BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVAR DERSİ İÇTEN YANMALI MOTORLARIN VE TAŞIT ELEMANLARININ TANITIMI DENEY RAPORU Laboratuvar Tarihi: Laboratuvarı Yöneten: Laboratuvar Yeri: Laboratuvar Adı: Öğrencinin Adı-Soyadı : Numarası: İmza :
KONU: İÇTEN YANMALI MOTORLARIN VE TAŞIT ELEMANLARININ TANITIMI 1.MOTORLARIN TANITILMASI VE SINIFLANDIRILMASI İçten Yanmalı Motorun Tarifi: Motor, yakıtın kimyasal enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinadır. Yanma sonucu açığa çıkan basınç ve ısı enerjisi ilk önce piston silindir mekanizmasıyla öteleme hareketine daha sonra krank biyel mekanizmasıyla dönme hareketine, son olarakta aktarma organları aracılığıyla tekerleklere iletilir. Mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüşümü: Şarj dinamosu (doğru akım jeneratörü) ve alternatörler ( alternatif akım üretici) kullanılmaya başlanmıştır. Bir önceki işlem tersine dönmüştür. Elektrik motoru gibi çalışan marş dinamosunun yerini jeneratör gibi çalışan alternatör almıştır. Motorlarda ilk önceleri dinamolar daha sonra ise alternatörler kullanılmaya başlanmıştır. Motorların sınıflandırılması çeşitli temel mühendislik prensipleri veya bazı tasarım ve sistem detayları yönünden yapılabilir. Bu bakımdan motorlar aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir; 1.1. Temel (Ana) Sınıflandırmalar 1.1.1 İçten veya dıştan yanmalı 1.1.2 Termodinamik çevrim türü 1.1.3 Bir çevrimi meydana getiren strok sayısı 1.1.4 Dönme hareketini oluşturan mekanik prensip 1.2. Küçük sınıflandırmalar 1.2.1 Dolgu sevki 1.2.2 Karışım oluşum tipi 1.2.3 Silindir düzenlemesi 1.2.4 Soğutma tipi 1.2.5 Supap yerleşimi 2.İYM un TEMEL PARÇA VE SİSTEMLERİ İLE ONLARIN GÖREVLERİ Bir motor başlıca 3 ana kısımdan oluşur: - Motor Bloğu -Silindir Kafası - Karter 2.1.Motor Bloğu Motor bloğu bir motorun piston, biyel, krank gibi temel fonksiyonel parçalarını barındıran ana parçasıdır. Silindirler blok içerisine açılırlar. Krank mili motor bloğunun altındaki yataklara yerleştirilir ve sabitlenir. Bazen kam mili blok içine açılan yataklara yerleştirilir. Motor bloğu dış kısmında birçok yardımcı motor sistemini taşır ve bloğun dış mimarisi bu yardımcı sistemleri sabitlemeye uygun formda yapılır.
2.2.Silindir Kafası Yanma odası hacmini (kompresyon hacmi, sıkıştırma hacmi) bulundurur. Silindir kafası üzerinde emme ve egzoz portları, supaplar, kam milleri, supap yayları (genellikle) manivelalar (varsa) ve onların destekleri, bujiler, enjektörler ve onların delikleri yer alır. 2.3.Karter Piston krank biyel mekanizmasını dış etkilerden korur ve yağlama yağına depoluk eder. Yağ süzgeci ve yağ pompası (genellikle dişli tip pompa) karter içerisinde bulunur ve yağ yağ pompası vasıtasıyla yağ filtresinden geçerek ana yağ kanalına gönderilir. 2.4. Motor Parçalar ve Sistemlerin 2.4.2.Piston detaylı incelenmesi En önemli ve fonksiyonel parçadır. Dönüştürme hareketini yerine getirir ve gaz basıncını krankta moment oluşturacak kuvvete dönüştüren ilk elemandır. Piston üzerindeki kompresyon segmanları gaz kaçağını engellerler. Yağ segmanları ise silindir yüzeyi üzerinde uniform bir yağ filmi oluştururlar. 2.4.1.Piston Pimi (perno) : Pistonla biyeli birbirine bağlar.
