliliği için bir madde alışverişi meydana gelmektedir. Dört zamanlı motorlarda emme kanalında bulunan taze karışımın silindir içerisine alınmasını sağlayan emme supabı ve yanmış karışımın silindir içerisinden egzoz kanalına iletimi sağlayan egzoz supabı bulunmaktadır. Bu supapların periyodik hareketleri kamlar ile sağlanmaktadır [106, 118, 120, 121]. Kam profilinin şekli supabın hareket eğrisini belirlemektedir. Emme supabı piston AÖN ye inerken, arkasında bıraktığı boşluğu taze karışım dolduracak şekilde hareket etmektedir. Supap hareket profilinde, hızlanma eğrisinin yavaşlama eğrisine oranı sabittir. Başlangıçta supap sıfır hızından itibaren hızlanarak maksimum hıza ulaşmaktadır. Bu zaman süresince kamdan supaba iletilen maksimum ivme daima pozitif değerdedir. Bu esnada supap kam üzerinden ayrılmaz. Supabın maksimum hızından tekrar sıfır hızına yani supabın maksimum kurs pozisyonuna gelene kadar geçen zaman süresince ivme daima

95 71 negatif yöndedir ve hareket halinde bulunan elemanların atalet kuvvetleri bu elemanları kamdan uzaklaştırmaya doğru etki etmektedir. Bu zaman süresince supap yayı bu elemanların kamdan ayrılmasını önlemektedir [118, 121, 122]. Supap maksimum kursuna ulaştıktan sonra ya bir süre bu durumda kalmakta veya geri dönerek kapanma periyoduna geçmektedir. Supap kapanırken öncelikle hız sıfırdan maksimuma ulaşmaktadır. Bu sırada ivme negatif yöndedir. Supap maksimum hızdan sıfır hızına geçerken tekrar pozitif ivme ile hareket etmektedir. Kam tasarımında pozitif ve negatif yönlerdeki ivmelerin mutlak değerleri büyük önem taşımaktadır. Pozitif yöndeki maksimum ivme kam üzerindeki basınç bakımından, negatif yöndeki maksimum ivme ise seçilecek yayın kuvveti bakımından önemlidir. Kam üzerindeki maksimum basıncı, maksimum ivme belirlemektedir. Yay kuvvetini belirlemede, negatif yöndeki maksimum ivme dikkate alınmaktadır. Bu nedenle kam profillerinde, pozitif ve negatif yönlerdeki ivmelerin maksimum değerleri arasındaki fark mümkün olan en düşük değerde tutulmalıdır [106, 118, 119, 122]. Harmonik kam teorisi Harmonik kamlar genellikle düz yüzeyli supap iticileriyle beraber çalışmaktadırlar. Bu tür kamlar yay kamı olarak da adlandırılmaktadır. İticilerin hareket eşitlikleri, itici yapısına bağlı olarak değişmektedir. Şekil 3.11 de çeşitli itici tipleri görülmektedir. Düz yüzeyli iticilerin hareketi için basit bir harmonik eşitlik türetilirken, itici üzerindeki tek nokta (veya çizgi) üzerinde hareket eden itici tipleri için daha karmaşık eşitlikler türetilmektedir [106, 119, 123]. Şekil İtici tipleri [119]

96 72 Deney motorunda itici tipi düz yüzeyli olduğundan dolayı hesaplamalar düz yüzeyli iticiler referans alınarak yapılmıştır. Şekil Harmonik kam teorisi [106] Bir kam profili, bu kam profilinin hareket ettirdiği mekanizmada istenilen hareket ile sınırlıdır. Bu nedenle elde edilen hareket eşitlikleri ile bu kam profilinin elde edilmesindeki eşitlikler birbirinden farklı olmaktadır. Harmonik kamda hareket eşitliklerin türetilmesi için sınır şartlarının belirlenmesi gerekmektedir. Kullanılacak harmonik kam profili farklı iki merkezli yaydan oluşmaktadır. Şekil 3.12 de harmonik kam teorisi gösterilmektedir. Şekil 3.12 de görüldüğü gibi temel dairenin merkezi M ile gösterilmektedir. İtici temel daire üzerinde iken kalkma hareketi yoktur. A-B aralığı birinci yay olarak adlandırılmaktadır. Birinci yay merkezi M 1 ile gösterilmektedir. M 1 M arası mesafe b 1 ve M 1 A arası mesafe r 1 olarak adlandırılmaktadır. M 1 A ile M 1 B aralığındaki açı θ 1,max ile ifade edilmektedir. Bununla birlikte M 1 A ile M 1 B ölçüleri birbirine eşittir. B-C aralığı ikinci yay olarak adlandırılmaktadır. İkinci yay merkezi M 2 ile gösterilmektedir. MM 2 arası mesafe b 2 ile ifade edilmektedir. CM aralığı ise temel daire yarıçapı ile maksimum kurs yüksekliğinin toplamını göstermektedir. M 2 B ile M 2 C aralığındaki açı θ 2,max ile ifade edilmektedir. Kam profilinin çalışma aralığı 2θ ile gösterilmektedir. θ açısı θ 1,max ve θ 2,max açılarının

97 73 toplamı olarak ifade edilmektedir. Herhangi bir θ 1 açısında bu durum söz konusu değildir. Şekil 3.12 de gösterilen birinci yay merkezi olan M 1 ile temel daire merkezi M arasındaki uzaklığın bulunabilmesi için D, M 1 ve M 2 nin oluşturduğu üçgende kosinüs teoremi veya pisagor teoremi kullanılarak çözüm aranırsa b 1 eşitliği Eş te olduğu gibi elde edilmektedir [106]. (3.64) Bununla birlikte M, M 1 ve M 2 nin oluşturduğu üçgende kosinüs teoremi kullanılarak çözüm aranırsa θ 1,max Eş ile ifade edilebilmektedir [106]. ( ) (3.65) A-B yayı aralığında s AB kurs miktarı θ 1 açısına göre Eş ile ifade edildiği gibi değişmektedir [106]. (3.66) Bu s AB kurs miktarı kam profilinin elde edilmesinde kullanılmaktadır. Aynı zamanda bu eşitlik bıçak kenar yüzeyli itici için hareket ifadesidir. Ancak bu çalışma kapsamında kullanılacak itici tipi düz yüzeylidir. Bu durum Şekil 3.13 te gösterilmektedir [106]. Düz yüzeyli bir itici kullanımında A-B yayı aralığındaki hareket eşitliği Eş deki gibidir (Bkz. Şekil 3.13) [106]. (3.67) Bu ifade θ 1 açısı cinsinden ifade edilmektedir. Kam profilinin elde edilmesi için θ 1 yerine θ açısı kullanılmalıdır. Bunun için θ ile θ 1 arasındaki ilişki Eş ile ifade edilmektedir (Bkz. Şekil 3.13) [106]. { [ ] } (3.68)

98 74 Şekil Birinci yay üzerindeki itici hareketi [106] Şekil 3.14 te gösterilen ikinci yay merkezi M 2 ile temel daire merkezi M arasındaki mesafe b 2 olarak ifade edilmektedir. b 2 nin belirlenebilmesi için Eş kullanılabilmektedir [106]. (3.69) Eş daki r 2 değeri için sınır şartlar kullanılarak veya atma bir değer ile belirlenebilmektedir. B-C yayı aralığında s AB kurs miktarı θ 1 açısına göre Eş de olduğu gibi değişmektedir (Bkz. Şekil 3.14) [106]. (3.70) Bu ifade θ 2 açısı cinsinden ifade edilmektedir. Kam profilinin elde edilmesi için θ 2 yerine θ açısı kullanılmalıdır. Bunun için θ ile θ 2 arasındaki ilişki Eş ile ifade edilmektedir (Bkz. Şekil 3.14) [106]. { [ ] } (3.71)

99 75 Şekil İkinci yay üzerindeki itici hareketi [106] Harmonik bir kam profiline göre düz yüzeyli iticinin B-C yayı aralığındaki hareketi Şekil 3.14 te gösterilmektedir. B-C yayı aralığında düz yüzeyli iticinin hareket eşitliği Eş ve Eş te ifade edildiği gibidir [106]. (3.72) (3.73) Kam profilinin elde edilmesinde kullanılan eşitlikler Eş ve Eş tir. Eş ve Eş itici için hareket eşitlikleridir. Bu eşitlikler zamana göre türevlendirilerek Çizelge 3.7 de gösterilen itici hareketine ait hız, ivme ve jerk (sıçrama) eşitlikleri elde edilmektedir [106]. Çizelge 3.7. Düz yüzeyli itici hareketi için hız, ivme ve jerk eşitlikleri A-B Yayı Aralığı B-C Yayı Aralığı Hız (v) İvme (a) Jerk (j)

100 76 Herhangi bir kam profilinin tasarımı için belirlenmesi gereken sınır şartlar aşağıdaki gibi sıralanmaktadır [106, , 122, 123]. Supap açılması Supap kapanması Supap kursu Külbütör oranı Motor hızı Bununla birlikte literatür araştırmasına göre aşağıdaki şartlar da belirlenmektedir [106, 118, 123]. Supap boşluk açısı Supap boşluğu Maksimum ivme Temel daire yarıçapı Buradaki motor hızı maksimum motor hızıdır. Maksimum ivme ise bu motor hızındaki maksimum supap kursunun meydana geldiği anda oluşan negatif yönlü ivme değeridir. Literatürde bu ivme değerinin mutlak büyüklüğü 1500 m/s 2 yi geçmemesi tavsiye edilmektedir. Bununla birlikte temel daire yarıçapı değeri supap kursu değerinin 1,5-2,5 katı aralığında olması tavsiye edilmektedir. Kam profili üzerinde supap boşluk miktarının geçtiği açısal süre supap boşluk açısı olarak ifade edilmektedir. Bu supap boşluk açısı süresince supapta herhangi bir yer değiştirme hareketi meydana gelmemektedir [106, 118, 119, 121]. Deney motoruna ait kam profilinin belirlenmesi Deney motorunun kam profili hakkında herhangi bir literatür bilgisi olmadığından dolayı altı zamanlı motora ait kam profilinin tasarlanması için kam profil ölçümünün yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada pratik bir yöntem olarak kam profilinin belirlenmesi için rulman yataklı bir düzenek kurulmuş ve manyetik bir ayağa bağlanan komparatör yardımıyla açısal değişime göre kam yüksekliği ölçülmüştür. Açısal değişim için kam dişlisi üzerine bir açıölçer yerleştirilmiştir. Kam mili üzerinden herhangi bir referans

101 77 noktası belirlenerek ikişer derece açı değişimi ile ölçümler yapılmıştır. Şekil 3.15 de kam profilinin elde edilmesi için kullanılan düzenek görülmektedir. Şekil Kam profili ölçümünün yapılabilmesi için tasarlanmış basit düzenek Referans noktaya göre egzoz ve emme kamına ait ölçümler yapılmış ve Autocad programı yardımıyla orijinal kam profillerinin çizimleri yapılmıştır. Buradaki referans nokta sente ayar referans noktasıdır. Motora ait servis kataloğuna göre emme supabı boşluğu 0,15 mm ve egzoz supabı boşluğu ise 0,20 mm dir. Motora ait külbütör oranının da 1:1 olduğu bilindiğinden dolayı bu değerler kam ve itici arasındaki boşluk olarak kabul edilmiştir. Ölçümlerde supabın açıldığı noktadan itibaren katalogda belirtilen supap boşluk değerine kadar olan açı supap boşluk açısıdır [124]. Emme ve egzoz kamı için yapılan ölçüm sonuçları Çizelge 3.8 de verilmiştir. Çizelge 3.8. Ölçümü yapılan kam profili için belirlenen değerler Özellik Egzoz Emme Boşluklu açık kalma süresi (derece) 172 (0,20 mm boşluk) Boşluksuz açık kalma süresi (derece) Maksimum kam yüksekliği (mm) 5,65 5,65 Maksimum supap açıklığı (mm) 5,45 5,50 Temel daire çapı (mm) (0,15 mm boşluk) Yapılan ölçümlere göre egzoz ve emme supaplarına ait elde edilen orijinal kam profilleri Şekil 3.16 daki gibi elde edilmiştir.

102 78 Şekil Orijinal kam profilleri ve açılar Şekil 3.16 da elde edilen kam profillerinin belirlenen referans noktaya göre üst üste yerleştirilmesiyle birlikte supap ayar diyagramı için gerekli olan açısal değerler hesaplanabilmektedir. Supap ayar diyagramında kam profilinin boşluksuz açık kalma süresi krank açısı cinsinden gösterilmektedir. Şekil 3.17 de ölçüm neticesinde elde edilen kam açıları ve orijinal motora ait supap ayar diyagramı görülmektedir. Şekil Kam açıları ve supap ayar diyagramı Elde edilen kam profillerinin harmonik kam modeline uygun hale getirilmesi gerekmektedir. Ölçümler neticesinde elde edilen kam profilinin üzerine harmonik kam teorisine göre profil çizilerek orijinal kam profilinin harmonik kam teorisine uygun hale getirilmesi sağlanmıştır. Bunun için Şekil 3.12 de gösterilen M 2 merkezli daire çapı

103 79 değiştirilerek orijinal kam profili ve harmonik kam ile çizilen profildeki kritik noktaların üst üste gelmesi sağlanmıştır (Bkz. Şekil 3.12). Harmonik kam modeline uygun hale getirilmiş profil ile orijinal profil arasındaki maksimum hata miktarı ±0,35 mm ve kritik noktalarındaki hata miktarı 0 mm dir. Bununla birlikte harmonik kam modeline uygun hale getirilen (fit edilen) kam profilinin kritik noktalardaki değerleri incelendiğinde bu profilin kabul edilebilir bir profil olduğu söylenebilmektedir. Orijinal ve filt edilmiş kam profili arasındaki farklılık Şekil 3.18 de gösterilmiştir. Şekil Orijinal ve fit edilmiş emme kamı profili için temsili çizim Fit edilmiş kam profiline ait parametreler çizelge 3.9 da gösterildiği gibidir. Çizelge 3.9. Fit edilmiş emme kamı profilinin parametreleri Özellik Değer Özellik Değer Temel daire çapı (mm) 26 Külbütör oranı 1:1 İzleyici hareketi (mm) 5,50 BC yay çapı (mm) 6 Supap boşluğu (mm) 0,15 AB yay çapı (mm) 42,27 θ (derece) 74 θ 1,max (derece) 59,42 α(derece) 12 θ AB (derece) 81,82 Motor Hızı (1/min) 3600 a max (m/s 2 ) 556,05 Kontrol 1 (mm) 0,177 Kontrol 2 (m/s) 0,319 Bir kam profilinin sınır şartlarını belirleyen parametre izleyicinin karakteristiğidir. Kam profilinin elde edilmesinde temasın sürekli aynı eksende olduğu kabul edilerek elde edilirken izleyicinin temas ekseni, izleyicinin temas yüzeyine göre değişiklik göstermektedir. Deney motorunun izleyicisi düz yüzeylidir ve bu izleyicinin fit edilmiş

104 a (m/s2) j (m/s3) h, p (mm) v (m/s) 80 kam profili ile meydana getirdiği yer değiştirme, hız ve ivme karakteristikleri Şekil 3.19 daki gibidir. 6 h profil Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Şekil Fit edilmiş emme kam profilinde izleyiciye ait karakteristik eğriler Kam profillerinde belirli sınır kontrol noktaları vardır. Bunlardan birincisi (kontrol 1) kam profilinin boşluk açısı kadar hareketinde kam profili üzerinde yaklaşık boşluk miktarı kadar yer değiştirme meydana geldiğinin kontrolüdür. İkinci kontrol ise (kontrol 2) aynı noktadaki hızın 0,8 m/s değerini geçmemesidir. Bu değer, supap mekanizmasının çalışma ömrünü ve sessiz çalışmasını etkilemektedir. Altı zamanlı motor dönüşümü için kam profilinin elde edilmesi Dört zamanlı bir motorun altı zamanlı bir motora dönüşümünde mekanik olarak tekrar tasarlanması gereken parçalardan en önemlisi kam milidir. Kam milinin bir tam turu için krank milinin üç tam tur yapması gerekmektedir. Bununla birlikte altı zamanlı motorda kam profili oluşturmak dört zamanlı motorda kam profili oluşturmaktan farklı değildir. Ancak altı zamanlı motorun kam profiline ait sınır değerler oldukça kısıtlıdır. Teorik olarak her bir zamanın meydana gelmesi için gerkli kam açısı dört zamanlı motorlarda 90 o iken altı zamanlı motorlarda bu açı 60 o olmaktadır. Bu durumdan dolayı altı zamanlı motorların kam profillerinin belrilenmesinde daha hassas davranılması gerekmektedir. Kam profilinin tasarım öncesi belirlenen değerler kam rofilinin doğru olduğu anlamına gelmemektedir. Bununla birlikte tasarım aşamasının ardından belirli sınır şartlara göre kam profilinin kontrol edilmesi gerekmektedir. Kam profili üzerindeki zamanların oluşumu

105 81 Şekil 3.20 de gösterilmektedir. Şekil Kam mili üzerinde teorik zamanların oluşumu Kam profilinin elde edilmesi için sınır şartlara göre 7 adımda çözüm yapılmaktadır. Bu adımlar sırasıyla aşağıdaki gibidir (Bkz. Şekil 3.12) [106]. Birinci Adım: θ kam açısının belirlenmesi, İkinci Adım: Maksimum itici kursunun belirlenmesi Üçüncü Adım: b 2 merkezler arası uzaklığın belirlenmesi Dördüncü Adım: r 2 yarıçapının belirlenmesi Beşinci Adım: b 1 merkezler arası uzaklığın belirlenmesi Altıncı Adım: r 1 yarıçapının belirlenmesi Yedinci Adım: θ 1,max ve θ 2,max açılarının belirlenmesi Buna göre kam açısı θ nın hesaplanması için toplam supap açık kalma süresi Eş ile belirlenmesi gerekmektedir [106]. (3.74) Burada K değeri bir çevrimin meydana gelmesi için gerekli krank mili tur sayısını ifade etmektedir ve dört zamanlı motor için 2, altı zamanlı motor için 3 değeri kullanılmaktadır. Kam profilindeki s max kurs miktarının belirlenmesi için Eş kullanılmaktadır [106]. (3.75) Merkezler arası uzaklık b 2 nin hesaplanabilmesi için Çizelge 3.7 de verilen BC yayına ait ivme ifadesinden faydalanılmaktadır (Bkz. Çizelge 3.7). Bu eşitlik düzenlendiğinde Eş.

106 elde edilmektedir. [106]. (3.76) ω N değeri kam milinin açısal hızını ifade etmektedir. Krank ve kam millerinin hız oranı dört zamanlı motorda 2 ve altı zamanlı motorda ise 3 tür. Buna göre ω değeri dört zamanlı motor için 2ω N ve altı zamanlı motor için 3ω N kadardır. ω nın belirlenmesi için Eş kullanılmaktadır [106]. (3.77) Belirlenen b 2 değeri için Eş deki şartın sağlanması gerekmektedir [106]. (3.78) Bu şart sağlanmıyorsa a 2,max değerinin azaltılması veya r 1 değerinin artırılması gerekmektedir. Bu şartın sağlanmadığı durumda harmonik kam profili elde etmek mümkün değildir [106]. İvme hızın zamana göre türevi olduğundan dolayı açısal hızlar arasındaki oranın karesi, maksimum ivmeler arasındaki oranı ifade etmektedir. r 2 değerinin hesaplanması için Eş kullanılmaktadır. AB yayının merkezinin belirlenmesinde kullanılan ve b 1 ile ifade edilen MM 1 aralığı ölçüsünün hesaplanması için Eş kullanılmaktadır. Burada b 1 değerinin pozitif olması gerekmektedir. Eğer b 1 değeri negatif olarak hesaplanıyorsa kabul edilen parametrelerin değiştirilmesi veya bu profilin elde edilmesi için yöntemin değiştirilmesi gerekmektedir. b 1 değerinin negatif çıkması, belirlenen durum için AB noktaları aralığını birleştiren bir yayın olmadığını göstermektedir. r 1 değeri b 1 ile temel daire yarıçapı olan r nin toplamı ile hesaplanmaktadır. θ 1,max değerinin hesaplanması için Eş kullanılmaktadır. θ 2,max değeri θ değerinden θ 1,max değerinin çıkarılmasıyla elde edilmektedir. Kam profilinin oluşturulması için gerekli tüm parametrelerin hesaplamasından sonra tasarımdaki kritik parametrelerden birisi olan supap boşluk açısındaki iticinin yer

107 83 değiştirmesi ve hızı kontrol edilmelidir. Bunun için öncelikle kam mili açısı cinsinden supap boşluk açısının hesaplanması gerekmektedir. Supap boşluk açısı Eş ile hesaplanmaktadır [106]. (3.79) Bu açı hesaplandıktan sonra bu açıya denk gelen yer değiştirme miktarının supap boşluk miktarına eşit olmasına dikkat edilmesi gerekmektedir. Bu hesaplamanın amacı belirli bir supap boşluğunun belirli bir açıya kadar tamamlanarak bu açı değerinden sonra supabın açılmasını sağlamaktır. İkinci kontrol olarak supap boşluk açısındaki hız parametresinin belirlenmesidir. Bunun için Çizelge 3.7 de AB yayı için gösterilmiş hız ifadesi kullanılmaktadır. Burada hesaplanan değerin 0,8 m/s den küçük olmalıdır. Buradaki değer supabın açılmaya başladığı hızı olduğundan dolayı supap sisteminin ömrü bakımından önemlidir [106, 115, 123]. Şekil Kam lobları arasındaki açı [119, 123] Supap ayar diyagramının çizilebilmesi için açısal olarak supap açık kalma süresinin yanında kam loblarının tepe noktaları arasındaki açı da çok önemlidir (Bkz. Şekil 3.17). Bunun için kam mili üzerinde belirlenen bir referans noktaya göre bir ölçüm yapılması gerekmektedir. Supap ayar diyagramı krank mili açısına göre elde edildiğinden dolayı bu açının iki katı kullanılmaktadır. Ayrıca supap ayar diyagramındaki açılar supap boşluğu çıkarıldıktan sonra elde edilen açılara göre belirlenmektedir. Bu boşluk açısı supap iticisinin hareket eşitliğine göre elde edilmektedir.

108 84 Otomotiv motorlarında kullanılan kamların açılma ve kapanma açıları çoğunlukla birbirine eşittir veya çok az farklılıkları vardır. Bu nedenle kam lobları arasındaki açının tam ortası supap bindirmesinin olduğu ana, başka bir ifade ile üst ölü noktaya denk gelmektedir. Bu noktaya göre egzoz supabının tam kapandığı nokta ve emme supabının açılmaya başladığı nokta belirlenebilir. Bu belirlemenin ardından supap ayar diyagramı elde edilebilmektedir. Kam profilinin elde edilmesi için gerekli tüm hesaplamalar yapıldığına göre supap ayar diyagramı ve kam profili çizilebilir. Şekil 3.22 de altı zamanlı motora ait supap ayar diyagramı görülmektedir. Şekil Altı zamanlı motora ait tasarlanan supap ayar diyagramı Kam profilinin elde edilmesinde kritik noktalara sınır şartlar uygulanmıştır. Ancak yapılan bu hesaplamalar kam profilinin karakteristiği hakkında bir bilgi vermemektedir. Bunun için kam profilinin elde edilmesiyle birlikte kam açısı değişimine göre itici ve supaba ait yer değiştirme, hız, ivme ve jerk değişimi eğrileri (kam profili karakteristik eğrileri) çizilmektedir. Bu eğriler kam elde edilen kam profilinin karakteristiğini belirtmektedir. Karakteristik eğrilerin elde edilmesi için gerekli eşitlikler Çizelge 3.7 de verilmiştir. Ancak tüm bu eşitlikler θ 1 ve θ 2 açıları cinsinden ifade edilmektedir. Eş ve Eş e göre gerekli düzenleme yapılarak bu eşitlikler düzenlenebilmektedir. Altı zamanlı motor için tasarlanan emme kam profilinde izleyicinin yer değiştirmenin büyük bir kısmı ikinci yay üzerinde gerçekleşmektedir. Ancak birinci yaydaki yer değiştirme her ne kadar az olsa da hız ve ivme değerleri oldukça yüksek çıkmaktadır. Dar bir açıda gerçekleşen bir hareket olduğundan dolayı hız ve ivme değerlerinin yüksek

109 a (m/s2) j (m/s3) h, p (mm) v (m/s) 85 çıkmaması gerekmektedir. Çizelge 3.10 da altı zamanlı motor için tasarlanan emme kamı parametreleri görülmektedir. Çizelge Altı zamanlı motor için tasarlanan emme kamı parametreleri Özellik Değer Özellik Değer Temel daire çapı (mm) 26 Külbütör oranı 1:1 İzleyici hareketi (mm) 5,30 BC yay çapı (mm) 4 Supap boşluğu (mm) 0,15 AB yay çapı (mm) 230,98 θ (derece) 48 θ 1,max (derece) 5,80 α(derece) 3 θ AB (derece) 46,46 Motor Hızı (1/min) 3600 a max (m/s 2 ) 259,77 Kontrol 1 (mm) 0,158 Kontrol 2 (m/s) 0,759 Bu hesaplamalar neticesinde emme kamına ait imalat çizimi yapılabilmekte ve karakteristik eğriler elde edilebilmektedir. Altı zamanlı motorlarda kam üzerinde değiştirilen her 1 o lik açı krank milinde 3 o ye denk geldiğinden dolayı açısal düzenlemeler çok önemlidir. Şekil 3.23 te altı zamanlı motorun emme kamı izleyicisine ait karakteristik eğriler görülmektedir. 6 h profil Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Şekil Altı zamanlı motorun emme kamı izleyicisine ait karakteristik eğriler Özellikle yer değiştirme eğrisine bakıldığında kam profili ile izleyicinin hareketi arasında oldukça büyük farklar vardır. Kam profilinin elde edilmesindeki temel amaç uygun

110 86 şartlardaki izleyici hareketinin oluşturulmasıdır. İstenilen sınır şartlara göre elde edilen kam izleyicisi karakteristik eğrilerinin elde edilmesinin ardından kam lobu için imalat çizimi Şekil 3.24 teki gibi oluşturulmuştur. Şekil Altı zamanlı motor için tasarlanan emme kamı profili Altı zamanlı motorlarda egzoz kamı profilinin elde edilmesi diğer kam profillerinden biraz farklıdır. Altı zamanlı motorlarda egzoz supabı kısmi ve tam olmak üzere iki kere açılmaktadır. Bu nedenle egzoz kamı üzerinde iki farklı profil bulunmaktadır. Kısmi egzoz süreci için kam profili için küçük bir açı bulunduğundan dolayı tasarımda temel daire çapının büyütülmesi ve/veya kam yüksekliğinin azaltılması gerekmektedir. Altı zamanlı motora ait tam egzoz kamı parametreleri Çizelge 3.11 de gösterilmektedir. Çizelge Altı zamanlı motor için tasarlanan tam egzoz kamı parametreleri Özellik Değer Özellik Değer Temel daire çapı (mm) 32 Külbütör oranı 1:1 İzleyici hareketi (mm) 5,50 BC yay çapı (mm) 8 Supap boşluğu (mm) 0,20 AB yay çapı (mm) 303,88 θ (derece) 47 θ 1,max (derece) 5,26 α(derece) 3 θ AB (derece) 42,19 Motor Hızı (1/min) 3600 a max (m/s 2 ) 279,50 Kontrol 1 (mm) 0,186 Kontrol 2 (m/s) 0,894 Tam egzoz kamı için belirlenen parametreler neticesinde elde edilen kam profili karakteristik eğrileri Şekil 3.25 teki gibidir.

111 a (m/s2) j (m/s3) h, p (mm) v (m/s) 87 6 h profil Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Şekil Tam egzoz kamı izleyicisine ait karakteristik eğriler Sınır şartlara göre deneme yapılarak temel daire çapı 44 mm olarak belirlenmiştir. Ancak bu durumda kam milinin çalışabilmesi için motor üzerinde bir takım yapısal değişikliklerin (makine işlemi) yapılması gerekmektedir. Motor üzerinde yapılan ölçümlere göre temel daire çapının değeri 32 mm olarak değiştirilmiştir. Kısmi egzoz sürecinde egzoz supabı hem kısa süre açık kalmakta hem de normalden daha az açılmaktadır. Bu durum kam profili tasarımını da zorlaştırmaktadır. Altı zamanlı motora ait kısmi egzoz kamı parametreleri Çizelge 3.12 deki gibidir. Çizelge Altı zamanlı motor için tasarlanan kısmi egzoz kamı parametreleri Özellik Değer Özellik Değer Temel daire çapı (mm) 32 Külbütör oranı 1:1 İzleyici hareketi (mm) 3,3 BC yay çapı (mm) 2 Supap boşluğu (mm) 0,20 AB yay çapı (mm) 309,96 θ (derece) 35 θ 1,max (derece) 4,24 α(derece) 3 θ AB (derece) 36,35 Motor Hızı (1/min) 3600 a max (m/s 2 ) 292,14 Kontrol 1 (mm) 0,190 Kontrol 2 (m/s) 0,914 Kısmi egzoz kamı için belirlenen parametreler neticesinde elde edilen kam profili karakteristik eğrileri Şekil 3.26 daki gibidir.

112 a (m/s2) j (m/s3) h, p (mm) v (m/s) 88 4 h profil Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Kam açısı (derece) Şekil Kısmi egzoz kamı izleyicisine ait karakteristik eğriler Supap ayar diyagramına göre iki egzoz profilinin tepe noktaları arasındaki açı supap ayar diyagramından 133 o olarak hesaplanmıştır. Altı zamanlı motor için tasarlanan egzoz kamı profili Şekil 3.27 deki gibidir. Şekil Altı zamanlı motor için tasarlanan egzoz kamı profili Devrilme momenti ve kam hareketinin supap yayı ve itici yatağına etkisi Kam profilinde önemli olan bir başka konu kam basınç açısıdır. Kam basınç açısı, izleyici hareket çizgisi ile kam ve izleyicinin temas noktasındaki normal doğrultu arasındaki açı olarak tanımlanmaktadır. Kam basınç açısı kam hareketi ile birlikte itici hareketi esnasında iticinin itici yuvasına sıkışmaması için gerekli olan bir kontroldür. Ancak düz yüzeyli iticilerde kam lobunun her konumunda basınç açısı değeri sıfırdır. Bu nedenle düz yüzeyli itici kullanılan kam mekanizmaları için basınç açısı yerine devrilme momenti veya aşırı döndürme momenti (overturning moment) kavramı kullanılmaktadır [119, 122, 123].

113 89 Kamın izleyici ile olan temas noktası kam konumuna bağlı olarak izleyici eksenine yakınlaşmakta veya uzaklaşmaktadır. Bu etki ile Şekil 3.28 de gösterilen kamın izleyici ile temas ettiği nokta ile izleyici ekseni arasındaki mesafe (d), sürekli olarak değişmektedir. Bununla birlikte F yay yay kuvveti de sürekli değişmektedir. [122]. Şekil Devrilme momenti oluşumu [122] Burada izleyici eksenine göre bir moment meydana gelmektedir. Bu momente karşılık olarak izleyici yuvası üzerinde de moment meydana gelmektedir. Bu moment etkisi ile izleyici eksenine dik bir F b kuvveti meydana gelmektedir. Bu kuvvetin artması izleyicinin yuvaya sıkışmasına ve izleyici yuvasının aşınmasına neden olmaktadır. Şekil 3.28 de gösterilen parametreler arasındaki ilişki Eş.3.80 ve Eş ile ifade edilmektedir. [122]. (3.80) (3.81) Buna göre öncelikle yay kuvvetinin (F yay ) belirlenmesi gerekmektedir. Yay kuvvetinin belirlenmesi için yay tansiyon cihazı kullanılmıştır (Bkz. Şekil 3.29).

114 90 Yay tansiyon aleti üzerindeki boy ve yük göstergesi mekanik olarak çalıştığından dolayı ölçümde okuma hatası meydana gelebilmektedir. Bu nedenle yay tansiyon cihazı ile elde edilen deneysel sonuçlar Eş de gösterilen bir doğru fonksiyonu ile ifade edilmiştir. [N] (3.82) Şekil Yay boyuna göre yay kuvvetinin değişimi ve yay tansiyon aleti Deneysel sonuçlardan elde edilen bu fonksiyonun determinasyon katsayısı (R 2 ) 0,9879 olarak belirlenmiştir. Determinasyon katsayısının 1 e yakın olması deneysel sonuçlar ile doğru fonksiyonu arasındaki korelasyonun kabul edilebilir düzeyde (mükemmele yakın) olduğunu göstermektedir (Bkz. Şekil 3.29). Supap yaylarının temel görevi supapları kapatmak ve kapalı tutmaktadır. Bu nedenle supap yayları montajlı haldeyken bir miktar baskılı olarak durmaktadırlar. Yapılan ölçümlerde emme ve egzoz kamına ait yayların aynı karakteristiğe sahip olduğu görülmüştür. Motor üzerinde takılı haldeyken yay boyları 30,5 mm olarak ölçülmüştür. Bu değer Eş de gösterilen L nin alabileceği en büyük değerdir ve supap açıldıkça yay boyu kısalmaktadır. Kam profili üzerindeki izleyicinin hareketine göre yay boyunun değişimi Eş ve Eş ile hesaplanabilmektedir. [m] (3.83) [m] (3.84)

115 91 30,5 mm için Eş ile hesaplama yapıldığında supapların kapalı kalması için uygulanan kuvvet 99,50 N olarak hesaplanmıştır. Başka bir ifade ile supapların açılabilmesi için bu kuvvetten daha büyük bir kuvvetin kamlar tarafından uygulanması gerekmektedir. Burada bu kuvvetin hesaplanmasında supap sistemine ait eleman kütlelerinin de etkisi vardır ancak burada yapılan hesaplamalar durağan sistem için yapıldığından ve supap sistemine ait eleman kütlelerinin yay kuvvetine göre çok küçük bir etki oluşturacağından dolayı ihmal edilmiştir. Şekil 3.28 de gösterilen d mesafesi, kam ile düz yüzeyli iticinin temas noktasının itici eksenine olan uzaklığıdır ve kamın anlık konumu ile değişmektedir. Buna göre Şekil 3.13 ve Şekil 3.14 ten faydalanılarak kam profilinin itici ile temas noktasının hesaplanmasında AB ve BC yayları için Eş ve Eş kullanılabilmektedir [122]. (3.85) (3.86) Kam iticisinin yuvasına sıkışmasına neden olan ve kam ile iticinin temas noktasına göre yay kuvveti etkisi ile oluşan momente karşı moment oluşturan F c kuvvetinin hesaplanması için Eş. 3.67, Eş. 3.73, Eş. 3.81, Eş. 3.82, Eş ve Eş düzenlenerek AB ve BC yayları için Eş ve Eş kullanılmaktadır. [122]. { [ ] } (3.87) { [ ] } (3.88) Eş ve Eş de kullanılan y ve z katsayıları değerleri sırası ile ve olarak belirlenmiştir. F c kuvvetinin açısal değişimi için ise Eş ve Eş kullanılabilmektedir [122]. { [ ] } (3.89) { [ ] [ ]} (3.90)

116 F c (N) F yay (N) h (mm) 92 Deney motorunun orijinal emme kam profilinin ölçüleri Çizelge 3.9 da verilmişti. (Bkz. Çizelge 3.9). c mesafesi motor üzerinden sabit 35,40 mm olarak ölçülmüştür. Buna göre orijinal emme kam profili için kamın itici ile temas noktasının kam hareketine göre değişimi ve kam açısına göre kuvvetinin değişimi Şekil 3.30 daki gibi olmaktadır. Bu grafiklerdeki gerçek değerler mutlak değerlerdir ve daima pozitiftir. Negatif değerler yalnızca keyfi referans yöne göre zıt yönlü olduğunu göstermektedir. açılma kapanma d (mm) Fc 150 Fyay Kam açısı (derece) Şekil Orijinal emme kamı için itici teması ve oluşan kuvvetler Altı zamanlı motor için tasarlanan emme kamı parametreleri Çizelge 3.10 da verilmişti (Bkz. Çizelge 3.10). Buna göre altı zamanlı motorun emme kamı için kamın itici ile temas noktasının kam hareketine göre değişimi ve kam açısına göre kuvvetinin değişimi Şekil 3.31 deki gibi olmaktadır. Maksimum yay kuvveti iticinin yer değiştirmesi ile ilgili bir kavram olduğundan dolayı yay kuvvetinde orijinal emme kamına göre farklılık meydana gelmemiştir. Ancak itici temas noktasındaki F c kuvveti iticinin anlık temas noktası ile ilgili olduğundan dolayı orijinal emme kamına göre altı zamanlı motorun emme kamı için bir miktar artmıştır. Bu artış miktarı 9 N (=0,917 kg) kadardır. F c kuvvetindeki bu artış itici yuvasının normalden fazla aşınmasına neden olmaktadır. Ancak kam milleri deneysel amaçlı tasarlandıklarından ve motor üzerindeki yapısal kısıtlamalar nedeniyle meydana gelen böyle bir kuvvet artışı, deney sonuçlarını etkilemeyeceğinden dolayı önemsenmemiştir.

