MAKİNE VE MOTOR DERS NOTLARI 9.HAFTA Hazırlayan: Öğr. Gör. Tuğberk ÖNAL MALATYA 2016
DİZEL MOTORLAR Günümüzde endüstriyel gelişmelerin asıl hedefi, yapılan işlerin kısa zamanda daha ucuza ve emniyetli olmasıdır. Bu nedenle dizel motorları endüstride önemli bir yere sahiptir. Dizel motorları, diğer motorlara göre avantajlı yönleri nedeni ile endüstrinin birçok dallarında kuvvet üretiminde başlıca araç olarak büyük bir ihtiyacı karşılamakta ve kullanılmaktadır. Dizel motorları, düşük motor hızlarında bol güç üretmektedir ve buna rağmen ekonomiktir. Bu nedenle bu tip motorlar; kamyon, otobüs, iş makineleri, gemi, tren, denizaltı ve sabit güç makinelerinde yoğun bir şekilde kullanılır.
Gelişen dizel motor teknolojisi bu tip motorların binek otomobillerde de yaygınlaşmasını sağlamıştır. Yüksek fiyat ve bakım masraflarına rağmen ekonomik olması ve ivmelenme performansının benzinli motorlara çok yaklaşması sebebiyle önemli bir alternatif hâline gelmiştir. Günümüzde pistonlu motorlar ile donatılmış genel havacılık uçaklarının çoğunda dört zamanlı benzinli motorlar kullanılmaktadır. Fakat havacılık operasyonlarındaki yüksek maliyetler motor üreticilerini aynı performansı verecek daha ucuz, daha hafif ve güvenilir motor tipleri tasarlamaya itmiş ve dizellerin karakteristik avantajları bu çalışmaları dizel motorlar üzerinde yoğunlaştırmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda gelecekte dizel motorların genel maksatlı hafif uçaklarda kullanımı mümkün görülmektedir.
Dizel Motorunun Avantaj ve Dezavantajları Dizel motorunun avantajları: -Yakıt sarfiyatı azdır. -Yakıtı ucuzdur. -Verimi yüksektir. -Egzoz gazları zehirsizdir. -Yangın tehlikesi azdır. -Motor gücü fazladır. Dizel motorunun dezavantajları: -İlk alış fiyatları yüksektir. -Çok yer kaplar ve ağırdır. -Gürültülü ve sesli çalışır. -Yakıt sistemleri hassastır, dikkatli bakım ister.
İki zamanlı dizel motorların çevrimi Motorda bir ii oluşması için dört zamanın oluşması gerekir. Bu motorlarda dört zaman yani çevrim, pistonun iki hareketinde tamamlanır. Krank mili bu esnada bir devir (360 ) yapar. Dört zaman, pistonun iki hareketine şu şekilde sıkıştırılmıştır. İş egzoz zamanları: Piston ÜÖN den AÖN ye inerken; Emme sıkıştırma zamanları: Piston AÖN den ÜÖN ye çıkarkendir. Şekil 1: İki zamanlı dizel motoru çevrimi
Ancak zamanlar dört zamanlı motordaki gibi açık değil, birbiri içine girmiş gibidir. Piston sıkıştırma sonunda ÜÖN ye yaklaşırken (5 30 kala) sıkıştırılmış ve sıcaklığı artmış olan hava içine yakıt püskürtülerek yanar. Yanma sonucunda oluşan basınç, pistonu AÖN ye doğru iter (iş zamanı). Pistonun AÖN ye inişi tamamlanmadan yaklaşık olarak kursunun ¾ üne geldiğinde egzoz supapları açılarak yanmış gazlar dışarı çıkmaya başlar. Hemen arkasından da emme portları açılarak silindire temiz hava (süpürme havası) dolar. Piston AÖN den ÜÖN ye çıkarken de kursunun ¼ üne geldiğinde emme portları, hemen arkasından da egzoz portları (veya supapları) kapanır. Silindire alınan hava sıkıştırılır ve böylece çevrim tamamlanır.
