SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MOTORLAR LABORATUARI DENEY FÖYÜ DENEY ADI MOTORLAR DENEYİ

Transkript

1 SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MOTORLAR LABORATUARI DENEY FÖYÜ DENEY ADI MOTORLAR DENEYİ DERSİN ÖĞRETİM ÜYESİ PROF. DR. İSMAİL HAKKI AKÇAY DENEYİ YAPTIRAN ÖĞRETİM ELEMANI ARŞ. GÖR. MEHMET KAN DENEY GRUBU: DENEY TARİHİ : TESLİM TARİHİ :

2 MOTORLAR LABORATUVARI VE DENEYLERİ 1- GENEL MOTOR BİLGİLERİ VE TEMEL KAVRAMLAR Motor :Yakıtların kimyasal enerjisini, yanma ile mekanik (dönme) enerjiye dönüştürerek güç üreten sistemdir. İçten yanmalı Pistonlu Motorlar Şekil: Benzinli ve dizel motorların kesitidir. Motorun Başlıca Elemanları : 1. Motor Gövdesi (Üst karter) : Pistonun hareket ettiği silindir, krank mili yatakları, soğutma ceketleri veya kanatcıklarından ve kam mili yataklarından meydana gelir. Motor bloğu da denir. 2. Yağ Deposu (Alt Karter) : Motor gövdesinin alt kısmında bulunan saç plakaya çukur hazne şekli verilmesiyle silindirlerden, krank milinin yataklarından pompalanmış ve yağlama görevini yerine getirmiş yağların sızarak haznesinde birikmesini sağlayan alt kapaktır. 3. Silindirler : Motor gövdesinde pistonlara yataklık eden içi boş silindir şeklinden dolayı bu adı almış yataklardır. Motor tasarımına göre çeşitli sayıda olmaları mümkündür. 4. Soğutma kanalları: Silindir ile gövdenin dış yüzeyi arasında bulunan soğutma suyu ceketleridir. Hava ile soğutmalı motorlarda ise dış yüzeyden görünen soğutma kanatcıkları rüzgarla termodinamikte zorlanmış taşınım olarak görülen ısı iletimini sağlayarak motorun aşırı ısınmasını engeller. Su ile soğutmalı motorlarda zorlanmış taşınım ile ısı iletimi radyatör panellerinde gerçekleşmektedir. 5. Piston : Silindir içerisinde düzgün doğrusal hareket yaparak emme, sıkıştırma, iş, egzoz zamanlarını gerçekleştiren, üzerinde sızdırmazlık segmanlarını ve yağlama segmanlarını

3 bulunduran, hatta bazılarında ise yanma odasını dahi barındıran içten yanmalı motorların parçasıdır. 6. Piston Kolu (Biyel) : Piston ile krank milinin arasındaki güç aktarımını sağlayan her iki ucunda yataklamaları olan parçadır. Krank miline olan yataklamaları kol muylu olarak adlandırılırlar. 7. Krank mili: Pistonun doğrusal hareketini biyel vasıtasıyla dairesel harekete çeviren motorun ana milidir. Gövdeye ana yataklarla (muylularla) yataklanmıştır. 8. Volan: Krank miline bağlı ağırlıklardır. Silindirler arasındaki güç dengesizliğini emerek kranktan alınan gücün dalgasız olmasını sağlar. 9. Silindir kapağı: Silindir bloğunun üzerini kapatıp üzerinde enjektör, supaplar, çakma bujisi, yanma odası barındırmaktadır. 10. Silindir kapak contası: Motor bloğu ile silindir kapağı arasında sızdırmazlık sağlar. 11. Kam mili: Krank milinden triger kayışı (dişli kayış) veya zincir ile tahrik alır. Kam burunları ile supapların tepesinden basarak açılmasını sağlar. 12. Supap : Emme ve egzoz olmaz üzere her silindirde en az iki tane bulunarak silindirin zamanına göre emme veya egzoz manifoldlarının yolunu açar veya kapatır. ÜÖN : Pistonun en yukarıya ulaştığı noktadır. AÖN : Pistonun en aşağıya ulaştığı noktadır. Kurs (Strok), Kurs Hacmi : Bir pistonun AÖN dan ÜÖN ya kadar süpürdüğü hacimdir. Yanma odası Hacmi : Silindir üst ölü noktaya ulaştığında silindir içerisinde geriye kalan hacimdir. Sıkıştırma oranı : Yanma odasının Toplam hacme (Yanma odası + Strok Hacmi) oranıdır. (Yanma odası) / (Yanma odası + Kurs hacmi) 1:18 veya 1:22 gibi ifade edilir. 2 ve 4 zamanlı motorlar: Krank milinin her turunda 1 kez yanma olan motorlar 2 zamanlı, krank milinin iki turunda (720 derece) 1 kez yanma olayı olan motorlar ise 4 zamanlı motorlardır. 2 MOTORLARDA SİSTEMLER Motorda Sistemler: Bir motorda; mekanik sistemi, hava-yakıt sistemi, soğutma sistemi, yağlama sistemi ve elektrik sistemi olmak üzere 5 ana sistem vardır. Yakıt sistemi: Yakıt deposu, yakıt pompası, karbüratör, hava filtresi, emme egzost manifoldu önemli parçalardandır. Görevi yakıt deposundan aldığı yakıtı hava ile kanştırarak silindirlere gönderilmesini sağlamaktır Ateşleme sistemi: Akü, endüksiyon bobini, distribütör, bujiler önemli elemanlarıdır. Görevi ateşeleme sırasına göre silindirlerdeki yakıtı ateşlemektir.

