motor-konst-sunum1 (1)

7/23/2019 motor-konst-sunum1 (1)

http://slidepdf.com/reader/full/motor-konst-sunum1-1 1/109

Motor Tasar ımına Etki Eden Faktörler

Yeni bir motor geliştirmedeki oldukça yüksek maliyet dikkate alındığında,yapımcı zayn ve ma atı gerçe eşt rme en nce aşa ı a soru aracevap aramalıdır:

Neden yeni bir dizayn?

Dizayn edilecek motorun kullanım alanı?

Motorun güç ve yakıt ekonomisi nedir?



Bu istekleri kar şılayacak en uygun motor tipi:

Dizel ya da Benzin?İki ya da dört zamanlı?

Aşır ı doldurmalı ya da doğal emişli?

Silindir sayısı ve düzeni?

Tahmini geliştirme zamanı?

Tahmini yapım maliyeti?

Motorun tam tasarlanan zamanda başar ılı bir şekilde bitirildiğikabul edildiğinde, o anda diğer firmalarca tasarlanan benzeri ürünlerlere a e e e ece m r



Motor Gücünün Saptanması

Motor gücü kullanma alanına göre belirlenmelidir. Bunun için de dizayn

edilecek olan motorun gücü tahrik edeceği makinanın gücünden belirli

oranda daha fazla güce sahip olmalıdır. Bu güç fazlalığı, tahrik

sistemindeki kayıplara göre belirlenir.

Motor gücünün, ortalama indike bası nç, silindir çapı

ve s ro e anı

m anması

r a ama n e asınç, a , s n r çapı m o ma zere, p s ona

etkiyen indike kuvvet [N];

2 D

=

4mi i =



Piston bu kuvvetin etkisiyle strok boyunca H [m] yol alır. Böylece

pistonun yapacağı iş [Nm],

H D

pW mi i

2π

=

.

olur. Buna çevrimin indike işi denir. Krank milinin dönüşüne kar şılıkçevrim sayısı ise saniyedeki çevrim sayısı nç / 60 olur. Böylece saniyede

yapılan iş, yani güç [W],

2ç

mi i

n H

D p P π

=

olarak bulunabilir. Motorun silindir sayısı ile çarpmak suretiyle motorunindike gücü.

2 n D.

604

pmi i =



Motorun mekanik verime göre efektif gücü ,

i me P P η

.Ortalama efektif basınç ise,

.

olur. Motorun efektif gücü,

mi mme p p η

(1.7)604

2 z n H

D p P

ç

mee

π

=

Burada;

D : Silindir çapı [m],

H : Strok [m],me ,

nç : Motorun krank milinin bir devir dönmesine kar şı gelen iş sayısı , n x i

,

n : Motorun dakikadaki dönme sayısı [devir/dak],z : Silindir sayısı.



Buna göre iki zamanlı motorlar için efektif güç,

2

π

(1.8)604 2 H p P me z e π

=

Dört zamanlı motorlar için efektif güç ise,

2π

(1.9)1204

4 H p P me z e

π

=

Motor g c n n, ortalama indike bası nç ve strok hacmi iletanı mlanması

Motor gücü toplam strok hacmi ile de tanımlanır. Burada strok hacmi

.

strok hacmi [m3],

(1.10) z H DV H

4

2

π

=



Efektif güç [kW],

(1.11)1200

4

nV p P H

me z e =

(1.12)600

2

nV

p P H

me z e =

Burada;

P e : Motorun efektif gücü [kW],

V H : Toplam strok hacmi [litre],

pme : Ortalama efektif basınç [bar],

n : o orun a a a nme sayısı ev r a ır.



Devir Say ı sı nı n Saptanması

Belirli bir strok hacminden yüksek güç elde edilebilmesi için, devirsayısının, dolayısıyla ortalama piston hızının (c m ) büyük seçilmesi gerekir.

.