2.4.3. Piston Kolu (Biyel) Pistondan aldığı hareketi dönme hareketi olarak kranka transfer eder. Dolayısıyla ileri- geri hareket eder (reciprocates) ve kuvvetleri taşır. Hemen hemen tüm gerilme türlerine maruz kalır. Bu yüzden, onun dayanımı son derece önemlidir. 2.4.4.Krank Mili Motorun dönen güç çıkışı elemanıdır. Ağır ve farklı bir yapıya sahiptir ve bu nedenle dengelenmemiş büyük atalet kuvvetleri meydana getirir. Sürtünme kayıplarının önemli bir yüzdesi krank ana yataklarında meydana gelir. Ağırlığının önemli bir kısmını ilave edilen dengeleme kütleleri oluşturur. 2.4.5.Volan Dış kısmında dişililer bulunan bir disktir ve motorun arka tarafında bulunur ve krank milinin ucuna monte edilmiştir. İlk çalıştırmaya yardımcı olur, motorun dinamik dengesini sağlar ve ÜÖN ve AÖN nın kolay geçilmesini sağlar. 2.4.6.Kam Mili Üzerine uygun bir şekilde yerleştirilmiş kamlar ile açmak için supapları iter. Bu işlemi ya doğrudan doğruya kendisi, ya itici çubuklar ve manivelalar vasıtasıyla ya da sadece manivelalarla yerine getirir. Kamlar tarafından uygulanan kuvvet yay kuvvetini yendiğinde supaplar açılmaya başlar. 2.4.7.İtici Çubuklar (Tijler) İtici çubuklar kamdan supaba hareket iletimini sağlayan ara elemanlardır. Eğer kam mili motor bloğunda ise itici çubuklar uzun olur. Fakat nadiren bazı OHC tasarımlarında veya yukarı yönde hareket eden supaplarda kısa itici çubuklara rastlanmaktadır. 2.4.8.Supaplar Emme egzoz supapları sırasıyla taze dolgunun silindir içine alınmasını ve yanmış gazların egzoz portundan atılmasını düzenlerler. Supapların açılma ve kapanma açıları motorun volumetrik verimi açısından son derece önemlidir.
2.4.9.Manifoldlar Manifoldlar sırasıyla taze dolgunun silindirlere alınmasını ve egzoz gazlarının ise silindirlerden atılmasını sağlayan kanallardır. Emme ve Egzoz Manifoldları (Kolları):Çoğunlukla bir ele ve onun parmaklarına benzer. Silindir kafasındaki portların dışına monte edilmişlerdir ve atmosferden motora emme dolgusunun alınmasını (emme manifoldu) ve motordan atmosfere egzoz gazlarının atılmasını (egzoz manifoldu) sağlarlar. Karbüratörlü motorlarda karbüratör emme manifoldu üzerine yerleştirilir. 2.4.10.Hava Filtresi Değişik tipte olabilirler. Emme manifoldunun girişi kısmına monte edilirle. Filtreler atmosfer havasını temizlerler. 2.4.11.Su Cepleri (Su ceketleri) Motor bloğu içerisinde ve silindir kafasında (sadece büyük motorlar için) birbirleri ile bağlantılı boşluklardır. Bu kanallar soğutma suyunun dolaşımına müsaade ederler. 2.4.12. Su Devirdaim Pompası: Radyatörle su cepleri arasında suyun dolaşımını sağlar. 2.4.13.Karbüratör:Yakıtı atomize eder ve motorun dışında yakıt ile havayı karıştırır.emme manifoldunun girişine monte edilir. 2.4.15.Besleme (Transfer) Pompaları 2.4.14.Yakıt Pompaları Yakıt pompaları yakıtın basıncını arttırır ve püskürtüleceği ortamın çok üzerindeki bir basınç değerinde enjektörlere gönderilir. Bu basınç değeri manifolda püskürtmeli benzin motorlarında (MPI) 3-5 bar, direkt püskürtmeli benzin motorlarında (50-120 bar), klasik yakıt sistemli dizel motorlarında 100-1200 bar, common-rail sistemine sahip dizel motorlarında ise 1400-3000 bar mertebelerindedir. Yakıt yüksek püskürtme basınçları sayesinde çok iyi bir atomize olur. Partikül ve is emisyonları da artan püskürtme basınçlarıyla birlikte azalır. Yakıtı tanktan karbüratöre (SI) veya yakıt pompasına (CI) pompalar. Karbüratörlü motorlarda mekanik veya püskürtmeli motorlarda elektrik motoru ile tahrik edilir (SI). Klasik dizellerde ana yakıt pompası üzerine monte edilir veya modern dizellerde yüksek basınç pompası ile entegre hale getirilmiştir. Bununla birlikte benzinli motorlarda motor bloğu üzerinde bir yere (karbüratörlü) veya yakıt tankı içerisine (MPI ve GDI) monte edilir.