Dört zamanlı dizel motorların çevrimi 1.Emme zamanı Birinci zamanda pistonun aşağı hareketi havanın emme supabından içeri alınmasını sağlar.
2.SıkıĢtırma zamanı Sıkıştırma zamanı da denen ikinci zamanda silindir içerisine hapsedilen hava yukarı hareket eden piston ile sıkıştırılır. Sıkıştırma oranı 14:1 ile 24:1 arasında değişir. Bu aşamada havanın sıcaklığı 900 C civarına kadar yükselir. Bu zamanın sonunda enjektör, ısınmış havanın üzerine 2,000 bar a kadar çıkabilen basınçla yakıt püskürtür. 3.İş zamanı Ateşleme gecikmesini takiben üçüncü zamanın başında atomize olmuş yakıt kendiliğinden tutuşur ve neredeyse tamamen yanar. Sıcaklık daha da artar ve silindir basıncı tekrar yükselir. Yanma sonucu açığa çıkan enerji pistona uygulanır. Piston aşağı itilir ve yanma enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülmüş olur. 4.Egzoz zamanı Dördüncü zamanda piston tekrar yukarı hareket eder ve açık egzoz supabından yanmış gazların dışarıya atılmasını sağlar. Bundan sonra içeriye tekrar temiz hava alınır ve bu döngü tekrar edilir.
İki zamanlı dizel motorların yapıları dört zamanlılara göre sadedir. Özellikle dört zamanlı dizel motorlarda supap hareket mekanizmasın karmaşık yapıda oluşu ve işletme sırasında fazla gürültü oluşturması da bu motorların olumsuz tarafıdır. İki zamanlı dizel motorların özgül yakıt tüketimleri dört zamanlılara göre biraz daha fazladır. Fakat yüksek güçlü ve süper şarjlı olan iki zamanlı dizel motorlarda bu olumsuzluk azaltılmıştır.
Sıkıştırma Oranı, Hesaplanması ve Bu Orana Etki Eden Faktörler Dört zamanlı motorlarda ikinci zaman sıkıştırma zamanıdır. Dizel motorlarında yanmanın kolay ve düzgün olmasının sıkıştırma oranı ile çok yakın bir ilgisi vardır. Ayrıca fazla güç üretmek için havanın yeteri kadar sıkıştırılması da gerekmektedir. Bir motorda, toplam silindir hacminin (kurs hacmi ile yanma odası hacminin toplamı), yanma odası hacmine bölünmesi ile elde edilen sayıya sıkıştırma oranı denir. Her motorun sıkıştırma oranı, genellikle motor bloku üzerinde kabartma döküm olarak görülür. Sıkıştırma oranı, dizel motorlarında 16 ila 30 civarındadır. Yüksek sıkıştırma oranına sahip motorların sıkıştırma sonu basınç ve sıcaklık değerleri de yüksektir. Motor parçalarının imal edildiği malzemelerin dayanabileceği basınç ve sıcaklık dereceleri sınırlı olduğundan, ayrıca küçülen yanma odası yüzeylerine temas eden yakıt zerreleri kısmen yoğunlaşarak yanmayı güçleştirdiğinden, sıkıştırma oranları belirli değerlerin üzerine çıkarılamaz.
Diğer taraftan sıkıştırma oranı belli bir sınırın altına indirilemez. Çünkü sıkıştırma sonunda oluşan sıcaklık püskürtülen yakıtı yakabilecek değere yükseltilemez. Bu da motorun çalışmasını güçleştirir.