117 F c (N) F yay (N) h (mm) F c (N) F yay (N) h (mm) 93 açılma kapanma d (mm) Fc 150 Fyay Kam açısı (derece) Şekil Altı zamanlı motor emme kamı için itici teması ve oluşan kuvvetler Altı zamanlı motorun egzoz kamı için de Çizelge 3.11 ve Çizelge 3.12 den faydalanarak benzer grafikler elde edilebilmektedir (Bkz. Çizelge 3.11 ve Çizelge 3.12). açılma kapanma d (mm) Fc 150 Fyay Kam açısı (derece) Şekil Altı zamanlı motor tam egzoz kamı için itici teması ve oluşan kuvvetler

118 F c (N) F yay (N) h (mm) 94 Bilindiği gibi altı zamanlı motorun egzoz kamı, egzoz ve kısmi egzoz olmak üzere iki kısımda incelemek gerekmektedir.altı zamanlı motorun tam egzoz kamı için kamın itici ile temas noktasının kam hareketine göre değişimi ve kuvvet değişimi Şekil 3.32 deki gibi olmaktadır. Altı zamanlı motorun kısmi egzoz kamı için kamın itici ile temas noktasının kam hareketine göre değişimi ve kuvvet değişimi Şekil 3.33 teki gibi olmaktadır. açılma kapanma d (mm) Fc 130 Fyay Kam açısı (derece) Şekil Altı zamanlı motor kısmi egzoz kamı için itici teması ve oluşan kuvvetler Egzoz kamının çalışması esnasında iticiye temas noktasının itici eksenine mesafesinin maksimum değeri (d max ), yapısal sınırlılıklardan dolayı tercih edilen kam temel daire çapının büyütülmesi etkisi ile bir miktar artmıştır. Tasarlanan emme kamı için d max değerinde kayda değer bir değişim meydana gelmemiştir. Ancak tasarlanan egzoz kamı için d max değerinin artması, itici çalışma yüzeyi çapının büyütülmesini zorunlu hale getirmiştir. İtici çalışma yüzeyinin orijinal çapı 26 mm, orijinal kam kalınlıkları (a) ise 10 mm olarak ölçülmüştür. Bununla birlikte tasarlanan egzoz kamı için d max değeri Eş. 3.83, Eş. 3.84, Eş ve Eş ya göre 12,5 mm olarak hesaplanmıştır. Buna göre iticinin motor üzerindeki konumu da göz önünde bulundurularak yeni egzoz iticisi için çap 32 mm olarak

119 95 belirlenmiştir. Hesaplamalara göre elde edilen iticiler (izleyiciler) Resim 3.14 te gösterilmektedir. Resim Motorda kullanılan iticiler ve ölçüleri Kam ile iticinin aynı eksende çalıştığı varsayımı ile itici için hesaplanan d max değerine göre minimum itici çapının (D f,min ) hesaplanmasında aşağıdaki Eş kullanılabilmektedir. [ ] (3.91) Sonuç olarak tasarlanan kamlarda itici yatağı üzerindeki kuvvet bir miktar artsa da deneysel çalışmalar için kabul edilebilecek düzeydedir. Tüm hesaplamalar göre 7225 ıslah çeliğinden tel erezyon ile kesilip sertleştirilerek imalatı yaptırılan kamlar Resim 3.15 teki gibidir. Resim İmal edilen kamlar İmal edilen kamların kam miline montajı için, Şekil 3.22 den faydalanarak Şekil 3.34 te gösterilen montaj şablonu oluşturulmuştur.

120 96 Şekil Kamların mile montajında kullanılan şablon Kam milinin montajı için dereceli cetvel kullanılmış ve kamlar mile somunlarla sabitlenmiştir. Kam tepe noktalarının belirlenmesi için komparatör kullanılmıştır. Çalışma esnasında somunların gevşememesi için cıvata sabitleyici yapıştırıcı (Loctite 2701) kullanılmıştır. Resim 3.16 da kam milinin montajlanma anı gösterilmektedir. Resim Kam milinin oluşturulması Yapılan hesaplamalar ve imalatlar neticesinde dört zamanlı motorun orijinal kam mili ölçüleri referans alınarak altı zamanlı motorda çalışabilecek nitelikle yeni kam mili elde edilmiştir.

121 Direkt su enjeksiyon sistemi Enjektörün çalıştırılması için enjektörün tetiklenmesini sağlayacak enjektör sürücü devresine, motora enjekte edilecek saf suyu basınçlandıracak bir yüksek basınç sistemine ve enjektörün çalışmasını kontrol edebilen bir kontrol ünitesine ihtiyaç vardır. Direkt enjektör ve enjektör sürücü devresi Enjektör sürücü devresi için Texas Instrument firmasına ait LM1949N numaralı enjektör sürücü kontrolör entegresi kullanılmaktadır (Bkz. Şekil 3.35). Entegre çıkışına bağlanan NPN darlington transistör yardımıyla yüksek akımla çalışan enjektör selenoidleri sürülebilmektedir. Bu entegre tüm enjektör akım seviyelerine uyarlanabilmektedir ve yakıt enjeksiyon, selenoid kontrol, hava ve sıvı akışkan valflerinde kullanılabilen çok amaçlı bir entegredir [115, 125, 126]. Şekil Enjektör sürücü devresi için basit bir şematik gösterim [126] Deneylerde kullanılan enjektör Bosch marka HDEV-5.2 model direkt enjektörüdür. Bu enjektörün için sistem basıncı 200 bar dır. Enjektör için 65 V lik çıkış aşaması gerekmektedir. Sabit gerilim ile enjektör sürülememektedir. Maksimum bobin sıcaklığı (sürekli durum için) 140 o C dir [125, 126]. Enjektörün sürülmesi dört aşamadan oluşmaktadır: Güçlendirici (booster) fazı

122 98 Kavrama (pickup) fazı Tutma (holding) fazı Kapanma (switching-off) fazı Güçlendirici aşamasında yükseltici kondansatör aracılığıyla enjektör bobinine yüksek gerilim (U boost ) uygulanması durumudur. Bu aşama I boost akımına ulaşılınca sona ermektedir. Maksimum yükseltici zamanı, t boost max süresini aşmamalıdır. Kavrama aşamasında I A akımın ile enjektör açılmaktadır ve tutma fazı için bir hazırlık aşamasıdır. Başlangıçtan I A akımına ulaşılıncaya kadar geçen süre t 1 ve bu süre sonrasında efektif tutma akımı I hold eff. değerine ulaşılıncaya kadar geçen zaman t 2 olarak adlandırılmaktadır. I boost akımıyla açılan I A akımıyla halen açık durumda olan enjektör I hold eff. akımı ile açık tutulabilmektedir. Bu aşama tutma fazı olarak adlandırılmaktadır. I hold eff. akımıyla açık tutulan enjektör hem hızlı bir biçimde kapatılmakta, hem de bobin üzerinden geçen akımın optimize bir değer olduğundan dolayı aşırı ısınması engellenmektedir (Bkz. Şekil 3.36) [125, 126]. Şekil Enjektörün sürülmesi [125]

123 99 Yüksek akım bobinde histerisis etkiye (kesiklik, gecikme) neden olacağından dolayı sürekli yüksek akım altında çalışan enjektör geç kapanacak veya istenilen sürede tam kapanmayacaktır. Bununla birlikte enjektörün aşırı ısınması enjektör bobini üzerindeki koruyucu tabakaya zarar vereceğinden dolayı enjektörün düzgün çalışmamasına veya arızalanmasına neden olabilmektedir. Bu nedenle enjektör sürülürken sürücü akımın optimum değerde tutulması sağlanmaktadır. Enjektörün belirli bir süre açık kalmasının ardından kapanma fazı gerçekleşmektedir. Bu fazda akım kesilmekte ve enjektör kapanmaktadır. Bu arada kapanma fazının başlangıcında bir U discharge gerilimi vardır. U discharge gerilimi en az U boost gerilimi kadar olmalıdır. Enjektör için 23 o C deki omik direnç 1,5 Ω ve indüktansı 2,1 mh (1kHz ölçüm frekansında) değerindendir. Seçilen değerlere göre enjektör sürücü devresi için Şekil 3.35 te gösterilen R s, R a ve R b değerlerinin tekrar hesaplanması gerekmektedir. Bunun için Eş ve Eş kullanılmaktadır. (3.92) ( ) (3.93) Enjektör sürme parametreleri sistem basıncı ve statik akış miktarına göre değişmektedir. Enjektör data kataloğunda üç farklı basınç ve akış değeri için toplam dokuz enjektör sürme parametresi gösterilmektedir. Maksimum basınç 220 bar ve akış miktarı 15 g/s için enjektör sürme (çalıştırma) parametreleri Çizelge 3.13 te gösterilmiştir. Çizelge Enjektör sürücü devresi parametreleri [125, 126] Ref. Şekil 3.36 Değer U boost 65 V t boost max 410 µs I boost 10,5 A t µs I A eff I hold eff I hys max 5,8 A 2,8 A 1,2 A

124 100 Minimum tutma akımı 2,6 A olduğu kabul edildiğinde R s, R a ve R b değerleri sırasıyla 0,033 Ω, 17 kω ve 2,2 Ω olarak belirlenmiştir. Darlington transistör olarak Fairchild Semiconductor marka BDX53 ve zener diyot olarak Motorola marka 1N5372 kullanılmıştır. Bu şekilde oluşturulan sürücü devre ile enjektör 2,84 ile 2,62 A akım arasında çalıştırılabilmektedir Hesaplamalar neticesinde yapılan enjektör sürücü devresi Resim 3.17 deki gibidir. Resim Enjektör sürücü devresi Enjektörün çalıştırılması için tasarlanan sistem Şekil 3.37 de şematik olarak gösterilmektedir. Şekil Enjektörün çalıştırılması için gerekli sistem Teorik enjeksiyon süresinin belirlenmesi Literatür araştırmasına göre silindir içerisine bir çevrimde enjekte edilen su miktarı, kütlesel olarak bir çevrimde harcanan yakıt miktarının 2-10 katı aralığında olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte enjektör debisinin (enjektör data kataloğundan) sabit 15 g/s olduğu kabul edilmiştir. Bununla birlikte motora bir çevrimde sürülen yakıt miktarının

125 101 motor hızı ve yüküne göre değişmediği kabul edilerek hesaplanmıştır. Motor hızı ve yüküne bağlı olarak ihtiyaç duyulan su miktarı kesin olarak belli değildir. Enjekte edilecek su miktarı sabit bir motor hızı için teorik yakıt miktarının katı olarak deneysel çalışmalar neticesinde belirlenmiştir [10, 12, 125]. Enkoderin Z sıfırlama ucu sinyali, motor üst ölü nokta sinyali olarak ve motor hızının hesaplanmasında kullanılmıştır. Enkoder kam miline bağlandığından dolayı kam milinin her bir tam turunda üç üst ölü nokta bulunmaktadır. Teorik olarak ölü noktalar aşağıdaki gibi isimlendirilmiştir. Birinci ÜÖN; egzoz zamanı sonu, emme zamanı başlangıcında supap bindirmesi durumu. İkinci ÜÖN; sıkıştırma zamanı sonu, genişleme zamanı başlangıcında sente durumu. Üçüncü ÜÖN; İkinci sıkıştırma zamanı sonu, ikinci genişleme zamanı başlangıcında sente durumu. Enkoderin Z sıfırlama ucu sinyali için ikinci üst ölü nokta durumu kullanılmıştır. Aynı zamanda ikinci üst ölü nokta durumu motorun supap ayarının yapıldığı konumdur. Belirli bir su enjeksiyon miktarı için enjeksiyon süresi, motor hızına bağlı olarak değişmemektedir. Ancak motor hızına bağlı olarak istenilen miktardaki enjeksiyon süresi için gerekli açısal süre (veya darbe (pulse) sayısı) değişmektedir. Enjeksiyonun hangi aralıkta ve ne kadar süre ile yapılacağının belirlenebilmesi için öncelikle sınır şartların belirlenmesi gerekmektedir. Şekil 3.22 ye göre ikinci üst ölü noktadan kısmi egzoz süreci sonuna kadar geçen süre 316 o krank açısı (KA) kadardır (Bkz. Şekil 3.22). Bununla birlikte kısmi egzoz süreci sonundan tam egzoz sürecinin başlamasına kadar geçen süre ise 158 o krank açısı kadardır ve su enjeksiyonu bu süre içerisinde yapılmaktadır. Aynı su enjeksiyon miktarı için motor hızı arttıkça enjeksiyon için gerekli krank açısı değeri de artmaktadır. Bununla birlikte literatürdeki bilgilere göre enjeksiyonun üst ölü nokta sonrasına çok fazla uzamaması tavsiye edilmiştir. Yine aynı şekilde motor hızı azaldıkça enjeksiyon için gerekli krank açısı değeri azaldığından dolayı su enjeksiyonunun belirli bir açı değerinden daha az bir sürede geçmemesi istenmektedir. Buna göre literatür araştırması ve motor için elde edilen supap ayar diyagramına göre (bkz. Şekil 3.22) su enjeksiyon süresi sınırları (ta) Eş teki gibi kabul edilmiştir [12].

126 102 [KA] (3.94) Kam miline bağlanan enkoderden iki Z ucu sinyali arası milisaniye cinsinden süreye (zz, ms) bağlı olarak motor hızı (ne) Eş teki gibi hesaplanmaktadır. [min -1 ] (3.95) Bir çevrimde tüketilen yakıt miktarı (vf, µl/çev) ve teorik enjektör debisinin (vw, µl/ms) sabit olduğu kabul edildiğinde ve enjekte edilecek suyun hacimsel olarak yakıtın belirli hacimsel kat miktarına (a1) bağlı olarak enjeksiyon süresi (ti) Eş daki gibi belirlenebilmektedir. [ms] (3.96) Burada bulunan ti değerinin ta cinsinden ifadesi Eş deki gibi olmaktadır. [ms] (3.97) Buna göre Eş. 3.94, Eş ve Eş ye göre Eş deki gibi de ifade edilebilmektedir. (3.98) Burada ti için üç durum söz konusudur. Bunun için ti değerinin tr değerine dönüşümü yapılmalıdır Bu üç durum Eş. 3.99, Eş ve Eş ile ifade edilebilmektedir. (3.99) (3.100) (3.101)

127 103 ti süresi enkoder darbe (pulse) sayısı (ep) cinsinden ifade edilmek istendiğinde enjeksiyon pulse sayısı (pi) Eş deki gibi ifade edilmektedir. (3.102) Enjeksiyonun yapılması için yalnızca enjeksiyon süresinin bilinmesi yeterli olmamaktadır. Bununla birlikte enjeksiyonun başlangıç veya bitiş anları da önemlidir. Bunun için üst ölü noktadan kısmi egzoz süreci sonuna kadar geçen sürenin açısal ifadesi (dm) bilindiğine göre bu değerin milisaniye olarak değeri (zm) Eş deki gibi hesaplanabilmektedir. [ms] (3.103) Kısmi egzoz süreci sonundan tam egzoz sürecinin başlamasına kadar geçen sürenin açısal ifadesi de (di) bilindiğine göre bu değerin milisaniye olarak değeri (zi) Eş deki gibi hesaplanabilmektedir. [ms] (3.104) Ancak bu bilgiler enjeksiyonun nerede başlaması gerektiğini belirlemek için yeterli değildir ve enjeksiyon başlangıç noktasının sabit bir değeri de yoktur. Bunun için zm değerinden sonra zi nin hangi değerinde başlaması gerektiğinin bulunmasında, zi süresinde enjeksiyon yapılmayan kısmının bir bölümünün enjeksiyon öncesinde ve kalan kısmının enjeksiyon sonrasında gerçekleştiği kabul edilmiştir. Bunun için enjeksiyon öncesinde zi nin hangi oranda boşta kalacağı bir a2 oranı ile ifade edilmiştir. Buna göre Z referans üst ölü nokta sinyalinden sonra kaç milisaniye boşta kaldıktan sonra enjektörün tetikleneceği (zf) Eş deki gibi ifade edilmektedir. [ms] (3.105) Örnek olarak vf nin 25 µl/çev., vw nin 20 µl/ms, a1 in 3, a2 nin 2, zz nin 60 ms olduğu bir durum için Eş. 3.94, Eş. 3.95, Eş. 3.96, Eş. 3.97, Eş. 3.98, Eş. 3.99, Eş , Eş , Eş , Eş , Eş ve Eş ile çözüm yapıldığında enjeksiyon süresi ti=3,75 ms ve bekleme süresi zf=20,06 ms olarak belirlenmektedir. Sistem ile

128 104 birlikte bir çevrim için su enjeksiyonu teorik olarak Şekil 3.38 de görüldüğü gibi olmaktadır. Şekil Bir çevrim için su enjeksiyonu Yüksek basınçlı su sistemi Deneylerde kullanılan enjektör direkt olarak silindir içerisine su enjekte edecek şekildedir. Normal şartlarda su, motor soğutma sistemine aktarılan atık enerji ile ısıtılmaktadır. Ancak deneylerde su sıcaklığının kontrol altında tutulabilmesi için elektronik termostat kontrollü elektrikli ısıtıcılar kullanılmıştır. Yüksek basınçlı su sistemi şematiği Şekil 3.39 da gösterilmiştir. Şekil Yüksek basınçlı su sistemi Su yüksek basınç pompası maksimum basınca ulaştığında pompa motoru durmaktadır ve daha yüksek basınçlara çıkmamaktadır. Böylelikle hem sistem hem de pompa korunmaktadır. Bu nedenle sistem üzerine herhangi bir acil durum (basınç kontrol) valfi (relief valf olarak da adlandırılmaktadır) kullanılmamıştır.

129 105 Yüksek basınçlı su ısıtma sistemi Enjekte edilecek su sıcaklığının kontrol edilebilmesi için PID sıcaklık kontrollü bir sistem geliştirilmiştir. PID sıcaklık kontrolü için GEMO DT104A elektronik termostat, ENDA 25A SSR (röle) ve EMKO J tipi termokupl kullanılmıştır. Bunun için öncelikli olarak suyun ısıtılması için gerekli ısıtıcı rezistans gücünün belirlenmesi gerekmektedir. Isıtıcı rezistans gücünün belirlenmesi için Eş kullanılabilmektedir [74]. (3.106) Bu nedenle teorik hesaplamalardan elde edilen sonuçlara göre deney motoruna maksimum motor hızında enjekte edilebilecek olan teorik maksimum su debisi belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışma için /min maksimum motor hızı için su debisi 5,55 ml/s (5,55 g/s) olarak belirlenmiştir. Suyun özgül ısısı 4,18 J/g o C dir. Su giriş ve çıkış sıcaklıkları arası maksimum farkın 70 K olduğu kabul edildiğinde gerekli olan ısıtıcı rezistans gücü 1624 W olarak belirlenmiştir. Belirlenen ısıtıcı rezistans gücüne göre iç çapı 38 mm, dış çapı 50 mm ve boyu 250 mm olan bakır bir boru üzerine dört adet 400 W gücünde standart meme rezistans yerleştirilmiştir. Böylelikle hesaplanan değerde ısıtıcı rezistans gücü (1600 W) elde edilmiştir. Isı kaybının minimum hale getirilmesi için rezistansların dış tarafı şerit cam yünü ile sarılarak bir yalıtım sağlanmıştır. PID sıcaklık kontrolü ile istenilen su sıcaklığının sağlanabilir olmasına rağmen rezistansların dış tarafından da mekanik bir termometre ile sıcaklık kontrol edilmektedir. Rezistanslar montaj edilirken rezistansların boruya tam temas etmesi için termal macun kullanılmıştır. Sistem bakır boru olarak tasarlanmadan önce sistemin yüksek basınçlı olarak çalıştığı göz önünde bulundurularak çelik boru kullanılmıştır. Ancak çelik boru kullanıldığında sıcaklık kontrolü sağlanamamıştır. Bu nedenle ısıl iletkenliği yüksek olan bakır kullanılmasına karar verilmiştir. Ancak bakır borunun yüksek basınca dayanımı için bakır boru hidrolik olarak test edilmiştir. Bunun için deneylerde kullanılan su pompası basıncı 140 bar değerine ayarlanarak 24 saat boyunca sistem basınçlı olarak bekletilmiştir. Bununla birlikte su sıcaklığı da sırası ile 50, 100 ve 150 o C ye ayarlanmıştır. Su sıcaklığı 150 o C ye yükselmesine rağmen rezistansların dışına yapılan yalıtım sayesinde su ısıtma sisteminin dış sıcaklığı uzun süre elle tutulabilecek seviyede kalmıştır. Bu testler neticesinde su ısıtma

130 106 sisteminin güvenli bir biçimde kullanılabileceği görülmüştür. Resim 3.18 de su ısıtma sistemi ve montaj aşamaları görülmektedir. Resim Isıtma sistemi montaj aşamaları Enjektör karakteristiği için test düzeneği Deneylerde kullanılan enjektör selenoid tipi bir enjektördür. Enjektöre enerji verildiğinde, içerisindeki bobin etrafında bir manyetik alan oluşmakta ve bu manyetik alan belli bir değere ulaşınca yay kuvvetiyle yakıt çıkış deliklerini kapatan iğne çekilerek enjektörün açılması sağlanmaktadır. Enjektörün açılması ve kapanması enerji verilmesinden sonra belli bir gecikmeyle gerçekleşmektedir. Enjektörün gecikme süresi, içerisindeki iğnenin kütlesi, yayın gerginliği, bobinin endüktansı ve omik direnci gibi imalatta belirlenen parametrelerin yanı sıra uygulanan gerilim, çalışma sıcaklığı ve sıvı basıncı gibi çalışma parametrelerine de bağlıdır. Enjektörün çalışma geriliminin sabit olduğu göz önünde bulundurularak enjektörün gecikme süresinin su basıncı ve sıcaklığına bağlı olarak değişimi deneysel olarak belirlenmiştir. Enjektör karakteristiği için kurulan test düzeneğinde yüksek basınçlı su sistemi sayesinde su basıncı ve sıcaklığı kontrol edilebilmektedir. Enjektör test düzeneğinde belirli sayıda ve belirli sürede enjektör tetikleme işleminin yapılabilmesi basit bir kontrol ünitesi tasarlanmıştır. Enjektör test düzeneği şematik olarak Eş ta gösterilmektedir.

131 107 Şekil Enjektör test düzeneği Deneyler için su basıncı ve sıcaklığı belirli bir değere ayarlanmıştır. Enjektör her defasında 10 ms açık tutularak toplam 2000 defa açılıp kapatılmıştır (test 1) ve bu sürede kapta debisi ile püskürtülerek biriken su miktarı (m 10 ) ölçülmüştür. Daha sonra enjektör her defasında 20 ms açık tutularak toplam 1000 defa açılıp kapatılmıştır (test 2) ve bu sürede kapta debisi ile püskürtülerek biriken su miktarı (m 20 ) ölçülmüştür. Her basınç ve sıcaklık değeri için bu işlem tekrar edilmiştir. Birinci durumda 2000 açma kapama gecikmesi gerçekleşirken ikinci durumda 1000 açma kapama gecikmesi (t d ) meydana gelmektedir. Buna göre test 1 ve test 2 neticesinde elde edilen kütleler Eş ve Eş. 108 ile ifade edilebilmektedir. [g/20s] (3.107) [g/20s] (3.108) Eş ve Eş düzenlenerek enjektör debisi süre) t d Eş ve Eş daki gibi ifade edilebilmektedir. ve enjektör gecikme süresi (kayıp [g/ms] (3.109) ( ) [ms] (3.110) Enjektör karakteristiğinin belirlenmesi için 18F4550 entegre ile basit bir PWM (Darbe genişlik modülasyonu) devresi oluşturulmuştur. Bu devre ile istenilen sürede enjektörün enerjilendirilmesi için istenilen sayıda kare dalga üretmektedir. Oluşturulan elektronik devre ve bu devreden elde edilen osiloskop görüntüsü Resim 3.19 daki gibidir.

132 Su enj. miktarı (g/s) Su enj. miktarı (g/s) Su enj. miktarı (g/s) Su enj. miktarı (g/s) 108 Resim Enjektör karakteristiği için oluşturulan devre ve osiloskop görüntüsü Yapılan deneylerde su basıncının enjektör gecikmesine kayda değer bir etkisi yoktur. Bununla birlikte su sıcaklığı arttıkça, enjektör gecikme süresi de bir miktar artmaktadır. 5 ms açık kalma süresi ile enjektör 200 kez tetiklendiğinde su sıcaklığının gerçek enjektör debisine etkisi Şekil 3.41 deki gibidir. 9 8,5 8 7,5 7 6, Su sıcaklığı ( o C) teorik gerçek 40 bar teorik gerçek 70 bar Su sıcaklığı ( o C) teorik gerçek 100 bar Su sıcaklığı ( o C) t d =1,3 ms teorik gerçek Su basıncı (bar) Şekil Enjektör gecikmesinin su enjeksiyon miktarına etkisi Yapılan deneyler ile birlikte, teorik su enjeksiyon miktarının su basıncına göre değişimi eğrisi için Eş elde edilmiştir. [mg/s] (3.111)

133 Su enjeksiyon miktarı (mg) 109 Bu eşitlikten faydalanarak motor hızına bağlı olarak gerçek enjektör debisi Eş deki gibi ifade edilebilmektedir. [ ] [mg/s] (3.112) Burada t t (ms) teorik istenilen enjeksiyon süresini, t d (ms) enjektör gecikme süresini, P (bar) ise etkin enjeksiyon basıncını ifade etmektedir. Enjektörün bir açıma kapanmasında su enjeksiyon miktarının su basıncı ve teorik enjektör açık kalma süresine bağlı değişimi Şekil 3.42 deki gibi olmaktadır a1=5 (6,25ms) a1=4 (5ms) a1=3 (3,75ms) a1=2 (2,5ms) Su basıncı (bar) Şekil Su enjeksiyon miktarının su basıncı ve teorik enjektör açık kalma süresine bağlı değişimi İstenilen enjektör açılma süresinin elde edilmesi için gecikme süresi, teorik enjektör açık kalma süresine eklenmeli ve enjektörün açılması gereken yer için ise enjektör açılma gecikmesinin açısal değerinin belirlenip istenilen yerde enjektörün açılması için bu değerin dikkate alınması gerekmektedir. Bununla birlikte enjektörün zamandan bağımsız açılıp kapandığı kabul edilmiştir. Enjektör kapanma gecikme süresi, enjektör açılma gecikme süresine göre oldukça küçük bir değerdedir ve enjektör kapanma gecikmesi, az miktarda da olsa, enjektör açılma gecikmesi süresini azaltıcı yönde bir etkisi bulunmaktadır. Enjektör açılma gecikmesinin yaklaşık açısal değerinin, motor hızına bağlı olarak Eş deki gibi olduğu kabul edilmiştir. [KA] (3.113) Motorda enjektör ile buji birbirine çok yakın olduğundan dolayı enjektörün püskürtme

134 110 açısı büyük öneme sahiptir. Yapılan hesaplamalarla birlikte enjektör püskürtme açısının 60 o yi geçmemesi gerekmektedir. Kullanılan enjektörün püskürtme açısı, aktif delik sayısı ve deliklerin delinme açısına bağlı olarak o arasında değişmektedir. Satın alınan enjektörün seçiminde püskürtme açısı, enjektörün seri numarası ile belirlenebilmektedir. Bu nedenle enjektör boşta çalıştırılarak fotoğrafı çekilmiş ve püskürtme açısı 40 o olarak belirlenmiştir. 3.5.Metot İçten yanmalı motorların moment, güç, özgül yakıt tüketimi gibi temel performans parametrelerinin belirlenebilmesi için tam ve kısmi yüklerde hız testleri TS 1231 e göre yapılmaktadır. [114] Deney sınır şartları Deneylerde yük ölçümleri, tam gaz kelebek açıklığı için min -1 motor hızı aralığında 250 min -1 adımlarla yapılmıştır. Deneylerde motorun ateşleme avansı, supap sente ayarı gibi değerler değiştirilmemiştir. Deneylerin yapıldığı motor hızı aralığı için su enjeksiyon parametreleri aşağıdaki aralıklarda seçilmiştir. Su enjeksiyon sıcaklığı: o C aralığı Su enjeksiyon basıncı: bar aralığı Maksimum su enjeksiyon avansı: 40 KA (ÜÖN den önce) Maksimum su enjeksiyonu sonu: 20 KA (ÜÖN den sonra) Deneylerde motor karbüratörünün yapısal sınırlarından nedeniyle hava fazlalık katsayısı (λ EA ) değiştirilemediğinden dolayı tüm deneyler LPG ile yapılmıştır. Bu çalışmada λ EA =1,0 sabit değeri kullanılmıştır Motor performans parametreleri Tam yükte yapılan hız testlerinde fren performans parametrelerinin belirlenmesinde kaydedilen başlıca ölçümler, motor hızı, fren kuvveti, yakıt tüketimi ve hava tüketimidir. Bu ölçümlerle birlikte moment, güç, özgül yakıt tüketimi, ısıl verim ve hacimsel verim hesaplanabilmektedir.

135 111 Fren momenti Motor fren momenti (M b ) dinamometrenin kontrol paneli üzerindeki kuvvet göstergesinden okunan değerin (F din ) kuvvet kolu (r din ) ile çarpımıyla (Eş ) hesaplanmaktadır. [Nm] (3.114) İçten yanmalı motorların performansları, ortam şartlarına (sıcaklık, basınç nem gibi) göre değişiklik göstermektedir. Bununla birlikte tüm performans deneyleri aynı ortam şartlarında yapılamamaktadır. Bu nedenle ölçülen değerlerin bir düzeltme katsayısı kullanılarak standart hava şartlarına (1 atm basınç ve 25 o C sıcaklık) getirilmesi gerekmektedir. Moment değeri TS 1231 de belirtilen buji ile ateşlemeli motorlar için moment düzeltme katsayısı (Eş ) kullanılarak ortam basıncı (p ort, kpa) ve sıcaklığına (T ort, K) göre düzeltilmiştir [112, 114]. ( ) ( ) (3.115) Bu eşitlik 0,93 K SI 1,07 aralığında olduğunda kullanılmaktadır. Burada T ort ve p ort değerleri kuru havadaki değerlerdir. Kuru hava T ort değeri basit bir termometre ile ölçülebilmesine rağmen p ort değeri doğrudan belirlenemez. p ort değerinin belirlenmesi için yaygın olarak kullanılan iki temel yöntem vardır. Bunların birincisi kuru ve yaş termometre sıcaklıkları ile psikometrik diyagramlardan faydalanmak ve ikincisi ortam sıcaklığı ve bağıl nem değerlerini kullanmaktır. Hesaplamalarda ikinci yöntem kullanılmıştır. Burada p ort değeri, ölçülen (gerçek) atmosferik basınç (p ra ) değeri ile kısmi buhar basıncı (p pv ) değeri arasındaki farka eşittir ve Eş da ifade edilmiştir [89]. [kpa] (3.116) Kısmi buhar basıncı değeri, doymuş buhar basıncı (p sv ) ve bağıl nemin (, %) çarpımına eşittir ve Eş de ifade edilmiştir [89]. [kpa] (3.117)

136 112 Burada p sv termodinamik tablolardan belirlenebildiği gibi, doymuş buhar basıncının hesaplanması için çeşitli ampirik ifadeler de geliştirilmiştir. Eş de geliştirilen eşitliklerden bir tanesi gösterilmektedir [127]. [kpa] (3.118) Eş ve Eş kullanılarak düzeltilmiş motor fren momenti Eş de ifade edilmiştir. [Nm] (3.119) Eş ile elde edilen moment değeri, deneylerin sanki standart hava şartlarında yapılmış gibi değerlendirilmesini sağlamaktadır. Fren gücü Motor fren gücü (P b ), belirli bir motor hızında motor milinden alınan etkin güçtür. Güç, birim zamanda yapılan iştir ve motor momentinin motor açısal hızı ile çarpılması ile (Eş ) hesaplanmaktadır [57, 90]. [kw] (3.120) Fren özgül yakıt tüketimi Birim zamanda tüketilen yakıt miktarının (, g/h) fren gücüne oranı olarak ifade edilen fren özgül yakıt tüketimi (föyt) Eş ile hesaplanmıştır. [g/kwh] (3.121) Fren ısıl verimi (Efektif verim) Motor milinden elde edilen etkin işin yakıt ısı enerjisine oranı olarak ifade edilen fren ısıl verimi Eş ile hesaplanmıştır. (3.122)

137 113 Hacimsel (volümetrik) verim Motorun gerçek çalışma koşullarında hava akımı, supap açılma ve kapanma gecikmeleri, ard gazlar, sıcaklık gibi etkenlerden dolayı normal şartlarda silindir içerisine dolması gereken hava dolamamaktadır. Bu nedenle motorun gerçekte tükettiği hava miktarının, normal şartlar altında teorik olarak tüketmesi gereken hava miktarı oranı hacimsel verim olarak tanımlanmaktadır. Hacimsel verim dört ve altı zamanlı motor için sırasıyla Eş ve Eş ile hesaplanmıştır [128]. (3.123) (3.124) Hava/yakıt oranı ve hava fazlalık katsayısı Motorun gerçek çalışma koşullarındaki hava/yakıt oranının yakıtın kimyasal yapısına bağlı olarak tam yanmasını sağlayacak stokiyometrik hava/yakıt oranı (HYO), hava fazlalık katsayısını (HFK) ifade etmektedir ve Eş ve Eş ile hesaplanmaktadır. (3.125) (3.126) Egzoz emisyon ölçüm cihazı yardımıyla hava-yakıt oranı ve hava fazlalık katsayısı (HFK) direkt olarak belirlenebilmektedir. Cihaz ile ölçülen değerler hesaplanan değerler ile kıyaslanarak ölçümlerin doğrulukları karşılaştırılmıştır. Egzoz emisyon ölçüm cihazlarında hava fazlalık katsayısının ölçümünde 1979 yılında Bosch firması için J. Brettschneider in geliştirdiği eşitlik kullanılmaktadır. Egzoz emisyon ölçüm cihazları hekzan (NOG-Non Oxygenated Gasoline, C 6 H 14 ) yakıtı için HFK ve hava-yakıt oranı hesaplamaktadır [129].