2.4.16.Enjektörler Yakıtı manifolda (manifolda püskürtmeli motorlar) veya doğrudan doğruya silindir içersine (dizel motorları ve GDI) püskürtür. Mekanik tipte veya elektrik tahrikli olabilirler. En yeni tipi sabit basınçlı common-rail sistemlerinde kullanılmaktadır. 2.4.17.Ateşleme Bobini Benzinli motorlarda ateşleme sisteminin bir parçasıdır. Akü voltajını 6-12 V seviyelerinden 20000-50000 V seviyelerine yükselten bir transformatördür (gerilim yükselticisi). Bu sayede bujilere yüksek enerji gönderilir. 2.4.18.Distribütor Benzinli motorlarda ateşleme sisteminin bir elemanıdır. Yüksek voltajı akımı ateşleme sırası gelen silindirlere gönderir. Distribütör gövdesi üzerinde ayrıca mekanik ve vakum avans mekanizmaları (eğer varsa) bulunur. Elektronik ateşleme sistemine sahip modern motorların çoğu distribütörsüzdür. 2.4.19.Bujiler Benzinli motorlarda silindir içerisindeki dolguyu ateşlerler. Bujinin iki elektrodu arasındaki oluşan kıvılcım yanmanın başlangıç anını belirler ve bu kıvılcım silindir içerisine yayılarak son bulur. Bujiler genellikle 4 bölümden oluşurlar. 1- Elektrik bağlantı ucu 2- Porselen yalıtıcı (Izolatör) 3- Bağlantı gövdesi ve dişler 4- Elektrotlar 2.4.20. Isıtma Bujileri (Glow plugs) Isıtıcı rezistanslardır, yama başlangıcından önce silidir içi dolgunun sıcaklığını artırırlar ve yanmanın optimum noktada başlamasına yardımcı olurlar. 2.4.21. Marş motoru (Starter motor) İlk anda motorun krank milini döndürmeye yarayan bir elektrik motorudur. Enerjisini aküden alır. Marş motoru dişlisi volan dişlileri ile eşleşir ve ateşleme sürekli olduğunda dişliler birbirlerinden ayrılır. 2.4.22.Alternatör (AC generator) Motordan aldığı mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüre bir jeneratördür (alternatif akım jeneratörü). Alternatör alternatif akım üretilir daha sonra b akım diyotlardan geçirilerek doğrultulur ve aküye gönderilir. Geçmişte alternatör yerine dinamolar (doğru akım jeneratörleri) kullanılmıştır.
3.İDEAL MOTOR ÇEVRİMLERİ İçten yanmalı motorların performans hesabında kullanılan başlıca 3 ideal çevrim (hava çevrimi) vardır: *Otto çevrimi *Dizel çevrimi *Dual (Seiliger) çevrimi Herhangi bir güç makinesinin performansı en iyi özel bir termodinamik çevrim kullanılarak bilinebilir. *Buji ateşlemeli motorlar Otto çevrimi ile; *Dizel motorları dizel çevrimi ile; *Yüksek hızlı dizel motorları Dual çevrimi ile; *Stirling Motoru Stirling Çevrimi İle 3.1.1.Sabit Hacim (Otto) Çevrimi 1. Emme Zamanı: Piston ÜÖN dan AÖN ya doğru hareket ederken silindir içerisinde oluşturulan vakum sayesinde yakıt-hava karışımı gaz kelebeği ve açık olan emme supabından geçerek silindire dolar. Teorik olarak bu zaman piston AÖN ya geldiğinde sona erer. 2. Sıkıştırma zamanı: Piston AÖN dan, ÜÖN ya geri döndüğünde her iki supap kapalı olduğundan silindire alınan karışım piston tarafından sıkıştırılarak sıcaklık ve basıncı artırılır. Sıkıştırma stroğunun sonuna doğru karışım bir buji ile ateşlenir. Teorik olarak sıkıştırma zamanı ÜÖN da sona erer. 3. Genişleme veya Güç Zamanı: Sıkıştırma stroğu sonunda sıcaklık ve basınç artan hava ile yakıtın oluşturduğu karışımın yanması, yanma odasında yüksek basıncın meydana gelmesini sağlar. Elde edilen yüksek basıncın piston yüzeyine yaptığı itme tesiri ile piston ÜÖN dan AÖN ya doğru hareket ederken iş elde edilmiş olur. 4. Egzos Zamanı: Teorik olarak piston AÖN ya vardığında egzoz subabı açılır. Piston AÖN da ÜÖN ya doğru hareket ederken, açık olan egzoz supabından, egzoz gazları dışarıya süpürülür. 