Supap Ayar Diyagramları Motorlarda en yüksek verimin elde edilebilmesi için supap ayarlarının çok hassas yapılması zorunludur. Piston kursu ve silindir içerisindeki basınç esas alınarak emme, sıkıştırma, iş ve egzoz zamanlarının oluşmasını ve supapların açılıp kapanma yerlerini (krank mili dönüş açısına göre) gösteren 720 lik çift daireye supap ayar diyagramı denilmektedir. Şekil 2: Supap ayar diyagramı
Yukarıdaki şekilde görülen supap ayar diyagramına göre emme supabı egzoz zamanı sonunda ve ÜÖN den 13 önce açılmaya başlar, AÖN yi 43 geçtikten sonra kapanır. Emme süresi 13 + 180 + 43 = 236 eder. Emme supabının açık kalma süresi uzatılarak silindire daha fazla hava alınmış ve hacimsel verim artırılmış olur. Egzoz supabı iş zamanı sonunda ve AÖN den 46 önce açılmaya başlar, ÜÖN'ye 10 geçtikten sonra kapanır. Egzoz süresi 46 + 180 + 10 = 236 eder. Egzoz supabının açık kalma süresi uzatılarak egzoz gazlarının dışarı atılması için daha fazla zaman kazanılmış olur.
Motorların çalışma prensiplerini ve zamanlarını incelerken teorik olarak her zamanın 180 devam ettiğini, supapların ÜÖN de açılıp AÖN de kapandığını veya AÖN de açılıp ÜÖN de kapandığını görmüştük. Gerçek çevrim diyagramını incelersek supapların çalışmasının teorik çevrimde açıklandığı gibi olmadığı görülür. Bugünkü yüksek devirli motorların hemen hepsi, şekildeki diyagrama göre çalışmaktadır. Ancak her motorun kendi devir sayısına göre birkaç derecelik farklı çalışma durumu söz konusu olabilir. Sente: Sıkıştırma zamanı sonu iş zamanı başlangıcında pistonun ÜÖN da bulunduğu anda her iki supabın kapalı olduğu duruma sente denir. Şekil 3: Sente
Supap bindirmesi: Egzoz zamanı sonu emme zamanı başlangıcında pistonun ÜÖN da bulunduğu anda egzoz ve emme supaplarının beraberce bir süre için açık kaldığı duruma supap bindirmesi denir. Şekil 4: Supap bindirmesi
Dizel Motorlarında Kullanılan Yağların ve Yakıtların Özellikleri 1.Yağların Özellikleri Dizel motorlarda kullanılacak yağların bazı özelliklere sahip olması gerekir. Buözellikler şunlardır; -Uygun viskozitede (akıcılık) olmalıdır. -Yağlanan yüzeylere yapışmalı ve iyi bir yağ filmi meydana getirerek tüm yağlama şartlarında yüzeyleri aşınmaya karşı korumalıdır. -Yazın yüksek ısıya ve kışında dondurucu soğuğa karşı direnci yüksek olmalıdır, yani her türlü hava şartlarına uyum sağlamalıdır. -Alevlenme noktası yüksek olmalıdır. -Motor parçalarında korozyona sebep olmamalıdır. -Motor parçalarını temizlemelidir. -Motor yağına karışan yabancı maddelerin birleşmesine mani olmalı ve onları ayrıştırmalıdır. -Köpürmemeli ve kimyasal özelliğini korumalıdır. -Emniyetli olmalı zehirli veya patlayıcı olmamalıdır. -Uygun bir fiyata sahip olmalıdır.
2.Yakıtların Özellikleri Dizel motorlarında kullanılan yakıtlar motorin olarak adlandırılır. Yakıtların aşağıda sıralanan özelliklere sahip olması istenir. -Uygun viskozitede olmalıdır. -Yeterli buharlaşma enerjisine sahip olmalıdır. -Vuruntuya karşı mukavemetli olmalıdır. -Yakıt ve yanma ürünleri korozyona sebep olmamalıdır. -Egzoz emisyonları az olmalıdır. -Çinkoya karşı aktivitesi az olmalıdır. -Akma noktası kullanım şartlarına uygun olmalı ve donmaya karşı dayanıklı olmalıdır. -Tutuşma noktası düşük olmalıdır.