138 114 Yakıt tüketimi Yakıt tüketimi (, g/h) ölçümü için motor istenilen ölçüm şartlarına (istenilen hız ve yük değerine) ayarlandıktan sonra hassas teraziden ilk değer m y1 (g) ve 4 dakika sonra ikinci değer m y2 (g) ölçülmüştür. Yakıt tüketimi Eş ile hesaplanabilmektedir. ( ) [g/h] (3.127) Hava tüketimi Hava tüketimi için orifis ve eğik manometre kullanılmıştır. İçten yanmalı motorlarda bir çevrimde yalnızca bir emme zamanı meydana gelmektedir. Özellikle tek silindirli motorlarda emilen havanın akımında süreksizlikler ve titreşimler oluşmaktadır. Bu durum motorlarda hava tüketimi ölçümünün doğruluğunu etkilemektedir (Bkz. Şekil 3.43). Şekil Tek silindirli dört zamanlı bir motora ait emme havası akışı karakteristiği [89, 90]

139 115 Süreksizlik ve titreşim etkilerinin minimize edilebilmesi için motorun emme hattına büyük bir hava deposu (air-box) eklenmektedir. Hava bu depoya keskin kenarlı bir orifisten geçmektedir ve ölçümler bu depo üzerinden yapılmaktadır (Bkz. Şekil 3.44). Orifisten geçen havada meydana gelen basınç düşüşü bir eğik manometre yardımı ile ölçülmektedir. Bu basınç düşüşü literatürde pratik olarak 125 mm su sütununu (1,2 kpa) geçmemelidir. Bu basınç düşüşü miktarına kadar havanın sıkıştırılamaz özellik gösterdiği kabul edilmektedir. Şekil Orifis ve eğik manometreden oluşan hava tüketimi ölçüm düzeneği [89] Farklı orifis çaplarına göre hava akış hızının değişimi Çizelge 3.14 te gösterilmektedir. Çizelge Hava tüketimine göre kullanılması gereken orifis Orifis Çapı (mm) Akış (m 3 /s) 10 0, , , , ,430 Hava deposunun hacmi ve orifisin çapı, deney motorunun her türlü çalışma koşullarına uygun hava gereksinimini karşılayacak şekilde seçilmektedir. Hava deposu literatürde pratik olarak motor silindir hacminin yaklaşık katı olmaktadır [89, 90].

140 116 Orifis çapının yaklaşık olarak belirlenebilmesi için motorun hava tüketiminin de yaklaşık olarak belirlenmesi gerekmektedir. Yaklaşık hava tüketimi için Eş kullanılmaktadır [58]. [m 3 /s] (3.128) Burada motorun hacimsel verimini ifade etmektedir ve doğal emişli motorlarda yaklaşık olarak %80 kabul edilmektedir. K değeri bir çevrimin meydana gelmesi için gerekli olan krank tur sayısıdır. K değeri dört zamanlı motor için 2 ve altı zamanlı motor için 3 tür. Buna göre dört ve altı zamanlı deney motorunun yaklaşık hava tüketimi sırasıyla 0,00648 ve 0,00432 m 3 /s ve kullanılması gereken yaklaşık orifis çapları sırasıyla 19 ve 15 mm olarak belirlenmiştir. Deneylerde 19 mm çapında orifis kullanılmıştır. Orifis ile hava tüketimi ölçümünde Bernoulli eşitliği kullanılmaktadır. Bernoulli eşitliği Eş daki gibi ifade edilmektedir [90]. (3.129) Orifisin öncesi (atmosfer tarafı) ve sonrası (depo içi) için yukarıdaki eşitlik düzenlenirse Eş elde edilmektedir [90]. (3.130) Burada Δp değeri ρ mf yoğunluktaki sıvı ile dolu olan manometreden okunan değerdir ve Eş ile ifade edilmektedir [90]. [kpa] (3.131) Orifisin çapı D orf (m) ise ve Reynold sayısına bağlı olan C D daralma katsayısı da göz önünde bulundurulursa motora giren hava debisi Eş ve Eş ile hesaplanabilmektedir [90]. [kg/s] (3.132)

141 117 [kg/s] (3.133) Keskin kenarlı orifislerin kullanıldığı sistemler için C D değeri 0,62 olarak kabul edilmektedir. Burada manometredeki sıvının su olduğu kabul edilirse Eş. 133 sadeleştirilerek Eş elde edilmektedir [89, 90]. [kg/s] (3.134) Burada ρ hava hava yoğunluğu, sıcaklık ve bağıl nem değerlerine göre değişiklik göstermektedir. Kuru havanın yoğunluğu için direkt olarak ideal gaz kanunu kullanılabilmektedir. Ancak nemli havanın yoğunluğu için öncelikle doymuş buhar basıncının Eş kullanılarak hesaplanması gerekmektedir. Daha sonra Eş kullanılarak hava içerisinde bulunan su buharının kısmi basıncı belirlenmektedir. İdeal gaz denkleminde gerekli düzenlemeler yapıldığında ρ hava için Eş kullanılabilmektedir. ( ) [kg/m 3 ] (3.135) Havanın içerisindeki su buharı miktarının, başka bir ifade ile mutlak nem miktarının (d mut, g/m 3 ) bulunması için ise Eş kullanılabilmektedir. [g/m 3 ] (3.136) İndike güç, sürtünme gücü ve mekanik verim Bir çevrim pistonun hareketi ile meydana gelen iş indike iştir. İndike işin belirlenebilmesi için kullanılan en etkin yöntem anlık silindir içi basıncının ölçülmesi ve bir çevrim boyunca elde edilen anlık iş değerlerinin kümülatif toplamıdır. Birim zamanda elde edilen indike iş ise indike güç olarak tanımlanmaktadır. İndike güç ile fren gücü arasındaki fark ise sürtünme gücü olarak ifade edilmektedir (Eş ) Bununla birlikte fren gücünün indike güce oranı ile mekanik verim hesaplanabilmektedir (Eş ).

142 118 [kw] (3.137) (3.138) Silindir içi basıncı ölçümü indike gücün belirlenmesi için etkin bir yöntem olsa da, yöntemin uygulanması bakımından oldukça zor, kapsamlı ve maliyetlidir. Bunun için indike güç yerine sürtünme gücü belirlenerek indike güç hesaplanabilmektedir. Sürtünme gücünün belirlenebilmesi için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Tek silindirli motorlarda yaygın olarak kullanılan yöntem ise motoring (veya motored) testtir. Motoring test aşağıdaki işlem basamaklarına göre yapılmıştır [90, 112, 130]. Motor normal çalışma şartlarına getirilmiştir. Motorun ateşleme ve yakıt sistemi iptal edilmiştir. Motor dinamometre ile istenilen motor hızında döndürülmüştür. Bu motor hızında kuvvet ölçülmüş ve gerekli hesaplamalarla moment ve güç belirlenmiştir. Bu yöntem ile ölçüm yapılırken silindir içerisinde sadece kompresyon meydana geldiğinden dolayı sürtünme gücü gerçek değerinden bir miktar düşük hesaplanmaktadır [112, 130] Kayıp ısılar İçten yanmalı motorlarda yakıt enerjisinin bir bölümü çıkış milinde hareket enerjisine dönüştürülürken büyük bir bölümü ısı enerjisi olarak atılmaktadır. Bilindiği gibi motorun yanma odasında oluşturulan yakıt-hava karışımının yanması sonucu, kimyasal enerji ısı enerjisine dönüşmektedir. Bu ısı enerjisinin bir bölümü pistonu hareket ettiren indike işe dönüşmektedir. İndike iş, çıkış miline gelinceye kadar sürtünme gibi nedenlerden dolayı bir miktar daha azalarak dinamometre ile ölçülen fren işi haline dönüşmektedir. Isı enerjinin işe dönüştürülemeyen kısmı ise egzoz ve soğutma ile kaybedilmektedir. Egzoz yoluyla atılan ısı Egzoz yoluyla atılan ısının belirlenebilmesi için egzoz kalorimetreleri kullanılmaktadır. Ancak tek silindirli motorlarda egzoz kalorimetresinin kurulumu ve doğru verilerin elde

143 119 edilmesi oldukça zordur. Bu nedenle egzoz yoluyla atılan ısı için egzoz gazları sıcaklığı ve bu sıcaklıktaki entalpilerinden faydalanmak özelllikle tek silindirli motorlar için daha pratik bir yöntemdir. Egzoz yoluyla atılan ısı genel olarak Eş ile ifade edilmektedir. ( ) [kw] (3.139) Burada egzoz gazlarının kütlesel debisinin sisteme giren toplam kütleye eşit olduğu kabul edilmiştir. Egzoz gazlarının entalpi değerlerinin belirlenebilmesi için egzoz gazı konsantrasyonunun belirlenmesi gerekmektedir. Bunun için egzoz gaz analizi verilerinden gerçek yanma eşitliklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Gerçek yanma eşitliklerinin elde edilebilmesi için sisteme giren yakıt, hava ve suyun debisi, egzoz gazlarının ortalama sıcaklığı ve egzoz emisyon değerleri kullanılmaktadır. Emisyon olarak CO, CO 2, O 2, HC ve NO değerleri ölçülmüştür. Ancak işlem kolaylığı bakımından HC ve NO değerleri çok küçük (ppm cinsinden) olduğundan dolayı eşitliklerinin elde edilmesinde ihmal edilmiştir. C x H y için genel yanma eşitliği aşağıdaki gibi oluşturulmuştur. Altı zamanlı motorlarda enjekte edilen su, yanma eşitliğine dahil edilmiştir. Genel yanma eşitliği Eş daki gibi olmaktadır. (3.140) Buradaki katsayılar egzoz emisyon değerleri kullanılarak belirlenebilmektedir. Yanma ürünlerinin gerçek kütlelerinin belirlenmesi için ise bu katsayılar ile elde edilen mol kesirleri kullanılmaktadır [102]. Egzoz ürünleri olan CO 2, CO, H 2 O, O 2 ve N 2 için özgül entalpi değerleri termodinamik tablolardan elde edilebilmektedir. Eş tan elde edilen c-h arası katsayılar yardımıyla ortalama bir değer olan h eg bulunabilmektedir. Elde edilen değerler Eş da yerine yazılarak egzoz yoluyla motordan atılan ısı akımı belirlenebilmektedir. Konveksiyon yoluyla motor gövdesi üzerinden havaya transfer edilen yaklaşık ısı Hava soğutmalı motorlarda soğutucu akışkan yalnızca havadır. Bununla birlikte içten yanmalı motorlar temel olarak her ne kadar ısı makinesi olarak adlandırılsa da kullanılan

144 120 yakıtın yakılabilmesi için, yakıt kütlesinin yaklaşık 15 katı kadar havaya ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle içten yanmalı motorlar ısı makinesi olmasının yanında bir hava makinesi olarak da kabul edilebilmektedir. Bununla birlikte hava ile ideal bir ısı transferi ortamı sağlanamamaktadır. Motorun soğutulması, başka bir ifade ile motor gövde sıcaklığının gerekli ideal şartların sağlanabilmesi için motor üzerinden geçen (akan) havanın belirli bir miktarda (veya hızda) olması gerekmektedir. Hava hem motorun çalışması için hem de motorun soğutulması için gerekli bir akışkan olduğundan dolayı deneyin yapıldığı ortamdaki hava dolaşımı çok önemlidir [89, 90]. Hava yoğunluğunun belirlenebilmesi için Eş kullanılabilmektedir. [kpa] (3.141) Burada R ideal gaz sabiti hava için (%21 O 2 ve %79 N 2 varsayımı ile) 0,287 kj/kgk dir. Bu eşitliğe göre 25 o C de 1 atm basınçta havanın yoğunluğu 1,185 kg/m 3 olarak hesaplanmıştır. Bu değer suyun yoğunluğunun 1/850 si kadardır. Havanın sabit basınçtaki özgül ısısı, 1,01 kj/kgk dir ve suyun özgül ısısının yaklaşık çeyreği kadardır. Hava akışı ile taşınabilecek enerji akışı miktarının belirlenebilmesi için Eş kullanılabilmektedir. [kj] (3.142) Buna göre 10 o C sıcaklık farkında 1 kw gücün taşınabilmesi için 0,1 kg/s (0,084 m 3 /s) hava debisine ihtiyaç vardır. Konveksiyon yoluyla motor gövdesinden havaya transfer edilen ısı miktarının yaklaşık olarak hesaplanabilmesi için motor şeklinin basit bir şekilde ifade edilmesi (modellenmesi) gerekmektedir. Bunun için aksesuarsız (depo, egzoz susturucusu, volan kapağı gibi aksesuarlar motor üzerinde olmadığı durum) motorda genişlik, yükseklik ve derinlik ölçülerinin maksimum değerleri belirlenerek motor prizmatik olarak kabul edilmektedir.

145 121 Şekil Konveksiyon ile ısı transferi için kabul edilen motor modeli Buna göre deney motoru, Şekil 3.45 te gösterildiği gibi, gövdeden havaya konveksiyon ile ısı transferinin yaklaşık olarak hesaplanabilmesi için 430(w)-270(h)-240(l) mm (genişlikyükseklik-derinlik) ölçülerinde olduğu kabul edilmiştir. Böyle bir model için konveksiyon ile ısı transferi Eş ile ifade edilmektedir [131]. ( ) [W/m 2 ] (3.143) Burada h α konveksiyon ısı transfer katsayısıdır. Bu katsayının belirlenebilmesi için çeşitli eşitlikler bulunmaktadır. Yatay (indis v) ve düşey (indis h) yüzeyler için konveksiyon ısı transferi katsayısı Eş ve Eş ile hesaplanabilmektedir [131]. ( ) [W/m 2 K] (3.144) ( ) [W/ m 2 K] (3.145) Pratik olarak, motorun taban (alt) yüzeyinden havaya transfer edilen ısının (q αvb ) tavan (üst) yüzeyinden transfer edilen ısının (q αvt ) yarısı kadar olduğu kabul edilmektedir [90, 131].

146 122 Şekil Hava akışına bağlı ısı transfer katsayısı [131] Basit bir yaklaşım olarak akış hızı iki katına çıktığında ısı kaybı %50 artmaktadır. Bu nedenle akış hızı değiştikçe yukarıdaki konveksiyon ile ısı transferi için hesaplanan değerler belirli bir katsayı ile çarpılmalıdır. 0,3 m/s deki konveksiyon ile ısı transferi için katsayının z=1 olduğu kabul edildiğinde hava akış hızına bağlı olarak z katsayısının değişimi Şekil 3.46 daki gibi olmaktadır (Bkz. Şekil 3.46). Motorun üzerinde motorun soğumasını kolaylaştıran bir fan bulunmaktadır ve bu fan sayesinde zorlanmış konveksiyon oluşmaktadır. Literatüre göre motor üzerinden akan hava hızının yaklaşık 4 m/s olduğu kabul edilmiştir [90, 131]. Radyasyon yoluyla motor gövdesi üzerinden havaya transfer edilen yaklaşık ısı Bir yüzeyden radyasyon ile ısı kaybı, yayma katsayısı (emissivity, ε) ve yüzey sıcaklığı ile çevre sıcaklığı arasındaki farka bağlıdır. Radyasyon ile ısı transferi Stefan-Boltzmann eşitliği (Eş ) ile ifade edilmektedir [90]. [ ] [W/m 2 ] (3.146) Burada σ Stefan Boltzman katsayısıdır ve değeri 5,67x10-8 W/(m 2 K 4 ) tür. ε ise yayma katsayısıdır ve içten yanmalı motorlar için 0,9 olarak kabul edilmektedir [90] Egzoz emisyonları Motor geliştirme çalışmalarında motor performansının yanında, canlı sağlığı için daha önemli olan motordan atılan kirletici gazların, (egzoz emisyonlarının) incelenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada dört zamanlı motorun altı zamanlı motora dönüşümüyle

147 123 birlikte emisyonlardaki değişim incelenmiştir. Yapılan deneylerde egzoz gazı analiz cihazı yardımıyla CO (%), CO 2 (%), HC (ppm), NO (ppm) ve O 2 (%) değerleri ölçülmüştür. Bu çalışmada buji ateşlemeli motorlar için temel emisyonlar olan CO, HC ve NO değerleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. İçten yanmalı motorlarda meydana gelen emisyonlar Şekil 3.47 de gösterilmiştir. Şekil İçten yanmalı motorlarda emisyon oluşumu [58] Isı balansı İçten yanmalı motorlarda ısı balansı, motor deney ortamında bir kontrol hacmi oluşturularak termodinamiğin birinci yasasının uygulanmasıdır. Termodinamiğin birinci yasasına göre açık sistem için enerjinin ve kütlenin korunumu Eş ve Eş ile ifade edilmektedir [57, 90, 32, 98]. (3.147) (3.148) Sisteme giren enerjiler yakıt ve hava etkisiyle giren enerjilerdir. Su enjeksiyonlu altı zamanlı motor için enjekte edilen su da giren enerji olarak hesaplamaya dahil edilmiştir. Sistemden çıkan enerjiler ise aşağıdaki gibi maddelenmiştir. Egzoz yoluyla atılan enerji Fren gücün elde edilmesinde harcanan enerji

148 124 Konveksiyon ve radyasyon yoluyla atılan enerji Sürtünme ile kaybedilen enerji Hesaplanamayan diğer ısıl kayıplar Şekil 3.48 de sol tarafta sisteme girenler ve sağ tarafta ise sistemden çıkanlar gösterilmiştir. Şekil Isı balansı modeli Hava soğutmalı motorlarda konveksiyon ve radyasyon ile atılan ısı miktarının net olarak belirlenmesi oldukça zordur. Burada hesaplamalarda belirli kabuller yapıldığından dolayı tüm hesaplamalara rağmen hesaplanamayan bir miktar enerji de konveksiyon ve radyasyon yoluyla atılan enerjiye dahil edilmiştir. Sistemden çıkan enerji faydalı enerji ve atık enerji olarak ifade edilebilmektedir (Eş , Eş. 150 ve Eş. 151). Fren gücün elde edilmesinde harcanan enerji dışında kalan enerjiler atık ısı enerjisi olarak değerlendirilmektedir [90, 93, 101, 112, 132]. (3.149) ( ) ( ) (3.150) (3.151)

149 Ekserji analizi Termodinamiğin birinci kanunu enerjinin sadece niceliğiyle ilgilendiğinden dolayı termodinamiğin birinci kanununa göre potansiyel, kinetik, ısı, iş, elektrik gibi tüm enerji türleri aynı değerdedir. Ayrıca termodinamiğin birinci kanununa göre enerji korunan bir özelik olduğundan herhangi bir durum değişimi sırasında var olan enerji miktarı korunur. Termodinamiğin ikinci kanunu ise enerjinin miktarının yanında kalitesini de göz önünde bulundurmaktadır. Başka bir ifade ile termodinamiğin ikinci kanunu, hem bir enerji taşıyıcısının gerçek termodinamik değerini hem de proses ya da sistemlerden olan kayıpların ve gerçek termodinamik yetersizliklerin hesaplarının yapılabilmesi sonucu ile bir enerji dengesini tamamlamakta ve geliştirmektedir. Termodinamiğin ikinci kanununa göre enerji dönüşümü sırasında enerjinin miktarı korunmasına karşın kalitesi düşer. Bu nedenle enerjinin kullanılabilir (işe dönüştürülebilir) kısmı olarak tanımlanan ekserji korunmaz ve tersinmezliklerden kaynaklanan sistem entropi üretimi nedeniyle azalır. Ekserji analizi, enerjinin iş yapabilme potansiyelini ve kalitesini ortaya çıkararak enerjinin kullanılamayan kısmının ve tersinmezliklerden kaynaklanan kayıpların miktarının, türlerinin ve yerlerinin belirlenmesine olanak sağlar. Böylece sistemdeki kayıplar ve sistemin verimi ayrıntılı olarak belirlenebilir, düşük verimle çalışan kısımlar tespit edilerek iyileştirilebilir ve farklı sistemler birbiriyle karşılaştırılabilir. Bu yönüyle ekserji analizi enerji kaynaklarının verimli kullanımı, daha verimli enerji dönüşüm sistemlerinin tasarımı ve var olan bir sistemin performansının iyileştirilmesi için oldukça kullanışlıdır [104, 133]. Ekserji, belirli bir çevrede bulunan bir sistemin iş potansiyelidir ve sistemin çevre ile dengeye gelmesiyle elde edilebilen en fazla yararlı iş miktarının ifade etmektedir. Ekserjinin değeri, yalnızca sisteme değil, çevreye de bağlıdır. [93, 101, 102, 107]. Ekserji Dengesi İçten yanmalı motorlar kontrol hacmi içerisinde sürekli akışlı sistem olarak kabul edilebilmektedir. Sürekli akışlı kararlı sistem için Şekil 3.49 da görüldüğü gibi giren enerjinin çıkan enerjiye ve giren kütlenin çıkan kütleye eşit olduğu bilinmektedir. Eş de ekserji dengesi ifade edilmektedir. (3.152)

150 126 Şekil 3.49 da X g ısı, kütle ve iş ile sisteme giren ekserji akımını, X ç ısı, kütle ve iş ile sistemden çıkan ekserji akımını ve I ise sistemde kaybolan ekserji yıkımını (yok olan ekserji, kayıp iş, tersinmezlik) ifade etmektedir. İçten yanmalı motorlar açık sistem olarak kabul edildiğinde sisteme ekserji girişi yalnızca kütle ile olmaktadır. Bununla birlikte sistemden ekserji çıkışı ısı, iş ve kütle ile olmaktadır. Buna göre Eş düzenlenerek Eş elde edilmektedir. (3.153) Şekil Ekserji transferi oluşumu [93] Yakıt ekserjisi Yakıt ekserjisi için Şekil 3.50 deki gibi basit bir model oluşturulmuştur. C a H b kompozisyonundaki yakıt Şekil 3.50 te gösterilen hücreye T 0 ve P 0 şartlarında girmektedir. Diğer taraftan çevreden sisteme O 2 girişi olmaktadır. Çevrenin ideal gaz karışımı olduğu varsayıldığında, Oksijen çevreden hücreye T 0 sıcaklığında ve y O2 P 0 kısmi basıncında girmektedir. Burada y O2 oksijenin ekserji referans ortamındaki mol oranını ifade etmektedir [94].

151 127 Şekil Yakıt kimyasal ekserjisi modeli [93, 94] Yakıt ve oksijenin hücre içerisinde tamamen reaksiyona girmesiyle birlikte CO 2 ve H 2 O oluşmaktadır. Şekil 3.50 te ifade edilen reaksiyon Eş teki gibi gerçekleşmektedir. ( ) (3.154) Kararlı durumdaki kontrol hacmi (indis kh) için enerji dengesi Eş teki gibi ifade edilmektedir [93, 94]. ( ) [kj/kg] (3.155) Kinetik ve potansiyel enerjiler ihmal edilmiştir. Yakıtın reaksiyona girdiği hücre kararlı durumda olduğundan dolayı hacmin zamanla değişimi yoktur. Bu nedenle iş akımını herhangi bir kısmı yer değiştirme için kullanılmamaktadır [94]. Eş sistem sınırı için geliştirilmiştir. Isı transferinin yalnızca T 0 sıcaklığındaki çevreden olduğu kabul edilmiştir. Hücreyi çevreleyen kontrol hacmi için entropi dengesi Eş daki gibi ifade edilebilmektedir [94]. ( ) (3.156)

152 128 Isı transferinin hesaplama dışında tutulması için Eş ve Eş kullanılarak Eş elde edilmektedir [94]. [ ( ) ] [ ( ) ] [kj/kmol] (3.157) Yukarıdaki eşitlikte özgül entalpi ve entropi, T 0 ve P 0 şartlarında değerlendirilmektedir. Eşitlikteki özgül entalpi değerleri yalnızca T 0 sıcaklık değeri bilindiğinde belirlenebilmektedir. Özgül entropi değeri için sıcaklık, basınç ve ortamın kompozisyonu bilindiğinde belirlenebilmektedir. Kimyasal ekserji hesaplanırken reaksiyon sonrasında maksimum işin elde edildiği başka bir ifade ile tersinmezliklerin olmadığı durum göz önünde bulundurulmaktadır. Buna göre Eş deki terimi sıfıra eşit olmaktadır. Buna göre C a H b kompozisyonundaki bir yakıtın kimyasal ekserjisi Eş deki gibi ifade edilmektedir [94]. [ ( ) ] [ ( ) ] [kj/kg] (3.158) İdeal gaz karışmındaki bir bileşenin entropisi belirlenirken bileşenin kısmi basıncı kullanılmaktadır. Böyle bir gaz karışımındaki bir bileşenin kısmi basıncı, karışımın basıncı ile bileşenin mol kesrinin çarpımı olarak ifade edilmektedir. Herhangi bir T sıcaklığı için p 0 =1 atm den başka basınçlardaki mutlak entropi değerleri aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi (T, p 0 ) ve (T, p) halleri arasındaki hayali bir izotermal işlem için yazılan ideal gazların entropi değişimi Eş elde edilebilmektedir (Bkz. Şekil 3.51). [kj/kg] (3.159)

153 129 Şekil Entropi değerinin belirlenmesi [93] İdeal gaz karışımındaki bir i bileşeni için Eş düzenlenerek Eş elde edilmektedir [93]. [kj/kg] (3.160) Burada p i kısmi basıncı, p m karışımın toplam basıncını ve y i ise mol kesrini ifade etmektedir. Yakıt ekserjisi için kullanılan modelde p m =p 0 olduğundan dolayı Eş düzenlenerek Eş elde edilmektedir. [kj/kg] (3.161) Buna göre Eş , Eş, e göre tekrar düzenlendiğinde Eş elde edilmektedir. [ ( ) ] [ ( ) ] [kj/kg] (3.162) [ ] Eş de Gibbs fonksiyonu dönüşümü yapılabilmektedir. Gibbs fonksiyon Eş deki gibi ifade edilebilmektedir.

154 130 [kj/kg] (3.163) Buna göre Gibbs fonksiyonu kullanılarak Eş basitleştirilerek Eş teki gibi ifade edilebilmektedir. [ ( ) ] [ ] [kj/kg] (3.164) Eş te Gibbs fonksiyonu Eş teki gibi tanımlanmaktadır. [ ] [kj/kg] (3.165) Burada T 0 =T ref ve p 0 =p ref olduğunda gibbs ( ) değeri, serbest oluşum entalpisine ( ) eşit olmaktadır. Böylece eşitlikteki bütün değerler termodinamik tablolardan bulunabilmektedir. Literatürde yakıt ekserjisinin belirlenebilmesi için Eş daki gibi ampirik ifadelerin kullanımı da yaygındır. Her iki yöntemde de yaklaşık aynı sonuçlar elde edilebilmektedir [94, 134]. ( ) [kj/kg] (3.166) Deneylerde kullanılan yakıt %30 propan ve %70 bütandan oluşan otogaz LPG dir ve yakıt ekserjisi kj/kg olarak belirlenmiştir. Fren gücü ekserjisi Bütün işlerin ekserjileri kendilerine eşittir. Başka bir ifade ile işin kendisi %100 ekserjidir. Buna göre fren gücü ekserjisi Eş ile ifade edilmektedir. [kw] (3.167)

155 131 Konveksiyon ve radyasyon yoluyla atılan ısının ekserjisi Bir ısı makinesinden elde edilebilecek en yüksek verim Carnot verimi olarak ifade edilmektedir. Carnot ısı makinesi en iyi bilinen tersinir makinedir. Tersinir işlem ne sistemde ne de çevrede değişim yapılmadan tersine dönebilen hal değişimi olarak tanımlanmaktadır. Tüm gerçek ısı makinelerinin verimi Carnot ısı makinesinin veriminden düşüktür. Bir ısı makinesinden elde edilebilecek maksimum iş, Carnot ısı makinesiyle elde edilebilmektedir. Buna göre sistemden atılan ısıdan elde edilebilecek maksimum iş Eş deki gibi ifade edilebilmektedir [93, 104]. ( ) ( ) [kw] (3.168) Egzoz ekserjisi Egzoz ekserji akımının hesaplanması için yakıt ekserji akımının hesaplanmasındaki yöntem kullanılmaktadır. Bunun için öncelikle gerçek yanma denklemleri elde edilmektedir. Gerçek yanma denklemlerinin elde edilmesi için yapılan kabuller egzoz yoluyla atılan ısının hesaplanmasında daha önce ifade edilmiştir. Egzoz ekserjisi, Eş ve Eş de gösterildiği gibi, termomekanik ve kimyasal egzoz ekserjisinin toplamı olarak ifade edilmektedir [102]. [kw] (3.169) { ( ) ( ) [ ] } [kw] (3.170) Burada ve değerleri egzoz gazı sıcaklığındaki entalpi ve entropi değerleridir. Egzoz ekserjisi için entalpi ve entropi değerleri termodinamik tablolardan belirlenmiştir [93, 94]. Kayıp iş (tersinmezlik) ve Maksimum iş Bir sistem için enerjinin korunumundan söz edilebilirken, ekserji korunumundan söz edilemez. Sisteme giren ekserjinin bir kısmı motordaki entropi üretiminden dolayı yok olmaktadır. Sistemde kaybolan bu ekserji, kayıp iş (tersinmezlik) olarak tanımlanmakta ve

156 132 toplam giren ekserji ile toplam çıkan ekserji arasındaki fark olarak ifade edilmektedir. Motor içerisindeki tersinmezlikler azaldığında maksimum iş potansiyeli artmaktadır. Eş düzenlendiğinde Eş elde edilmektedir [93-95, 107, 132, 134]. [kw] (3.171) Ekserji kayıplarını hesaplamanın başka bir yolu Gouy-Stodola tarafından (Eş ) uygulanmıştır. Burada, entropi artışları çevresel sıcaklık tarafından katsayılandırılarak hesaplanmaktadır [133]. ( ) [kw] (3.172) Ekserji yıkımı motor içerisindeki tersinmezlikler nedeniyle entropi üretimi sonucu oluşmaktadır. Tersinmezlikler nedeniyle sistemden elde edilebilecek net iş maksimum işten her zaman az olmaktadır. Bu nedenle maksimum iş ile net iş (fren işi) arasındaki fark yine tersinmezliğe, başka bir ifade ile, maksimum iş (Eş ), tersinmezlikler ile iş ekserjisinin (fren işinin) toplamına eşittir [95, ]. Motorda üretilen toplam entropi [kj] (3.173) Kayıp iş, motorda Carnot çevrimi ile elde edilmesi mümkün olduğu halde, ısı ve kütle transferi nedeniyle elde edilemeyen iştir ve ısı transferi etkisiyle entropi üretimi meydana gelmektedir. Buna göre motorda üretilen toplam entropi (Eş ), kayıp işin (tersinmezliğin) T 0 referans sıcaklığına oranı olarak ifade edilmektedir. [93, 94, 102, 135]. [kw/k] (3.174) Termodinamik verim (İkinci yasa verimi, rasyonel verim) Termodinamiğin ikinci yasasına göre çözümler için verim ifadesi birkaç şekilde ifade edilebilmektedir. Genel olarak termodinamik verim, gerçek işin (fren işi) maksimum işe (tersinir iş) oran olarak tanımlanmaktadır (Eş ). Başka bir ifade ile gerçek ısıl

157 133 verimin, tersinir ısıl verime oranı olarak da tanımlanmaktadır. Termodinamik verim ısıl verimlerin oranı olarak tanımlandığından dolayı rasyonel verim olarak da ifade edilmektedir. [57, 93, 94, 96, 100, 102, 134]. (3.175) Deneysel ilkeler Aşağıda deneylerin yapılmasında uygulanan ilkeler maddelenmiştir. Deney motoru yağ sıcaklığı sabit değere ulaşıncaya kadar (yaklaşık o C) yüksüz (boşta) çalıştırılmıştır. Gaz kelebeği konumu %100 hale getirilmiştir (tam gaz durumu). Motor, dinamometre ile yüklenerek 3500 min -1 hıza ayarlanmıştır (yüksüz olarak motorun tam yükte ulaşabileceği hızı 3550~3600 min -1 olarak belirlenmiştir). Hava fazlalık katsayısı HFK=1 olarak sabitlenmiştir. Fren kuvveti, yakıt tüketimi, hava tüketimi, egzoz emisyonları, yağ ve gövde sıcaklığı, ortam basıncı, sıcaklığı ve bağıl nemi verileri kaydedilmiş ve kaydedilen bu veriye bağlı olarak ilgili hesaplamalar yapılmıştır. Su enjeksiyon sistemi çalıştırılarak su miktarı, avansı ve basıncı değiştirilerek yukarıda sıralanan veriler tekrar kaydedilmiş ve hesaplanmıştır. 3250, 3000, 2750, 2500 ve 2250 min -1 hızlar için yukarıdaki işlemler tekrarlanmıştır. Dört zamanlı motor için de yukarıdaki işlem basamakları tekrar edilmiştir. En avantajlı durum için motorun katalog değerleri (ateşleme avansı, supap zamanlaması gibi) sabit kalmak şartıyla su enjeksiyon parametreleri değiştirilmiştir. Su enjeksiyon parametrelerinin değişimindeki öncelik sırası basınç, miktar, avans ve sıcaklık olarak kabul edilmiştir Su enjeksiyonu için kullanılan basınç ve avans değerleri Sabit basınç altında enjekte edilecek su miktarını değiştirebilmek için enjeksiyon süresinin değiştirilmesi gerekmektedir. Enjeksiyon süresi değişmesiyle birlikte sabit bir motor hızı için aynı basınç değerinde sabit enjeksiyon avansında enjektörün kapanma yeri

158 Enj. miktarı (mg/çev) 134 değişmektedir. Yine aynı şekilde enjektör kapanma anı sabit bir an olarak referans alındığında enjeksiyon başlangıç noktası enjeksiyon süresine göre değişmektedir Enjeksiyon Basıncı (bar) Şekil Enjeksiyon miktarının enjeksiyon basıncına göre değişimi Sabit enjeksiyon basıncında, enjeksiyon miktarı değiştirilmesiyle enjeksiyon başlangıç ve bitiş anı ile enjeksiyon süresi değiştiğinden dolayı enjeksiyon basıncının motor performansına etkisi net olarak belirlenememiştir. Bu nedenle enjeksiyon süresi sabit tutularak, enjeksiyon basıncı değişimi ile enjeksiyon miktarının değişimi sağlanmıştır. Şekil 3.52 de enjeksiyon basıncına bağlı olarak enjeksiyon miktarı değişimi gösterilmiştir. Enjektörün ön testinde elde edilen sonuçlara göre enjeksiyon basıncının enjektör gecikme süresine kayda değer bir etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Bu nedenle enjeksiyon gecikme süresinin sabit (enjeksiyon sistemi testlerinde belirlenen 1,3 ms) olduğu kabul edilmiştir. Literatürdeki bilgilere göre su enjeksiyonunun KA açıda başlayıp yaklaşık 730 KA da bitmesi öngörülmektedir. Yapılan ön testler ile motorun su enjeksiyonu ile çalıştırılabileceği en uygun enjeksiyon süresi 1,2 ms olarak belirlenmiştir. 1,2 ms den daha az bir enjeksiyon süresinde istenilen enjeksiyon miktarı için enjeksiyon basıncının aşırı artırılması gerekmektedir. Bununla birlikte 1,2 ms den daha çok bir enjeksiyon süresinde ise bu sürenin motor hızına bağlı açısal süresi aşırı bir biçimde artmaktadır. Enjektör gecikme süresinin 1,3 ms sabit olduğu kabul edildiğinde enjektörün her bir çevrim için açık kalma süresi 2,5 ms olmaktadır. Böylelikle sabit bir motor hızı için enjeksiyon süresi sabit tutularak enjeksiyon basıncı değiştirilerek enjeksiyon miktarı kademeli olarak değiştirilmiştir. Enjeksiyon basıncı 25, 50, 75 ve 100 bar olmak üzere dört kademede gerçekleştirilmiştir.