3.1.2.Sabit Basınç (Dizel) Çevrimi 1. Emme Zamanı: Piston ÜÖN dan AÖN ya doğru hareketiyle silindir içerisinde oluşturulan vakum sayesinde sadece hava açık olan emme supabından geçerek silindir içerisine alınır. 2. Sıkıştırma Zamanı: Piston AÖN dan ÜÖN ya geri döndüğünde her iki supap kapalı olduğu için silindir içerisine sıkıştırılan havanın sıcaklık ve basıncı artar. Sıkıştırma stroğunun sonunda havanın sıcaklığı püskürtülecek yakıtın kendi kendine tutuşma sıcaklığının üstündedir. Sıkıştırma stroğunun sonuna doğru dizel yakıtı silindir içerisine püskürtülür. 3. Genişleme veya Güç Zamanı: Sıkıştırma stroğu sonlarına doğru püskürtülen dizel yakıtının buharlaşması, hava ile karışması, kendi kendine tutuşması ve yanması sonucu açığa çıkan yüksek basınç piston ÜÖN dan AÖN ya doğru iter. 4. Egzos Zamanı: Piston AÖN da ÜÖN ya doğru hareketiyle silindir içerindeki egzoz gazları açık olan egzoz supabından, geçerek silindirin dışına gönderilir. 4.GERÇEK MOTOR ÇEVRİMLERİ Bildiğimiz üzere, yakıt çevrimi yaklaşımı kimyasal kompozisyonda değişim ile sıcaklıkla termodinamik sabitlerdeki değişimi dikkate aldığı için bir adım daha gerçekçi bir yaklaşımdır. Fakat daha hala üstesinden gelinmesi gereken durumlar vardır. Pompalama kayıpları Isı kayıpları Mekanik kayıplar (ısı kaybına dönüşür) Ateşleme veya püskürtme avansı (ÜÖN dan önce ısı girişinin başlangıcı) veya yanma zamanı kayıpları Blow-down kayıpları
SORULAR: 1. Stirling Wankel Gaz türbini ve sıra tip klasik bir motor için aşağıdaki tabloyu doldurunuz. Sınıflar Klasik sıra tipi motor Stirling motoru Wankel motoru Gaz Türbini Güç Üreten Devir Sayısına Göre Termodinamik Çevrim Türüne Göre Kimyasal Ener.- Mekanik Ener. Çevrimine Göre Tabi Emmeli Mi? Aşırı Doldurmalı Mı? Silindirlerin Diziliş Şekline Göre Yanma Odalarına Göre Karışım Teşkili Yönünden Kullanılan Yakıt Türüne Göre 2. İdeal çevrim ve gerçek çevrimi maddeler halinde karşılaştırınız. 3. Sıkıştırma stroku sonunda 1500 kpa basınç ve 350 sıcaklığa ulaşılan bir benzin motorunda bir silindire bir çevrimde sevk edilen dolgu miktarı 0,56 gr dır. Y/H oranı ise 1/15 tir. Buna göre teorik çevrimde ulaşılan maksimum basınç ve sıcaklığı bulunuz.( Benzinin ısıl değeri H u =43800 kj/kg, C p =1,00 kj/kg K, C v,h =0,7165 kj/kg K)
5. TAŞIT ELEMANLARININ TANITILMASI 5.1. Aktarma Organları Taşıt yapısı ve güç iletim gereksinimlerine göre farlılıklar arz etse de genel olarak aktarma organları kavramalar, vites kutuları, şaft ve mafsallar ile diferansiyel ve akslardan oluşur. Taşıtlarda motor momentini bir hareket oluşturmak üzere tekerlek-yol düzlemine bir kuvvet olarak aktaran sistemlere çekiş sistemleri denir. Taşıtlarda çekiş sistemlerinin tasarımı taşıtı iten kuvvetin yola aktarma biçimine göre üç ayrı teknikle yapılır. Bunlar; arkadan çekiş, önden çekiş ve dört tekerlekten çekiş sistemleridir. Çekiş sistemine göre aktarma organları farklılık gösterebilmektedir. 5.1.1. Kavramalar (Debriyaj) Makine terminolojisinde aynı eksende bulunan iki milden birinde olan hareketi diğerine iletmekte veya iletilen hareketi kesmekte kullanılan makine elemanları olarak tarif edilir. Otomotiv sanayinde ise motorla ile aktarma organları arasındaki irtibatı sağlamakta kullanılır. Motorla vites kutusu arasına bağlanmış olup, kalkışlarda motordaki hareketi vites kutusuna yavaşça ileterek sarsıntısız ve yumuşak bir kalkış sağlar. Taşıt durmakta veya hareket halinde iken motor ile vites kutusu arasındaki bağlantının kesilmesine, dolayısıyla