Ateşleme ve yanma :

Dizel motorlarda, dönme sayısının alt sınır ı olan rölanti dönme sayısını

motorun sıcaklığı sınırlamaktadır. Yüksek dönme sayılı dizel motorlarda,s n r acm ç o ayısıy a s n r acm n n s n r y zey ne oranı küçük olduğundan dönme sayısı azaldıkça dışar ı kaçan ısı ve gazkayıplar ı artar ve dolayısıyla kendi kendine tutuşma olayı gerçekleşmez.Bu nedenle rölanti dönme sayısı yüksek seçilmelidir. Gemi vesantrallarda kullanılan büyük güçlü, düşük dönme sayılı motorlarda ise

silindir hacmi bü ük, dola ısı la hacmin silindir üze ine oranı bü ükolduğundan ısı kayıplar ı azalır. Bu nedenle rölanti dönme sayısı daha azolabilir . Dizel motorlarda çevre sıcaklığı 10-20 oC arası için en düşük



Ön yanma odalılarda:

Kızdırma bujililerde : 600 – 1000 devir/dak.

Kızdırma bujisizlerde : 1000 – 2000 devir/dak.

Direkt püskürtmeli motorlarda:

Kızdırma bujililerde : 600 – 1000 devir/dak.

Kızdırma bu isizlerde : 1000 – 1150 devir/dak.

Gemi ve santral motorlar ında : 50 devir/dak. Civar ındadır.

Motorun tam güçte ve devamlı olarak çalıştığı maksimum dönme sayısı

ise kar ışım teşkili, kendi kendine tutuşma ve yanma için gerekli zaman ile

.

dönme sayısıdır. Dizel motorlar ı için tam güç ve devamlı çalıştığı dönme

sa ısı 900 – 4500 devir/dak arasında de i ir.



Benzin motorlar ında rölanti dönme sayısı motorun sıcaklığı ile. ,

kar ışımındaki benzin yoğuşacak, dolayısıyla kar ışım fakirleşecek vetutuşma gerçekleşmeyecektir. Çevre sıcaklığı 15-25 oC için minimumdönme sayılar ı:

Karbüratörlü : 600 – 1000 devir/dak.Benzin püskürtmeli : 400 – 800 devir/dak.

Benzin motorunda tam ü teki maksimum dönme sa ısı alevin a ılmahızı, daha doğrusu süresi ile sınırlanmaktadır. Zira alevin yayılması için

tanı

nan süre dönme sayı

sı

arttı

kça azalmakta ve tam yanmagerçe eşememe e r . enz n mo oru ç n ma s mum nme sayısı

4000 – 7500 devir/dak arasında olup bu değer spor arabalar için daha daartabilmektedir.



Motorun ömrü :Motorun dönme sayısının, piston ve silindir yüzeylerinin kayma ve aşınma

.parametreler sabit tutulup sadece dönme sayısı artır ılırsa motorun ömrüazalır . Bunu önlemek için yüksek kaliteli malzeme kullanmak gerekir.

Atalet kuvvetleri :

sayısının karesi ile orantılı olarak artmaktadır. Ayr ıca dönme sayısı arttıkça titreşimler de artmaktadır . Motor imalatında kullanılan malzeme ve

kesitler bu etkilere dayanacak kalite ve kesitte olmalı

dı

r. Bu nedenleatalet kuvvetleri dönme sayısının üst sınır değerini sınırlamaktadır .

Düzgün çal ı şma :

Motorun dönme sayı

sı

arttı

kça, motor daha düzgün çalı

şı

r.

Hafif yapı ve maliyet :Motorun dönme sa ısı arttık a, a nı strok hacminden daha fazla ü elde

edilir. Bu ise hafiflik ve ucuzluk sağlar.



Süpürme sistemi :

gelebilmesi için yeterli zamana ihtiyaç vardır. Dönme sayısı arttıkça bunlariçin ayr ılan zaman azalmakta ve dolayısıyla gaz değişimi ve yanma tamolarak gerçekleşememektedir. Bu nedenle iki zamanlı motorlar yüksekdönme sayılı olamazlar. Son yıllardaki gelişmeler sonucu otomobillerde

- ,dizel motorlar ı ise 3000-3500 devir/dak ya kadar yapılabilmektedir.Motosikletlerde kullanılan motorlar ın dönme sayılar ı ise 10000 devir/dak

‘ya kadar yükselebilmektedir.