159 Enj. Süresi (KA) Motor Hızı (1/min) Şekil Enjeksiyon açısal süresinin motor hızına bağlı değişimi Şekil 3.53 te enjeksisyon açısal süresinin motor hızına bağlı değişimi gösterilmektedir. Motor hızının değişimi ile birlikte sabit enjeksiyon süresi için enjeksiyonun tamamlanacağı krank açısı miktarı da lineer olarak değişmektedir. Bu durum her motor hızı için kendi arasında değerlendirilmiştir. Enjeksiyon avansı için enjeksiyonun bittiği an referans alınarak deneylerde kullanılmak üzere her motor hızı için üst ölü nokta öncesi, üst ölü nokta ve üst ölü nokta sonrası olmak üzere üç farklı enjeksiyon bitiş durumu belirlenmiştir. Su enjeksiyonu için gerekli basınç ve avans değerleri belirlenmesinin ardından motor fren performans ve emisyon karakteristiklerinin belirlenmesi için gerekli deneyler yapılmıştır. Yapılan hesaplamalar ve kabuller sonucunda elde edilen enjeksiyon avans değerleri Çizelge 3.15 te gösterilmiştir. Çizelge Deneylerde kullanılan enjeksiyon avans değerleri Motor Hızı (min -1 ) 2250 Enjeksiyon Süresi ms/çev Enjeksiyon Avansı (KA) ÜÖN Öncesi ÜÖN ÜÖN Sonrası o KA Başla Bitir Başla Bitir Başla Bitir 16,2-33,0-16,8-18,0-1,8 3,0 13, ,0-33,9-15,9-18,9-0,9 3,9 14, ,5 ms 19,8-34,8-15,0-19,8 0,0 4,8 15, (1,2 ms) 21,6-36,6-15,0-21,6 0,0 6,6 15, ,4-37,5-14,1-22,5 0,9 7,5 15, ,2-38,4-13,2-23,4 1,8 8,4 16,8

160 Elektromanyetik parazit oluşumunun azaltılması Deney setinde alt sistemler genel yapı itibariyle elektrik ile çalışmaktadır ve kullanılan her elektrikli cihaz, belirli bir frekans bölgesinde istenilen veya istenilmeyen birçok işaret (elektromanyetik alan) üretmektedir. Bununla birlikte buji ateşlemeli motorların ateşleme sistemleri de kuvvetli bir elektromanyetik alan kaynağıdır. Enjektörün kontrolü için tasarlanan sistemde bir mikro denetleyici kullanılmıştır. Mikro denetleyiciler bu elektrikli cihazların ve ateşleme sisteminin ürettiği elektromanyetik alandan olumsuz etkilenerek ölçümde sapma veya kilitlenme gibi problemlere neden olmaktadır. Bu sapma veya kilitlenmeye neden olan etki elektromanyetik parazit/karışım (EMI) olarak adlandırılmaktadır. Enjektör kontrol ünitesine etki eden başlıca EMI kaynağı ateşleme sistemidir [123, 136]. Resim Sistemde kullanılan blendajlı kablo Zayıf bağlantı noktalarındaki temas direnci üzerinde oluşan yüksek elektromanyetik alan nedeniyle sistemin çalışmasını olumsuz yönde etkileyebilecek bir gerilim düşümü meydana gelmektedir. Bu nedenle problemin çözümü için başta bağlantı noktalarındaki direncin en aza indirilmesine özen gösterilmiştir. Ayrıca mikro denetleyicili devre metal bir kutu içerisine yerleştirilmiş ve tüm sistem için ortak şasi bağlantısı yapılmıştır. Bununla birlikte enkoder ve enjektör için blendajlı kablo kullanılmış ve blendaj şasiye bağlanarak kablo üzerinde faraday kafesi oluşturulmuştur. Resim 3.20 de blendajlı kablo görülmektedir. Faraday kafesi sayesinde kablo üzerinde oluşabilecek EMI etkisi azaltılmıştır [115].

161 DENEY SONUÇLARI VE TARTIŞMA Bu bölümde deneysel sonuçların tartışılması için incelenen teorik sonuçlar ve deneysel olarak elde edilen sonuçlar sunulmuştur. Su enjeksiyonunu etkileyen parametreler ve deney motoru için termodinamik örnek hesaplama teorik olarak incelenmiştir Teorik Su Enjeksiyon Miktarını Değiştiren Temel Parametreler ve Etkileri Bir çevrimde kullanılan teorik (sabit hacimde, zamandan bağımsız) su enjeksiyon miktarı genel olarak aşağıdaki parametrelere bağlı olarak değişmektedir: Enjeksiyon öncesi karışım sıcaklığı ve basıncı Enjeksiyon sonrası karışım sıcaklığı ve basıncı Karışım oluşturan gazların oranları Karışımın molar (veya kütlesel) miktarı Su enjeksiyon sıcaklığı Bu parametrelerin etkileri aşağıdaki başlıklar altında incelenebilmektektir. Egzoz rekompresyon için sıkıştırma oranı değişiminin etkisi Silindir içi karışım miktarı değişiminin etkisi Enjekte edilen su sıcaklığının değişiminin etkisi Egzoz rekompresyon için sıkıştırma oranı değişiminin etkisi Egzoz rekompresyon için sıkıştırma oranı değişiminin etkisinin incelenebilmesi için; sıkıştırma oranı 8,2 olan bir motorda silindir içi karışım miktarının sabit %70, enjekte edilen su sıcaklığının sabit 373 K olduğu kabul edilen bir sistem varsayılmıştır. Bununla birlikte egzoz rekompresyon başlangıcında (D1) silindir içi karışım sıcaklığı 1000 K, basıncı 150 kpa ve su enjeksiyonu sonrası karışım sıcaklığının 1000 K olduğu kabul edilmiştir. Buna göre egzoz rekompresyon sürecinde adyabatik üssün (özgül ısılar oranı, γ) sabit ve 1,3 değerinde olduğu ve 3-7 egzoz rekompresyon sıkıştırma oranları için 1 g yakıta (C 8 H 18 olarak kabul edilmiştir) karşılık gelen su enjeksiyon miktarları (su tüketimi) hesaplanmıştır.

162 Silindir içi basıncı [kpa] Su tüketimi [g/1g yakıt]] 138 D1 noktası için şartlar bilindiğine göre, su enjeksiyonu öncesi (D2) için basınç ve sıcaklık değerleri egzoz rekompresyon sıkıştırma oranına göre hesaplanabilmektedir. Hesaplama sonuçları Çizelge 4.1 deki gibidir. Çizelge 4.1. Farklı egzoz rekompresyon sıkıştırma oranı için su enjeksiyon başlangıcındaki basınç ve sıcaklık değerleri r v,er P D2 [kpa] T D2 [K] 3 625, , , , , , , , , ,79 Silindir içerisindeki dolgu miktarı sabit olması şartıyla, silindir içi sıcaklık artışı, karışımın iç enerjisini artırmaktadır. Bununla birlikte enjeksiyon sonrası karışım sıcaklığı da sabit kabul edildiğinden dolayı enjeksiyon öncesi karışım sıcaklığı yükseldikçe su tüketimi de artmaktadır. Başka bir ifade ile egzoz rekompresyon sıkıştırma oranının artmasıyla birlikte karışım basıncı da artacağından dolayı sıkıştırma sonunda sabit sıcaklık için su tüketimi artmaktadır P.D2 P.D3 P.D4 m.su Egzoz rekompresyon sıkıştırma oranı (r v,er ) Şekil 4.1. Egzoz rekompresyon sıkıştırma oranına bağlı olarak silindir içi basıncı ve su tüketimi değişimi

163 Su tüketimi [g/g yakıt] 139 Şekil 4.1 de su enjeksiyonu sonrası silindir içi sıcaklığının sabit 1000 K olduğu kabul edildiğinde egzoz rekompresyon sıkıştırma oranına göre su tüketimi değişimi ve buna bağlı olarak silindir içi basınçların değişimi gösterilmektedir. Buna göre egzoz rekompresyon sıkıştırma oranının artmasıyla birlikte enjeksiyon öncesi silindir içi sıcaklığı yükseldiğinden dolayı su enjeksiyon sonrası silindir içi sıcaklığının sabit kabul edilmesi nedeniyle su tüketimi de artmaktadır K 1000K 1100K 1200K 1300K Egzoz rekompresyon sıkıştırma oranı (r v,er ) Şekil 4.2. Su enjeksiyon sonrası sıcaklığın su tüketimine etkisi Şekil 4.2 de enjeksiyon sonrasındaki karışım sıcaklığının da su tüketimine etkisi görülmektedir. Buna göre su tüketimi sıcaklığa ters orantılı olarak değişmektedir. Su enjeksiyonu sonrasında sıcaklığın düşürülebilmesi için daha fazla miktarda su enjeksiyonu gerekmektedir. Şekil 4.3 te enjeksiyon sonrasındaki karışım sıcaklığının enjeksiyon sonrası basıncı egzoz rekompresyon sıkıştırma oranına göre incelenmiştir. Buna göre belirli bir enjeksiyon sonrası karışım sıcaklığında egzoz rekomoresyon sıkıştırma oranının artmasıyla birlikte enjeksiyon sonrası silindir içi basıncı da artmaktadır. Ayrıca enjeksiyon sonrası silindir içi sıcaklığı ile enjeksiyon sonrası silindir içi basıncı ters orantılı olarak değişmektedir (Bkz. Şekil 4.3).

164 Genişleme sonrası basınç [kpa] Enjeksiyon sonrası basınç [kpa] K 1000K 1100K 1200K 1300K Egzoz rekompresyon sıkıştırma oranı (r v,er ) Şekil 4.3. Su enjeksiyon sonrası sıcaklığın enjeksiyon sonrası basınca etkisi Enjeksiyon sonrasındaki istenilen karışım sıcaklığı arttıkça enjekte edilebilecek su miktarının azalması, atık egzoz ısısının faydalı işe dönüşümü yüzdesinin azalması anlamına gelmektedir. 900K 1000K 1100K 1200K 1300K Egzoz rekompresyon sıkıştırma oranı (r v,er ) Şekil 4.4. Su enjeksiyon sonrası sıcaklığın genişleme sonrası basınca etkisi Enjeksiyon sonrasında genişleme işlemi meydana gelmektedir. Genişleme başlangıcında basıncın yüksek olması, genişleme sonundaki basıncın atmosfer basıncının altına düşmemesi için önemlidir. Şekil 4.4 te su enjeksiyon sonrası sıcaklığın genişleme sonrası basınca etkisi görülmektedir.

165 Su miktarı [g/g yakıt] Egzoz rekompresyon oranına bağlı egzoz gazı miktarı değişiminin etkisi Egzoz Gazı miktarı (silindir içi karışım miktarı) değişimi etkisinin incelenebilmesi için; sıkıştırma oranı 8,2 olan bir motorda egzoz rekompresyon sıkıştırma oranının 4-7 aralığında, enjekte edilen su sıcaklığının sabit 373 K olduğu kabul edilen bir sistem varsayılmıştır. Bununla birlikte egzoz rekompresyon başlangıcında (D1) silindir içi karışım sıcaklığı 1000 K ve basıncı ise 150 kpa ve su enjeksiyonu sonrası karışım sıcaklığının 1000 K, 1100 K ve 1200 K olduğu kabul edilmiştir. Buna göre egzoz rekompresyon sürecinde adyabatik üssün sabit ve 1,3 değerinde olduğu ve %40-80 aralığında silindir için karışım miktarları için 1 g yakıta (C 8 H 18 ) karşılık gelen su tüketimi hesaplanmıştır. Farklı egzoz rekompresyon sıkıştırma oranı için basınç ve sıcaklık değerleri Çizelge 4.1 de gösterilmiştir. Kısmi egzoz sonrası silindir içerisinde kalan karışım miktarı; genişleme süreci sonunda karışımın basınç ve sıcaklığı, motor tasarımı, motor hızı, supap açılma karakteristiği, gaz hareketleri gibi parametrelere bağlı olarak değişmektedir. Bu şartlara göre silindir içerisinde kalan karışım miktarına göre tüketimi değişimi Şekil 4.5 teki gibi olmaktadır K 1100K 1200K %40 %50 %60 %70 %80 Silindir içi egzoz gazı yüzdesi (r v,er =5 için) Şekil 4.5. Farklı enjeksiyon sonrası sıcaklık değerleri için silindir içi karışım miktarı yüzdesinin su tüketimine etkisi Şekil 4.5 te Egzoz rekompresyon sıkıştırma oranının sabit 5 ve enjeksiyon sonrası silindir içi sıcaklığın 1000, 1100, 1200 K olduğu durumlar için enjeksiyon öncesinde silindir içerisinde kalan gaz karışım oranına bağlı olarak su tüketimi değişimi incelendiğinde,

166 Su miktarı [g/g yakıt] 142 enjeksiyon sonrası istenilen silindir içi sıcaklığı azaldığında ve enjeksiyon öncesi silindir içerisinde kalan karışım miktarı arttıkça, su tüketimi artmaktadır %40 %50 %60 %70 %80 Silindir içi egzoz gazı yüzdesi (T.D3=1000K için) Şekil 4.6. Farklı egzoz rekompresyon sıkıştırma oranı için silindir içi karışım miktarı yüzdesinin su tüketimine etkisi Şekil 4.6 da Enjeksiyon sonrası silindir içi sıcaklığının sabit 1000 K olduğu durumda farklı sıkıştırma oranları için silindir içi karışım miktarı yüzdesi değişimine göre su tüketimi incelendiğinde; sıkıştırma oranı ve silindir içerisinde kalan gaz karışımı arttıkça su tüketimi de artmaktadır Enjekte edilen su sıcaklığı değişiminin etkisi Enjekte edilen su sıcaklığı değişiminin etkisinin incelenebilmesi için; sıkıştırma oranı 8,2 olan bir motorda egzoz rekompresyon sıkıştırma oranının sabit 6 olduğu kabul edilen bir sistem varsayılmıştır. Bununla birlikte egzoz rekompresyon başlangıcında (D1) silindir içi karışım sıcaklığı 1000 K ve basıncı ise 150 kpa ve su enjeksiyonu sonrası karışım sıcaklığının 1000 K olduğu kabul edilmiştir. Buna göre egzoz rekompresyon sürecinde adyabatik üssün sabit ve 1,3 değerinde olduğu ve K aralığında su enjeksiyon sıcaklığı için 1 g yakıta (C 8 H 18 ) karşılık gelen su tüketimi hesaplanmıştır. Egzoz rekompresyon süreci için basınç ve sıcaklık değerleri Çizelge 4.1 de gösterilmiştir.

167 Su tüketimi [g/g yakıt] Silindir içi Basıncı [kpa] ,5 10 9,5 9 8,5 m.su P.D Su enjeksiyon sıcaklığı [K] (r v,er =6 ve T.D3=1000K için) Şekil 4.7. Su enjeksiyon sıcaklığı değişimine göre genişleme sonu silindir içi basıncı ve su tüketiminin değişimi Şekil 4.7 de enjekte edilen suyun sıcaklığı arttıkça aynı enjeksiyon sonrası karışım sıcaklığı için enjekte edilmesi gereken su miktarı (su tüketimi) artmaktadır. Bununla birlikte genişleme sonu silindir içi basıncı da artmaktadır. Enjekte edilecek suyun sıcaklığı azaldıkça suyun buharlaştırılması için gerekli olan enerji miktarı artmaktadır. Bu nedenle suyun sıcaklığı düştükçe su tüketimi azalmaktadır. Ancak enjekte edilen su tüketiminin azalmasıyla birlikte, enjeksiyon sonrası silindir içi basıncının maksimum değeri de azalmaktadır İdealleştirilmiş Çevrim Enerji Analizi İçin Sayısal Örnek Sayısal örnek için deneysel çalışmada kullanılan motorun ana boyutları referans olarak alınmıştır. Buna göre referans motorun ana boyutları Çizelge 4.2 deki gibidir. Çizelge 4.2. Teorik hesaplamalar için gerekli motor ana boyutları [113] Özellik Değer Kurs (s) [mm] 58 Silindir çapı (D) [mm] 77 Biyel uzunluğu (L) [mm] 105 Geometrik sıkıştırma oranı (r v ) 8,2

168 144 Referans motor özelliklerine ek olarak çevrim termodinamiğin birinci yasasına göre analiz edilmesi için bölümün başında belirtilen şartlara ek olarak başlangıç şartlarının da belirlenmesi gerekmektedir. Bunun için boyutsuz termodinamik motor modellerinde kullanılan başlangıç şartları belirlenmiştir. Buna göre çevrimlerin analizi için kabul edilen başlangıç şartları aşağıdaki gibidir. Çizelge 4.3. Çevrim analizlerinde kabul edilen başlangıç şartları (altı zamanlı motor çevrimi için) [10, 12] Özellik Kabul Atmosfer (ölü hal) sıcaklığı (T atm ) [K] 298 Atmosfer (ölü hal) basıncı (P atm ) [kpa] 100 Silindir içi atık gaz sıcaklığı (T res ) [K] 550 İkinci sıkıştırma oranı (r v2 ) 6,5:1 Atık gaz oranı (μ) %21 Enjekte su katsayısı (w) [kmol su/kmol yakıt] 40 Çevrim çözümünde kullanılan yanma denklemleri dört ve altı zamanlı motorlar için sırası ile aşağıdaki gibidir. (3.62) (3.63) Çevrim analizi için gerekli hesaplama yöntemi bölüm 3 te ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Bununla birlikte dört ve altı zamanlı motor çevrimine ait kritik noktalar Şekil 3.5 te gösterilmiştir (Bkz. Şekil 3.5). Kritik nokltalara ait basınç ve sıcaklık değerleri termodinamik birinci yasaya göre hesaplanmıştır. Hesaplanan bu kritik noktalar için Çizelge 4.4 teki gibidir.

169 145 Çizelge 4.4. Çevrimlerdeki kritik noktalar için hesaplanan değerler Kritik Nokta Altı zamanlı motor çevrimi p (kpa) V (cm 3 ) T (K) n (μmol) Dört zamanlı motor çevrimi p (kpa) V (cm 3 ) T (K) , , n (μmol) , , , , , , , , , , , , , , , Motor temel performans parametreleri olan moment, güç ve özgül yakıt tüketiminin referans olarak kabul edilen motorun maksimum gücü elde ettiği motor hızına (3600 min -1 ) göre değerleri Çizelge 4.5 teki gibidir. Çizelge 4.5. Temel motor parametreleri değerleri Çevrim p mi (kpa) P i (kw) M i (Nm) öyt (g/kwh) m y (kg/h) 4 zamanlı ,37 33,01 174,35 1,808 6 zamanlı 863 7,76 24,70 155,14 1,204 Analiz neticesinde elde edilen sonuçlar Örnek bir motor için yapılan hesaplamalarda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Teorik olarak dört zamanlı motor çevrimini altı zamanlı motor çevrimine dönüştürülmesiyle birlikte; Çevrimde elde edilen maksimum sıcaklık %5 azalmıştır. Bir çevrimde elde edilen net iş ve ısıl verimi %11 artmıştır. Yakıt tüketimi %33 azalmıştır. Güç %25 azalmıştır.

170 ln(p{kpa}) ln(t{k}) ln(p{kpa}) ln(t{k}) 146 Özgül yakıt tüketimi %11 azalmıştır. Çevrimde su enjeksiyonu için yakıtın kütlesinin 6,38 katı kadar su kullanılmıştır. Bununla birlikte çevrimler için kullanılan idealleştirilmiş modeller yalnızca iki çevrimin karşılaştırılması için kurgulandığından dolayı burada elde edilen sonuçlar çözümdeki başlangıç ve sınır şartlara göre farklılık gösterebilmektedir. Buradaki temel amaç iki motor çevrimi arasında yüzeysel bir karşılaştırma yapmak olduğundan dolayı çevrim başlangıcında belirlenen kabuller ve sınır şartlar oldukça genelleştirilmiş ifadelerdir. Şekil 4.8 de dört ve altı zamanlı motor çevrimlerine ait, krank açısına bağlı, silindir için basıncı ve sıcaklığı değişimi gösterilmiştir. Burada su enjeksiyonu ile birlikte çevrimde meydana gelen ek iş alanı Şekil 4.8 (b) de görülmektedir Basınç Sıcaklık 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5, Krank Açısı (o) 8,5 a ,5 7 6,5 6 5, Krank Açısı (o) b Şekil 4.8. Krank açısına bağlı olarak silindir içi basınç ve sıcaklık değişimi (a. Dört zamanlı motor ve b. Altı zamanlı motor)

171 Ön Deney Sonuçları Asıl deneyler öncesinde ön deneyler yapılmıştır. Dört zamanlı motorun su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımlı motora dönüşümü yapılmadan önce ve dönüşüm yapıldıktan sonra gerçekleştirilen ön testlerde motorun ilk çalışması, düzenli çalışması, sesi, maksimum hızı gibi durumlar incelenmiştir. Altı zamanlı motor su enjeksiyonsuz olarak çalıştırılmıştır. Ön deneylerde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. İlk çalıştırma esnasında altı zamanlı motor, dört zamanlı motora göre biraz daha zor çalıştırılmıştır. Bunun başlıca nedeni motorun orijinal halinde kam mili üzerinde ilk çalıştırmada kompresyon oluşumunu azaltan egzoz dekompresyon sistemi bulunmasına rağmen, altı zamanlı motora dönüşümde egzoz dekompresyon sistemi kullanılmadığından dolayı olduğu düşünülmektedir. Altı zamanlı motor, dört zamanlı motora göre biraz daha sesli çalışmaktadır. Bunun başlıca nedeni dört zamanlı motorun altı zamanlı motora dönüşümünde, orijinal halde helis dişli olan krank-kam dişlilerinin üretim ve montaj kolaylığı nedeniyle düz dişli olarak üretilmesinden dolayı olduğu düşünülmektedir. Altı zamanlı motor rölanti hızında (1400 min -1 ) çok kısa bir süre düzensiz olarak çalışmakta ve daha sonra durmaktadır. Rölanti hızı her ne kadar karbüratör üzerinden ayarlanmaya çalışılsa da bu ayar sınırlı motor hızları için yapılabildiğinden dolayı yine de motor rölantide çalıştırılamamıştır. Motorun kendi kendine yüksüz olarak çalıştırılabilmesi için gaz kelebeğinin bir miktar açılması gerekmektedir. Bu durumda çalışan motor için hava fazlalık katsayısı ölçüldüğünde rölanti hızında aşırı zengin karışım oluştuğu (HFK=0,5~0,6) belirlenmiştir. Gaz kelebeği açıklığı değiştirildiğinde karışım ilk durumuna göre bir miktar fakirleşse de HFK değeri 0,7 nin üzerine çıkmamıştır. HFK değerinin stokiyometrik değere yakınlaştırılarak karışımın fakirleştirilmesi için karbüratör ana memesi üzerinden karışım oranı yapılmaya çalışılmış ancak yine de kayda değer bir değişiklik meydana gelmemiştir. Zengin karışım nedeniyle buji sürekli ıslandığından dolayı motor herhangi bir gaz kelebeği açıklığında uzun süre çalıştırılamamıştır. Motorun emme hattında herhangi bir değişim yapılmamasına rağmen, çalışma esnasında silindir içerisine girmeye çalışan karışım, silindir içerisine girmeden önce dört zamanlı motora göre daha fazla beklemekte, başka bir ifade ile sabit motor hızında emme supabı altı zamanlı motorda birim zamanda daha az sayıda açıldığından dolayı emme hattındaki akış bozulmaktadır. Motorun

172 148 karbüratörü dört zamanlı motorun akış karakteristiğine göre tasarlandığından dolayı motor, altı zamanlı olarak çalıştırılmak istendiğinde karışım her zaman aşırı zengin olmuştur. Bu durumdan dolayı motorda basit bir LPG dönüşümü yapılmış ve bu şekilde, HFK=1,0 değerine ayarlanarak motor çalıştırılmıştır. Ancak motor rölantide yine istenilen şeklide çalışmamıştır. Bunun başlıca nedeni dönüşüm nedeniyle açısal süresi uzayan motor çevrimi (720 o KA dan 1080 o KA ya) nedeniyle, motorun ÜÖN yi rahat olarak atlayamaması olduğu düşünülmektedir. Motorun yüksüz durumdaki maksimum hızları karşılaştırıldığında dört zamanlı motor 3850 min -1 (ve üstü) motor hızına rahatlıkla ulaşmasına rağmen altı zamanlı motor min -1 motor hızının üzerine çıkamamıştır. Bunun başlıca nedeni üst ölü noktayı rahat olarak atlayamaması ve motor üzerinde yapılan yapısal değişikliklerin olumsuz etkisi olduğu düşünülmektedir. Altı zamanlı motor dört zamanlı motora göre biraz daha sarsıntılı çalışmaktadır. Bunun başlıca nedeni üst ölü noktayı rahat olarak atlayamaması ve motor üzerinde yapılan yapısal değişikliklerin olumsuz etkisi olduğu düşünülmektedir. Motor soğuk iken tam yükte 2000 min -1 motor hızından yukarıya çıkamamaktadır. Bununla birlikte motor geç hızlanmakta ve gaz kelebeği konumu değişikliğine geç tepki vermektedir. Bunun başlıca nedeni, yapısal değişiklikler nedeniyle meydana gelen kayıplar ve uygun olmayan volan ağırlığı olduğu düşünülmektedir. Ön testlerde elde edilen sonuçların ardından deneyler öncelikle altı zamanlı motor için daha sonra dört zamanlı motor için yapılmıştır Altı Zamanlı Motorda Su Enjeksiyonu Deneyleri ve Etkileri Bu bölümde dört ve altı zamanlı motor için performans ve emisyon deney sonuçları sunulmuştur. Deneyler dört ve altı zamanlı motor için yapılmıştır. Yapılan deneylerde altı zamanlı motor için su enjeksiyon parametreleri incelenmiştir. Altı zamanlı motor için su enjeksiyon parametreleri incelenirken altı zamanlı motor su enjeksiyonsuz olarak çalıştırılmış ve daha sonra su enjeksiyon parametreleri değiştirilerek performans ve emisyon değişimi incelenmiştir. Altı zamanlı motor önce su enjeksiyonsuz olarak HFK=1,0 sabit hava fazlalık katsayısı değerlerinde çalıştırılarak tam yük hız deneyleri ve egzoz emisyon ölçümleri yapılmıştır. Daha sonra su enjeksiyon parametreleri değiştirilerek deneyler tekrar edilmiştir.

173 Fren Momenti (Nm) Fren performans sonuçları Altı zamanlı motor ile yapılan deneylerde tam yükte motor hızına bağlı olarak değişen moment, güç, yakıt tüketimi, su tüketimi, özgül yakıt tüketimi, ısıl verim, mekanik verim ve hacimsel verim değişim parametreleri elde edilmiştir. Su enjeksiyonsuz olarak elde edilen verilerden sonra motor su enjeksiyonlu olarak çalıştırılarak ölçüm yapılan her motor hızı ( min -1 arası) için su enjeksiyon miktarı, avansı ve sıcaklığına bağlı olarak değişimler incelenmiş ve su enjeksiyonsuz olarak elde edilen veriler ile karşılaştırılmıştır. Su sıcaklığı kademeli olarak değiştirilmesine rağmen motor performansında kayda değer herhangi bir değişiklik meydana gelmemiştir. Motor normal çalışma sıcaklığına geldiğinde silindir kapağı ve bununla birlikte enjektör ısınmaktadır. Bu nedenle enjeksiyon öncesi su soğuk da olsa, su enjektörde beklediğinden dolayı ısınmakta ve su silindire yaklaşık gövde sıcaklığında enjekte edilmektedir. Su enjeksiyon miktarının ve avansının fren momentine etkisi Su enjeksiyon miktarı ve avansına bağlı olarak sabit motor hızındaki fren momenti değişimlerinin incelenebilmesi için 6 farklı motor hızı için 4 farklı su basıncı ve 3 farklı su enjeksiyon avansı kullanılmıştır. Altı zamanlı motor önce su enjeksiyonsuz olarak çalıştırılarak moment, hava tüketimi ve yakıt tüketimi ve emisyon ölçümleri yapılmıştır. Fren momentinin hesaplanması için Eş kullanılmıştır. 3,5 3 2,5 2 n=2250 min -1 Su Enj. Yok 2,42 Nm ÜÖN'den önce ÜÖN'de ÜÖN'den sonra 1, Su Enjeksiyonu (mg/çev) Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi

174 Fren Momenti (Nm) 150 Şekil 4.9 da 2250 min -1 motor hızı için su enjeksiyon parametresinin fren momentine etkisi incelenmiştir min -1 motor hızı için, bir çevrimdeki su enjeksiyon miktarı arttıkça fren momenti azalmış, hatta su enjeksiyonsuz olarak elde edilen fren momentinden daha düşük bir fren momenti elde edilmiş ve motor kararsız çalışmıştır. Bununla birlikte bu motor hızında su enjeksiyon avansının çok belirgin bir etkisinin olmadığı gözlenmiştir (Bkz. Şekil 4.9). 4,5 4,3 4,1 3,9 3,7 3,5 3,3 3,1 2,9 2,7 2, Su Enjeksiyonu (mg/çev) n=2500 min -1 Su Enj. Yok 3,85 Nm ÜÖN'den önce ÜÖN'de ÜÖN'den sonra Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Şekil 4.10 da 2500 min -1 motor hızı için su enjeksiyon parametresinin fren momentine etkisi incelenmiştir min -1 motor hızında da, 2250 min -1 motor hızında olduğu gibi bir çevrimdeki su enjeksiyon miktarı arttıkça fren momenti azalmıştır. Düşük su enjeksiyonunda enjeksiyonun ÜÖN veya ÜÖN sonrasında bitirilmesi motor performansı bakımından avantaj sağladığı gözlenmiştir ve 2500 min -1 motor hızında motor kararsız çalıştığından dolayı fren momenti, su enjeksiyonu miktarı değişiminde olumsuz yönde etkilenmektedir. Ayrıca bu motor hızlarında fren momentinin artması için az miktarda su enjekte edilebildiğinden dolayı egzoz ısısı geri kazanımının motor performansına etkisi de az olmaktadır. Bu nedenle bu motor hızlarında motor su enjeksiyonsuz olarak da çalıştırılabilir durumdadır (Bkz. Şekil 4.9 ve Şekil 4.10).

175 Fren Momenti (Nm) Fren Momenti (Nm) 151 4,4 4,2 ÜÖN'den önce ÜÖN'de ÜÖN'den sonra 4 3,8 3,6 n=2750 min -1 Su Enj. Yok 3,78 Nm 3,4 3, Su Enjeksiyonu (mg/çev) Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Şekil 4.11 de 2750 min -1 motor hızı için su enjeksiyon parametresinin fren momentine etkisi incelenmiştir min -1 motor hızında belirli bir su enjeksiyonuna kadar fren momenti artmış ve daha sonra tekrar azalmıştır. Bu motor hızında su enjeksiyonunun ÜÖN de tamamlanması motor performansı bakımından avantaj sağlamıştır. Su enjeksiyonu ile birlikte fren momentinin arttığı bölge egzoz ısısı geri kazanımının etkin bir biçimde gerçekleştiğini göstermektedir. En iyi performans artışı bu motor hızında meydana gelmiştir. 4,4 4,2 ÜÖN'den önce ÜÖN'de ÜÖN'den sonra 4 3,8 3,6 n=3000 min -1 Su Enj. Yok 3,63 Nm 3,4 3, Su Enjeksiyonu (mg/çev) Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi

176 Fren Momenti (Nm) 152 Şekil 4.12 de 3000 min -1 motor hızı için su enjeksiyon parametresinin fren momentine etkisi incelenmiştir (Bkz. Şekil 4.12) min -1 motor hızında düşük su enjeksiyonu için enjeksiyon avansının etkisi belirgin değildir. Ancak su enjeksiyonu artırıldığında enjeksiyonun ÜÖN de bitmesinin motor performansına olumlu etkisinin olduğu görülmüştür. Bir çevrimdeki en yüksek miktarda su enjeksiyonu bu motor hızında yapılabilmiştir. 3,9 3,8 ÜÖN'den önce ÜÖN'de ÜÖN'den sonra 3,7 3,6 3,5 n=3250 min -1 Su Enj. Yok 3,52 Nm 3,4 3, Su Enjeksiyonu (mg/çev) Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Şekil 4.13 te 3250 min -1 motor hızı için su enjeksiyon parametresinin fren momentine etkisi incelenmiştir min -1 motor hızında düşük su enjeksiyonunda enjeksiyon avansının etkisi belirgin değildir. Bununla birlikte 3250 min -1 motor hızında, 3000 min -1 motor hızında çevrim başına enjekte edilen su miktarından daha az miktarda su enjekte edildiğinde motor performansında belirgin artış olmuştur. Su enjeksiyonunun ÜÖN de sonlandırılmasının motor performansına olumlu etkisi olduğu görülmüştür. Şekil 4.14 te 3500 min -1 motor hızı için su enjeksiyon parametresinin fren momentine etkisi incelenmiştir (Bkz. Şekil 4.14) min -1 motor hızında yalnızca düşük su enjeksiyonunda motor performansında artış görülmüştür. Su enjeksiyonu artırıldıkça, motorun su enjeksiyonsuz olarak çalıştırıldığında elde edilen fren momentinden daha kötü bir değer elde edilmiş, motor performansı düşmüş ve motorda kararsız çalışma gözlenmiştir. Ayrıca 3500 min -1 motor hızında da 2250 ve 2500 min -1 motor hızlarında olduğu gibi, fren momentinin artması için az miktarda su enjekte edilebildiğinden dolayı

177 Su Enj. Avansı (KA) Fren Momenti (Nm) 153 egzoz ısısı geri kazanımının motor performansına etkisi de az olmaktadır. Bu nedenle 3250 min -1 motor hızında da motor su enjeksiyonsuz olarak da çalıştırılabilir durumdadır. 2,6 2,4 2,2 2 1,8 n=3500 min -1 Su Enj. Yok 2,2 Nm ÜÖN'den önce ÜÖN'de ÜÖN'den sonra 1,6 1, Su Enjeksiyonu (mg/çev) Şekil min -1 motor hızı için su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Belirli bir su enjeksiyon miktarından sonra fren momentindeki azalmanın enjeksiyon sonrası silindir içi sıcaklığının aşırı düşmesi ve bu nedenle nitelikli bir egzoz ısısı geri kazanımı sürecinin gerçekleşmemesi olduğu düşünülmektedir Enj. Bitişi 0 Enj. Başlangıcı Motor Hızı (1/min) Şekil En iyi performans için su enjeksiyon zamanlaması Motor hızına bağlı su enjeksiyon zamanlaması Şekil 4.15 te görüldüğü gibi olmuştur. Burada negatif krank açısı değerleri ÜÖN öncesini ve pozitif krank açısı değerleri ise ÜÖN sonrasını ifade etmektedir. Şekil 4.15 incelendiğinde motor hızı arttıkça enjeksiyon avansında da artış eğilimi gözlenmektedir.