vites değişimine olanak sağlar ve gerekli hallerde motor ile aktarma organlarının bağlantısının kesilmesini temin eder. Hareket iletim ve kumanda sistemlerine göre göre kavramalar: Sürtünmeli mekanik kavramalar (Mekanik, hidrolik, elektromekanik, elektrohidrolik) Sürtünmeli santrifüj kavramalar (Mekanik, hidrolik, elektromekanik) Sürtünmeli elektrikli kavramalar (Mekanik, Elektromekanik) Sürtünmeli Hidrolik kavramalar (Hidrolik) 5.1.2. Vites Kutusu (Şanzıman) Taşıt tahrikinde enerji kaynağı olarak kullanılan motorun tahrik tekerlerine doğrudan bağlanması, tahrik tekerlerinin yüksek hızlarda dönmesine ve elde edilecek itme kuvvetinin taşıtı hareket ettiremeyecek düzeyde kalmasına neden olur. Değişik seyir koşullarında gerekli itme kuvvetinin tahrik tekerlerinde oluşturulabilmesi için motor momentinin belirli oranlarda arttırılarak tahrik tekerlerine iletilmesi gerekir. Bu işlem vites kutuları ile gerçekleştirilir. Vites kutularının temel elemanları dişli mekanizmalarıdır. Dişliler ile hareket iletiminde iletilen hareketin yönü, hızı ve momenti, hareket alan ve hareket veren dişlilerin dişli oranları ile hareket ileten dişli sayısına bağlı olarak değiştirebilir. Dişli sistemlerinde devir, güç ve moment değişimleri dişli oranlarının bilinmesiyle bulunabilir. Aşağıda g indisi girişi, ç indisi çıkışı ifade etmek üzere dişli oranı; devir cinsinden, r=ng/nç
çap cinsinden r=dç/dg diş sayısı cinsinden r=zç=zg moment cinsinden r=mç/mg olarak bulunabilir. Dişli oranı r>1 ise hız azalması, moment artışı, r<1 ise moment azalması, hız artışı söz konusudur. Motorlu taşıtlarda kullanılan vites kutuları aracın yol ve yük şartlarına göre en uygun moment ve hız oranlarını sağlamak üzere tasarlanır. Bu taleplere sürücü ve yolcu konforu ve kullanım kolaylığı eklenince çok farklı vites kutuları taşıtlarda görülmektedir. Yaygın vites kutuları: Standart vites kutuları o Kayıcı dişli tip vites kutuları o Daimi iştirakli vites kutuları o Senkromeçli vites kutuları o Elektronik kontrollü vites kutuları (Yarı otomatik) Otomatik vites kutuları o Hidrolik otomatik vites kutuları o Sürekli değişken dişli oranlı vites kutuları (CVT) 5.1.3. Kardan Mili (Şaft) Arkadan itişli otomobillerde vites kutusu çıkış hareketini diferansiyele ileten organdır. Şaft otomobilin değişen yol ve yük koşullarında vites kutusu ile diferansiyel arasındaki değişen mesafe ve açılar altında hareket geçişini sağlar. Kayıcı mafsal değişen mesafeyi, istavroz mafsalları ise açıları karşılar. Esnek kaplin ise hareket geçişlerindeki titreşimleri yok eder. Kardan mili dönerken hareket ileten eleman olduğu için balansının çok iyi yapılması gerekir. Günümüz araçlarımızda kullanım durumuna göre; Tek Parçalı Şaftlar : Bu günkü ağır hizmet araçlarında kullanılmaktadır. (Kamyon, kamyonet, otobüs vb.) Çok Parçalı Şaftlar : Ağırlık merkezinin yere daha yakın olması istenilen araçlarda kullanılır. (Otomobil, vb.) Farklı eksenlerdeki (açılı) miller arasında dairesel hareket iletimi amacıyla üniversal mafsal kullanılır. Otomobillerde vites kutusu ile diferansiyel arasındaki şaft bağlantılarında, direksiyon mili bağlantılarında ve akslarda kullanılır. Günümüzde en çok kullanılan istavroz tipi ve küresel mafsallardır. İstavroz mafsallar yapıları basit ve ekonomik olduğu için otomotiv sanayindei küresel mafsallar da genellikle robot teknolojisinde kullanılır. Üniversal mafsallar iki sınıfta toplanabilir; Adi tip üniversal masallar: Şaftlarda ve direksiyon sistemlerinde kullanılır.