4 Soğutma sistemi: Radyatör, vantilatör, su pompası, termostat, hararet göstergesi, kalorifer hortumları önemli parçalarıdır. Motorun soğutulmasını sağlar. Hava ile soğutmalı motorlarda soğutma kanatçıkları bulunmaktadır. Yağlama sistemi: Karter, yağ pompası, yağ filtresi, yağ göstergesi, yağ çubuğu parçalarıdır. Yağlama sistemi sürtünmeleri en aza indirerek aşınma ve ısınmayı önlemektir. Mekanik sistem : piston, biyel, krank mili, kam mili, külbütör elemanlarıdır. Pistonların doğrusal hareketlerim dairesel harekete çevirmek için kullanılır. Elektrik sistem : Akü, marş motoru, şarj dinamosu, regülatör, şarj lambası elemanlarıdır. Taşıt üzerinde gerekli elektrik ihtiyacının karşılanması, motorun çalıştırılmaya başlaması ve çalışan motordan tekrar akünün doldurulmasını sağlar. 3. MOTORLARDA VERİM VE GÜCÜN HESAPLANMASI 3.1 Verimin Tarifi Verim, elde edilen sonuç ile bu sonucu elde etmek için harcanan çaba arasındaki oranı ifade eder. Başka bir deyimle, motordan alınan gücün verilen güce oranının yüzde olarak ifadesidir. Verim daima % 100 den azdır. Bunun sebebi, titreşimler, ısıl kayıplar, radyasyon, ses ve sürtünmelere dönüşen enerjiden dolayı elde edilen mekanik enerjide azalma meydana gelmesidir. Bütün bu enerjiler toplandığında verilen enerji ile eşitlenmektedir, çünkü enerji kaybolmamaktadır. Dolayısıyla verimi yüzde yüz olan bir motor teorik olarak mümkün değildir. Verimin Sembolü η (mü) dür Verim Çeşitleri Verimler çeşitli şekilde değerlendirilirse de, konumuz ile ilgili olan başlıcalan şunlardır: a) Mekanik verim η m b) Termik verim (Isıl verim) η t c) Hacimsel (volümetrik) verim η v a. Mekanik verim: (η m ) Fren beygir gücünün (faydalı gücün ) iç güce oranı bize mekanik verimi verir. Bu ifade formüle edilirse; Mekanik verim = fren beygir gücü / iç güç η m = Ne / N, olur. ÖRNEK : Belirli bir devirde 70 fren beygir gücü veren bir motor, yakıtsız olarak aynı devirde döndürülmek istendiğinde 30 beygir gücüne gerek duymaktadır. Bu motorun mekanik verimi ne kadardır? Verilenler îstenen Formül Ne=70FBG N, =? Ni=Nc+N, Ns=30BG 11».=? î1m=nc/ni