Çalışma şekline göre motorlar iki ve dört zamanlı olmak üzere ikiyeayr ılırlar.

, ,

güçlü dizel motorlar ıdır.



Küçük benzin motorlar ı : Küçük iki zamanlı benzin motorlar ı genelliklemotosikletler , dıştan motorlu botlar ve çim biçme makinalar ı gibi

.sahiptirler;

Düşük ilk maliyetDüşük kullanım faktörü

Bu tip motorlar ateşleme sistemine ilave olarak yalnızca üç hareketlielemana sahiptir (piston, krank mili ve biyel). Yakıt tüketimleri dörtzamanlı aynı büyüklükteki bir motora kıyasla yaklaşık %25 daha fazladır.Bu sebe le bu ti motorlar akıt ekonomisinin önemli olmadı ı kullanımfaktörünün düşük olduğu uygulamalarda kullanılırlar.

r a ve y g ç ze mo or ar ı : un ar san ra ar a enera r er n vegemilerde pervanelerin tahrikinde kullanılırlar. Bu motorlar ın genellikleortalama efektif basın lar ı dü üktür ve dönme sa ısı ok fazla

yükseltilememektedir.



Dört zamanl ı motorlar : Dönme sayılar ı yüksek olan benzin ve dizelmotorlar ıdır. Daha çok kara taşıtlar ında kullanılırlar. İki zamanlı motorlara

.

Yakıtın Seçimi

Yakıt sınırlamasının olmadığı ve silindir çapının yaklaşık 150 mm’den azo u u urum a ze motorunun enz n motoruna terc e mes n nsebebi yakıt ekonomisi ve yakıt maliyetidir . Tabi emmeli bir dizel motoru,a nı ü teki bir benzin motoruna kı asla daha bü ük daha a ır daha

yüksek bakım maliyeti, daha pahalı ve daha gürültülüdür. Ancak, 150 mmsilindir çapından daha büyük bir benzin motoru imal etmek, vuruntu

ma ne en y e uygun e r. u urum a ze mo oru gere r.Daha önce belirtildiği üzere, yakıt ekonomisi büyük ölçüde kullanım

faktörüne bağlıdır. Bu sebeple kullanım faktörünün düşük olması

durumunda benzin motoru kullanma eğilimi artmaktadır. Kullanımfaktörünün çok düşük olduğu hallerde dizel motoru kullanarak elde

, .

Tüm uçak motorlar ı düşük ağırlık nedeniyle benzin motorlar ıdır.



Kullanım Alanı

Motorun kullanma alanı, hafifliği, özgül yakıt tüketiminin ve alış fiyatınındüşüklüğü, güvenilirliği, ömrü, kolay ve ucuz bakımı gibikarakteristikler göz önüne alınarak belirlenir. Kullanma alanı vekarakteristiklerine göre motorlar ın sınıflandır ılması Tablo 1.1’de

.sırası gözetilerek dikkate alınır. Motor yapımcısı bu etkenlerden birini gözönüne alarak tasar ıma başlayabilir. Her şeyden önce genellikle maliyetdaima dikkate alınmalıdır. Buna göre kullanma yerine göre önemlikarakteristik özellikler Tablo 1.2’de verilmektedir.