Sabit hız üniversal mafsallar: Akslarda kullanılır. 5.1.4. Diferansiyel Diferansiyel bir mile, iki ayrı mile birden hareket veren, bu iki mili farklı hızlarda döndürebilen ve onlara eşit döndürme momenti iletebilen bir dişliler sistemidir. Diferansiyel, güç aktarma organlarında moment artışı sağlamanın yanı sıra taşıt viraj dengesinin sağlanması için tekerlek devirlerinin olması gereken devirlerde tutulmasını da sağlamaktadır. İç ve dış tekerleklerin virajlarda farklı dönmesi gerekir. Bu fark iç tekerlekteki azalma oranında dış tekerlekte artış şeklindedir. Bu farkı diferansiyel muhafazasında bulunan istavroz dişli takımı sağlar. Dört tekerlekten çekişli araçlarda ise her çift teker için ayrı ayrı iki tane diferansiyel vardır. 5.1.5. Akslar Diferansiyel aks dişlilerinden aldığı dönüş hareketini çekici tekerleklere iletir. Akslarda diferansiyel tarafında 3 lü mafsal tekerlek tarafında ise sabit hız mafsalı bulunmaktadır. Akslar güçlerini diferansiyelden tekerlere aktarırlar. Önden çekişli araçlarda aks aynı zamanda 2 farkı görevi yerine getirmektedir. Tekerlerin aşağı yukarı hareketleri ile ortaya çıkan şaft boyundaki değişmeleri karşılayabilecek bir mekanizmaya sahip olmalıdır. Tahrik ve direksiyon için aynı tekerin kullanılmasından dolayı ön tekerler döndürülürken aynı çalışma açısının sağlayacağı kapasite de olmalıdırlar ve tekerlere hızlarında değişmeye sebep olmadan döndürmelilerdir. 5.1.6. Tekerlekler Jantlar, lastikleri üzerinde taşıyarak lastiklerin görevini en iyi şekilde yerine getirmesini sağlar. Jantlar, sürüş emniyetini sağlayan hayati parçalar oldukları için, dikey ve yanal yüklere, sürüş ve frenleme kuvvetlerine ve üzerine etkiyen çeşitli diğer kuvvetlere dayanacak şekilde yeterli dayanıklılıkta olmalıdır. Lastiğin görevleri:
Otomobilin yükünü ve ağırlığını taşımak Yol yüzeyi ile tekerlek arasında teması sağlayarak iyi bir sürtünme yüzeyi oluşturmak. Böylece motorun yarattığı döndürme momentini yola aktarıp çekiş kuvvetine dönüştürür ve frenlemelerde aracın uygun mesafelerde durmasını sağlar. Yol yüzeyindeki pürüzlerden ve sürüşten doğan titreşimleri ve darbeleri emerek yok etmek. Böylece süspansiyon sisteminin elemanı gibi çalışır Direksiyon ile verilen yönü izlemek. (Viraj dönüşlerinde direksiyon kontrolüne gerekli olan yanal kuvveti üretir) 5.2. Hareket Kontrol Sistemleri 5.2.1. Direksiyon Sistemleri (Ön Düzen) Ön düzen sistemi, aracın dönüsünü sağlar. Direksiyon simidi, direksiyon mili, sonsuz dişli, sektör dişli, rot, eğri rot, kısa rot, rot başı bu sistemin bazı parçalarıdır. Direksiyon simidindeki dairesel hareket, dişliler vasıtasıyla doğrusal harekete çevrilerek tekerleklerin yönlendirilmesi sağlanır. Hidrolik Direksiyon: Direksiyon simidine uygulanması gereken gerekli döndürme kuvvetinin düşürülmesini sağlayan sistemdir. Direksiyon eforunu sağlayan iki ayrı tipi vardır, birinci tip motor gücünü kullanan hidrolik bir sistemdir. Diğeri ise bir elektrik motor kullanır. Birincisi için motor bir pompanın hareketinde kullanılır ikincisi için, ön bagaj kompartımanı içinde bağımsız bir elektrik motorlu pompa kullanılır, har ikisi de hidrolik basınç üretir ve bu basınç hidrolik silindir içinde bir piston üzerinde uygulanır, böylece hidrolik basınç kremayer eforu için pinyona yardım eder. Bu yardımın miktarı basıncın miktarına bağlı olarak pistonun üzerine uygulanır. Bu nedenle, eğer daha fazla direksiyon kuvveti gerekirse, basınç yükselmelidir. Hidrolik basınç içindeki değişim, direksiyon ana miline bağlı bir kumanda valfi ile sağlanır. 5.2.2. Süspansiyon Sistemleri Araç gövdesi ile tekerlekler arasına yerleştirilen süspansiyon sistemi, yolun yapısından kaynaklanan titreşimleri sönümlemek üzere tasarlanmıştır. Süspansiyon sistemi sürüş konforu ve güvenliği açısından ihtiyaç duyulan bir sistemdir. Direksiyon sistemi, ön düzen geometrisi ve tekerleklerle bir bütünlük içerisinde çalışır. Süspansiyon sisteminin görevleri şunlardır: Sürüş esnasında lastikler ile birlikte çalışarak yolcuları veya taşınan yükü korumak ve sürüş konforunu iyileştirmek amacıyla yol yüzeyinin yapısından kaynaklanan titreşimleri, salınımları ve ani şokları sönümleyerek yumuşatır. Aynı zamanda şasi ve kaportayı da korumuş olur.