178 Fren Momenti (Nm) 154 Su enjeksiyon parametrelerinin incelendiği deneylerde en yüksek momentin elde edildiği su basıncı (miktar olarak değerlendirilmiştir) ve enjeksiyon bitiş noktası (avans olarak değerlendirilmiştir) Çizelge 4.6 da görüldüğü gibi belirlenmiştir. Çizelge 4.6. En iyi momentin elde edildiği su basıncı ve avans değerleri Motor hızı Su basıncı En iyi avans Enjeksiyon Aralığı ( o KA) (min -1 ) (bar) (enjeksiyon bitişi) Başlangıç Bitiş ÜÖN den sonra 3,0 13, ÜÖN den sonra 3,9 14, ÜÖN de -19,8 0, ÜÖN de -21,6 0, ÜÖN de -22,5 0, ÜÖN den önce -38,4-13,2 Su enjeksiyonunun motor performansına etkisi Bu bölümde Çizelge 4.6 da belirtilen şartlara göre çalıştırılan su enjeksiyonlu motor performans verileri, su enjeksiyonsuz olarak çalıştırılan motor performans verileri ile karşılaştırılmıştır. 5 4 Su Enj. Yok Su Enj. Var Motor Hızı (1/min) Şekil Su enjeksiyonunun fren momentine etkisi Şekil 4.16 da, motor hızına bağlı fren momenti incelendiğinde su enjeksiyon ile birlikte su enjeksiyonsuz çalışmaya göre ortalama %12,27 artış meydana gelmiştir. En yüksek fren momenti su enjeksiyonsuz motorda 2500 min -1 motor hızında gerçekleşirken su

179 Moment Artışı (%) Su Tüketimi (mg/çev) Su Tüketimi (g/min) enjeksiyonlu motorda 2750 min -1 motor hızında meydana gelmiştir. 2500~3250 min -1 motor hızı aralığında motor su enjeksiyonsuz ve su enjeksiyonlu olarak kararlı çalışmıştır ve su enjeksiyonunun fren momentine etkisi daha net gözlenmiştir ve 3500 min -1 motor hızlarında su enjeksiyonunun fren momentine etkisi, diğer motor hızlarına göre daha az olduğu görülmüştür. 155 En iyi fren momenti motor su enjeksiyonsuz çalıştırıldığında 2500 min -1 motor hızında elde edilirken su enjeksiyonu ile birlikte en iyi fren momenti 2750 min -1 motor hızında elde edilmesinin başlıca nedeni bir çevrimde enjekte edilebilen su miktarının 2750 min -1 motor hızında 2500 min -1 motor hızına göre bir miktar daha fazla olmasıdır. Fren momentindeki yüzde artış, motora enjekte edilen su miktarı ile paralellik göstermektedir. Şekil 4.17 de görüldüğü gibi motor hızı arttıkça su tüketimi önce artmakta ve daha sonra azalmaktadır. Bununla birlikte moment artışı da su tüketimiyle aynı eğilimde değişmektedir. Su tüketiminin fazla olduğu motor hızlarında egzoz ısısı geri kazanımı daha etkin yapıldığından dolayı moment artışı da fazla olmaktadır Su tüketimi Motor Hızı (1/min) Su tüketimi Motor Hızı (1/min) Moment artışı (%) Motor Hızı (1/min) Şekil Fren momentindeki yüzde değişimin su enjeksiyon miktarı ile ilişkisi

180 Fren Gücü (kw) 156 Fren gücünün hesaplanması için Eş kullanılmıştır. Motor su enjeksiyonsuz çalıştırıldığında maksimum güç 3250 min -1 motor hızında elde edilirken su enjeksiyonu ile birlikte 3000 min -1 motor hızında elde edilmiştir. Bununla birlikte 3000 min -1 motor hızında bir çevrimde maksimum su enjeksiyonu (12,28 mg/çev) ve maksimum moment (veya güç) artışı (%19) olmuştur. Şekil 4.18 de motor hızına bağlı olarak fren gücündeki değişim görülmektedir. 1,6 1,2 Su Enj. Yok Su Enj. Var 0,8 0, Motor Hızı (1/min) Şekil Su enjeksiyonunun fren gücüne etkisi Şekil 4.19 da motor hızına bağlı olarak yakıt tüketimindeki değişim incelenmiştir. Yakıt tüketimi hesabı için Eş kullanılmıştır. Su enjeksiyonu ile birlikte fren momenti ve gücünde artış yaşansa da bununla birlikte yakıt tüketiminde de ortalama %2,02 lik bir artış meydana gelmiştir. Motor sürekli stokiyometrik oranda (HFK=1) çalıştırıldığından dolayı bu yakıt tüketimindeki artışın, su enjeksiyonu ile birlikte yanma odasının bir miktar soğuması etkisi ile hacimsel verimdeki artıştan kaynaklandığı başka bir ifade ile HFK=1 sabit olduğundan dolayı yakıt tüketimindeki artışın hacimsel verimdeki artışla (%2,02) paralellik gösterdiği söylenebilir.

181 Hacimsel Verim (%) Yakıt Tüketimi (g/min) Su Enj. Yok Su Enj. Var Motor Hızı (1/min) Şekil Su enjeksiyonunun yakıt tüketimine etkisi Şekil 4.20 de su enjeksiyonu ile birlikte silindir içi sıcaklığı azaldığından dolayı hacimsel verim artmıştır. Hacimsel verim hesabında Eş ve Eş kulllanılmıştır. Bu durum Şekil 4.19 da gösterilen yakıt tüketimindeki artışı destekleyici nitelikte bir sonuçtur. Bununla birlikte Şekil 4.20 de yüksek motor hızlarında su enjeksiyonu etkisiyle hacimsel verimdeki artış, düşük motor hızlarındaki hacimsel verim artışından daha düşük gerçekleşmiştir. Yüksek motor hızlarında su tüketimi de azaldığından dolayı böyle bir sonucun meydana geldiği düşünülmektedir Su Enj. Yok Su Enj. Var Motor Hızı (1/min) Şekil Su enjeksiyonunun hacimsel verime etkisi Şekil 4.21 de su/yakıt oranının motor hızına bağlı değişimi incelenmiştir ve su/yakıt oranı maksimum moment ile maksimum gücün elde edildiği motor hızı aralığında en yüksek

182 Su/yakıt (kütlesel) 158 olmuştur. Başka bir ifade ile su/yakıt oranı yükseldikçe motor performans artışı daha yüksek olduğundan dolayı, su/yakıt oranı artışının egzoz ısısı geri kazanımı etkinliği ile doğrudan ilişkili olduğu düşünülmektedir. 1,2 1 0,8 0, Motor Hızı (1/min) Şekil En iyi performans için motor hızına bağlı su-yakıt oranı Şekil 4.22 de motor hızına bağlı olarak ısıl verimdeki değişim incelenmiştir. Isıl verim hesabı için Eş kullanılmıştır. Su enjeksiyonu ile birlikte motorun ısıl verimindeki artış yaklaşık %10,10 olmuştur. Isıl verimdeki artış maksimum moment ve maksimum gücün elde edildiği motor hızlarında daha fazla (yaklaşık %15,43) olmuştur. Başka bir ifade ile motordaki su tüketimi arttığında motor performans artışı daha fazla olmakta, bununla birlikte egzoz ısısı geri kazanımı daha etkin gerçekleşmekte ve sonuç olarak ısıl verimdeki artış daha fazla olmaktadır. Isıl verim artış eğilimi su tüketimi ile paralellik göstermektedir.

183 Özgül Yakıt Tüketimi (g/kwh) Isıl Verim (%) Su Enj. Yok Su Enj. Var Motor Hızı (1/min) Şekil Su enjeksiyonunun ısıl verime etkisi Isıl verimin başka bir ifadesi de özgül yakıt tüketimidir. Özgül yakıt tüketimi için Eş kullanılmıştır. Şekil 4.23 te motor hızına bağlı olarak özgül yakıt tüketimi incelenmiştir. Su enjeksiyonu ile birlikte hacimsel verimdeki artış etkisiyle yakıt tüketimi bir miktar artsa da birim güç için harcanan yakıt miktarı su enjeksiyonu etkisiyle ortalama %8,87 azalmıştır. Bu azalma maksimum moment ve maksimum gücün elde edildiği motor hızlarında ortalama %13,36 olmuştur. Yine aynı şekilde özgül yakıt tüketimindeki azalma miktarı su tüketimi ile birlikte paralellik göstermektedir Su Enj. Yok Su Enj. Var Motor Hızı (1/min) Şekil Su enjeksiyonunun özgül yakıt tüketimine etkisi

184 CO (Hacimsel %) Egzoz emisyon sonuçları Şekil 4.24 te eksik yanma ürünü olan CO emisyonunun motor hızına bağlı değişimi incelenmiştir. CO emisyonu düşük motor hızlarından maksimum gücün elde edildiği motor hızına (3000 min -1 ) kadar su enjeksiyonu ile birlikte ortalama %21,97 azalmıştır. Bununla birlikte bu motor hızı aralığında su enjeksiyonu miktarı da motor hızına bağlı olarak artmıştır min -1 den daha yüksek motor hızlarında su enjeksiyonu ile birlikte CO emisyonunda artış meydana gelmiştir. 4 3 Su Enj. Yok Su Enj. Var Motor Hızı (1/min) Şekil Motor hızına bağlı CO emisyonunun değişimi Şekil 4.24 te 2250 min -1 motor hızından maksimum gücün elde edildiği 3000 min -1 motor hızına kadar olan aralıkta su enjeksiyonunun artmasıyla birlikte CO emisyonundaki düşüş de fazla olmaktadır. Bu motor hızına kadar su enjeksiyonunun CO emisyonun üzerinde olumlu etkisi olduğu söylenebilmektedir. Ancak 3000 min -1 den daha yüksek motor hızlarında su enjeksiyonu ile birlikte CO emisyonu olumsuz etkilenerek artmaktadır. Bu durum Şekil 4.16 da 3000 min-1 motor hızı sonrasında su enjeksiyonu ile birlikte fren momentindeki değişimin azalmasıyla, Şekil 4.17 de su tüketiminin yine bu motor hızından sonra azalmasıyla ve Şekil 4.22 de bu motor hızından sonra ısıl verimin ani olarak azalmasıyla da paralellik göstermektedir.

185 NO (Hacimsel ppm) HC (Hacimsel ppm) Su Enj. Yok Su Enj. Var Motor Hızı (1/min) Şekil Motor hızına bağlı HC emisyonunun değişimi CO emisyonu gibi eksik yanma ürünü olan HC emisyonu da Şekil 4.25 te gösterildiği gibi, su enjeksiyonu ile birlikte 3000 min -1 motor hızına kadar ortalama %18,23 azalmış ve bu motor hızından sonra artmıştır min -1 motor hızından sonra Şekil 4.22 de de görüldüğü gibi ısıl verim ani olarak azalmaktadır. Bununla birlikte su tüketimi yine bu motor hızından sonra hızla azalmakta ve motor kararsız çalışmaktadır Su Enj. Yok Su Enj. Var Motor Hızı (1/min) Şekil Motor hızına bağlı NO emisyonunun değişimi Hava içerisinde bulunan N 2 nin normal şartlarda tepkimeye girmeden yanma sonrasında N 2 olarak çıkması istenmektedir. Ancak silindir içerisinde oluşan yüksek sıcaklık etkisiyle N 2, O 2 ile tepkimeye girerek NO x emisyonlarını oluşturmaktadır. CO ve HC emisyonlarında olduğu gibi su enjeksiyonu ile birlikte silindir içi sıcaklığı azaldığından dolayı Şekil

186 CO (Hacimsel %) da da gösterildiği gibi NO emisyonu da azalmıştır. NO emisyonundaki azalma miktarı su tüketimi ile ters orantılıdır. Başka bir ifade ile su tüketimi arttıkça NO emisyonu aynı oranda azaldığı gözlenmiştir. Su enjeksiyon miktarının egzoz emisyonlarına etkisi Su enjeksiyon miktarı ve zamanlamasının egzoz emisyonlarına etkilerinin incelenebilmesi için maksimum momentin elde edildiği 2750 min -1 motor hızına ait su enjeksiyon parametreleri kullanılmıştır min -1 için su enjeksiyonuna bağlı olarak egzoz emisyonları değişimi aşağıdaki gibidir. Şekil 4.27, Şekil 4.28 ve Şekil 4.29 da gösterilen işareti motorun en yüksek momentin elde edildiği su enjeksiyonunu ifade etmektedir. 1,5 1 0, Su tüketimi (g/min) Şekil min -1 motor hızında su enjeksiyonuna bağlı CO değişimi Şekil 4.27 de CO emisyonunun su enjeksiyonuna (su tüketimine) bağlı değişimi incelendiğinde sabit motor hızı için su enjeksiyonu arttıkça CO emisyonunun arttığı gözlenmiştir. En iyi motor performansı için seçilen su enjeksiyonunda diğer su enjeksiyon miktarlarına kıyasla oldukça düşük CO emisyonu sağlanmıştır. Belirli bir su enjeksiyonu miktarı sonrasında CO emisyonunun artış sebebinin, yüksek su tüketimi ile birlikte silindir içi sıcaklığı aşırı olarak azaldığından dolayı bir sonraki çevrimde yanmanın kötüleşmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir.

187 NO (Hacimsel ppm) HC (Hacimsel ppm) Su tüketimi (g/min) Şekil min -1 motor hızında su enjeksiyonuna bağlı HC değişimi Şekil 4.28 de HC emisyonunun su tüketimine bağlı değişimi görülmektedir. CO emisyonunda olduğu gibi su tüketimi arttıkça HC emisyonunda artış yaşanmaktadır. Belirli bir su enjeksiyonu miktarı sonrasında HC emisyonunun artış sebebinin, CO emisyonunu artış sebebiyle aynı olduğu, yüksek su tüketimi ile birlikte silindir içi sıcaklığı aşırı olarak azaldığından dolayı bir sonraki çevrimde yanmanın kötüleşmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir Su tüketimi (g/min) Şekil min -1 motor hızında su enjeksiyonuna bağlı NO değişimi Şekil 4.29 da su enjeksiyon tüketimine bağlı olarak NO emisyonu değişimi görülmektedir. NO emisyonu silindir içi sıcaklığına bağlı olarak değiştiğinden dolayı, en iyi motor performansının elde edildiği su tüketiminde bu değer maksimum değerde olmaktadır. Su

188 CO (Hacimsel %) 164 tüketiminin artmasıyla birlikte silindir içi sıcaklığı da hızla düştüğünden dolayı NO emisyonunda da azalma eğiliminin olduğu gözlenmektedir. Su enjeksiyonunun egzoz emisyonlarına etkisinin incelenmesinin ardından en iyi motor performansının elde edildiği su tüketimi için su enjeksiyon zamanlamasının egzoz emisyonlarına etkileri de incelenmiştir. Su enjeksiyon zamanlamasının (avansının) egzoz emisyonlarına etkisi 2750 min -1 için su enjeksiyon zamanlamasına bağlı olarak egzoz emisyonları değişimi aşağıdaki gibidir. Şekil 4.30, Şekil 4.31 ve Şekil 4.32 de gösterilen işareti motorun en yüksek motor momentinin elde edildiği su enjeksiyon avansını (enjeksiyon bitimi ÜÖN da olduğu durumu) ifade etmektedir. Şekil 4.30 da CO emisyonunun su enjeksiyon avansına bağlı değişimi gösterilmektedir. Su enjeksiyonu ÜÖN öncesine kaydırıldıkça CO emisyonunda artış meydana gelmektedir. Enjeksiyonun ÜÖN öncesine doğru kaydırılmasıyla birlikte, halen egzoz gazlarının sıkıştırılma süreci devam ederken su enjeksiyonu yapıldığından dolayı egzoz gazları yeteri kadar enerjilendirilmeden egzoz ısısı geri kazanımı yapılmaya çalışıldığında silindir içi sıcaklığının aşırı düştüğü ve sonraki çevrimde yanmanın kötüleştiği düşünülmektedir. Su enjeksiyonunun ÜÖN öncesine doğru kaydırılmasıyla birlikte motor performansının da düşmesi CO emisyonunun artışı ile paralellik göstermektedir. 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 {-34,8}»{-15,0} {-19,8}»{0,0} {4,8}»{15,8} {Enjeksiyon Başlangıcı (KrA)}»{Enjeksiyon Bitişi (KrA)} Şekil min -1 motor hızında su enjeksiyon avansına bağlı CO değişimi

189 NO (Hacimsel ppm) HC (Hacimsel ppm) 165 Şekil 4.31 de HC emisyonunun su enjeksiyon avansına bağlı değişimi gösterilmektedir. HC emisyonunda su enjeksiyon avansı ÜÖN yakınlarında olduğu zaman en iyi motor performansı sağlanmaktadır. Su enjeksiyon avansı ÜÖN öncesi veya sonrasına kaydırıldığı zaman emisyonda artış meydana gelmektedir {-34,8}»{-15,0} {-19,8}»{0,0} {4,8}»{15,8} {Enjeksiyon Başlangıcı (KrA)}»{Enjeksiyon Bitişi (KrA)} Şekil min -1 motor hızında su enjeksiyon avansına bağlı HC değişimi Şekil 4.31 de NO emisyonunun su enjeksiyon avansına bağlı değişimi gösterilmektedir. En iyi su enjeksiyon zamanlaması ÜÖN den uzaklaştırıldığında NO emisyonu artmaktadır {-34,8}»{-15,0} {-19,8}»{0,0} {4,8}»{15,8} {Enjeksiyon Başlangıcı (KrA)}»{Enjeksiyon Bitişi (KrA)} Şekil min -1 motor hızında su enjeksiyon avansına bağlı NO değişimi Enjeksiyon avansının ÜÖN sonrasına kaydırılmasıyla NO emisyonunun azalmasıyla birlikte motor performansında da azalma meydana gelmektedir. Başka bir ifade ile

190 Özgül Y. Tük. (g/kwh) Isıl Verim (%) Fren Momenti (Nm) Fren Gücü (kw) 166 enjeksiyon avansı ÜÖN sonrasına kaydırıldığında egzoz ısısı geri kazanımı etkin bir biçimde yapılamamaktadır. Şekil 4.30, Şekil 4.31 ve Şekil 4.32 genel olarak incelendiğinde su enjeksiyon avansının egzoz emisyonları üzerinde minör bir etkisi olduğu söylenebilir Dört Zamanlı Orijinal Motor ile Elde Edilen Deney Sonuçları Altı zamanlı motor ile elde edilen sonuçlar her ne kadar tam yükte yapılsa da orijinal emme hattı tasarımının altı zamanlı motor ile uyumlu olmamasından dolayı hacimsel verim ve buna bağlı olarak fren momenti oldukça düşük çıkmıştır. Motora ait katalog değerine göre altı zamanlı motor ile elde edilen performans parametreleri karşılaştırıldığında, hacimsel verim düşüklüğü nedeniyle, altı zamanlı motorun performansının oldukça düşük olduğu görülmüştür. Dört zamanlı motor ile yapılan deneyler iki aşamada gerçekleştirilmiştir. 17,1 Tam Yük 5,9 16,5 5,1 15,9 4,3 Tam Yük 15, Motor Hızı (1/min) 3, Motor Hızı (1/min) ,5 270 Tam Yük ,5 Tam Yük Motor Hızı (1/min) Motor Hızı (1/min) Şekil Dört zamanlı motorun tam yük performans parametreleri Birinci aşamada dört zamanlı motora ait tam yükteki performans karakteristikleri elde edilmiştir. Böylelikle aynı şartlarda çalışan dört ve altı zamanlı motor için hacimsel verim

191 Hacimsel Verim (%) 167 değerleri karşılaştırılmıştır. Dört zamanlı motora ait tam yük performans parametreleri Şekil 4.33 deki gibi elde edilmiştir. Deneylerde yakıt olarak LPG kullanılmıştır ve HFK=1 değerinde çalıştırılmıştır. Burada elde edilen değerler şekil 3.1 de gösterilen motor katalog değeri ile paralellik göstermiştir (Bkz. Şekil 3.1). Şekil 4.34 te dört ve altı zamanlı motora ait tam yükteki hacimsel verim değişimleri gösterilmiştir. Motorun tam gaz kelebeği açıklığındaki hacimsel verimler karşılaştırıldığında dört zamanlı motorun hacimsel verimi altı zamanlı motorun hacimsel verimine göre ortalama %35,22 daha fazla olduğu görülmüştür. Motor orijinal olarak dört zamanlı olarak çalıştığından dolayı emme ve egzoz sistemi de dört zamanlı motorun akış karakteristiğine göre tasarlanmıştır. Motorlarda gerçekleşen genel akış karakteristiği Şekil 3.43 te gösterilmektedir (Bkz. Şekil 3.43). Dört zamanlı motorun altı zamanlı motora dönüşümünde emme ve egzoz sistemi üzerinde herhangi bir değişiklik yapılmamıştır. Dört zamanlı motor her iki krank turunda bir kez taze dolgu içeriye alırken, altı zamanlı motor her üç krank turunda bir kez taze dolgu içeriye almaktadır. Altı zamanlı motorlarda silindir içerisine taze dolgunun alınma sıklığı azalsa da, belirli bir motor hızı için taze dolgunun silindir içerisine alınma süresi aynı kalmaktadır. Altı zamanlı motorlarda taze dolgu silindir içerisine alındıktan sonra dört zamanlı motorlara göre %50 daha fazla süre beklemekte ve bu fazla süre içerisinde akış karakteristiği bozulmaktadır. %73 %62 %51 6 Zamanlı Su Enj.lu 4 Zamanlı % Motor Hızı (1/min) Şekil Dört ve altı zamanlı motor için tam yükteki hacimsel verim değişimleri İkinci aşamada altı zamanlı motorun belirli bir hızdaki moment değeri oluşacak şekilde gaz kelebeği ve yakıt miktarı (λ EA =1 olması için) ayarlanarak yakıt tüketimi ve emisyon ölçümü yapılmıştır. Altı zamanlı motor ile aynı moment değerinde çalıştırılan dört zamanlı motor için hacimsel verim Şekil 4.35 deki gibi belirlenmiştir.

192 Hacimsel verim (%) zamanlı 6 zamanlı su enj.lu Motor Hızı (1/min) Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki hacimsel verim değişimleri Şekil 4.35 te dört zamanlı motor, altı zamanlı motorun moment değerine göre çalıştırılırken gaz kelebeği kısıldığı için dört zamanlı motorun hacimsel verimi altı zamanlı motorun hacimsel veriminden daha düşük olarak belirlenmiştir. Başka bir ifade ile dört zamanlı ve altı zamanlı motorda aynı moment değeri elde edilmek istendiğinde dört zamanlı motorda bir çevrim için daha az miktarda taze dolguya ihtiyaç vardır. Ancak burada dört ve altı zamanlı motorun çevrim oluşumu da dikkate alınması gerekmektedir. Dört zamanlı motor belirli bir motor momenti için altı zamanlı motora göre çevrim başına daha az miktarda taze dolguya ihtiyaç duymasına rağmen bu durum birim zamandaki taze dolgu kullanımı veya yakıt tüketimi olarak değerlendirildiğinde farklı bir sonuç ortaya çıkmaktadır. Şekil 4.36 da dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki yakıt tüketimi değişimi görülmektedir min -1 motor hızı aralığında dört zamanlı motorun yakıt tüketimi, altı zamanlı motorun yakıt tüketimine göre daha yüksek ölçülmüştür.. Aynı moment değerlerinin min -1 motor hızı aralığında, dört zamanlı motorda elde edilebilmesi için yakıt tüketimi altı zamanlı motora göre ortalama %9,69 artmıştır. Dört zamanlı motorda çevrim başına gerekli dolgu miktarı altı zamanlı motora göre daha az olmasına rağmen yakıt tüketimi altı zamanlı motora göre yüksek olması dört ve altı zamanlı motorun çevrim oluşumlarından kaynaklanmaktadır ve 3500 min -1 motor hızları için altı zamanlı motorda ani moment düşüşü meydana geldiğinden dolayı, aynı moment için yakıt tüketimi karşılaştırıldığında, bu motor hızlarında kararsız bir durum gözlenmiş ve yakıt tüketimi artmıştır.

193 Özgül Yakıt Tüketimi (g/kwh) Yakıt Tüketimi (g/min) zamanlı 6 zamanlı su enj.lu Motor Hızı (1/min) Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki yakıt tüketimi değişimleri Şekil 4.37 de aynı moment değeri için dört ve altı zamanlı motora ait özgül yakıt tüketimi değerleri incelendiğinde min -1 motor hızı aralığında dört zamanlı motorun özgül yakıt tüketiminde altı zamanlı motora göre ortalama %26,88 artış meydana gelmiştir. Her iki motor da aynı moment değerinde çalıştırıldıklarından dolayı yakıt tüketimi eğilimi ile özgül yakıt tüketimi eğilimleri aynı fakat zıt yönlü olmuştur zamanlı 6 zamanlı su enj.lu Motor Hızı (1/min) Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki özgül yakıt tüketimi değişimleri Şekil 4.38 de min -1 aralığındaki motor hızı için dört ve altı zamanlı motorların aynı moment değeri için ısıl verimleri incelendiğinde altı zamanlı motor veriminin dört zamanlı motora göre ortalama %7,55 arttığı görülmüştür.

194 Isıl verim (%) zamanlı 6 zamanlı su enj.lu Motor Hızı (1/min) Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki ısıl verim değişimleri Eğer motorlar aynı hacimsel verimde çalıştırılmış olsaydı dört zamanlı motorun yakıt tüketimi ve fren momenti (veya gücü) altı zamanlı motora göre daha fazla olurdu. Bu durum teorik hesaplamalarla da paralellik göstermektedir. Literatürde de belirtildiği gibi tek piston yaklaşımının kullanıldığı altı zamanlı motor çevrimlerindeki temel amaç güç artışı değil, ısıl verimin artırılmasıdır [9-12. Egzoz emisyon değerleri aynı moment eğrisinin elde edildiği şartlardaki dört ve altı zamanlı motor için karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Şekil 4.39 da aynı moment değeri için CO emisyonu incelendiğinde min -1 aralığındaki motor hızlarında dört zamanlı motorun CO emisyonu altı zamanlı motorun CO emisyonundan ortalama 2,17 kat daha fazla olduğu görülmüştür ve 3500 min -1 motor hızlarında ise altı zamanlı motorun CO emisyonu dört zamanlı motorun CO emisyonuna göre yüksek olduğu görülmüştür. Maksimum momentin ve maksimum gücün elde edildiği min-1 motor hızı aralığında altı zamanlı motorun CO emisyonunun minimum düzeyde olduğu görülmüştür. Dört ve altı zamanlı motorun farklı CO emisyonu eğilimi göstermesinin nedeninin altı zamanlı motor sabit gaz kelebeği açıklığında çalıştırılırken, dört zamanlı motorun, altı zamanlı motor ile elde edilen moment değerine göre değişken gaz kelebeği açıklığında çalışması olduğu düşünülmektedir.

195 HC (Hacimsel ppm) CO (Hacimsel %) Zamanlı 6 Zamanlı Su Enj.lu Motor Hızı (1/min) Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment eğrisindeki CO emisyonu değişimleri Şekil 4.40 ta aynı moment değeri için HC emisyonu incelendiğinde dört zamanlı motorun HC emisyonu altı zamanlı motorun HC emisyonundan daha düşük (ortalama 2,85 kat) olduğu görülmüştür Zamanlı 6 Zamanlı Su Enj.lu Motor Hızı (1/min) Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki HC emisyonu değişimleri Şekil 4.40 ta Su enjeksiyonsuz olarak çalıştırılan altı zamanlı motor, su enjeksiyonlu olarak çalıştırıldığında HC emisyonunun azaldığı görülmüştür. Ancak dört zamanlı motorun HC emisyonunun altı zamanlı motora göre belirgin bir değerde düşük olması motorların çalışma çevrimlerinden kaynaklanan bir durum olduğu görülmektedir. Altı zamanlı motorun düzenli çalıştığı min -1 motor hızı aralığı HC emisyonu

196 NO (Hacimsel ppm) 172 bakımından incelendiğinde dört zamanlı motorun HC emisyonu altı zamanlı motorun HC emisyonuna göre %69,8 daha az olduğu görülmüştür. NO emisyonu silindir içi ortalama sıcaklığı ile yakından ilişkili bir durumdur. Şekil 4.41 de dört zamanlı motor, altı zamanlı motordan elde edilen moment eğrisine göre çalıştırıldığından dolayı her motor hızı için ulaşılması gereken moment değerine göre farklı gaz kelebeği açıklığı ayarlanmıştır Zamanlı 6 Zamanlı Su Enj.lu Motor Hızı (1/min) Şekil Dört ve altı zamanlı motor için aynı moment değerindeki NO emisyonu değişimleri Şekil 4.41 de min -1 motor hızı aralığı için NO emisyonu incelendiğinde NO emisyonunun dört zamanlı motora göre ortalama %33 azaldığı görülmüştür. Başka bir ifade ile altı zamanlı motorun dört zamanlı motora göre daha düşük sıcaklıklarda çalıştığı, motorların NO emisyonu eğilimlerine bakılarak söylenebilir Sürtünme Momenti ve Mekanik Verim Motordan sürtünme ile kaybedilen enerjinin belirlenebilmesi için motor normal çalışma sıcaklığına (deneylerin yapıldığı sıcaklık aralığına) getirildikten sonra dinamometrenin motor özelliği kullanılarak deneylerin yapıldığı min -1 motor hızı aralığı için sürtünme momenti değeri ölçülmüştür. Buna göre sürtünme momenti için Şekil 4.42 elde edilmiştir. Dört ve altı zamanlı motor için sürtünme momenti yaklaşık aynı değerlerde belirlenmiştir.

197 Mekanik Verim (%) Sürtünme Momenti (Nm) zamanlı 4 zamanlı Motor Hızı (1/min) Şekil Sürtünme momentinin motor hızına bağlı değişimi Mekanik verim, fren momenti ve sürtünme momentinin fonksiyonudur. Dört zamanlı motor altı zamanlı motorun moment karakteristiğine göre çalıştırıldığından ve sürtünme momenti de her iki motorda da yaklaşık aynı elde edildiğinden dolayı motorlara ait mekanik verimler de yaklaşık aynı olmuştur. Şekil 4.43 te Motor hızına bağlı olarak mekanik verimin değişimi görülmektedir zamanlı 6 zamanlı su enj.lu Motor Hızı (1/min) Şekil Mekanik verimin motor hızına bağlı değişimi 4.7. Isı Balansı Sonuçları Bu bölümde sisteme giren yakıt enerjisinin, sistemden çıkarken oluşan dağılımı incelenmiştir. Burada fren gücü dinamometre yardımıyla belirlenmiştir. Egzoz yoluyla

198 Gövde Sıcaklığı (K) Egzoz Gazı Sıcaklığı (K) 174 atılan enerjinin hesaplanabilmesi için egzoz gazı sıcaklığı kullanılmıştır. Konveksiyon ve radyasyon yoluyla atılan enerjinin hesaplanması için ise gövde sıcaklığı kullanılmıştır zamanlı 4 zamanlı Motor Hızı (1/min) Şekil Egzoz gazı sıcaklığının motor hızına bağlı değişimi Şekil 4.44 te dört ve altı zamanlı motorun, motor hızına bağlı olarak egzoz gazı sıcaklığı değişimi görülmektedir. Dört zamanlı motorun egzoz gazı sıcaklığı, altı zamanlı motora göre ortalama %7 yüksek çıkmıştır. Başka bir ifade ile dört zamanlı motorun altı zamanlı motora dönüşümü ile birlikte egzoz gazı enerjiisi azalmıştır zamanlı 4 zamanlı Motor Hızı (1/min) Şekil Gövde sıcaklığının motor hızına bağlı değişimi

199 175 Şekil 4.45 te dört ve altı zamanlı motorun, motor hızına bağlı olarak gövde sıcaklığı değişimi görülmektedir. Dört zamanlı motorun altı zamanlı motora dönüşümü ile birlikte gövde sıcaklığı yaklaşık %4 azalmıştır. Egzoz yoluyla atılan enerjinin hesaplanabilmesi için gerekli gerçek yanma eşitlikleri emisyon ölçümüne göre yapılmıştır. Örnek olarak 2750 min -1 motor hızı için gerçek yanma eşitlikleri egzoz emisyon ölçümüyle birlikte Çizelge 4.7 deki gibi belirlenmiştir. Diğer motor hızları için gerçek yanma denklemleri EK-3 te verilmiştir (Bkz. EK-3). Çizelge min -1 motor hızı için gerçek yanma eşitlikleri Altı Zamanlı (Su Enj. Yok) Altı Zamanlı (Su Enj. Var) Dört zamanlı (aynı moment) En yüksek momentin elde edildiği 2750 min -1 motor hızı için dört zamanlı ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motor için ısı balansı (enerji dağılımı) Şekil 4.46 daki gibi elde edilmiştir. Diğer motor hızları için ilgili grafikler EK-4 te verilmiştir. Hesaplanamayan 23,40 21,81 Sürtünme 14,01 16,18 Soğutma 32,00 31,42 Egzoz 16,00 13,74 Fren (efektif) 4 zamanlı 14,59 16,85 6 zamanlı 2750 min Enerji Dağılımı (%) Şekil min -1 motor hızı için karşılaştırmalı ısı balansı

200 176 Şekil 4.46 incelendiğinde altı zamanlı motorda egzoz ve soğutma kayıpları dört zamanlı motora göre bir miktar azalırken motor milinden çıkan enerji (efektif) artmıştır. Motorların çalışma şartları düşük hacimsel verimde olduğundan ve soğutma kaybı belirli kabuller ile hesaplandığından dolayı hesaplanamayan enerji miktarı oldukça yüksek çıkmıştır. Hava soğutmalı motorlarda soğutma kaybının hesaplanabilmesi için ortalama gövde sıcaklığının ve gövde üzerinden akan havaya bağlı konveksiyon katsayısının belirlenmesi oldukça zordur. Altı zamanlı motor ile karşılaştırma yapmak amacıyla altı zamanlı motorun moment değerine göre çalıştırılan dört zamanlı motorun enerji dağılımı, altı zamanlı motordan farklılık göstermiştir. Bunun nedeni dört zamanlı motorun altı zamanlı motorun moment değerine göre çalıştırılırken her motor hızı için farklı gaz kelebeği konumlarında aynı karışım oranı (HFK=1) sağlanmasıdır Ekserji Analizi Sonuçları Deney şartlarındaki ısı balansının elde edilmesinin ardından deneysel sonuçlar termodinamiğin ikinci yasasına göre tartışılmıştır. Her motor hızı için yakıt ekserjisi, fren işinin sahip olduğu efektif ekserji, egzoz gazlarının enerjisinin sahip olduğu egzoz ekserjisi ve ısıl kayıpların sahip olduğu ısıl ekserji hesaplanmıştır. Tüm bu hesaplamaların ardından aşağıdaki parametreler hesaplanmıştır. Tersinmezlik (veya kayıp iş), I (Sisteme giren toplam ekserji ile çıkan toplam ekserji arasındaki fark) Maksimum iş (veya tersinir iş), W maks (Kayıp iş ile gerçek iş toplamı) Entropi üretimi, s kh (Ekserji yıkımı ile çevre sıcaklığının oranı) Termodinamik verim, e (Gerçek işin maksimum işe oranı veya gerçek ısıl verimin tersinir ısıl verime oranı) Örnek olarak 2750 min -1 motor hızı için dört ve altı zamanlı motor için ekserji analizi aşağıdaki gibi elde edilmiştir. Diğer motor hızları için ilgili grafikler EK-4 te verilmiştir.