Tablo 1.1 Pistonlu motorlar ın kullanım alanlar ına göre sınıflandır ılması

SINIFI KULLANIM GÜÇARALIĞI

BG

EN ÇOK KULLANILAN MOTOR TİPİ

DİZEL VEYA ÇEVR İM SOĞUTMABENZİN

Motosiklet, mobilet

Hafif Yolcu Taşıtı

1 - 50

20 - 100

BENZİN

BENZİN

2 - 4

4

Hava

Hava-Su

TAŞITLARIAğır Yolcu Taşıtı

Hafif Ticari Taşıt

Ağır Ticari Taşıt

100 - 500

50 - 200

150 - 500

BENZ N

BENZİN,DİZEL

DİZEL

4

4

4

Su

Su

Su

KARAYOLU DIŞIAŞITLAR

a aşı ar

Tar ım Makinalar ı

Yol Makinalar ı

Askeri Ta ıtlar

-

4 - 20050 - 1000

50 - 2500

BENZİN-DİZELDİZEL

DİZEL

-

2 - 42 - 4

2 - 4

ava- u

Hava-SuSu

Hava-Su

DEMİRYOLU

TAŞITLARIDemiryolu Makinalar ı

Lokomotifler

200 - 500

500 - 4000

DİZEL

DİZEL

2 - 4

2 - 4

Su

Su

DENİZ

TAŞITLARIOrta-boy gemiler

Gemiler (2000 tonunüzeri)

. -

1000 - 4000

4000 - 50000

-

DİZEL

DİZEL

-

2 - 4

2 - 4

Su

Su

HAVA TAŞITLARI Uçaklar

Helikopterler

65 - 3500

65 - 2000

BENZİN

BENZİN

4

4

Hava

Hava



SINIFI KULLANIM GÜÇARALIĞI

(BG)

EN ÇOK KULLANILAN MOTOR T P

BENZİN AEV–BAHÇE

MAKİNALARI

Çim Makinalar ı

Kar Makinalar ı

1 - 4

3 - 6

BENZİN

BENZİN

2 - 4

2 - 4

Hava

Hava

Hafif Traktörler 3 - 10 BENZİN 4 Hava

STASYONER

İnşaat Makinalar ı

Elektrik Makinalar ı

10 - 1000

20 - 30000

DİZEL

DİZEL

2 - 4

2 - 4

Su

SuMAKİNALAR Gaz Boru Makinalar ı 1000 - 5000 BENZİN 2 - 4 Su

YARIŞ Taşıt ve botlar 100 - 2000 BENZİN 4 Su



Tablo 1.2 Motor karakteristiklerinin kullanım alanına göre önem sıralaması

KULLANIM ALANI ÇOK ÖNEMLİ ORTA DERECEDE AZ ÖNEMLİ

KÜÇÜK EV MOTORLARI,

BOT MOTORLARI

Düşük ağırlık

Küçük hacim

Ucuzluk

Düşük gürültü

Güvenilirlik

Bakım kola lı ı

Yakıt ekonomisi

Uzun ömür

Titre im

YOLCU OTOMOBİLMOTORLARI

Düşük gürültü ve titreşim

Ucuzluk

Güvenilirlik

Yakıt ekonomisi

A ırlık Uzun ömür

Esneklik*

Bakım kolaylığı

Hacim

TİCARİ TA IT Güvenilirlik A ırlıkMOTORLARI, KÜÇÜKGEMİLER VEENDÜSTRİ YELKULLANIM

Yakı

t ekonomisiBakım kolaylığıHacimDüşük gürültü ve titreşim Ucuzluk

LOKOMOTİF

MOTORLARI

Küçük hacim

Yakıt ekonomisi

Bakım kolaylığı

Uzun ömür

Ucuzluk

Ağırlık

GürültüGüvenilirlik Titreşim

UÇAK MOTORLARI Düşük ağırlık

Küçük hacim Düşük titreşim

Ucuzluk

Uzun ömür

Yüksek kalkış gücü

Yakıt ekonomisiGüvenilirlik

Bakım kolaylığı Gürültü



ALANI

ÖNEMLİ

YARIŞ MOTORLARI Yüksek güç Güvenilirlik Diğerleri

BÜYÜK MOTORLAR Yakıt ekonomisi Düşük gürültü ve Ucuzluk> mm s n r çap ı zun m r

Güvenilirlik

Bakım kolaylığı

Hacimır ı

(*) : Burada esneklik, geniş bir yük ve hız aralığında düzgün ve verimli çalışma manasınakullanılmıştır



Yakıt Ekonomisi

Bir motorun yakıt ekonomisinin iyi olması her zaman arzulanan bir durumolmasına kar ın di er karakteristiklere öre önemi kullanım alanına örefarklılık gösterir. Yakıt ekonomisi motorun kullanı m faktörünün artmasıylaçok daha fazla önem kazanır. Kullanım faktörü, kullanım zamanının

.