Yukarıda saydığımız bu özelliklerin bulunması motorun ömrünü uzatırken, yakıttan da tasarruf edilmesini sağlar ancak ülkemizde denetimlerin yapılmaması sebebiyle çok düşük kalitede motorin satılmaktadır. Avrupa'da üretilen aynı tip taşıt için firma garanti süresini Türkiye için yarısı kadar daha az vermektedir. Bu gibi yanlışlar halkımızı yani bizleri olumsuz etkilemektedir. Dizel Motorlarında Enjeksiyon Sisteminin Görevleri Enjeksiyon sisteminin görevlerini şu şekilde sıralayabiliriz; -Püskürtülecek yakıt miktarını ayarlayarak silindirlere göndermek, -Motorun tüm devirlerinde ve çalışma yüklerinde yakıtı istenilen zamanda ve miktarda silindirlere püskürtmek, -Püskürtmenin hızlı bir şekilde başlamasını ve bitmesini sağlamak, -Yakıtı çok küçük parça ve zerreler halinde (atomize halde) püskürterek, yanma odasının her tarafına ve düzgün bir şekilde dağılmasını sağlamaktır.
Dizel Motorlarının Yakıt Enjeksiyon Sistemi Genel Yapısı Dizel motorunun yakıt enjeksiyon sistemi ve elemanları ile yakıtın izlediği yol Şekil.5 de görülmektedir. Tüm dizel motorlarında bu parçalar farklı boyutlarda da olsa bulunmak zorundadır. Şekil 5: Yakıt enjeksiyon sistemi ve yakıtın izlediği yol
1. Yakıt Deposu Motorun çalışması için gerekli yakıtı depolar. Taşıtın büyüklüğüne göre yakıt depolarının büyüklüğü de değişmektedir. Normal bir taşıtın deposu 50 litrelik kapasiteye sahiptir. Taşıtın bir depo yakıtla alacağı yola taşıtın menzili denir ve menzil depo kapasitesine bağlıdır. 2. Alçak Basınç Boruları Yakıtın depodan, besleme pompası ve filtre aracılığıyla yakıt pompasına kadar iletimini sağlayan borulardır. Bu borulardaki basınç düşük olduğundan alçak basınç boruları denir. 3. Filtre Yakıt filtresi, depodan gelen yakıt pompasına girmeden önce içindeki yabancı maddelerin süzülerek sistemden uzaklaştırılmasını sağlar. Bu sayede sistemde oluşabilecek tıkanıklıklar engellenir.
4. Besleme Pompası Yakıtı depodan çekerek alçak basınç boruları aracılığıyla yakıt enjeksiyon pompasına gönderen pompaya besleme pompası denir. 5. Yakıt Pompası Düşük basınçtaki yakıtın basıncını 400 2000 bar gibi çok yüksek bir basınca yükselterek, zamanında ve istenilen miktarda yüksek basınç boruları aracılığıyla enjektörlere gönderen yakıt sistemi elemanıdır. Aynı zamanda taşıtın yük ve hız durumuna göre enjektörler gönderilecek yakıt miktarının ayarlanmasını da yakıt pompası gerçekleştirmektedir.
6. Yüksek Basınç Boruları Yakıt pompasından enjektörlere yüksek basınçlı yakıt iletimini sağlayan borulardır. Yüksek basınca dayanımının artırılması için çelik malzemeden özel olarak üretilmiş kalın cidarlı borular kullanılmaktadır. 7. Enjektörler Yakıt pompasının gönderdiği basınçlı yakıtı yanma odasına atomize halde püskürten yakıt sistemi elemanlarına enjektör denir. Enjektörler çok değişik tip ve büyüklükte imal edilmektedir. Sistemin en önemli parçalarından olan enjektörler, filtrelerin zamanında değiştirilmemesine ve yakıt kalitesine bağlı olarak çok sık tıkanarak arıza meydana getirmektedir.