201 177 Tersinmezlik 60,62 60,49 59,65 Isıl Ekserji Egzoz Ekserjisi 6,46 8,26 7,78 17,14 17,49 18,9 6 zamanlı S.Enj. Var 6 zamanlı S.Enj. Yok 4 zamanlı Efektif Ekserji 15,78 13,76 13, min Ekserji Dağılımı (%) Şekil min -1 motor hızı için karşılaştırmalı ekserji analizi Şekil 4.47 incelendiğinde su enjeksiyonu ile birlikte altı zamanlı motorun efektif ekserjisi (mil işi, gerçek iş) %14,68 artmıştır. Bununla birlikte egzoz ekserjisi %21,79 azalmıştır. Başka bir ifade ile su enjeksiyonu ile birlikte egzoz gazlarının sahip olduğu potansiyel enerji efektif enerjiye dönüşmüş, su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımı etkin bir şekilde yapılmıştır min -1 motor hızı için termodinamik verim dört zamanlı motor için %18,64, su enjeksiyonsuz altı zamanlı motor için %18,52 ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motor için %20,65 olarak hesaplanmıştır. Su enjeksiyonu ile birlikte egzoz ekserjisinin bir kısmı faydalı işe dönüşürken, dönüşen bu ekserjinin bir kısmı yıkıma uğramış ve sistemde (% oransal olarak) entropi artışına neden olmuştur. Termodinamik verim, tersinirliğe ne kadar yaklaşıldığının bir göstergesidir ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motorun termodinamik verimi, dört zamanlı motora göre ortalama %4,62 daha yüksek olmuştur. Motor hızına bağlı termodinamik verim değişimi Şekil 4.48 deki gibidir.

202 Termodinamik Verim 178 %22 %20 %18 %16 %14 %12 4 zamanlı 6 zamanlı S.Enj. Yok 6 zamanlı S.Enj. Var % Motor Hızı (1/min) Şekil Termodinamik verimin motor hızına bağlı değişimi Şekil 4.49 incelendiğinde, deneyler neticesinde dört zamanlı motorun su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımlı altı zamanlı motora dönüşümü ile birlikte termodinamik verimin arttığı görülmüştür. Su enjeksiyonsuz altı zamanlı motorun termodinamik verimi dört zamanlı motora göre %3,49 azalmıştır. Su enjeksiyonsuz altı zamanlı motorun termodinamik verimi su enjeksiyonu ile birlikte %8,41 artmıştır. Sistemdeki tersinmezlikler nedeniyle sistem entropi üretimi meydana gelmektedir. Sistem entropi üretimi W/K veya J/K olarak ifade edilebilmektedir. Bu nedenle sistem entropi üretimi yakıt ekserjisine bağlı olarak da değişmektedir. Şekil 4.50 de Motor hızına bağlı birim zamandaki sistem entropi üretimi incelenmiştir. Su enjeksiyonu ile birlikte sistem entropi üretimi de artmıştır. Bununla birlikte min -1 motor hızı aralığında dört zamanlı motorun sistem entropi üretimi altı zamanlı motora göre daha yüksek çıkmıştır.

203 Sistem Ent. Üretimi (J/K) Sistem Ent. Üretimi (W/K) zamanlı 6 zamanlı S.Enj. Yok 6 zamanlı S.Enj. Var Motor Hızı (1/min) Şekil Motor hızına bağlı birim zamandaki sistem entropi üretimi Şekil 4.49 da su enjeksiyonu ile birlikte sistem entropi üretimi de artmıştır. Bununla birlikte min -1 motor hızı aralığında dört zamanlı motorun sistem entropi üretimi altı zamanlı motora göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Yine aynı şekilde motor hızına bağlı sistem entropi üretimi Şekil 4.50 de gösterilmiştir. 0,08 0,07 0,07 0,06 0,06 0,05 4 zamanlı 0,05 6 zamanlı S.Enj. Yok 6 zamanlı S.Enj. Var 0, Motor Hızı (1/min) Şekil Motor hızına bağlı sistem entropi üretimi

204

205 SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ Bu çalışmada, dört zamanlı, buji ateşlemeli, karbüratörlü, 270 cm 3 kurs hacmine sahip tek silindirli bir motor, su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımlı altı zamanlı motora dönüştürülmüştür. Motor dönüşümü yapılmadan önce motorun çalışması idealleştirilmiş çevrim olarak termodinamiğin birinci yasasına göre incelenmiştir. Motorun dönüşümü için öncelikle motor parçalarına ayrılmış ve kam mili üzerinde ölçümler yapılarak orijinal motorun supap ayar diyagramı elde edilmiştir. Bu supap ayar diyagramı referans alınarak literatürdeki bilgilere göre altı zamanlı motora ait supap ayar diyagramı elde edilmiştir. Altı zamanlı motorun supap ayar diyagramına ve emme ve egzoz supapları hareket karakteristiğine göre kam profilleri elde edilmiştir. Kam profillerinin elde edilmesi için harmonik kam (yay kamı) teorisi kullanılmıştır. Elde edilen kam profillerine göre kam mili parçalı olarak üretilmiştir. Su enjeksiyonunun yapılabilmesi için silindir kapağına (buji yakınına) direkt enjektör konumlandırılmıştır. Motor parçaları tekrar montajlanarak dört zamanlı motorun altı zamanlı motora dönüşümü tamamlanmıştır. Altı zamanlı motorun çalıştırılması için yüksek basınç su sistemi, su ısıtıcı sistem ve enjektör kontrol ünitesi tasarlanmıştır. Enjektör kontrol ünitesi ile su enjeksiyon parametreleri incelenmiştir. Su enjeksiyon parametresi olarak avans, basınç, sıcaklık ve miktar olarak incelenmiştir. Deneylerde enjeksiyon süresi sabit tutularak su basıncı su enjeksiyon miktarının değiştirilmesi için kullanılmıştır. Bunun için bar aralığında dört farklı basınç değeri kullanılmıştır. Altı zamanlı motor dinamometreye bağlanarak tam yükte benzin ile çalıştırılmıştır. Ancak altı zamanlı motorun çalışma şeklinden kaynaklanan bir durum olarak yakıt hava karışımı emme kanalında çok beklediğinden dolayı hava fazlalık katsayısı (HFK) karbüratördeki tüm ayarlamalara rağmen 0,6-0,7 den daha yüksek değerlere ulaştırılamamıştır. Bu nedenle basit bir LPG sistemi oluşturularak motor HFK=1 değerinde çalıştırılmış ve tüm deneyler bu şekilde yapılmıştır. Altı zamanlı motor önce su enjeksiyonsuz olarak çalıştırılmış, temel performans parametreleri belirlenmiş ve egzoz emisyon ölçümü yapılmıştır. Daha sonra su enjeksiyon sistemi çalıştırılmıştır. Böylelikle su enjeksiyon parametrelerinin motor performansına ve egzoz emisyonlarına etkileri incelenmiştir.

206 182 Altı zamanlı motorda en iyi motor performansının elde edildiği su enjeksiyon parametreleri dört zamanlı orijinal motor ile karşılaştırma için kullanılmıştır. Altı zamanlı motor üzerinde yapılan deneylerin ardından motor tekrar orijinal haline dönüştürülerek tam yükte ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motorun moment eğrisi referans alınarak HFK=1 değerinde çalıştırılmış ve ölçümler yapılmıştır. Yapılan çalışmada ayrıntılı deneysel çalışmadan önceki ön değerlendirme sonuçları aşağıdaki gibidir. Altı zamanlı motor, dört zamanlı motora göre daha gürültülü çalışmaktadır. Altı zamanlı motorun maksimum çalışma hızı, dört zamanlı motora göre daha düşük olmaktadır. Altı zamanlı motorun hızlanması, dört zamanlı motora göre daha zor olmaktadır. Altı zamanlı motorun gaz kelebeği konumuna tepkisi, dört zamanlı motora göre daha kötüdür. Su enjeksiyonsuz ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motor için yapılan deneyler neticesinde elde edilen sonuçlar aşağıdaki gibidir. Motor hızı arttıkça su enjeksiyonunun ÜÖN öncesinden ÜÖN sonrasına doğru kaydırılması gerekmektedir. En iyi performans için enjekte edilmesi gereken su enjeksiyon miktarı düşük moment değerlerinde düşük, yüksek moment değerlerinde yüksek olmaktadır. Başka bir ifade ile en iyi performans için enjekte edilmesi gereken su enjeksiyon miktarı eğrisi ile motor moment eğrisi paralellik göstermektedir. Su enjeksiyonsuz ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motor karşılaştırıldığında, su enjeksiyonu ile birlikte fren momenti ortalama %12,27 artmıştır. Bir çevrimde enjekte edilen maksimum su miktarı, maksimum gücün elde edildiği 3000 min -1 motor hızında elde edilmiştir. Su enjeksiyonu ile birlikte yakıt tüketimi ortalama %2,02 artmasına rağmen özgül yakıt tüketimi %8,87 azalmıştır. Yakıt tüketiminin artmasının nedeni motorun su enjeksiyonu ile birlikte bir miktar soğumasından kaynaklanan hacimsel verim artışıdır. HFK=1 olduğundan dolayı hacimsel verimdeki artış yakıt tüketimindeki artış ile aynıdır. Su enjeksiyonu ile birlikte ısıl verim ortalama %10,10 artmıştır.

207 183 Su enjeksiyonsuz ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motorun gövde ve egzoz sıcaklıkları karşılaştırıldığında, su enjeksiyonu ile birlikte gövde ve egzoz gazı sıcaklığında azalma meydana gelmiştir. Su enjeksiyonsuz ve su enjeksiyonlu altı zamanlı motor karşılaştırıldığında, su enjeksiyonu ile birlikte CO ve HC ve NO emisyonu maksimum gücün elde edildiği motor hızına kadar azalmış ve bu motor hızından sonra ani olarak artmıştır. Bu motor hızından sonra yanma kötüleşmektedir. Belirli bir motor hızı için en iyi motor performansının elde edildiği su enjeksiyonu miktarı için CO ve NO emisyonu minimum olmaktadır. HC emisyonu ise su enjeksiyonu ile birlikte artmaktadır. Aynı şekilde en iyi motor performansının elde edildiği su enjeksiyon avansında, CO ve HC emisyonu minimum olmaktadır. Enjeksiyon geciktirildikçe NO emisyonu artmaktadır. Dört zamanlı motor için yapılan deney sonuçları ile en iyi fren momentinin elde edildiği su enjeksiyonlu altı zamanlı motor deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma ile elde edilen sonuçlar aşağıdaki gibidir. Dört zamanlı motor tam yükte çalıştırıldığında su enjeksiyonlu altı zamanlı motora göre oldukça yüksek moment değerleri elde edilmiştir. Bununla birlikte yakıt tüketiminde de belirgin bir şekilde artış görülmektedir. Deneylerin tamamı HFK=1 değerinde yapıldığından dolayı yakıt tüketimindeki artış, hacimsel verimdeki artıştan kaynaklanmaktadır. Dört zamanlı ve altı zamanlı motorun hacimsel verimleri incelendiğinde dört zamanlı motorun hacimsel verimi, altı zamanlı motora göre ortalama %35,22 daha fazla olmuştur. Motorlar arasındaki hacimsel verimler arasındaki yüksek farktan dolayı, tam yükteki motor performans parametreleri, altı zamanlı motorun performans parametreleri ile karşılaştırılamayacak kadar iyi elde edilmiştir. Dört zamanlı motor, altı zamanlı motor ile elde edilen moment değerinde çalıştırıldığında dört zamanlı motorun özgül yakıt tüketimi, altı zamanlı motorun özgül yakıt tüketimine göre ortalama %26,88 daha fazla olmuştur. Aynı şekilde yakıt tüketimi incelendiğinde dört zamanlı motorun yakıt tüketimi altı zamanlı motorun yakıt tüketimine göre ortalama %9,69 daha fazla olmuştur. Başka bir ifade ile aynı motor hızında aynı moment değerinin elde edilebilmesi için dört zamanlı motorun yakıt tüketimi daha fazla olmaktadır. Isıl verimler karşılaştırıldığında aynı moment eğrisinde

208 184 altı zamanlı motorun ısıl verimi dört zamanlı motorun ısıl veriminden ortalama %7,55 daha yüksek elde edilmiştir. Dört zamanlı motor, altı zamanlı motor ile elde edilen moment değerinde çalıştırıldığında CO, NO emisyonunda belirgin şekilde iyileşme olmuştur. Ancak motorun genel olarak daha soğuk çalışmasından kaynaklanan bir durum olarak HC emisyonlarında, özellikle düşük motor hızlarında artış meydana gelmiştir. Dört zamanlı ve altı zamanlı motor için egzoz gazı sıcaklıkları karşılaştırıldığında altı zamanlı motorun egzoz gazı sıcaklığı, dört zamanlı motorun egzoz gazı sıcaklığına göre ortalama %6,51 daha düşük ölçülmüştür. Dört zamanlı ve altı zamanlı motor için gövde sıcaklıkları karşılaştırıldığında altı zamanlı motorun egzoz gazı sıcaklığı, dört zamanlı motorun gövde sıcaklığına göre ortalama %2,21 daha düşük ölçülmüştür. Dört zamanlı motor ile altı zamanlı motor ısı balansı ve ekserji analizi bakımından değerlendirildiğinde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Aynı HFK değeri için altı zamanlı motorun ısıl verimi dört zamanlı motora göre daha fazla olmaktadır, başka bir ifade ile işe dönüştürülemeyen yakıt enerjisi yüzdesi su enjeksiyonu ile birlikte azalmıştır. Bununla birlikte egzoz ve soğutma yoluyla atılan enerji miktarı azalmıştır. Altı zamanlı motorda yüzde olarak tersinmezlik dört zamanlı motora göre daha yüksek çıkmıştır. Bununla birlikte su enjeksiyonlu ve su enjeksiyonsuz çalıştırılan altı zamanlı motorda tersinmezlik karşılaştırıldığında, su enjeksiyonu ile birlikte tersinmezlik bir miktar artmıştır. Bunun nedeni su enjeksiyonu ile birlikte sistemden elde edilen mil işi (fren enerjisi veya efektif ekserji) artmasına rağmen, egzoz gazı ve gövde sıcaklığının daha fazla azalmasından dolayı egzoz gazı ve gövde sıcaklığı etkisiyle oluşan ekserjilerdeki azalmaların, su enjeksiyonu ile birlikte işe dönüştürülen ekserjiden daha fazla olmasıdır. Dört zamanlı motorun su enjeksiyonu ile egzoz ısısı geri kazanımlı altı zamanlı motora dönüşümü ile birlikte termodinamik verim ortalama %4,62 artmıştır. Çalışma bütünü ile değerlendirildiğinde aşağıdaki genel sonuçlar elde edilmiştir. Dört zamanlı motor üzerinde yapılacak basit değişikliklerle altı zamanlı motor elde etmenin mümkün olduğu görülmüştür.

209 185 Altı zamanlı motor, aynı hacimdeki dört zamanlı motora göre daha düşük güçte olsa da, ısıl verim bakımından daha iyi sonuçlar elde edilebildiği görülmüştür. Altı zamanlı motorlarda temel amaç performans değil, enerjinin verimli kullanımı, düşük yakıt tüketimi ve daha temiz egzoz emisyonları olmaktadır. Bu nedenle altı zamanlı motorlar; jeneratör, su pompası gibi sabit motor hızı istenen sistemler ile hibrit taşıt motorlarında alternatif olarak düşünülebilir. Çalışmanın amaca ulaşması bakımından incelendiğinde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Tez çalışması süresince yapılan literatür taramasında altı zamanlı motorlar ile ilgili deneysel verilerin olduğu herhangi bir bilimsel yayına rastlanmamıştır. Bununla birlikte ABD Enerji Bakanlığı Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı nda 2010 yılında altı zamanlı bir motor prototipi üzerinde bir çalışmanın yapıldığı bilinmektedir. Ancak bu çalışmanın sonucu ile ilgili de herhangi bir yayına rastlanmamıştır. Bu nedenle ülkemizde yapılan ilk teorik ve deneysel çalışma olması bakımından özgün değeri yüksek ve altı zamanlı motorlar ile ilgili referans niteliğinde bir çalışma olmuştur. Yapılan deneysel çalışmada elde edilen sonuçlar bakımından istenilen amaca ulaşılmıştır. Ancak yapılan çalışmada hacimsel verimi geliştirici herhangi bir çalışma yapılmadığından dolayı orijinal motora göre daha düşük güce sahip bir motor ele edilmiştir. Bu motor için hacimsel verimi artırma çalışması ayrı bir araştırma konusu olarak değerlendirilmelidir. Bir dizi teorik ve deneysel uygulama ile gerçekleştirilen bu çalışmada karşılaşılan durumlar ve edinilen bilgiler doğrultusunda, altı zamanlı motorlar konusunda bundan sonra yapılacak çalışmalara yararlı olabilecek öneriler aşağıdaki gibi sıralanmıştır. Yapılan deneysel çalışmalarda altı zamanlı motorun hacimsel veriminin dört zamanlı motora göre daha düşük olduğu görülmüştür. Bu nedenle altı zamanlı motora uygun emme kanalı tasarımı, emme kam profili, supap zamanlaması, aşırı doldurma gibi konular değerlendirilerek altı zamanlı motorun hacimsel veriminin artırılması ile ilgili çalışmalar yapılabilir. Bu çalışmada su enjeksiyonunun motor performansına etkisi incelenirken kısmi egzoz için gerekli kam profili ortalama bir değer olarak kabul edilmiş ve değiştirilmemiştir. Başka bir ifade ile su enjeksiyonunun motor performansına etkisi için silindir içerisinde kalan egzoz gazlarının miktarı incelenmemiştir. Farklı kısmi egzoz kam profilleri ve

210 186 zamanlaması değiştirilerek silindir içerisinde kalan egzoz gazları miktarının motor performansına etkisi ayrıntılı olarak incelenebilir. Yapılan bu çalışmada su enjeksiyonu için kullanılan enjektörün yeri değiştirilmemiştir. Farklı konumlar için motor performans deneyleri yapılarak en iyi enjektör yerinin belirlenmesine yönelik çalışmalar yapılabilir. Motor yüksek hava fazlalık katsayılarında çalıştırılarak su enjeksiyonu yerine farklı bir yakıt kullanılarak çift yakıtlı altı zamanlı motor çalışması yapılabilir. Sıkıştırma ateşlemeli bir motorda yapılan bu çalışma tekrar edilebilir. Bununla birlikte sıkıştırma ateşlemeli motorların hava fazlalığı ile çalıştığı göz önünde bulundurularak çift yakıtlı altı zamanlı motor çalışması da yapılabilir. Atkinson veya Miller çevrimli altı zamanlı bir motor elde edilebilir. Bununla birlikte Honda ExLink benzeri bir krank biyel mekanizması oluşturularak düşük sıkıştırma oranlı ve bununla birlikte yüksek genişleme oranlı altı zamanlı motor çalışması yapılabilir.

211 187 KAYNAKLAR 1. Arabacı, E. (2007). Turbo döngüsel bir motorun performansının arttırılması, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi FBE., Ankara, Nunney, M. J. (1982). Engine technology. Butterworths Co., Norwich, Pulkrabek, W. W. (2004). Engineering fundamentals of the internal combustion engine. Pearson Prentice Hall, Saddle, US. Dep. of Energy (2010). Energy efficiency and renewable energy vehicle technologies programme, 2010 progress report for advanced combustion engine R&D. USDOE,ORNL, Oak Ridge, Obert, E. F. (1973). Internal combustion engines and air pollution. Harper and Row Publishers, Newyork, 63-86, İnternet: Taşıt Araçları Yan Sanayicileri Derneği Taysad internet teknoloji, URL: %2Ftaysaddergi%2F664%2Fpdf%2Ftaysad54.pdf&date= Son Erişim Tarihi: İnternet: Uluslararası Dergi Yayıncı ve Etkinlik Organizasyonu, Engine of the year, URL: engineoftheyear%2f&date= Son Erişim Tarihi: Özcan, H., (2005). Effect of water injection on the performance of LPG fuelled SI engine. Gaziantep Üniversitesi FBE., Gaziantep, US. Dep. Of Energy (2010). Fuels, engines and emissions, research center. USDOE, ORNL, Oak Ridge, Conklin, J., Szybist, J. (2010). A highly efficient six-stroke internal combustion engine cycle with water injection for in-cylinder exhaust heat recovery, Energy, Knoxville, Dyer, L. (1920). Internal combustion engine, USPTO, , Greenwich, Szybist, J., Conklin J. (2010). Highly efficient 6-stroke engine cycle with water injection, USPTO, 2010/ , Knoxville, Keating, E. (2007). Applied combustion, CRC Press, Boca Raton, , Griffin, S. (1889). Method of operating gas engines. USPTO, , Somerset, İnternet: Üretim ve Teknoloji Forumu, First six stroke engine of the world URL: %2Fvb%2Fantique-machinery-history%2Fsix-stroke-engine %2F+&date= Son Erişim Tarihi: Palavan, S. (1975). Pistonlu makineler dinamiği. İTÜ Makine Fakültesi, Ofset Atölyesi, İstanbul, 3-20.

212 Schimanek, E. (1913). Combustion engine. USPTO, , Budapest, Liedtke, H. (1917). Internal combustion and steam engine. USPTO, , Philadelphia, Anil, C. (2011). Six stroke engine. IPA, Cochin, Singh, S. (2001). Computer controlled six stroke internal combustion engine and its method of operation, USPTO, , West Indies, Ziabazmi, A. (2004). Bazmi s six stroke with intake-exhaust valves. USPTO, , Pittsburgh, Crower, B. (2007). Method and apparatus for operating an ınternal combustion engine. USPTO, 2007/022977, Jamul, Kelem, H. (2010). Six stroke internal combustion engine method of operation. USPTO, 2010/ , Delray, Sören, E. (2012). Six stroke engine. EPO, , Kungälv, Cage, J. (1921). Six stroke three phase engine. USPTO, , California, Rudd, H. (1940). Internal combustion engine. USPTO, , Boonton, Sagona, C. (1960). Internal combustion engines. USPTO, , Brooklyn, Melby, R. (1975). Supercharged six-stroke cycle engine. USPTO, , Hinsdale, Tibbs, R. (1975). Six cycle combustion and fluid vaporization engine. USPTO, , Cleveland, Ward, C. (1981). Six cycle engine. USPTO, , Arbutus, Hallstrom, O. (1984). Six cycle engine. USPTO, , Tillamook, Bajulaz, R. (1985). Method for the transformation of thermal energy into mechanical energy by means of a combustion engine as well as this new engine. USPTO, , Santa Barbara, Larsen, G. (1988). Engine with a six-stroke cycle variable compression ratio and constant stroke. USPTO, , Lakeland, Ogura, Y. (1990). Six stroke internal combustion engine. USPTO, , Saitama, Schmitz, G. (1990). Six stroke internal combustion engine. USPTO, , Saint- Vith, Gerhard, S. (1992). Moteur à combustion interne à six temps. USPTO, , Andover, 1-15.

213 Prater, D. (2001). Multiple stroke engine having fuel and vapor charges. EPO, , Andover, Brehob, D. (2006). Multiple-stroke, spark ignited engine. USPTO, , Dearborn, Hu, L. (2006).Dual six-stroke self-cooling internal combustion engine. USPTO, , Aldergrove, Singh, S. (2009 ). System and method for recovering wasted energy from an ınternal combustion engine. USPTO, , Sunset Ridge, Yamasaki, T. (2010 ). Hydrogen-only 6-stroke engine. USPTO, 2010/ , Kyoto, Chandes, K., Dronniou, N. (2010 ). Six-stroke internal combustion engine, method of operation of such an engine and vehicle equipped with such an engine. USPTO, 2010/ , Lyon, Bonner, J. (2010). Six-cycle interal combustion engine. USPTO, , Naples, Ooyama, K. (2010). Catalyst Control For Six-Cycle Engine. USPTO, 2010/ , Tokyo, Blackburn, A. (2012). Six stroke blackburn cycle engine. WIPO, 2012/035285, Merseyside, Ooyama, K. (2012). 6-cycle engine with regenerator. USPTO, , Naples, Beare, M. (1998). Dual piston internal combustion engine. USPTO, , Bordertown, İnternet: Malcolm Beare, Beare six stroke engine, URL: re-history.htm&date= , Son Erişim Tarihi: İnternet: Helmut Kottmann, A new engine generation is born, URL: EN%2Finfos.html&date= Son Erişim Tarihi: Arai, M., Amagai, K. (1994). New Concept for Six-Stroke Diesel Engine. SAE International Technical Papers, Paper no: Hayasaki, T., Okamoto, Y. (1999). A six stroke DI diesel engine under dual fuel operation. SAE International Technical Papers, Sabancı, A., Işık, A. (2012). İçten yanmalı motorlar, Ankara: Nobel Yayın Dağıtım, İnternet: Tony Martin, Old engine designs are new again, URL:

214 190 2Fmotorage%2Ftraining%2Fold-engine-designs-are-new-again+&date= Son Erişim Tarihi: İntenet: Honda Worldwide Technology Picture Book, Performing more work with less fuel-exlink (extended expansion linkage engine), URL: products-technology%2fexlink%2f+&date= Son Erişim Tarihi: Ferguson, C., Kirkpatrick, (2001). A., Internal combustion engines, applied thermosciences. New York: John Wiley and Sons Inc., 29-55, , , , , Atkinson, J. (1887). Gas engine. USPTO, , Middlesex, Heywood, J. (1988). Internal combustion engine fundamentals. Newyork: McGraw Hill Inc.,42-61, 72-81, 85-99, , , İnternet: Atkinson motoru, Atkinson cycle engines, URL: FAtkinson_cycle&date= Son Erişim Tarihi: Pulkrabek, W. (2003). Engineering Fundamentals of the internal combustion engine. New Jersey: Prentice Hall, 35-63, 68-86, , Wu C., Puzinauskas P., Tsai J.S. (2003). Performance analysis and optimization of a supercharged Miller cycle Otto engine. Applied Thermal Engineering, 23: İnternet: Miller çevrimine karşı Otto çevrimi, Technologically advanced and reliable lean-burn miller cycle gas engine, URL: 2FpowerGeneration%2Fproducts%2Fcogeneration&date= Son Erişim Tarihi: Scuderi split cycle engine technology overview (2012). Scuderi Group, West Springfield, İnternet: Scuderi motoru, Scuderi engine, URL: FScuderi_engine+&date= Son Erişim Tarihi: Scuderi air hybrid, hybrid technology redefined (2012). Scuderi Group, West Springfield, Özgümüş, E., Kutlar, A., Arslan, H. (2007). Dört zamanlı kıvılcım ateşlemeli motorlarda kısmi yükte yakıt tüketimini azaltmak için yeni bir yöntem: çevrim atlamalı motor, Mühendis ve Makine, 48 (568): Yıldırım, T. (2010). Dört zamanlı tek silindirli benzinli bir motor için çevrim atlatma mekanizmasının tasarlanması, imalatı ve motora adapte edilmesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, FBE, İstanbul,

215 İnternet: Motorlara su enjeksiyonu, Water injection engines, URL: FWater_injection_%28engines%29&date= Son Erişim Tarihi: Boretti, A. (2013). Water injection in directly injected turbocharged spark ignition engines, Applied Thermal Engineering, 52: İnternet: Su enjeksiyon sistemi, Aquamist water injection system, URL: %2FH3.html&date= Son Erişim Tarihi: İnternet: Su enjeksiyon sistemi, Coolingmist water injection system, URL: agedisplay.aspx%3ffeature_key%3dsystemx&date= Son Erişim Tarihi: İnternet: Su enjeksiyon sistemi, Aem water injection system, URL: F&date= Son Erişim Tarihi: İnternet: Su enjeksiyon sistemi, Snowperformance water injection system, URL: 2Fboost-cooler+wassereinspritzungboost+-cooler-benzinersauger%2Findex.html&date= Son Erişim Tarihi: İnternet: Su enjeksiyon sistemi, Mrt performance water injection system, URL: u%2fpower-kits&date= Son Erişim Tarihi: İnternet: Su enjeksiyon sistemi, Turbomirage water injection system, URL: water.html&date= Son Erişim Tarihi: Subramanian, K. (2011). A comparison of water-diesel emulsion and timed injection of water into the intake manifold of a diesel engine for simultaneous control of NO and smoke emissions. Energy Conversion and Management, 52: Boretti, A., Osman, A., Aris, I., (2011). Direct injection of hydrogen, oxygen and water in a novel two stroke engine. Hydrogen Energy, 36: Subramanian, V., Mallikarjuna, J., Ramesh, A. (2007). Effect of water injection and spark timing on the nitric oxide emission and combustion parameters of a hydrogen fuelled spark ignition engine. Hydrogen Energy, 32: Şahin, Z., Tuti, M., Durgun, O. (2013). Experimental investigation of the effect of water adding to the intake air on the engine performance and exhaust emissions in a DI automotive diesel engine. Fuel, xx: Tauzia, X., Maiboom, A., Shah, S. (2010). Experimental study of inlet manifold water injection on combustion and emissions of an automotive direct injection diesel engine. Energy, 35:

216 Fu, J., Liu, J., Yang, Y., Ren, C., Zhu, G. (2013). A new approach for exhaust energy recovery of ınternal combustion engine: steam turbocharging. Applied Thermal Engineering, 52: Domingues, A., Santos, H., Costa, M. (2013). Analysis of vehicle exhaust waste heat recovery potential using a rankine cycle. Energy, 49: Srinivasan, K., Mago, P., Krishnan, S. (2013). Analysis of exhaust waste heat recovery from a dual fuel low temperature combustion engine using an organic rankine cycle. Energy, 35: Fu, J., Liu, J., Ren, C., Wang, L., Deng, B., Xu, Z. (2012). An open steam power cycle used for IC engine exhaust gas energy recovery. Energy, 44: Liu, J., Fu, J., Ren, C., Wang, L., Xu, Z., Deng, B. (2013). Comparison and analysis of engine gas energy recovery potential through various bottom cycles. Applied Thermal Engineering, 50: Fu, J., Liu, J., Xu, Z., Ren, C., Deng, B. (2013). A combined thermodynamic cycle based on methanol dissociation for internal combustion engine exhaust heat recovery. Energy, 49: Mears, K. (2006). Water distillation using waste engine heat from an internal combustion engine, Lisans (BS) Tezi, Massachusetts Institute of Technology, Department of Mechacial Engineering, Massachusetts, Ruiz, J., (2005). Waste heat recovery in automonile engines potential solutions and benefits, Lisans (BS) Tezi, Massachusetts Institute of Technology, Department of Mechacial Engineering, Massachusetts, Gilles, T. (2011). Automotive engines diagnosis, repair and rebuilding. Clifton Park: Delmar Cengage Learning, Atkins, R. (2009). An Introduction to engine testing and development. SAE International, , Martyr, A., Plint, M. (2007). Engine testing theory and practice, Oxford: Elsevier, 14-20, , , (2007). 91. İnternet: Typical energy split in gasoline internal combustion engines, DOE Co-Funds 12 projects to increase engine efficiency, URL: %2F2005%2F02%2Fdoe_cofunds_12_.html+&date= , Son Erişim Tarihi: Merker, G., Schwarz, C,. Stiesch, G., Otto, F. (2004). Simulating combustion, simulation of combustion and pollutant formation for engine development. Wiesbaden: Springer, 5-33, 60-71, 88-97, Çengel, Y., Boles, M. (2008). Mühendislik yaklaşımıyla termodinamik (Çev. A., Pınarbaşı) İzmir: Güven Bilimsel, (Eserin orijinali 2006 yılında yayımlandı) 70-77, , , , 890, ,

217 Moran, M., Shapiro, H. (2006). Fundamentals of engineering thermodynamics. West Sussex: John Wiley and Sons Inc., 29-60, , , , 655, Kondepudi, D., Prigogine, I. (1998). Modern thermodynamics, from heat engines to dissipative structures, West Sussex: John Wiley and Sons Inc., 31-49, Yalçın, H., Gürü, M. (2004). Mühendislik termodinamiği, Ankara: Palme Yayıncılık, , Öz, İ., Borat, O., Sürmen, A. (2004). İçten yanmalı motorlar, İstanbul: Birsen Yayınevi, Sürmen, A., Karamangil, İ., Arslan, R. (2004). Motor termodinamiği, Bursa: Aktüel, Arcoumanis, C. (1988). Internal combustion engines, London, Academic Press, Sezer, İ. (2008). Buji ateşlemeli motor çevrimine ekserji analizinin uygulanması, Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi FBE., Trabzon, Erbaş, Y. (2006). Su soğutmalı bir benzin motorunda sıkıştırma oranı değişiminin birinci ve ikinci kanuna göre analizi, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi FBE., Sakarya, 12-13, Çalışkan, H. (2009). İçten yanmalı motorlarda ekserji analizi, Yüksek Lisans Tezi, Osmangazi Üniversitesi FBE., Eskişehir, Safa, A. (2006). İçten yanmalı motorlarda proses ve emisyon modellemesi, Doktora Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi FBE., İstanbul, Potter, M., Sonerton, C. (2013). Mühendisler için termodinamik (Çev, İ., Sezer), Ankara: Nobel Yayın Dağıtım, (Eserin orijinali 2011 yılında yayımlanmıştır) 62-89, , Çetinkaya, S. (1999). Termodinamik, Ankara: Nobel Yayın Dağıtım, 52-77, , , Grohe, H. (1992). Otto und Dieselmotoren, Germany: Vogel Buchverlag, 14-16, Pauken, M. (2011). Thermodynamics for dummies, Indianapolis: Wiley Publishing, , Ülger, P, (2011). Termik motorlar, İstanbul: Hiperlink Yayınları, 79-96, Can, Ö. (2012). Bir DI Dizel motorda etanol ön karışımlı kısmi-hcci uygulamasının yanma ve emisyon üzerine etkilerinin incelenmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, FBE., Ankara, 64-74, 77-81, Çetinkaya, S. (1999). Motor dinamiği, Ankara: Nobel Yayın Dağıtım, 1-16.