Örneğin,

200 BG ’lü günde ortalama 20 BG güçte iki saat çalışan bir otomobil için;

u anım a r = = . o ma a ır.

Bir çim biçme makinasının, özellikle kış mevsimi uzun süren bir ülkedekikullanım faktörü sıf ıra yakındır. Böyle bir durumda yakıt ekonomisi, düşükağırlık, ucuzluk ve kolay çalıştır ılabilme gibi faktörlere kıyasla çok daha azbir öneme sahi tir.



Silindir Sayısının ve Tertibinin Saptanması

Benzin ve dizel motorlar ında silindir sayısı, maksimum

silindir hacmine ba lıdır.

Benzin motorlar ında silindir çapı büyüdükçe çeper sıcaklığı artmakta vebunun sonucu olarak da vuruntu olasılığı yükselmektedir. Vuruntulu

yanma olayından sakınmak için büyük hacimli silindir yerine birkaç

.

Dizel motorlar ında ise püskürtülen yakıtın kısa zamanda tutuşması için

çeper sıcaklığı yüksek yani silindir çapı büyük olmalıdır . Fakat silindir

hacminin çok büyük olması

durumunda ise atalet kuvvetleri arttı

ğı

ndanmümkün mertebe çok silindirli, motor yapılır. Silindir sayısı motor gücüne

bağlı olarak Tablo 1.3’de verilmektedir.



Tablo 1.3 Motor gücüne bağlı olarak silindir sayılar ı

Motor Gücü [kW] Silindir Sayısı

0-3 1

3-30 1-4

- -

50-100 4-8

100-500 6-8

500-5000 6-16

5000 ve üzeri 12-24



Silindir tertibi motor seçiminde en önemli etkenlerden biri olup motorunana şeklini belirlemektedir. Şekil 1.1’de çeşitli silindir tertipleri

.

Sıra motorlar en çok kullanılan silindir tertibidir. Bakımlar ı kolay ve hafiftirler. 6 silindirli sıra motorlarda dengeleme ve titreşimkontrolü en iyi şekilde sağlanmaktadır. Bunun üzerinde ise bir çok

– .yapılmaktadır.

V tipi motorlar genellikle fazla güç istenen sekiz ve daha fazla güçlümotorlarda kullanılır. Bu tertiple iyi bir dengeleme sağlanır.

Boxer ve sıra boxer motorlar genellikle hafif, uzunluğu kısa olanmotosiklet, otomobil ve küçük uçak motorlar ında kullanılırlar.

Pistonlar ı kar şılıklı çalışan silindir tertibi iki zamanlı dizel motorlar ı olanlokomotif motorlar ı, bü ük emi motorlar ı, stas oner motorlar ile askeriaraçlar ın motorlar ında kullanılır.



Şekil 1.1 Silindir tertip tarzına göre motor çeşitleri



Hava veya Su ile Soğutma

Hava ile soğutma özellikle küçük silindir çaplı, bir ya da iki silindirli

motorlar için elverişlidir. Silindir çapı 150 mm ‘den büyük olan

motorlar için hava ile soğutma yetersiz kalmaktadır. Böylece hava

ile soğutma özellikle küçük taşı

nabilir stasyonel motorlar vemo os e mo or ar ı ç n uygun ur.

.

Uygulamada dört ve daha fazla silindirli otomobil ve endüstriyelmotorlar ın yalnızca çok az bir kısmı hava soğutmalıdır. Hava soğutmalı

motorlar ın en önemli avantajlar ı; düşük maliyet, küçük hacim ve ağırlık ve

düşük gürültü özelliklerine sahip olmasıdır. Sivil uçak motorlar ı, bütün

ça ışma şar ar ın a y se ava ızına sa p o ma ar ı se e y e uygun r

seçim olarak ortaya çıkmaktadır



Aşır ı Doldurma

Benzin motorlar ı nda aşı r ı doldurma :

edebilmek ve uçuş yüksekliğinin artmasıyla hava yoğunluğununazalmasından kaynaklanan güç düşmesini önlemek için aşır ı

doldurma gereklidir. Küçük uçak motorlar ının tümü aşır ı o urma ı ır. u mo or ar a aşır ı o urma e or aya çı ması o ası olan vuruntu problemi yüksek oktan sayılı yakıt kullanmak suretiyleçözülmektedir.