Yol yüzeyi ile tekerlekler arasındaki sürtünmeye bağlı olarak ortaya çıkan sürüş ve fren kuvvetlerini gövdeye aktarır. Akslar üzerinde gövdeyi taşır ve gövde ile tekerlekler arasındaki uygun geometrik ilişkiyi sağlar. Yol ile tekerlekler arasında teması kaybetmeden güvenli dönüş yapmayı sağlar. Süspansiyon sistemleri genellikle yapılarına göre 2 ye ayrılır: Serbest (Askı) Süspansiyon Sistemi: Tekerlekler birbirlerinden bağımsız olarak yol darbelerini karşılayan ve sönümleyen donanımlardır. Sabit (Askı) Süspansiyon Sistemi: Sağ ve sol tekerlekler birbirlerine bir aks veya aks kovanı ile bağlanır ve yol darbelerini birlikte karşılayıp sönümleyen donanımlardır. Süspansiyon sistemi, yaylar ve amortisörlerden oluşur. Yaylar: Bir aracın şasisi araca bindirilmiş yükü, aktarma organlarını ve motoru taşır. Şasi çerçevesi ise yaylar ve diğer bağlantı elemanları yardımıyla tekerleklere bindirilir. Yaylar tekerlekler ile dingil arasına yerleştirilir. Yaylar enerji depolayan elemanlardır. Seyir halindeki taşıta yoldan gelen darbeler, tekerlekler aracılığı ile çok kısa zaman içerisinde yaylara kinetik enerji olarak iletilir. Yaylar bu enerjiyi sıkışmak suretiyle potansiyel enerji olarak üzerine depolar. Bir süre sonra yaylar, oldukça yavaş bir salınım hareketiyle potansiyel enerjiyi kinetik enerjiye dönüştürerek bırakır. Böylece yoldan gelen darbeler şasiye geçmeden yay üzerinde sönümlenmiş olur. Yayların Görevi: Taşıta ait ağırlık ve kütle kuvvetlerini üstüne alır. Sürüş konforu için yolun darbelerini karşılar ve yumuşak titreşimlere dönüştürür. Sürüş güvenliği için tekerleklerin yol yüzeyine iyi tutunmasını sağlar. Yayların Çeşitleri: Yaprak yaylar Helezon yaylar Burulma çubuklu yaylar Hava yayları Amortisör: Araç yol yüzeyindeki darbelere maruz kaldığında süspansiyon yayları uzayarak ya da kısalarak bu darbeleri karşılar. Darbeleri karşılamaları esnasında bir süre salınım hareketi yapar. Gerçekte bir yayın kısa bir salınımdan sonra durması beklenir. Aynı zamanda yayların hem yeter derecede sert hem de eğilebilir özellikte olmaları gerekmektedir. Bunun yanı sıra yayların sıkışması ve
gevşemesi hallerinde araçta aşırı sarsıntılara yol açmaması emniyet ve konfor için zorunludur. Bu nedenle sarsıntı ve darbeyi şasiye iletmeyen yayın yavaşça gevşemesi ve sıkışmasını sağlayan, kontrolsüz salınımı kısa sürede durduracak donanıma ihtiyaç vardır. Bu görevi amortisörler gerçekleştirir. Amortisörün görevleri: Yayların salınım süresini kısaltır. Lastiklerin her durumda zeminle temasını sağlayarak sürüş emniyeti sağlar. Lastiklerin daha iyi yol tutuşunu sağlayarak direksiyon hâkimiyetini kolaylaştırır. Yatmayı, kaymayı, zıplamayı, fren sırasında dalmayı ve hızlanma sırasında ön tarafın yükselmesini arka tarafın çökmesini azalarak sürüş konforunu artırır. 5.2.3. Fren Sistemleri Motorlu araçlarda birbirinden bağımsız üç farklı fren sistemi kullanılmaktadır. Bunlar; Servis (Ayak) freni: Araç hızının kontrol edilmesi ve aracın durdurulması için kullanılır. El (Park) freni: Park edilen aracın olduğu yerde sabit kalması için kullanılır. Yardımcı frenler: Dizel kamyonlar ve diğer ağır yük araçlarında servis frenleriyle birlikte kullanılır. Bundan başka, aracın hızını azaltmak için bazen motor freni de kullanılır. Bu, motorun dönmeye gösterdiği kendi direnci tarafından oluşturulmuş frenleme etkisi olduğundan hiçbir özel donanıma gerek duymaz. Motorlu taşıtlar üzerinde oldukça farklı yapılarda ve özelliklerde frenler kullanılmaktadır. Bunlar; Hidrolik frenler, o Klasik hidrolik frenler, o Vakum yardımlı hidrolik frenler, o Hava yardımlı hidrolik frenler, Mekanik frenler, Havalı frenler, Elektrikli frenler şeklindedir. Günümüz otomobillerinin birçoğunda hidrolik fren sistemleri kullanılmaktadır. Fren pedalı, kaldıraç prensibine göre çalışır ve pedala uygulanan küçük bir kuvvet fren merkezine büyük bir kuvvet olarak iletilir. Paskal kanununa göre fren ana merkezi içinde oluşan hidrolik kuvvet, fren hattı yoluyla tekerlek silindirlerinin her birine ulaşıp fren balatası ve fren disk balatasında bir frenleme kuvveti oluşturur.