5 Çözüm: Nı = 100 BG Tin,= 70/100 = %70 olur. b. Termik verim (η t ) Termik verim; yakıtın yanmasıyla oluşacak ısıl enerjiye karşılık, motorun bu enerjiyi faydalı iş haline dönüştürme oranıdır. Yanma sonunda oluşan ısıl enerji soğutma sistemiyle, sıcak egzoz gazıyla dışarı atılarak, radyasyona dönüşerek kullanılamamaktadır. Toplam enerjinin dönüşümlerini yaklaşık olarak aşağıdaki oranlardadır. Silindirde yanan yakıtın oluşturduğu ısı miktarım 100 kabul edersek, Fren beygir gücü (faydalı güç) Soğutma suyu kaybı Egzoz gazları kaybı Sürtünmelerle kaybolan Radyasyon 05 Termik verimin formülle ifadesi; Termik verim = Faydalı güç (Kcal olarak) / yakıtın verdiği ısı (Kcal olarak) η t = Ne* 632 /B* Hu olur. Burada: Ne = Faydalı güç... BG 632 = l BGS'nin Kcal olarak eş değeri... B = Motorun l saatte harcadığı yakıt miktarı... kg Hu = Yakıtın yanma ısısı... Kcal/kg c. Hacimsel Verim (η v ) Aşın doldurma olmayan bir motorda, emme zamanında silindire alınan havanın hacminin pistonun silindirde boşalttığı hacme oranı hacimsel verimi verir. Silindir içerisine emme zamanında alınan havanın hacmi % 80 den %50 ye kadar değişkenlik göstermektedir. Bunun sebebi düşük devirlere nazaran yüksek devirlerde supapların açık kalma süresi azalmakta, dolayısıyla havanın hızı da artmaktadır. Hızı artan akışkan havanın direci yükselmektedir İndikte (Pi ) Güç, Tanımı ve Hesaplanması İndike güç; sürtünmelerin, titreşimlerin, sese dönüşen enerjinin ve fren gücünün toplamıdır. Silindir içerisinde yanma ile meydana gelen basıncın oluşturduğu güçtür. Hesaplanmasında ise oluşan basıncın piston alanıyla çarpılıp pistona etkiyen kuvvet bulunduktan sonra bu kuvvetin ÜÖN dan AÖN ya kadar etkidiği için kurs boyu ile çarpılarak bir iş zamanında elde edilen enerji bulunur. ÜÖN dan AÖN ya kadar hareket eden pistonda Hacim sürekli bir artış göstereceğinden basınç ise bu süreçte sürekli bir azalma gösterecektir. Dolayısıyla değişken basınç değeri için ortalama sabit basınç değeri olan P mi kullanılır. İndike gücün formülü aşağıdaki gibidir. P i = P mi x L x A x n x Z / (2 x 60 x 75)... BG (dört zamanlı motor için) P i = P mi x L x A x n x Z /( 60 * 75)... BG (iki zamanlı motor için)