Otomobil Motorlar ı : Aşır ı doldurma bazı spor ve lüks otomobilmotorlar ına uygulanmaktadır.

Yar ış Motorlar ı : Yar ış otomobillerinde yüksek güç ihtiyacı aşır ı doldurmayı zorunlu hale getirmektedir.

Büyük Doğal Gaz Motorlar ı : Bu motorlarda aşır ı doldurma ilesağlanan ağırlık ve hacim küçülmesi önemlidir. Doğal gazın

aşır ı doldurmayı cazip hale getirmektedir.



Dizel motorlar ı nda aşı r ı doldurma :

Dizel motorlarda aşır ı doldurma için yanma açısından herhangi bir

.

maliyet açısından değerlendirilebilir.

Uygulamada aşır ı doldurma, ilk yapım maliyetinin düşük olmasının

istendiği küçük dizel motorlar ın dışında bütün motorlara aşır ı doldurma

uygu ama e m ar ma a ır.

motorlar ının hemen hemen tümü aşır ı doldurmalıdır.

Aşı r ı doldurmay ı sı nı rlayan limitler : Dizel motorlarda müsaade edilen aşır ı

doldurma miktar ı güvenilirlik ve dayanıklılık yanında aşır ı doldurma

e eman ar ının ma ye ne a ı ır.

Motor Ana Boyutlarının Hesaplanmasıε



Motor Ana Boyutlar ının Hesaplanması

, , ,zamanlı oluşu gibi çeşitli etkenler göz önüne alınarak, motorun anaboyutlar ı olan silindir çapı (D) ve strok (H ) belirlenir. Tablo 1.4’de içtenyanma ı mo or ar ın ara er s e er er ver me e r.

D : Silindir çapı [m]H : Strok uzunluğu [m]H/D : Strok- a oranı

cm : Ortalama piston hı

zı

[m/s]pme : Ortalama efektif basınç [Pa]

z : Silindir sayısı

Vh : Bir silindirin strok hacmi [m3, litre]3H ,

: Sıkıştırma oranı

Pe/VH : Strok hacminin litresi başına güç [kW/litre]: s on a anı m

Sıkıştırma sonu hacminin (ölü hacim) strok hacmine ve sıkıştırma oranına



Sıkıştırma sonu hacminin (ölü hacim) strok hacmine ve sıkıştırma oranına

bağlı olarak değişimi Şekil 1.2’de görülmektedir. Buna göre strok hacmi

n yorsa, sı ı

ş ı

rma oranı

na a ı

o ara ac m u una r.

. .

H =

(1.13)

er g ç en em , s n r çapı ve stro yer ne, orta ama p ston ızı ve

strok oranı cinsinden yazılırsa,

22

3 117284.0

ζ

H c p P m

mee =

.



Şekil 1.2 Sıkıştırma hacminin (ölü hacim) strok hacmine bağlı olarak değişimi

Denklemden de görüleceği üzere, strok-çap oranı ne kadar küçükse motor



Denklemden de görüleceği üzere, strok çap oranı ne kadar küçükse motor gücü de o kadar büyük olmaktadır. Ancak strok-çap oranı, motorun yapısı ve alı ması ile sınırlıdır. Strok- a oranı motorun bo utlar ını ani

uzunluğunu, genişliğini ve yüksekliğini etkiler. Strok oranına göre silindirçapının değişimi,

3131

31

4

⎟⎠

⎞

⎜⎝

⎛

=

ζπ

hV D .

Strokun değişimi ise,

⎠

(1.16)

32

31

21 4 ⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛=

ζ

π

hV H

olur.