ENJEKTÖRLER Yakıt sisteminin başlıca elemanlarından olan enjektörler, motorda birçok önemli görevi yerine getirecek şekilde tasarlanmıştır. 2500 bar gibi çok yüksek değerlerde yakıtı sıkıştırarak püskürten enjektörler, dizel motorların icadından günümüze kadar sürekli gelişerek değişmiş ve bugünkü durumuna gelmiştir. Şekil 6: Enjektör
Enjektörlerin başlıca görevlerini şu şekilde sıralayabiliriz; -Püskürtme için gerekli basınç oluşuncaya kadar yakıtı yanma odasından uzak tutmak, gerekli olan basınç oluşunca açılıp ani olarak yakıtı yanma odasına püskürtmek, püskürtme sonunda enjektörün damlama yapmasını engellemek için hemen kesmek, -Püskürtülecek yakıtı atomize etmek (en küçük parçalarına ayırmak), -Yakıtı silindir içerisinde istenilen derinliğe püskürtmek, -Yakıtı yanma odasının şekline uygun açıda püskürtmek, -Yüksek basınçlara karşı dayanıklı olmak, -Yakıt sistemi ile yanma odası arasında sızdırmazlık sağlamaktır.
Enjektör Çeşitleri ve Yapısal Özellikleri Enjektörler yapısal özelliklerine göre şu şekilde sıralanabilir; -Açık enjektörler (Günümüzde kullanılmamaktadır). -Kapalı enjektörler -Elektro hidrolik enjektörler. Motorlarda kullanılacak enjektörlerin memesi seçilirken yanma odası şekli dikkate alınmalıdır. Tek delikli memeler bölünmüş yanma odalı motorlarda, çok delikli memeler ise direkt püskürtmeli motorlarda kullanılır. Birçok tip enjektör memesi kademeli tiptir yani meme iğnesinin yapısına göre püskürtme başlangıcında çok az miktar yakıt püskürtülür ve püskürtmenin sonuna doğru püskürtülen yakıt miktarı artırılır. Kademeli enjektör memesi ile dizel vuruntusu önlenir ve yakıt sarfiyatı düşürülür. Bundan dolayı en çok tercih edilen enjektör memesi kademeli tiptir
Enjektörlerin Soğutulması Enjektörler direkt ve endirekt olmak üzere iki şekilde soğutulur. Direkt soğutmada enjektörler, etrafında soğutma suyu bulunan bakır bir kovan içine oturtulur. Enjektör ısısı bakır kovan ile soğutma suyuna aktarılır ve enjektör soğutulmuş olur. Endirekt soğutmalı enjektörlerin gövdeleri, silindir kapağındaki su ceketlerinin boyuna doğru açılmış bir yuvaya yerleştirilmiş ve enjektör bakır bir pul ile silindir kapağına sıkıca oturtulmuştur. Enjektör ısısını gövdesi üzerinden silindir kapağına, oradan da soğutma suyuna iletir. Şekil 7: Soğutma için yapılan su kanallarının kesiti
Kaynaklar 1. https://tr.wikipedia.org 2. hbogm.meb.gov.tr/mtao/3elektrikbilgisi/unite03.pdf 3. Deniz O. İçten Yanmalı Motorlar Ders Notları Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul,2008 4. Buji ateşlemeli motorlar atölyesi teknoloji ders notları, Z.K.Ü. Teknik Eğitim Fakültesi Otomotiv Öğretmenliği, Karabük 5. Ergenç A. T., Motorlar Dersi ders Notları, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul. 6. Üçüncü K. Makine Bilgisi ll. Baskı, 7. MEGEP, Dizel Yakıt Sistemleri, Motorlu Araçlar Teknolojisi, 2006, Ankara. 8. MEGEP, Dizel Motorlar, Raylı Sistemler Teknolojisi, 2011, Ankara.