218 Yardım, M. (2008). Motor teknolojisi, Ankara: Nobel Yayın Dağıtım, 25-26, 39-54, Çetinkaya, S., Salman, S. (2007). Motor ve taşıt performans testleri, Ders Notu, Ankara: Gazi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Honda Motor Co., Honda GX 240, GX270, GX340, GX390 service and user manualpart-a (1988). Honda Motor Co. Service Publications Office, Japan, İçten yanmalı motorlar muayene ve deney esasları (1991). Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, TS1243: Şahin, F., (2009). Otomotiv teknolojisi eğitiminde kullanılmak üzere buji ile ateşlemeli bir motor için bilgisayar kontrollü bir yakıt enjeksiyon sisteminin geliştirilmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, FBE., Ankara, 43-56, 77-78, 82-83, Sun Electric, Sun MGA1500 modular gas analyser operator s manual (1999). Sun Electric Europe, Amsterdam, Sayın, C., Çanakçı, M., Kılıçaslan, İ., Özsezen, N. (2005). Çift yakıt (benzin+lpg) kullanımının motor performansı ve emisyonlar üzerine etkisinin deneysel analizi, Gazi Üniversitesi MMF Dergisi, 20/4: Sarıdemir, S. (2009). İçten yanmalı dört zamanlı bir motor için supap mekanizması tasarımı, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, FBE., Ankara, 24-26, 62-68, Moon, C. (1961). Cam design, USA: Emerson, Hoag, K. (2006). Vehicular engine design, powertrain, Wien: Springer, Sezgen, H. (1975). Internal combuston engine design, Ankara: Baylan matbaası, 3-35, Norton, L. (2002). Cam desing and manufacturing handbook, Newyork: Industrial Press, Rothbart, H. (2004). Cam design handbook, New York: McGraw-Hill, Honda Motor Co., Honda GX 240, GX270, GX340, GX390 common service manualpart-c (2010). Honda Motor Co. Service Publications Office, Belgium, Bosch HDEV5.2, high pressure injector 20 MPa, technical costomer information (2008). Robert Bosch GMBH, Germany, LM1949 injector drive controller (2013). Texas Instrument, Dallas, İnternet: Su buharının kısmi basıncı, Water vapor and saturation pressure in humid air. URL: ox.com%2fwater-vapor-saturation-pressure-air-d_689.html&date= , Son Erişim Tarihi:

219 Gürbüz, H. (2010). Tek silindirli buji ateşlemeli hidrojen motorunda yanma optimizasyonu, Süleyman Demirel Üniversitesi, FBE., Isparta, Lambda calculation the Brettschneider equation, general principles and methods, (2003, June 8) Bridge Analyzers, Rev: , Blanco, P. (2004). Experimental characterization of mass, work and heat flows in an air cooled, single cylinder engine. Energy Conversion and Management, 45: Yingjian, L., Qi, Q., Xiangzhu, H., Jieszhi, L. (2014). Energy balance and efficiency analysis for power generation in internal combustion engine sets using biogas. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 6: Venkanna, B., Swati, V. (2011). Applied thermodynamics, New Delhi: PHI Learning Private, Kart, A. (2009). LPG ile çalışan bir benzin motorunda ekserji analizi, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, FBE., Sakarya, Rakopoulos, C.D., Giakoumis, E.G. (2006). Second law analyses applied to internal combustion engine operation. Progress in Energy and Combustion Science, 32: Miller, R. (1956). Supercharged engine, USPTO, , Milwankee, Akleman, F., Özyalçın.M., Sevgi, L. (1999). Elektromanyetik kirlilik ve modelleme teknikleri. Ankara: Bilişim Derneği Kitapçığı,

220

221 EKLER 197

222 EK-1. Deneyde Kullanılan Saf Suya Ait Analiz Raporu 198

223 199 EK-2. Emisyon Ölçümüne Göre Elde Edilen Gerçek Yanma Eşitlikleri Çizelge 2.1. Gerçek yanma eşitlikleri Motor Hızı (min -1 ) Yanma eşitliği Durum Su Enj. Yok. Altı Zamanlı 2250 Su Enj. Var. Altı Zamanlı Dört zamanlı Aynı moment Su Enj. Yok. Altı Zamanlı 2500 Su Enj. Var. Altı Zamanlı Dört zamanlı Aynı moment Su Enj. Yok. Altı Zamanlı 3000 Su Enj. Var. Altı Zamanlı Dört zamanlı Aynı moment Su Enj. Yok. Altı Zamanlı 3250 Su Enj. Var. Altı Zamanlı Dört zamanlı Aynı moment

224 200 EK-3. Deney Sonuçları Çizelge 3.1. Orijinal motor tam yük performans deney sonuçları Motor Hızı 1/min Moment Nm Güç kw Öz. Y. Tük g/kwh Isıl Verim % ,00 3,77 254,64 30, ,90 4,42 250,90 31, ,53 4,76 252,10 31, ,15 5,07 266,11 29, ,71 5,35 258,04 31, ,52 5,69 279,44 28,23 Çizelge 3.2. Su enjeksiyonsuz altı zamanlı motor tam yük performans deney Çizelge 2.1. sonuçları Motor Hızı 1/min Moment Nm Güç kw Öz. Y. Tük g/kwh Isıl Verim % ,42 0,57 736,56 10, ,85 1,01 513,41 15, ,78 1,09 536,82 14, ,63 1,14 578,73 13, ,52 1,20 600,99 13, ,20 0,81 967,30 8,15 Çizelge 3.3. Su enjeksiyonlu altı zamanlı motorun moment değerine göre çalıştırılan Çizelge 2.1. dört zamanlı motor deney sonuçları Motor Hızı 1/min Moment Nm Güç kw Öz. Y. Tük g/kwh Isıl Verim % ,60 0,61 646,39 12, ,23 1,11 455,32 17, ,40 1,27 540,29 14, ,31 1,35 531,48 14, ,84 1,31 661,77 11, ,46 0,90 757,37 10,41 Çizelge 3.4. Su enjeksiyonlu altı zamanlı motor tam yük performans deney sonuçları Motor Hızı 1/min Moment Nm Güç kw Öz. Y. Tük g/kwh Isıl Verim % Su/Yakıt g/g yakıt ,60 0,61 710,05 11,10 0, ,23 1,11 481,06 16,39 0, ,40 1,27 468,01 16,85 1, ,31 1,35 498,27 15,82 1, ,84 1,31 562,97 14,00 0, ,46 0,90 863,66 9,13 0,78

225 201 EK-3. (Devam) Deney Sonuçları Çizelge 3.5. Su enjeksiyonsuz altı zamanlı motor egzoz emisyonu sonuçları Motor Hızı 1/min HC (ppm) CO (%) NO (ppm) , ,43 2,19 46, ,43 0,85 99, ,87 0,59 127, ,87 0,23 200, ,7 224 Çizelge 3.6. Su enjeksiyonlu altı zamanlı motor egzoz emisyonu sonuçları Motor Hızı 1/min HC (ppm) CO (%) NO (ppm) , ,13 0,99 35, ,08 0, ,56 0, ,48 0, ,4 60 Çizelge 3.6. Dört zamanlı motor egzoz emisyonu sonuçları Motor Hızı 1/min HC (ppm) CO (%) NO (ppm) ,9 1,71 67, ,23 1,4 186, ,4 2,06 116, , ,2 1,05 137, ,66 68,9

226 202 EK-4. Enerji ve Ekserji Analizi İçin Motor Hızına Bağlı Grafikler Hesaplanamayan Sürtünme 14,95 15,59 14,75 24,24 Soğutma 31,19 36,49 Egzoz 15,65 13,43 Fren (efektif) 4 zamanlı 17,32 16,39 6 zamanlı 3000 min Enerji Dağılımı (%) Şekil min -1 motor hızı için enerji dağılımı Hesaplanamayan 21,83 23,88 Sürtünme 16,02 17,09 Soğutma 31,07 28,94 Egzoz 16,25 14,27 Fren (efektif) 4 zamanlı 14,83 15,82 6 zamanlı 3000 min Enerji Dağılımı (%) Şekil min -1 motor hızı için enerji dağılımı

227 203 EK-4. (Devam) Enerji ve Ekserji Analizi İçin Motor Hızına Bağlı Grafikler Hesaplanamayan 24,02 31,01 Sürtünme 15,72 18,48 Soğutma 25,34 28,81 Egzoz 16,02 14,69 Fren (efektif) 4 zamanlı 11,91 14,00 6 zamanlı 3250 min Enerji Dağılımı (%) Şekil min -1 motor hızı için enerji dağılımı Hesaplanamayan 20,12 25,54 Sürtünme 22,49 19,72 Soğutma 31,30 29,93 Egzoz 15,68 15,68 Fren (efektif) 4 zamanlı 10,41 9,13 6 zamanlı 3500 min Enerji Dağılımı (%) Şekil min -1 motor hızı için enerji dağılımı

228 Enerji Dağılımı Enerji Dağılımı 204 EK-4. (Devam) Enerji ve Ekserji Analizi İçin Motor Hızına Bağlı Grafikler %100 %90 Diğer Kayıplar %80 %70 Sürtünme Kayıpları %60 %50 %40 Soğutma Kayıpları Yakıt Enerjisi %30 %20 Egzoz Kayıpları %10 Fren (efektif) enerji % Motor Hızı (1/min) Şekil 4.5. Dört zamanlı motor için motor hızına bağlı enerji dağılımı %100 %90 Diğer Kayıplar %80 %70 Sürtünme Kayıpları %60 %50 %40 Soğutma Kayıpları Yakıt Enerjisi %30 %20 Egzoz Kayıpları %10 Fren (efektif) enerji % Motor Hızı (1/min) Şekil 4.6. Altı zamanlı motor için motor hızına bağlı enerji dağılımı

229 205 EK-4. (Devam) Enerji ve Ekserji Analizi İçin Motor Hızına Bağlı Grafikler Tersinmezlik 62,19 61,55 59,63 Isıl Ekserji Egzoz Ekserjisi 6,19 7,72 7,54 16,26 16,35 16,61 6 zamanlı S.Enj. Var 6 zamanlı S.Enj. Yok 4 zamanlı Efektif Ekserji 15,36 14,38 16, min Ekserji Dağılımı (%) Şekil min -1 motor hızı için ekserji dağılımı Tersinmezlik 60,6 60,65 59,17 Isıl Ekserji Egzoz Ekserjisi 6,9 8,1 7,95 17,68 18,49 18,98 6 zamanlı S.Enj. Var 6 zamanlı S.Enj. Yok 4 zamanlı Efektif Ekserji 14,82 12,76 13, min Ekserji Dağılımı (%) Şekil min -1 motor hızı için ekserji dağılımı

230 206 EK-4. (Devam) Enerji ve Ekserji Analizi İçin Motor Hızına Bağlı Grafikler Tersinmezlik 60,85 60,1 61,4 Isıl Ekserji Egzoz Ekserjisi 7,17 8,27 7,82 18,86 19,34 19,62 6 zamanlı S.Enj. Var 6 zamanlı S.Enj. Yok 4 zamanlı Efektif Ekserji 13,12 12,29 11, min Ekserji Dağılımı (%) Şekil min -1 motor hızı için ekserji dağılımı Tersinmezlik 62,92 61,9 62,78 Isıl Ekserji Egzoz Ekserjisi 7,35 8,63 7,58 21,18 21,83 19,89 6 zamanlı S.Enj. Var 6 zamanlı S.Enj. Yok 4 zamanlı Efektif Ekserji 8,55 7,64 9, min Ekserji Dağılımı (%) Şekil min -1 motor hızı için ekserji dağılımı

231 Ekserji Dağılımı (%) Ekserji Dağılımı (%) 207 EK-4. (Devam) Enerji ve Ekserji Analizi İçin Motor Hızına Bağlı Grafikler Tersinmezlik (Kayıp İş) Isıl Ekserji 20 Egzoz Ekserjisi 10 0 Fren (efektif) ekserji Motor Hızı (1/min) Şekil Dört zamanlı motor için motor hızına bağlı ekserji dağılımı Yakıt Ekserjisi Tersinmezlik (Kayıp İş) Isıl Ekserji 20 Egzoz Ekserjisi 10 0 Fren (efektif) ekserji Motor Hızı (1/min) Yakıt Ekserjisi Şekil Su enjeksiyonsuz altı zamanlı motor için motor hızına bağlı ekserji dağılımı

232 Ekserji Dağılımı (%) 208 EK-4. (Devam) Enerji ve Ekserji Analizi İçin Motor Hızına Bağlı Grafikler Tersinmezlik (Kayıp İş) Isıl Ekserji 20 Egzoz Ekserjisi 10 0 Fren (efektif) ekserji Motor Hızı (1/min) Yakıt Ekserjisi Şekil Su enjeksiyonlu altı zamanlı motor için motor hızına bağlı ekserji dağılımı

233 209 EK-5. Deney Motoruna Ait Fotoğraflar Resim 5.1. Kam mili dişlisi için gövdenin traşlanan kısmı Resim 5.2. Silindir kapağında enjektör deliği için referansların belirlenmesi

234 210 EK-5. (Devam) Deney Motoruna Ait Fotoğraflar Resim 5.3. Silindir kapağında enjektörün takıldığı yer Resim 5.4. Enjektör ve enjektörün silindire montajı için kullanılan ara adaptör parçaları

235 211 EK-5. (Devam) Deney Motoruna Ait Fotoğraflar Resim 5.5. Enjektörun motora montaja hazır hali Resim 5.6. Kam milinin montajı

236 212 EK-5. (Devam) Deney Motoruna Ait Fotoğraflar Resim 5.7. Kam milinin ve enkoder milinin montajlanmış hali Resim 5.8. Motorun genel görünüşü

237 213 EK-5. (Devam) Deney Motoruna Ait Fotoğraflar Resim 5.9. Su basınçlandırma ve ısıtma sistemi Resim Elektronik kontrol ünitesinin iç yapısı

238 214 ÖZGEÇMİŞ Kişisel Bilgiler Soyadı, Adı Uyruğu Doğum tarihi ve yeri Medeni hali : ARABACI, Emre : T.C. : Çankırı : Evli Telefon : E-posta : emrearabaci2@gmail.com, emrearabaci@gazi.edu.tr Eğitim Derecesi Okul/Program Mezuniyet Yılı Lisans Süleyman Demirel Üni., Kimya Müh. Devam Ediyor Lisans Süleyman Demirel Üni., Makine Müh. Devam Ediyor Yüksek Lisans Gazi Üni., FBE, Makine Eğt. ABD Lisans Gazi Üni., TEF, Otomotiv Eğt. ABD Lise Eskişehir Motor Anadolu Teknik Lisesi 2002 İş Deneyimi, Yıl Çalıştığı Yer Görev 2010-Halen Mehmet Akif Ersoy Üni., Burdur Öğretim Görevlisi HİBM Komutanlığı, Eskişehir Teknisyen Yabancı Dil İngilizce Yayınlar 1. Arabacı, E., "Altı Zamanlı, Pistonlu İçten Yanmalı Motorlar", Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 3 (2): ISSN Online: , 2012.

239 İçingür, Y., Arabacı, E., Altı Zamanlı Buji Ateşlemeli Bir Motorun Performans ve İdealleştirilmiş Hava Yakıt Çevrimi Analizi, Gazi Üniversitesi, Politeknik Dergisi, 16: , İçingür and Arabacı, Camshaft Change for Four-Stroke Engine to Convert Six-Stroke Engine, 7. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, 30 Ekim-1 Kasım 2013 Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, İçingür and Arabacı, Theoretical Analysis of Parameters Affecting the Water Injection Amount In Six Stroke Engines With Exhaust Heat Recovery By Water Injection, 7. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, 30 Ekim-1 Kasım 2013 Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, Projeler 1. İçingür, Y. (Yürütücü), Arabacı, E. (Araştırmacı), Dört Zamanlı Buji Ateşlemeli Bir Motorun Egzoz Isısı Geri Kazanımı İle Altı Zamanlı Bir Motora Dönüştürülmesi, Gazi Üniversitesi BAP, Bağımsız Bilimsel Araştırma Projesi, Bütçe TL, Proje No: 07/ Hobiler Mini model motorlar, elektronik hobi devreler, origami

240 216 DİZİN A adyabatik alev sıcaklığı 60 Altı zaman çevrimi 3 altı zamanlı 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 39, 52, 53, 54, 55, 56, 62, 63, 65, 66, 67, 68, 71, 72, 80, 81, 84, 92, 96, 97, 98, 108, 109, 113, 130, 133, 140, 141, 155,156, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 179, 181, 182, 183, 184, 186, 187, 189, 190, 191, 192, 193, 194, 195 azot-oksit 15 B benzin 3, 32, 53, 78, 81, 189 Birinci yay 88, 89 buji ateşlemeli 1, 2, 4, 5, 14, 36, 65, 71, 80, 140, 153, 189 D Deney motoru 72, 73, 150 Deney ortamı 72 Devrilme momenti xvi, 104, 105 Dinamometre 74, 75 direkt enjektör 14, 189 Dört zamanlı 4, 9, 26, 27, 39, 40, 53, 68, 70, 80, 81, 84, 86, 96, 150, 172, 173, 174, 178, 179, 181, 182, 185, 191, 192, 193 düz yüzeyli itici 105 Dyer 4, 8, 11, 12, 13, 17, 19, 53 E Efektif verim 129 egzoz dekompresyon 85, 155 Egzoz ekserjisi 148, 149 Egzoz emisyonları 140 egzoz ısısı geri kazanımı 4, 5, 7, 8, 26, 34, 35, 36, 37, 39, 40, 45, 56, 59, 71, 80, 184, 189, 193 Egzoz rekompresyon 41, 42, 43, 46, 48, 50, 51, 52 Ekserji 142, 143, 149, 183 Elektromanyetik parazit 153 emisyon 2, 3, 5, 13, 71, 75, 76, 130, 136, 140, 152, 155, 157, 167, 172, 174, 176, 180, 190 Enerji Analizi 52, 66 enerji dengesi 56, 57, 59, 144 enerji transferini 56 enjeksiyon 2, 5, 19, 25, 27, 33, 34, 41, 43, 44, 46, 47, 48, 49, 51, 52, 71, 72, 78, 79, 113, 117, 118, 119, 120, 125, 126, 127, 150, 151, 152, 155, 157, 158, 159, 160, 161, 162, 163, 168, 169, 170, 171, 189, 190, 191 enkoder 78, 119, 154 entalpi 57, 136, 145, 149 ExLink 28, 29, 195 F Fren gücü 129, 148 fren işi 136, 149, 150 Fren momenti 128 G gaz kelebeği 31, 32, 72, 73, 156, 173, 174, 178, 182, 190 Gibbs fonksiyonu 147 governör 72, 73 H Hacimsel verim 130 harmonik kam 86, 88, 94, 98, 189 hava fazlalık katsayısı 127, 130, 155, 157, 189 hava tüketimi 75, 77, 131, 133, 150, 157 Hız 91 I Isı balansı 140, 141 ısı eşanjörü 18 ısıl verim 3, 8, 18, 19, 27, 28, 29, 35, 36, 62, 128, 157, 176, 191, 193 İ içten yanmalı motor 1, 21 idealleştirilmiş çevrim 5, 53, 189 İkinci yay 88, 90 İtici 87, 88, 110, 111 İvme 91, 98 izo-oktan 55, 62 J Jerk 91 K kam dişlisi 83, 84, 92 kam mili 14, 24, 71, 80, 83, 84, 98, 99, 113, 155, 189 Kam profili 92, 93 kam yüksekliği 92, 93 karışım miktarı 46, 50, 51 karşıt pistonlu 22, 27 kısmi egzoz 40, 41, 57, 58, 59, 63, 103, 109, 111, 118, 119, 194 kontrol hacmi 41, 57, 140, 143, 144 Konveksiyon 137, 138, 141, 148, 179 Külbütör oranı 91, 95, 101, 102, 103 L LM LPG 78, 79, 80, 127, 147, 156, 189 M manometre 77, 131, 132 moment 23, 31, 65, 66, 71, 73, 105, 107, 127, 128, 129, 135, 157, 163, 165, 166, 167, 174,

241 , 176, 177, 178, 179, 181, 182, 190, 191, 192 Motor hızı 66, 91, 117, 161, 190 motor teknolojisi 1 N nem 76, 128, 134 O OHV 5, 71, 73 Orifis 131, 132, 133 otomotiv 1, 2, 20, 29, 30, 85 Otto 8, 9, 27, 28, 30, 36, 54 Ö Özgül entropi 145 özgül ısılar oranı 46, 61, 64 özgül yakıt tüketimi 35, 65, 66, 69, 73, 127, 128, 129, 157, 175, 191, 192 P 120, 127, 151, 160, 163, 164, 166, 167, 168, 169, 170, 184, 189, 191, 193, 194, 195 su tüketimi 49, 52 Supap boşluğu 92, 95, 101, 102, 103 Supap kursu 91 supap mekanizmaları 9, 15 T Tek piston yaklaşımı 39 Teknoloji 71, 72 temas noktası 105, 109 Temel daire çapı 93, 95, 101, 102, 103 Termodinamik verim 150, 183, 184 tersinmezlik 143, 149, 186, 193 toplam entropi 149 Y Yakıt ekserjisi 143, 146 Yakıt tüketimi 68, 131 yay kuvveti 105, 107, 109 proses 142 R Rankine çevrimi 35, 36, 37 Rölanti 73, 155 S sıkıştırma ateşlemeli 1, 2, 3, 33, 34, 195 silindir kapağı 76, 81, 82, 157 stokiyometrik 40, 55, 57, 62, 130, 156, 164 su enjeksiyon avansı 127, 157 Su enjeksiyon basıncı 71, 127 Su enjeksiyon miktarı 71, 157, 168 Su enjeksiyon sıcaklığı 46, 52, 71, 127 Su enjeksiyon zamanlaması 71, 172 su enjeksiyonu 4, 5, 7, 14, 17, 18, 32, 33, 34, 39, 40, 41, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 50, 52, 53, 56, 63, 69, 71, 72, 80, 118,

242 GAZİ GELECEKTİR

The Idealized Air-Fuel Cycle and The Performance Analyses of A Six Stroke Spark-Ignited Engıne

The Idealized Air-Fuel Cycle and The Performance Analyses of A Six Stroke Spark-Ignited Engıne Politeknik Dergisi Journal of Polytechnic Cilt:16 Sayı: 1 s.37-44, 2013 Vol: 16 No: 1 pp.37-44, 2013 Altı Zamanlı Buji Ateşlemeli Bir Motorun Performans ve İdealleştirilmiş Hava-Yakıt Çevrimi Analizi *Yakup

Detaylı

Dört stroklu diesel motor

Dört stroklu diesel motor Dört stroklu diesel motor İki stroklu diesel motor 4-s benzinli motor İndikatör diyagramı 4-s diesel motor İndikatör diyagramı Çift etkili bir diesel motor Karşıt pistonlu bir diesel motor - 1 Karşıt pistonlu

Detaylı

İçten yanmalı motorlarda temel kavramlarının açıklanması Benzinli ve dizel motorların çalışma prensiplerinin anlatılması

İçten yanmalı motorlarda temel kavramlarının açıklanması Benzinli ve dizel motorların çalışma prensiplerinin anlatılması Sakarya 2010 İçten yanmalı motorlarda temel kavramlarının açıklanması Benzinli ve dizel motorların çalışma prensiplerinin anlatılması Temel Kavramlar Basınç; Birim yüzeye etki eden kuvvettir. Birimi :bar,atm,kg/cm2

Detaylı

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 5. Soğutma Şekline Göre Hava soğutmalı motortar: Bu motorlarda, silindir yüzeylerindeki ince metal kanatçıklar vasıtasıyla ısı transferi yüzey alanı artırılır. Motor krank milinden hareket alan bir fan

Detaylı

Bölüm 3 Motor Çalışma Koşullarının Emisyonlara Etkisi

Bölüm 3 Motor Çalışma Koşullarının Emisyonlara Etkisi Egzoz Gazları Emisyonu Prof.Dr. Cem Soruşbay Bölüm 3 Motor Çalışma Koşullarının Emisyonlara Etkisi İstanbul Teknik Üniversitesi Otomotiv Laboratuvarı İşletme Koşullarının Etkisi 1 Hava Fazlalık Katsayısı

Detaylı

İÇTEN YANMALI MOTORLARDA MOMENT, GÜÇ ve YAKIT SARFİYATI KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ

İÇTEN YANMALI MOTORLARDA MOMENT, GÜÇ ve YAKIT SARFİYATI KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ İÇTEN YANMALI MOTORLARDA MOMENT, GÜÇ ve YAKIT SARFİYATI KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ 1. Deneyin Amacı İçten yanmalı motorlarda moment, güç ve yakıt sarfiyatı karakteristiklerinin belirlenmesi deneyi,

Detaylı

İÇTEN YANMALI MOTORLARDA SOĞUTMA SUYU SICAKLIĞININ MOTOR PERFORMANSINA ETKİLERİ ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA

İÇTEN YANMALI MOTORLARDA SOĞUTMA SUYU SICAKLIĞININ MOTOR PERFORMANSINA ETKİLERİ ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA SELÇUK TEKNİK ONLİNE DERGİSİ / ISSN 1302 6178 Volume 2, Number: 1 2001 İÇTEN YANMALI MOTORLARDA SOĞUTMA SUYU SICAKLIĞININ MOTOR PERFORMANSINA ETKİLERİ ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA Tolga TOPGÜL Can ÇINAR

Detaylı

SIKIŞTIRMA ORANININ BİR DİZEL MOTORUN PERFORMANS VE EMİSYONLARINA ETKİLERİ

SIKIŞTIRMA ORANININ BİR DİZEL MOTORUN PERFORMANS VE EMİSYONLARINA ETKİLERİ SIKIŞTIRMA ORANININ BİR DİZEL MOTORUN PERFORMANS VE EMİSYONLARINA ETKİLERİ İsmet SEZER 1 1 Gümüşhane Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, isezer@gumushane.edu.tr,

Detaylı

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVAR DERSİ. Yakıt Püskürtme Sistemleri Deneyi

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVAR DERSİ. Yakıt Püskürtme Sistemleri Deneyi BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVAR DERSİ Yakıt Püskürtme Sistemleri Deneyi Laboratuvar Tarihi: Laboratuvarı Yöneten: Laboratuvar Yeri: Laboratuvar Adı: Öğrencinin Adı-Soyadı

Detaylı

Altı Zamanlı, Pistonlu İçten Yanmalı Motorlar

Altı Zamanlı, Pistonlu İçten Yanmalı Motorlar MAKÜ FEBED ISSN Online: 1309-2243 http://febed.mehmetakif.edu.tr Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 3 (2): 37-45 (2012) Derleme Makale / Review Paper Altı Zamanlı, Pistonlu

Detaylı

Đçten Yanmalı Motor Tasarımı

Đçten Yanmalı Motor Tasarımı 1-Tasarımda kıyas yapılacak motor seçimi 2- Sayfa 86 dan 99 a kadar ısıl analiz yapılacak Uygulama-1 Motor hacmi 1298 cc 1000 rpm Sıkıstırma oranı (ε) 10 2000 rpm Ne 64 kw/6000 rpm Uygulanacak Motor 3000

Detaylı

Motor kullanıcısı açısından seçimi etkileyen faktörler:

Motor kullanıcısı açısından seçimi etkileyen faktörler: Motor kullanıcısı açısından seçimi etkileyen aktörler: motor perormansı yakıt tüketimi ve kullanılan yakıtın iyatı motor gürültüsü ve hava kirliliği yaratan emisyonları motor maliyeti ve donanım masraları

Detaylı

MOTORLAR-5 HAFTA GERÇEK MOTOR ÇEVRİMİ

MOTORLAR-5 HAFTA GERÇEK MOTOR ÇEVRİMİ MOTORLAR-5 HAFTA GERÇEK MOTOR ÇEVRİMİ Yrd.Doç.Dr. Alp Tekin ERGENÇ GERÇEK MOTOR ÇEVRİMİ Gerçek motor çevrimi standart hava (teorik) çevriminden farklı olarak emme, sıkıştırma,tutuşma ve yanma, genişleme

Detaylı

Bölüm 2 Kirletici Maddelerin Oluşumu

Bölüm 2 Kirletici Maddelerin Oluşumu Egzoz Gazları Emisyonu Prof.Dr. Cem Soruşbay Bölüm 2 Kirletici Maddelerin Oluşumu İstanbul Teknik Üniversitesi Otomotiv Laboratuvarı İçerik Motorlu taşıtlarda kirletici maddelerin oluşumu Egzoz gazları

Detaylı

OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ

OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ Enerji analizi termodinamiğin birinci kanununu, ekserji analizi ise termodinamiğin ikinci kanununu kullanarak enerjinin maksimum

Detaylı

İÇTEN YANMALI MOTORLAR 2. BÖLÜM EK DERS NOTLARI

İÇTEN YANMALI MOTORLAR 2. BÖLÜM EK DERS NOTLARI İÇTEN YANMALI MOTORLAR 2. BÖLÜM EK DERS NOTLARI 1.Kısmi Gaz Konumunda Çalışan Benzin (OTTO) Motoru Şekil 1. Kısmi gaz konumunda çalışan bir benzin motorunun ideal Otto çevrimi (6-6a-1-2-3-4-5-6) Dört zamanlı

Detaylı

Otto ve Dizel Çevrimlerinin Termodinamik Analizi. Bölüm 9: Gaz Akışkanlı Güç Çevrimleri

Otto ve Dizel Çevrimlerinin Termodinamik Analizi. Bölüm 9: Gaz Akışkanlı Güç Çevrimleri Otto ve Dizel Çevrimlerinin Termodinamik Analizi 1 GÜÇ ÇEVRİMLERİNİN ÇÖZÜMLEMESİNE İLİŞKİN TEMEL KAVRAMLAR Güç üreten makinelerin büyük çoğunluğu bir termodinamik çevrime göre çalışır. Ideal Çevrim: Gerçek

Detaylı

Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA

Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Performans nedir? Performans nedir?... Performans: İcraat, başarı 1. Birinin veya bir şeyin görev veya çalışma biçimi; Klimaların soğutma performansları karşılaştırıldı."; Jetin

Detaylı

TEKNİK FİZİK ÖRNEK PROBLEMLER-EK2 1

TEKNİK FİZİK ÖRNEK PROBLEMLER-EK2 1 TEKNİK FİZİK ÖRNEK PROBLEMLER-EK2 ÖRNEK PROBLEM (KİNETİK ENERJİ) RÜZER şirketi 40 kw güce sahip bir rüzgar çiftliği kurmayı planlamıştır. Tasarlanan rüzgar türbinine gelecek rüzgarın debisi 000 kg/s dir.