Klasik Hidrolik Fren: Klasik hidrolik fren sisteminde, pedala kuvvet uygulandığında merkez silindirinin pistonu basınç oluşturur. Oluşan bu basınç, borular vasıtasıyla tekerlek silindirlerine ulaştırılır. Tekerlek silindirlerinin pistonları açılarak frenleme sağlanır. Vakum Yardımlı Hidrolik Fren: Vakum yardımlı güç freni; aracın motorunda meydana getirilen emme manifoldu vakumu yardımıyla frenleme anında şoförün ayak kuvvetine ek olarak ilave bir kuvvet oluşturur. Fren pedalına basıldığında vakum kontrol sübabı, pistonun merkez silindiri tarafına vakumun etki etmesini sağlar. Böylece pistonun bir yanında atmosferik basınç, diğer yanında vakumun etkisi oluşur. Vakum ünitesinin pistonu fren merkez silindirinin pistonuna bağlı olduğu için onu da hareket ettirir ve fren merkez silindirinin içinde basınç oluşturur. Bu basınç, fren sistemine etki eder ve fren tekerlek silindirleri üzerinden frenlemeyi meydana getirir. Bu vakum ünitesine hidrovak (westinghouse) denir. Hava Yardımlı Hidrolik Fren: Bu tür fren sisteminde merkez pompasında oluşturulan hidrolik basınca ek olarak basınçlı havadan faydalanılmıştır. Sistemde kullanılan basınçlı hava, motordan hareket alan bir kompresör tarafından sağlanmaktadır. Kompresör tarafından üretilen basınçlı hava, hava tanklarında depolanmıştır. Fren pedalına basıldığında hava tanklarında bulunan basınçlı havaya, frene basma miktarıyla orantılı olarak yol verilir. Basınçlı hava bir diyafram ünitesine etkiyerek merkez silindiri, pistonun itme çubuğunu daha büyük bir kuvvetle iterek frenleme kuvvetinin artmasını sağlar. Merkez pompasından itibaren sistem, klasik hidrolik fren gibi çalışmaktadır.
5.2.3.1. Diskli Fren Sistemi Günümüzde genellikle ön tekerleklerde diskli frenler, arka tekerleklerdeyse kampanalı frenler kullanılmaktadır. Ancak dört tekerlekte de diskli fren kullanımı yaygınlaşmaktadır. Diskli fren sistemi sabit bir kaliperle bu kaliper üzerine yerleştirilen fren balataları, pabuçlarıyla birlikte, fren hidrolik silindiri ve pistonlarından oluşur. Fren pedalına basıldığında merkez silindirinden gelen basınçlı hidrolik, kalipere geçerek silindirin içerisine dolar. Pistonlara itme kuvveti uygulayarak pistonları açar. Pistonlar pabuçları ve üzerlerindeki balataları diske doğru iterler ve diski sıkmaya çalışır. Böylece disk iki pabuç arasında sıkılarak frenleme sağlanır. 5.2.3.2. Kampanalı Fren Sistemi Kampanalı fren sisteminin çalışması şu şekildedir: Fren pedalına basıldığı zaman merkez silindirinde oluşan basınç, borular yardımıyla fren tekerlek silindirlerine iletilir. Tekerlek silindirlerinin içerisine dolan basınçlı hidrolik, pistonları dışa doğru iter. Pistonlar aldıkları itme kuvvetini, itme çubukları vasıtasıyla pabuçlara iletir. Pabuçlar kampanaya karşı açılarak balataları kampanaya yaslar ve oluşan sürtünmenin etkisiyle frenleme sağlanır. Fren pedalından ayağımızı çektiğimiz zaman pabuçlara bağlı olan geri getirme yayları vasıtası ile pabuçlar kampanadan uzaklaşır. Böylece yeni bir frenleme için fren mekanizması hazır hale gelir.