Strok- a oranı motorun ileri eri hareket eden kütlelerini etkiler. Birsilindirin ileri geri hareket eden kütleleri,

(1.17)

= ζhh kV m



olarak yazılabilir. Piston hızına, dolayısıyla dönme sayısına bağlı olarak

er ger are e e en e er n o uş ur u u uvve er n ma s mum

değeri,

[N] (1.18)31234

= ζnCV F hh

yazılabilir.

Strok-çap oranı sıkıştırma oranını etkiler. Sıkıştırma oranı denklemindenfaydalanılarak, strok-çap oranına bağlı olarak,

32

31

31 41

⎜

ζ

b .

olarak bulunur.

⎠⎝

ζ

π

ε ha



Motorlarda genellikle kullanılan strok-çap oranı değerleri:

Benzin motorlar ında : 1.165.0

Dizel motorlar ında (düşük devirli) :

..

0.24.1

arasındadır.

r a ama e ası nç pme ar

bağlıdır.

Belirli bir motorun strok hacmi sabit olduğundan motor gücü, dönme

sayısı ve ortalama efektif basınca göre değişir.

Ortalama efektif basınç, dönme sayısına, yüke ve yapım etkenlerine göre



O ta a a e e t bas ç, dö e say s a, yü e e yap et e e e gö edeğişir. Bu yapım etkenleri silindirin doldurulması ve boşalması için akış

, .

Ortalama efektif basınç silindirlere emilen yakıt-hava kar ışımına, artıkgazlara, çevrim boyunca değişen gaz basıncı ve mekanik kayıplara bağlı olarak değişmektedir. Kısmi yüklerde kayıplar arttığından ortalama efektif

.artar . Yüksek dönme sayılar ında kar ışım ve yanma iyi olmadığındanortalama efektif basınç daima küçük olur. Motor çeşitlerine göre halenkullanılmakta olan motorlarda ortalama efektif basınç değerleri:

Benzin motorlar ında : 0.6 – 1.0 MPaDizel motorlar ında (yüksek devirli) : 0.4 – 0.7 MPaDizel motorlar ında (düşük devirli) : 0.6 – 0.9 MPa

arasındadır.

Aşır ı doldurmalı motorlarda bu değerler yaklaşık 2.0 MPa ‘a kadaryükselmektedir

Ortalama Piston Hızı (cm) [m/s]



Ortalama Piston H ı z ı (c m ) [m/s]

Strokun herhangi bir noktası

için piston hı

zı

,

m/s 1.20⎜

±

l Hn

yazı

lı

r. Burada;

⎠⎝

±

219100

: ro mmr : Krank mili yar ıçapı (r=H/2) (mm)l : Bi el kolu uzunlu u mm

λ

: Krank mili yar ı

çapı

nı

n biyel koluna oranı

(λ

= r/l )+ : ÜÖN dan AÖN ya yönü gösterir -α

: Krank mili açısı (derece)

Ortalama piston hızı, motor stroku H (m) ve dönme sayısı (devir/dak) nabağlı olarak,

[m/s] (1.21)30

Hn

cm =

Ortalama piston hızının artmasıyla motor ömrü ve volumetrik verim azalır ,



p y ,sürtünme kayıplar ı sebebiyle ısı yükü artar . Halen kullanılmakta olan

Benzin motorlar ında : cm = 9 – 16 m/sDizel motorlar ında (yüksek devirli) : cm = 8 – 13 m/sDizel motorlar ında (düşük devirli) : cm = 6 – 9 m/s

değerleri arasındadır.

Strok Hacminin Litresi Başı na Güç (P e / V

H [kW/l ]

o or u aşı e n n e esap ama ar gene e re aşına g ç esasınagöre yapılır. Dört zamanlı motor için, ortalama efektif basınç [MPa]

alınırsa litre başına güç [kW/l ],

4 n p P me z e

=

.120V H

İki zamanlı motor için ise,



ç ,

2 n p P me z e

= .60V H

=

.

c P (1.23) H V H 4

zaman ı mo or ç n se,

c P

(1.24) H V H 2

olur. Strok hacminin litresi başına güç değerleri Tablo 1.4 de verilmiştir.

