makine ve motor ders notları 1.hafta

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.