6 Burada: Pi = indike güç... BG Pmi = Ortalama indike basınç... kg/cm 2 L = Kurs... m A = Piston yüzeyin atanı... cm 2 n = devir sayışı... d/d Z = Silindir sayışı... adet NOT: Pi, Pmi ile karıştırılmaması için bazı kaynaklar Pi yi Ni olarak Pe yi Ne olarak kullanmışlardır. Yani Güç N ile de temsil edilebilmektedir. ÖDEV 1 : Dakikada 2800 devirle çalışan, 98 mm piston çaplı ve A+75 mm kurslu 4 zamanlı, dört silindirli bir dizel motorun ortalama indike basıncı ( 5500+A )gram / cm 2 bu motorun iç gücü ne kadardır? (A: öğrenci numarasının son 2 hanesidir.) 3.4. Fren Beygir Gücü, Faydalı Güç (Efektif Güç(P e )), Tanımı Ve Hesaplanması Motorun krank mili ucundaki kasnak veya volandan bir fren düzeni ile ölçülen güce, FREN BEYGİR GÜCÜ denir. Bu güç, iç güçten yaklaşık olarak % 25 daha küçüktür. İkisi arasındaki bu fark, sürtünmelere, titreşimlere, sese dönüşen enerjiye ve su pompası, yağ pompası, yakıt pompası, şarj dinamosu vb. motorun çalışması için gerekli olan parçalara harcanan enerjiden ileri gelmektedir. P i x η m = P e Olarak hesaplanabilir. Güç ölçümünde kullanılan cihazlara genel olarak dinamometre denir. Ancak dinamometreler direk olarak gücü değil, gücün hesaplanmasına yarayan kuvveti veya torku (momenti) ölçerler. Faydalı gücün bulunmasında kullanılan dinamometreler; a) Prony freni, b) Hidrolik dinamometre, c) Elektrikli dinamometredir. Bunlardan başka taşıtlar üzerindeki motor gücünü doğrudan doğruya ölçebilen şasi dinamometreleri de vardır. Ancak bu cihazlar, gücü tekerleklerden ölçerler. Bu nedenle vites kutusu, kardan mili ve diferansiyelde kayıplara uğrayan güç, motor volanından ölçülen güçten daha küçüktür Prony Freni ile Faydalı Gücün Ölçülmesi ve Hesaplanması En eski ve en basit güç ölçme cihazıdır. Azami gücü 100 BG e kadar ve devir sayısı 1000 dev/dak geçmeyen motorlara uygulanabilir. Bu sistemde. Şekil-1 de görüldüğü gibi motor volanım saran frenleme şeridinin içinde sürtünme katsayısı yüksek frenleme pabuçtan frenleme kuvvetini saptayan baskül ve bağlantı kolları vardır. Motor tam gazda ve yüksüz olarak en yüksek devire çıkarılır. Sıkma vidalan yavaş yavaş sıkılarak motor yüklenir. Çeşitli devirlerde çeşitli yükler okunarak formüle koyulmasıyla PV diyagramı elde edilir. Ne = 2n * P * R * n / 60 * BG

7 R Motor Volanı Baskül Şekil l Prony freni Burada: Ne = Fren beygir gücü (faydalı güç) Efektif güç... P = Baskülde okunan yük... R = Volan ekseni ile baskül ekseni arasındaki uzaklık... n = Motor devri... BG Kg m d/d 60, d/d 'yi d / sn'ye çevirmek için 75 ise sonucu beygir gücü cinsinden bulabilmek için Bu formüldeki 2π / 60 * 75 değeri sadeleştirilip 2 * 3,14 / 60 * 75 = l / 716 olarak yerine yazılırsa Formül: Ne = P * R * n / " BG olur. ÖDEV 2: Dakikada (10A+1000) devirde çalışan bir motor prony freninde denenmektedir. Prony freninin kol uzunluğu l,432 m, baskülde okunan yük 0.2A+20 kg olduğuna göre bu motorun faydalı gücü ne kadardır? (A: Okul numarasının son 2 hanesidir) 3.6. Hidrolik Dinamometreler Bunlara su freni de denir. Bu dinamometrelerde devreden akışkan daima sudur. Hidrolik dinamometrelerde frenleme; motor volanına bağlanan bir rotor üzerindeki kanatçıkların, cihazın içine gönderilen suya çarpması sonucunda oluşur. Böylece eksi yönde moment oluşur. Frenleme sonucunda oluşan moment miktarı mekanik veya elektronik terazi ile saptanarak motorun gücü ölçülür. 3000BG e kadar olan motorların güçleri bu dinamometreler ile ölçülebilir Elektrikli Dinamometre ile Faydalı Gücün ölçülmesi ve Hesaplanması Bir çok laboratuarlarda motor gücünün ölçülmesinde elektrikli dinamometreler kullanılır. Bu cihaz, güç ölçümü sırasında motor tarafından döndürülen bir elektrik dinamosu veya jeneratördür.

8 Denemede dinamonun ürettiği akım miktarı; dinamoyu döndüren motor gücünün ölçülmesini sağlar. Şöyle ki: Motor tam yükte iken dinamonun ürettiği akımın volt ve amperini ölçerek watt'ını ve kilowatt'ı buluruz. Watt = E*I buradan Kwatt = E * I / 1000 Sonucu BG olarak bulmak için ; l Kwatt = 1,36 BG olduğundan, Ne = (E*I/1000)* l,36... BG olur. ÖDEV 3: Gücü ölçülecek bir motor, elektrik dinamosuna bağlanarak tam yükte çalıştırılmaktadır. Bu çalışma sonucunda dinamo 10A+90 volt ve 0.1A+10 amperlik bir akım üretmektedir. Bu motorun faydalı gücü ne kadardır? (A: Öğrenci numarasının son 2 hanesidir.)