Detaylı

Temel Motor Teknolojisi

Temel Motor Teknolojisi Temel Motor Teknolojisi İçerik Otomotiv Tarihçesi Otto Motorlarda 4 Zaman Krank Mili Kam Mili Lambda Vuruntu Motor Yerleşim Tipleri Güç ve Tork 2 Otomotiv Tarihçesi İlk Buharlı otomobil 1769.(Fransız Joseph

Detaylı

İçten Yanmalı Motorların Doğalgazla Çalışır Hale Getirilmeleri ve Dönüştürülmüş Motorların Performans Parametrelerinin Analizi

İçten Yanmalı Motorların Doğalgazla Çalışır Hale Getirilmeleri ve Dönüştürülmüş Motorların Performans Parametrelerinin Analizi İçten Yanmalı Motorların Doğalgazla Çalışır Hale Getirilmeleri ve Dönüştürülmüş Motorların Performans Parametrelerinin Analizi (Conversion of Internal Combustion Engines to Usage of Natural Gas and Performance

Detaylı

Halit YAŞAR. Doç. Dr. Makina Mühendisliği Bölümü Otomotiv Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Halit YAŞAR. Doç. Dr. Makina Mühendisliği Bölümü Otomotiv Anabilim Dalı Öğretim Üyesi PROJECT MOTORLAR TITLE Doç. Dr. Halit YAŞAR Makina Mühendisliği Bölümü Otomotiv Anabilim Dalı Öğretim Üyesi 1/44 MOTORLAR DERS NOTLARINI FOTOKOPİDEN TEMİN EDEBİLİRSİNİZ 2/44 KAYNAKLAR 1) HEYWOOD, J.H.,

Detaylı

BUJİ İLE ATEŞLEMELİ MOTORLARDA TEK NOKTA YAKIT ENJEKSİYON VE KARBÜRATÖR SİSTEMLERİNİN PERFORMANSA ETKİLERİ ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA

BUJİ İLE ATEŞLEMELİ MOTORLARDA TEK NOKTA YAKIT ENJEKSİYON VE KARBÜRATÖR SİSTEMLERİNİN PERFORMANSA ETKİLERİ ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA Politeknik Dergisi Journal of Polytechnic Cilt: 6 Sayı: 1 s. 391-395, 23 Vol: 6 No: 1 pp. 391-395, 23 BUJİ İLE ATEŞLEMELİ MOTORLARDA TEK NOKTA YAKIT ENJEKSİYON VE KARBÜRATÖR SİSTEMLERİNİN PERFORMANSA ETKİLERİ

Detaylı

HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ

HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ Serhan Küçüka*, Serkan Sunu, Anıl Akarsu, Emirhan Bayır Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü

Detaylı

Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 187 KÜÇÜK GÜÇLÜ İÇTEN PATLAMALI MOTORLARIN KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİ VE POMPA AKUPLASYONU

Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 187 KÜÇÜK GÜÇLÜ İÇTEN PATLAMALI MOTORLARIN KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİ VE POMPA AKUPLASYONU Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 187 KÜÇÜK GÜÇLÜ İÇTEN PATLAMALI MOTORLARIN KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİ VE POMPA AKUPLASYONU Characteristic Specifications of Low Power Internal Combustion

Detaylı

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER Adı- Soyadı: Fakülte No : Gıda Mühendisliği Bölümü, 2015/2016 Öğretim Yılı, Güz Yarıyılı 00391-Termodinamik Dersi, Bütünleme Sınavı Soru ve Çözümleri 20.01.2016 Soru (puan) 1 (20) 2 (20) 3 (20) 4 (20)

Detaylı

7. Krank Mili 8. Biyel Kolu 9. Pistonlar 10. Segmanlar 11. Kam Mili 12. Subaplar

7. Krank Mili 8. Biyel Kolu 9. Pistonlar 10. Segmanlar 11. Kam Mili 12. Subaplar Deney-1 1/6 DENEY 1 TEK SĐLĐNDĐRLĐ DĐZEL MOTORUNUN PERFORMANS PARAMETRELERĐNĐN BELĐRLENMESĐ Amaç :Motor parçaları ve motor yapısının incelenmesi. Tek Silindirli bir dizel motorunun performans parametrelerinin

Detaylı

Soru 5) Pistonun, silindir içersinde iki ölü nokta arasında yaptığı tek bir harekete ne denir? a) Çevrim b) Vakum c) Basma d) Zaman

Soru 5) Pistonun, silindir içersinde iki ölü nokta arasında yaptığı tek bir harekete ne denir? a) Çevrim b) Vakum c) Basma d) Zaman Soru 1) Pistonun silindir içersinde yön değiştirmek üzere bir an durakladığı yere ne ad verilir? a) Silindir başı b) Silindir eteği c) Ölü nokta d) Piston durağı Soru 4) Silindir hacmi aşağıdakilerden

Detaylı

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER Adı- Soyadı: Fakülte No : Gıda Mühendisliği Bölümü, 2015/2016 Öğretim Yılı, Güz Yarıyılı 00391-Termodinamik Dersi, Dönem Sonu Sınavı Soru ve Çözümleri 07.01.2016 Soru (puan) 1 (20) 2 (20) 3 (20) 4 (20)

Detaylı

Dizel Motorlarında Enjeksiyon Basıncı ve Maksimum Yakıt Miktarının Motor Performansı ve Duman Emisyonlarına Etkilerinin İncelenmesi

Dizel Motorlarında Enjeksiyon Basıncı ve Maksimum Yakıt Miktarının Motor Performansı ve Duman Emisyonlarına Etkilerinin İncelenmesi Politeknik Dergisi Journal of Polytechnic Cilt: 7 Sayı: 4 s. 321-326, 2004 Vol: 7 No: 4 pp. 321-326, 2004 Dizel Motorlarında Enjeksiyon Basıncı ve Maksimum Yakıt Miktarının Motor Performansı ve Duman Emisyonlarına

Detaylı

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU TERMODİNAMİK Öğr. Gör. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU ISI Maddenin kütlesine, cinsine ve sıcaklık farkına bağımlı olarak sıcaklığını birim oranda değiştirmek için gerekli olan veri miktarına

Detaylı

SORULAR VE ÇÖZÜMLER. Adı- Soyadı : Fakülte No :

SORULAR VE ÇÖZÜMLER. Adı- Soyadı : Fakülte No : Adı- Soyadı : Fakülte No : Gıda Mühendisliği Bölümü, 2014/2015 Öğretim Yılı, Güz Yarıyılı 00391-Termodinamik Dersi, Dönem Sonu Sınavı Soru ve Çözümleri 06.01.2015 Soru (puan) 1 (15) 2 (15) 3 (15) 4 (20)

Detaylı

DEN 322. Diesel Motor Karakteristikleri

DEN 322. Diesel Motor Karakteristikleri DEN 322 Diesel Motor Karakteristikleri Diesel motorlar Motor kullanıcısı açısından seçimi etkileyen aktörler: motor perormansı yakıt tüketimi ve kullanılan yakıtın iyatı motor gürültüsü ve hava kirliliği

Detaylı

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders 3

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders 3 Enerji Kaynakları MAKİNE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders 3 Enerji kaynakları Yakıtlar Doğa kuvvetleri Özel doğa kuvvetleri Yrd. Doç. Dr. Yüksel HACIOĞLU Katı Sıvı Gaz Odun Petrol Doğal Gaz Hidrolik Güneş Rüzgar

Detaylı

HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ GIDA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GMU 319 MÜHENDİSLİK TERMODİNAMİĞİ Çalışma Soruları #4 ün Çözümleri

HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ GIDA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GMU 319 MÜHENDİSLİK TERMODİNAMİĞİ Çalışma Soruları #4 ün Çözümleri HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ GIDA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GMU 319 MÜHENDİSLİK TERMODİNAMİĞİ Çalışma Soruları #4 ün Çözümleri Veriliş Tarihi: 18/11/2018 1) Durdurucular bulunan bir piston silindir düzeneğinde başlanğıçta

Detaylı

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER Adı- Soyadı : Fakülte No : Gıda Mühendisliği Bölümü, 2014/2015 Öğretim Yılı, Güz Yarıyılı 00391-Termodinamik Dersi, Bütünleme Sınavı Soru ve Çözümleri 23.01.2015 Soru (puan) 1 (20) 2 (20) 3 (20) 4 (20)

Detaylı

Buji ile ateşlemeli motorlar için teorik çevrimin (Hava Standart OTTO çevrimi) Sıkıştırma ile ateşlemeli motorlar için teorik çevrimin (Dizel Teorik

Buji ile ateşlemeli motorlar için teorik çevrimin (Hava Standart OTTO çevrimi) Sıkıştırma ile ateşlemeli motorlar için teorik çevrimin (Dizel Teorik SAKARYA 2010 Buji ile ateşlemeli motorlar için teorik çevrimin (Hava Standart OTTO çevrimi) Sıkıştırma ile ateşlemeli motorlar için teorik çevrimin (Dizel Teorik çevrimi) açıklanması Çevrim Prosesin başladığı

Detaylı

İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ Bölüm 1 DAİRESEL HAREKET Bölüm 2 İŞ, GÜÇ, ENERJİ ve MOMENTUM

İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ Bölüm 1 DAİRESEL HAREKET Bölüm 2 İŞ, GÜÇ, ENERJİ ve MOMENTUM ÖNSÖZ İÇİNDEKİLER III Bölüm 1 DAİRESEL HAREKET 11 1.1. Dairesel Hareket 12 1.2. Açısal Yol 12 1.3. Açısal Hız 14 1.4. Açısal Hız ile Çizgisel Hız Arasındaki Bağıntı 15 1.5. Açısal İvme 16 1.6. Düzgün Dairesel

Detaylı

Karbonmonoksit (CO) Oluşumu

Karbonmonoksit (CO) Oluşumu Yanma Kaynaklı Emisyonların Oluşum Mekanizmaları Karbonmonoksit (CO) Oluşumu Karbonmonoksit emisyonlarının ana kaynağı benzinli taşıt motorlarıdır. H/Y oranının CO emisyonu üzerine etkisi çok fazladır.

Detaylı

HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (22/05/2017) Adı ve Soyadı: No: İmza:

HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (22/05/2017) Adı ve Soyadı: No: İmza: HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (/05/07) Adı ve Soyadı: No: İmza: Alınan Puanlar:.. 3. 4. 5. Sınav sonucu. Süre: 00 dak. Not: Verilmediği düşünülen değerler için

Detaylı

İÇTEN YANMALI MOTORLARIN ÇALIŞMA PRENSİPLERİ DİZEL MOTORLARI

İÇTEN YANMALI MOTORLARIN ÇALIŞMA PRENSİPLERİ DİZEL MOTORLARI İÇTEN YANMALI MOTORLARIN ÇALIŞMA PRENSİPLERİ DİZEL MOTORLARI DİZEL MOTORLARI (Tarihçesi) İLK DİZEL MOTORU DİZEL MOTORLARI DÖRT ZAMANLI ÇEVRİM Çalışma prensibi Dizel motor, benzinli motorlardan farklı olarak

Detaylı

R-712 SOĞUTMA LABORATUAR ÜNİTESİ DENEY FÖYLERİ

R-712 SOĞUTMA LABORATUAR ÜNİTESİ DENEY FÖYLERİ DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SAN. VE TİC. Yeni sanayi sitesi 36.Sok. No:22 BALIKESİR Telefaks:0266 2461075 http://www.deneysan.com R-712 SOĞUTMA LABORATUAR ÜNİTESİ DENEY FÖYLERİ HAZIRLAYAN Yrd.Doç.Dr. Hüseyin

Detaylı

Hidrostatik Güç İletimi. Vedat Temiz

Hidrostatik Güç İletimi. Vedat Temiz Hidrostatik Güç İletimi Vedat Temiz Tanım Hidrolik pompa ve motor kullanarak bir sıvı yardımıyla gücün aktarılmasıdır. Hidrolik Pompa: Pompa milinin her turunda (dönmesinde) sabit bir miktar sıvı hareketi

Detaylı

8. Silindirlerin Düzenleniş Şekline Göre

8. Silindirlerin Düzenleniş Şekline Göre 8. Silindirlerin Düzenleniş Şekline Göre 1/40 Sıra Motor 2/40 V- Motor 3/40 Ferrari V12 65 o motoru 375 kw (7000 devir/dakikada) D/H 86/75 mm 5474 cc 4/40 Boksör Motor 5/40 Yıldız Tip Motor 6/40 Karşı

Detaylı

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Rev: 17.09.2014 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Makine Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı Termodinamik Genel Laboratuvar Föyü Güz Dönemi Öğrencinin Adı Soyadı : No

Detaylı

MAKİNE VE MOTOR DERS NOTLARI 4.HAFTA

MAKİNE VE MOTOR DERS NOTLARI 4.HAFTA MAKİNE VE MOTOR DERS NOTLARI 4.HAFTA Hazırlayan: Öğr. Gör. Tuğberk ÖNAL MALATYA 2016 1.TEORİK OTTO ÇEVRİMİ Gerçek motor çalışmasında yanma işlemi motor silindirinde gerçekleşir. Yanma sonu açığa çıkan

Detaylı

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2 T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2 DOĞAL VE ZORLANMIŞ TAŞINIMLA ISI TRANSFERİ DENEYİ ÖĞRENCİ NO: ADI SOYADI:

Detaylı

14th International Combustion Symposium (INCOS2018) April 2018

14th International Combustion Symposium (INCOS2018) April 2018 OTTO ÇEVRİMİNE GÖRE ÇALIŞAN BUJİ İLE ATEŞLEMELİ BİR MOTORUN ATKİNSON ÇEVRİMİNE DÖNÜŞÜMÜNÜN İNCELENMESİ Halil E. GÜLCAN 1, Abdullah O. ÖZDEMİR 2, Can ÇINAR *2, Murat CİNİVİZ 3 1 Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri

Detaylı

TAMGA ENDÜSTRİYEL KONTROL SİSTEMLERİ LTD.ŞTİ., ENERJİ YÖNETİMİNDE SINIRSIZ ÇÖZÜMLER SUNAR. HOŞGELDİNİZ

TAMGA ENDÜSTRİYEL KONTROL SİSTEMLERİ LTD.ŞTİ., ENERJİ YÖNETİMİNDE SINIRSIZ ÇÖZÜMLER SUNAR. HOŞGELDİNİZ TAMGA ENDÜSTRİYEL KONTROL SİSTEMLERİ LTD.ŞTİ., ENERJİ YÖNETİMİNDE SINIRSIZ ÇÖZÜMLER SUNAR. HOŞGELDİNİZ TAMGA TRİO YANMA VERİMİ Yakma ekipmanları tarafından yakıtın içerdiği enerjinin, ısı enerjisine dönüştürülme

Detaylı

ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ

ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ 1. Teorik Esaslar: Isı değiştirgeçleri, iki akışın karışmadan ısı alışverişinde bulundukları mekanik düzeneklerdir. Isı değiştirgeçleri endüstride yaygın olarak kullanılırlar

Detaylı

Gerçek ve ideal çevrimler, Carnot çevrimi, hava standardı kabulleri, pistonlu motolar

Gerçek ve ideal çevrimler, Carnot çevrimi, hava standardı kabulleri, pistonlu motolar Gerçek ve ideal çevrimler, Carnot çevrimi, hava standardı kabulleri, pistonlu motolar 9-16. Kapalı bir sistemde gerçekleşen ideal hava çevirimi aşağıda belirtilen dört hal değişiminden oluşmaktadır. Oda

Detaylı

Anlatım-sunum-laboratuar

Anlatım-sunum-laboratuar MM 401 MAKİNE MÜH.DENEYLER - I 1+2/2 -laboratuar 14 hafta-haftada 1 saat teorik 2 saat laboratuar Ders süresince yapılacak laboratuarlar: akışkan borusu ve lüleden akış, paralel akışlı ısı eşanjörü, hidrolik

Detaylı

Etanol Dizel Yakıt Karışımlarının Kısmi Homojen Dolgulu Bir Dizel Motorun Performansına Etkisi

Etanol Dizel Yakıt Karışımlarının Kısmi Homojen Dolgulu Bir Dizel Motorun Performansına Etkisi Etanol Dizel Yakıt Karışımlarının Kısmi Homojen Dolgulu Bir Dizel Motorun Performansına Etkisi Bekir DÜZCAN *, Can HAŞİMOĞLU *, Ahmet MURCAK *, Samet ÇELEBİ ** * Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi

Detaylı

OTOMOTİV TEKNOLOJİLERİ

OTOMOTİV TEKNOLOJİLERİ OTOMOTİV TEKNOLOJİLERİ Prof. Dr. Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Erzurum Bu hafta Buji Ateşlemeli -- Dizel (Sıkıştırma Ateşlemeli) Motorlar - Temel Motor parçaları

Detaylı

MOTORLAR. 1 Ders Adi: MOTORLAR 2 Ders Kodu: MAK Ders Türü: Seçmeli 4 Ders Seviyesi Lisans

MOTORLAR. 1 Ders Adi: MOTORLAR 2 Ders Kodu: MAK Ders Türü: Seçmeli 4 Ders Seviyesi Lisans MOTORLAR 1 Ders Adi: MOTORLAR 2 Ders Kodu: MAK4301 3 Ders Türü: Seçmeli 4 Ders Seviyesi Lisans 5 Dersin Verildiği Yıl: 4 6 Dersin Verildiği Yarıyıl 7 7 Dersin AKTS Kredisi: 4.00 8 Teorik Ders Saati (saat/hafta)

Detaylı

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ T.C BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK ve MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI POMPASI DENEY FÖYÜ 2015-2016 Güz Yarıyılı Prof.Dr. Yusuf Ali KARA Arş.Gör.Semih AKIN Makine

Detaylı

TERMODİNAMİK SINAV HAZIRLIK SORULARI BÖLÜM 4

TERMODİNAMİK SINAV HAZIRLIK SORULARI BÖLÜM 4 Kapalı Sistem Enerji Analizi TERMODİNAMİK SINAV HAZIRLIK SORULARI BÖLÜM 4 4-27 0.5 m 3 hacmindeki bir tank başlangıçta 160 kpa basınç ve %40 kuruluk derecesinde soğutucu akışkan-134a içermektedir. Daha

Detaylı

Dizel Motorlarında Yanma Odası İçerisine Su Püskürtmenin Egzoz Emisyonlarına Etkisi

Dizel Motorlarında Yanma Odası İçerisine Su Püskürtmenin Egzoz Emisyonlarına Etkisi Dizel Motorlarında Yanma Odası İçerisine Su Püskürtmenin Egzoz Emisyonlarına Etkisi Ahmet İRGİN 1, Mustafa AYDIN 2 Kastamonu Üniversitesi Küre MYO Motorlu Araçlar ve Ulaştırma Teknolojileri Kastamonu,

Detaylı

DENİZ HARP OKULU MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ. İçten Yanmalı Makineler MKM-413 4/I (3+0+0) 3 3

DENİZ HARP OKULU MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ. İçten Yanmalı Makineler MKM-413 4/I (3+0+0) 3 3 DENİZ HARP OKULU MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ Dersin Adı Kodu Sınıf / Y.Y. Ders Saati (T+U+L) Kredi AKTS İçten Yanmalı Makineler MKM-413 4/I (3+0+0) 3 3 Dersin Dili Dersin

Detaylı

HOMOJEN DOLGULU SIKIŞTIRMA İLE ATEŞLEMELİ BİR BENZİN MOTORUNDA SUPAP KALKMA MİKTARININ YANMA VE PERFORMANSA ETKİLERİNİN İNCELENMESİ.

HOMOJEN DOLGULU SIKIŞTIRMA İLE ATEŞLEMELİ BİR BENZİN MOTORUNDA SUPAP KALKMA MİKTARININ YANMA VE PERFORMANSA ETKİLERİNİN İNCELENMESİ. HOMOJEN DOLGULU SIKIŞTIRMA İLE ATEŞLEMELİ BİR BENZİN MOTORUNDA SUPAP KALKMA MİKTARININ YANMA VE PERFORMANSA ETKİLERİNİN İNCELENMESİ Ahmet UYUMAZ DOKTORA TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ

Detaylı

2-Emisyon Ölçüm Raporu Formatı

2-Emisyon Ölçüm Raporu Formatı 2-Emisyon Ölçüm Raporu Formatı A) İşletmenin Sınıfı (1- İşletmenin faaliyetinin Çevre Kanununca Alınması Gereken İzin ve Lisanslar Hakkında Yönetmelik Madde 4 kapsamında yeri,) B) Faaliyetinin Anlatımı

Detaylı

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ENERJİ LABORATUARI

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ENERJİ LABORATUARI ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ENERJİ LABORATUARI DENEY FÖYÜ DENEY ADI SOĞUTMA DENEY FÖYÜ DERSİN ÖĞRETİM ELEMANI DENEYİ YAPTIRAN ÖĞRETİM ELEMANI DENEY

Detaylı

Su Enjeksiyonu ile Egzoz Isısı Geri Kazanımlı Altı Zamanlı Motor İçin Kam Tasarımı

Su Enjeksiyonu ile Egzoz Isısı Geri Kazanımlı Altı Zamanlı Motor İçin Kam Tasarımı Taşıt Teknolojileri Elektronik Dergisi (TATED) Cilt: 4, No: 2, 2012 ( 11-23) Electronic Journal of Vehicle Technologies (EJVT) Vol: 4, No: 2, 2012 ( 11-23) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com

Detaylı

SU ÜRÜNLERİNDE MEKANİZASYON

SU ÜRÜNLERİNDE MEKANİZASYON SU ÜRÜNLERİNDE MEKANİZASYON 4 Yrd.Doç.Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları & Teknolojileri Mühendisliği Bölümü Kaynak: Tarım Alet ve Makinaları, Ünite 3, Traktörler,

Detaylı

Termodinamik. Öğretim Görevlisi Prof. Dr. Lütfullah Kuddusi. Bölüm 4: Kapalı Sistemlerin Enerji Analizi

Termodinamik. Öğretim Görevlisi Prof. Dr. Lütfullah Kuddusi. Bölüm 4: Kapalı Sistemlerin Enerji Analizi Termodinamik Öğretim Görevlisi Prof. Dr. Lütfullah Kuddusi 1 Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ 2 Amaçlar Özellikle otomobil motoru ve kompresör gibi pistonlu makinelerde yaygın olarak karşılaşılan

Detaylı

EĞİTİM PROGRAMI ÇERÇEVESİ BİRİNCİ EĞİTİM MODÜLÜ

EĞİTİM PROGRAMI ÇERÇEVESİ BİRİNCİ EĞİTİM MODÜLÜ EK-2 PROGRAMI ÇERÇEVESİ BİRİNCİ MODÜLÜ MÜFREDAT KONUSU MODÜL GENEL Enerji verimliliği mevzuatı, M1 Teorik Enerjide arz ve talep tarafındaki gelişmeler, M1 Teorik Enerji tasarrufunun ve verimliliğin önemi

Detaylı

Deneyin Adı: Isı Geri Kazanımlı, Sıcaklığı Oransal Olarak Kontrol Edilen Sıcak Hava Üretim Sistemi

Deneyin Adı: Isı Geri Kazanımlı, Sıcaklığı Oransal Olarak Kontrol Edilen Sıcak Hava Üretim Sistemi Deneyin Adı: Isı Geri Kazanımlı, Sıcaklığı Oransal Olarak Kontrol Edilen Sıcak Hava Üretim Sistemi Deneyin yapılacağı yer: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü Laboratuar Binası, 2. Kat Enerji Verimliliği

Detaylı

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Hidromekanik ve Hidrolik Makinalar Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Kompresör Deneyi Çalışma Notu

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Hidromekanik ve Hidrolik Makinalar Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Kompresör Deneyi Çalışma Notu YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Hidromekanik ve Hidrolik Makinalar Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Kompresör Deneyi Çalışma Notu Laboratuar Yeri: E1 Blok Hidromekanik ve Hidrolik Makinalar Laboratuvarı

Detaylı

Entropi tünelinden çıkmanın tek yolu ekserji iksirini içmektir! (A. Midilli)

Entropi tünelinden çıkmanın tek yolu ekserji iksirini içmektir! (A. Midilli) Entropi tünelinden çıkmanın tek yolu ekserji iksirini içmektir! (A. Midilli) Kişilik, enerjiyi yönetebilme ve verimli kullanabilme kabiliyetinin bir göstergesidir (A. Midilli) SUMMER COURSE ON EXERGY AND

Detaylı

Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ

Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ http://public.cumhuriyet.edu.tr/alipinarbasi/ 1 Prof. Dr. Ali PINARBAŞI Amaçlar Özellikle otomobil motoru ve kompresör gibi pistonlu makinelerde yaygın olarak

Detaylı

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER Adı- Soyadı: Fakülte No : Gıda Mühendisliği Bölümü, 2016/2017 Öğretim Yılı, Güz Yarıyılı 00391-Termodinamik Dersi, Dönem Sonu Sınavı Soru ve Çözümleri 13.01.2017 Soru (puan) 1 (20) 2 (20) 3 (20) 4 (20)

Detaylı

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ. İçten Yanmalı Makineler MK-412 4/Güz (2+0+0) 2 5

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ. İçten Yanmalı Makineler MK-412 4/Güz (2+0+0) 2 5 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ Dersin Adı Kodu Sınıf / Y.Y. Ders Saati (T+U+L) Kredi AKTS İçten Yanmalı Makineler MK-412 4/Güz (2+0+0) 2 5 Dersin Dili : Türkçe Dersin Seviyesi

Detaylı

tmmob makina mühendisleri odası uygulamalı eğitim merkezi Buhar Kazanı Verim Hesapları Eğitimi

tmmob makina mühendisleri odası uygulamalı eğitim merkezi Buhar Kazanı Verim Hesapları Eğitimi tmmob makina mühendisleri odası uygulamalı eğitim merkezi Buhar Kazanı Verim Hesapları Eğitimi Alpaslan GÜVEN Makina Yük.Mühendisi Enerji Yöneticisi EEP Eğitmeni Ekim - 2012 BUHAR KAZANLARI Kazan: İçerisinde

Detaylı

Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir

Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir Makale ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir (Qureshi ve ark., 1996; Nasution ve ark., 2006; Aprea ve ark., 2006). Bu çalışmada, boru

Detaylı

ENERJİ YÖNETİMİ VE POLİTİKALARI

ENERJİ YÖNETİMİ VE POLİTİKALARI ENERJİ YÖNETİMİ VE POLİTİKALARI KAZANLARDA ENERJİ VERİMLİLİĞİ ÖĞRENCİNİN ADI:KUBİLAY SOY ADI:KOÇ NUMARASI:15360038 KAZANLAR Yakıtın kimyasal enerjisini yanma yoluyla ısı enerjisine dönüştüren ve bu ısı

Detaylı

Bölüm 8 EKSERJİ: İŞ POTANSİYELİNİN BİR ÖLÇÜSÜ. Bölüm 8: Ekserji: İş Potansiyelinin bir Ölçüsü

Bölüm 8 EKSERJİ: İŞ POTANSİYELİNİN BİR ÖLÇÜSÜ. Bölüm 8: Ekserji: İş Potansiyelinin bir Ölçüsü Bölüm 8 EKSERJİ: İŞ POTANSİYELİNİN BİR ÖLÇÜSÜ 1 Amaçlar Termodinamiğin ikinci yasası ışığında, mühendislik düzeneklerinin verimlerini veya etkinliklerini incelemek. Belirli bir çevrede verilen bir halde

Detaylı

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com ISSN:1304-4141 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2007 (3) 55-60 TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR Teknik Not Abdurrazzak AKTAŞ ZKÜ Karabük Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi

Detaylı

İKLİMLENDİRME DENEYİ FÖYÜ

İKLİMLENDİRME DENEYİ FÖYÜ İKLİMLENDİRME DENEYİ FÖYÜ Deneyin Amacı İklimlendirme tesisatının çalıştınlması ve çeşitli kısımlarının görevlerinin öğrenilmesi, Deney sırasında ölçülen büyüklükler yardımıyla Psikrometrik Diyagramı kullanarak,

Detaylı

TERMODİNAMİK II BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMLERİ. Dr. Nezaket PARLAK. Sakarya Üniversitesi Makine Müh. Böl. D Esentepe Kampüsü Serdivan-SAKARYA

TERMODİNAMİK II BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMLERİ. Dr. Nezaket PARLAK. Sakarya Üniversitesi Makine Müh. Böl. D Esentepe Kampüsü Serdivan-SAKARYA TERMODİNAMİK II BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMLERİ Dr. Nezaket PARLAK Sakarya Üniversitesi Makine Müh. Böl. D-6 605 Esentepe Kampüsü 54180 Serdivan-SAKARYA BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMLERİ Güç elde etmek amacıyla : iş akışkanı

Detaylı

Soru No Program Çıktısı 3, ,10 8,10

Soru No Program Çıktısı 3, ,10 8,10 Öğrenci Numarası Adı ve Soyadı İmzası: CEVAP ANAHTARI Açıklama: Sınavda ders notları ve dersle ilgili tablolar serbesttir. Sorular eşit puanlıdır. SORU 1. Bir teknik sisteme 120 MJ enerji verilerek 80000

Detaylı

SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ MOTORLAR LABORATUARI DENEY FÖYÜ DENEY ADI MOTORLAR DENEYĠ

SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ MOTORLAR LABORATUARI DENEY FÖYÜ DENEY ADI MOTORLAR DENEYĠ SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ MOTORLAR LABORATUARI DENEY FÖYÜ DENEY ADI MOTORLAR DENEYĠ DERSĠN ÖĞRETĠM ÜYESĠ PROF. DR. ĠSMAĠL HAKKI AKÇAY DENEY GRUBU: DENEY

Detaylı

Entropi tünelinden çıkmanın tek yolu ekserji iksirini içmektir! (A. Midilli)

Entropi tünelinden çıkmanın tek yolu ekserji iksirini içmektir! (A. Midilli) Entropi tünelinden çıkmanın tek yolu ekserji iksirini içmektir! (A. Midilli) Kişilik, enerjiyi yönetebilme ve verimli kullanabilme kabiliyetinin bir göstergesidir (A. Midilli) SUMMER COURSE ON EXERGY AND

Detaylı

Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ. Bölüm 4: Kapalı Sistemlerin Enerji Analizi

Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ. Bölüm 4: Kapalı Sistemlerin Enerji Analizi Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ 1 Amaçlar Özellikle otomobil motoru ve kompresör gibi pistonlu makinelerde yaygın olarak karşılaşılan hareketli sınır işi veya PdV işi olmak üzere değişik iş biçimlerinin

Detaylı

İçerik. Giriş. Yakıt pili bileşenlerinin üretimi. Yakıt pili modülü tasarımı ve özellikleri. Nerelerde kullanılabilir?

İçerik. Giriş. Yakıt pili bileşenlerinin üretimi. Yakıt pili modülü tasarımı ve özellikleri. Nerelerde kullanılabilir? Prof. Dr. İnci EROĞLU ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Savunma Sanayiinde Borun Kullanımı Çalıştayı (SSM) 14 Haziran 2011 1 İçerik Giriş Yakıt pili bileşenlerinin üretimi Yakıt pili

Detaylı

DÖRT ZAMANLI, TEK SİLİNDİRLİ, DEĞİŞKEN SIKIŞTIRMA ORANLI BİR DİZEL MOTORUNUN BİLGİSAYAR YARDIMI İLE TEORİK SİMÜLASYONU VE PERFORMANS ANALİZİ

DÖRT ZAMANLI, TEK SİLİNDİRLİ, DEĞİŞKEN SIKIŞTIRMA ORANLI BİR DİZEL MOTORUNUN BİLGİSAYAR YARDIMI İLE TEORİK SİMÜLASYONU VE PERFORMANS ANALİZİ 1 DÖRT ZAMANLI, TEK SİLİNDİRLİ, DEĞİŞKEN SIKIŞTIRMA ORANLI BİR DİZEL MOTORUNUN BİLGİSAYAR YARDIMI İLE TEORİK SİMÜLASYONU VE PERFORMANS ANALİZİ Seyfi POLAT YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNE EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ

Detaylı

BUJİ İLE ATEŞLEMELİ MOTORLARDA KISMİ GAZ KELEBEK AÇIKLIĞINDA LPG KULLANIMI ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA

BUJİ İLE ATEŞLEMELİ MOTORLARDA KISMİ GAZ KELEBEK AÇIKLIĞINDA LPG KULLANIMI ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA TEKNOLOJİ, (2001), Sayı 1-2, 69-74 TEKNOLOJİ BUJİ İLE ATEŞLEMELİ MOTORLARDA KISMİ GAZ KELEBEK AÇIKLIĞINDA LPG KULLANIMI ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA Can ÇINAR* Yakup SEKMEN* Ali AKBAŞ* Mustafa BALCI*

Detaylı

ĠKLĠMLENDĠRME DENEYĠ

ĠKLĠMLENDĠRME DENEYĠ ĠKLĠMLENDĠRME DENEYĠ MAK-LAB008 1 GĠRĠġ İnsanlara konforlu bir ortam sağlamak ve endüstriyel amaçlar için uygun koşullar yaratmak maksadıyla iklimlendirme yapılır İklimlendirmede başlıca avanın sıcaklığı

Detaylı

DIRECT LIQUIMAX (DLM) OTOGAZ DÖNÜŞÜM KİTİ

DIRECT LIQUIMAX (DLM) OTOGAZ DÖNÜŞÜM KİTİ DIRECT LIQUIMAX (DLM) OTOGAZ DÖNÜŞÜM KİTİ Prins Otogaz Dönüşüm Kiti ile Üstün Performans Yüksek Sürüş Keyfi Kıymet bilenlerin otogaz dönüşüm kiti, Prins! Kıymet Bilenlerin Otogaz Dönüşüm Kiti, Prins! Dünyada

Detaylı

Atık Kızartma Yağı Metil Esterinin Bir Dizel Motorunda, Motor Performansı ve Egzoz Emisyonlarına Etkisinin Araştırılması

Atık Kızartma Yağı Metil Esterinin Bir Dizel Motorunda, Motor Performansı ve Egzoz Emisyonlarına Etkisinin Araştırılması Atık Kızartma Yağı Metil Esterinin Bir Dizel Motorunda, Motor Performansı ve Egzoz Emisyonlarına Etkisinin Araştırılması R. Behçet 1, S. Aydın 1, C. İlkılıç 2, H. Aydın 1, A.V. Çakmak 3 1 Batman Üniversitesi,

Detaylı

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 5 PSİKROMETRİK İŞLEMLERDE ENERJİ VE KÜTLE DENGESİ

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 5 PSİKROMETRİK İŞLEMLERDE ENERJİ VE KÜTLE DENGESİ BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 5 PSİKROMETRİK İŞLEMLERDE ENERJİ VE KÜTLE DENGESİ BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402

Detaylı

METİL VE ETİL ESTERİN DİZEL YAKITI OLARAK KULLANILMA İMKANLARININ DENEYSEL OLARAK ARAŞTIRILMASI ÖZET

METİL VE ETİL ESTERİN DİZEL YAKITI OLARAK KULLANILMA İMKANLARININ DENEYSEL OLARAK ARAŞTIRILMASI ÖZET Politeknik Dergisi Journal of Polytechnic Cilt: 6 Sayı: 2 s. 459-464, 2003 Vol: 6 No: 2 pp. 459-464, 2003 METİL VE ETİL ESTERİN DİZEL YAKITI OLARAK KULLANILMA İMKANLARININ DENEYSEL OLARAK ARAŞTIRILMASI

Detaylı

TERMAL ve ENERJİ MÜHENDİSLİĞİ. Rıdvan YAKUT

TERMAL ve ENERJİ MÜHENDİSLİĞİ. Rıdvan YAKUT TERMAL ve ENERJİ MÜHENDİSLİĞİ Rıdvan YAKUT Termal ve Enerji Mühendisliği Bu bölümde, içten yanmalı motorlar, uçak itki sistemleri, ısıtma ve soğutma sistemleri, yenilenebilir enerji kaynakları, yenilenemez

Detaylı

(Mekanik Sistemlerde PID Kontrol Uygulaması - 3) HAVA KÜTLE AKIŞ SİSTEMLERİNDE PID İLE SICAKLIK KONTROLÜ. DENEY SORUMLUSU Arş.Gör.

(Mekanik Sistemlerde PID Kontrol Uygulaması - 3) HAVA KÜTLE AKIŞ SİSTEMLERİNDE PID İLE SICAKLIK KONTROLÜ. DENEY SORUMLUSU Arş.Gör. T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK LABORATUVARI 1 (Mekanik Sistemlerde PID Kontrol Uygulaması - 3) HAVA KÜTLE AKIŞ SİSTEMLERİNDE PID İLE SICAKLIK

Detaylı

Türkiye nin Elektrik Üretimi ve Tüketimi

Türkiye nin Elektrik Üretimi ve Tüketimi Türkiye nin Elektrik Üretimi ve Tüketimi -Çimento Sanayinde Enerji Geri Kazanımı Prof. Dr. İsmail Hakkı TAVMAN Dokuz Eylül Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Enerji Kaynakları Kullanışlarına Göre

Detaylı

BUHARLI VE BİRLEŞİK GÜÇ ÇEVRİMLERİ

BUHARLI VE BİRLEŞİK GÜÇ ÇEVRİMLERİ BUHARLI VE BİRLEŞİK GÜÇ ÇEVRİMLERİ 1 CARNOT BUHAR ÇEVRİMİ Belirli iki sıcaklık sınırı arasında çalışan en yüksek verimli çevrim Carnot çevrimidir buharlı güç santralleri için ideal bir çevrim değildir.

Detaylı

DEĞİŞKEN SUPAP ZAMANLAMASININ MOTOR PERFORMANSINA ETKİLERİ. * Ali AKBAŞ ** M. Sahir SALMAN

DEĞİŞKEN SUPAP ZAMANLAMASININ MOTOR PERFORMANSINA ETKİLERİ. * Ali AKBAŞ ** M. Sahir SALMAN SELÇUK TEKNİK ONLİNE DERGİSİ / ISSN 1302 6178 Volume 1, Number: 2 2000 DEĞİŞKEN SUPAP ZAMANLAMASININ MOTOR PERFORMANSINA ETKİLERİ * Ali AKBAŞ ** M. Sahir SALMAN * Arş.Gör. Pamukkale Üniversitesi Teknik

Detaylı

HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (15/06/2015) Adı ve Soyadı: No: İmza:

HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (15/06/2015) Adı ve Soyadı: No: İmza: HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü ermodinamik II Final Sınavı (5/06/05) Adı ve Soyadı: No: İmza: Alınan Puanlar:... 4. 5.6 Sınav sonucu. Süre: 90 dak. Not: erilmediği düşünülen değerler için

Detaylı

HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik I Bütünleme Sınavı (02/02/2012) Adı ve Soyadı: No: İmza:

HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik I Bütünleme Sınavı (02/02/2012) Adı ve Soyadı: No: İmza: HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü 050304-0506304-Termodinamik I Bütünleme Sınavı (0/0/0) Adı ve Soyadı: No: İmza: Alınan uanlar:..3.4.5.6.. Sınav sonucu. Süre: 90 dak. Not: erilmediği düşünülen

Detaylı

VSI-2.0 OTOGAZ DÖNÜŞÜM KİTİ

VSI-2.0 OTOGAZ DÖNÜŞÜM KİTİ VSI-2.0 OTOGAZ DÖNÜŞÜM KİTİ Prins Otogaz Dönüşüm Kiti ile Üstün Performans Yüksek Sürüş Keyfi Kıymet bilenlerin otogaz dönüşüm kiti, Prins! Kıymet Bilenlerin Otogaz Dönüşüm Kiti, Prins! Dünyada sıralı

Detaylı