Bu değerler genellikle;



Benzin motorlar ında (otomobillerde) : 25 – 42 [kW/l]Benzin motorlar ında di er üksek ü lülerde : 35 – 70 kW/l

Dizel motorlar ında (yüksek devirli) : 8 – 15 [kW/l]Dizel motorlar ında (düşük devirli) : 4 – 12 [kW/l]

arasındadır.

Bu de er motor net kütlesinin üce oranıdır . Motorlarda ü ba ına kütle

önemli bir özelliktir. Taşı

t motorlar ı

nda bunun önemi daha fazladı

r.Motorun ağırlığını tanımlayan bir parametredir. Motorun ağırlığı maliyeti

değerleri Tablo 1.4 de verilmiştir. Bu değerler genellikle;

–(Otomobil) : 2000 – 3500 [g/kW]

(Hafif) : 1000 – 1500 [g/kW]ze mo or ar ın a : – g

arasındadır.

Piston Yüzeyi Başı na Güç [kW/cm2]



y ş ç [ ]Dört zamanlı motor için,

(1.25)40 4 m

me

z e c p

A

P =

İki zamanlı motor için ise,

(1.26)20

2 mme

z e c p

A=

dir. Taşıt motorlar ında bu değerler 0.15 – 0.35 [kW/cm2] arasındadır.

.göre silindir sayısı,

ζ

(1.27)3 235000

mme

e

c p

n z

ζ

=

Uygun silindir sayısı, yapılan kabuller yukar ıdaki formülde yerine



konularak tespit edilir. Ancak dizel motorlar ında silindir ve strok hacimleri .

belirtilen etkenler de dikkate alınarak en uygun silindir sayısı seçilir.

Motor Ana Boyutlar ı nı n Hesabı

otorun ana oyut ar ı o an s n r çapı ve stro , motorkarakteristikleri saptandıktan sonra iki yöntemle hesaplanır.

a – Yapı

mı

dü şünülen motorun,

ç : e

Motor devri : n [devir/dak]

Silindir sayısı : z [adet]

değerleri biliniyorsa, bu değerlerden hareketle motorun ana boyutlar ı , .

kullanılır.

1) Yapımı düşünülen motorun P e , n, z değerleri bilindiğine göre motorun



amacına uygun olarak:

Ortalama efektif basıncı : pme [Pa]

Strok-çap oranı : D

=

. pme ve ζ değerleri belirli aralıklara bölünür . Seçilen değerler aşağıdaki güçformüllerinde yerine konarak;

[m] (1.28)

( )3

4

47.53 z pn

P Dme

e z

ζ =

[m] (1.29)

( )

32

44.42

z pn

P D

me

e z

ζ

=

formüllerinden silindir çapı değerleri, strok-çap oranı formülünden destrok hesa lanarak Tablo 1.5’de erine azılır. Bulunan silindir a ı vestrok değerlerinin uygunluk derecesini anlamak için ortalama piston hızı

ve strok başına güç ile kontrolü yapılmalıdır.

) Ortalama piston hı z ı na göre kontrol :



Bulunan değerler Tablo 1.5 de yerine yazılır. Motorun amacına uygun olanortalama piston hızlar ı bu değerlerle kar şılaştır ılarak uymayanlara aits n r çapı ve s ro e er er a ı ır .

) Strok hacmi başı na güç ( P e / V H ) kontrolü :

Ortalama piston hızına göre yapılan kontrol sonucu geri kalan (D) ve (H )de erleri i in litre strok hacmi ba ına ü de erleri hesa lanarak Tablo1.5 de yerine yazılır. Burada yine yukar ıda olduğu gibi motorun amacınauygun olmayan değerler atılır. Bu kontroller sonucu geriye kalan (D) ve

alınarak seçilir. Seçilen silindir çapı standart silindir çaplar ından birineuygun boyutta olmalıdır . Bu değerlere göre güç yeniden hesaplanır . Eğer

.farklı bir (D) ve (H ) seçilerek aynı işlem tekrarlanır.

Tablo 1.5 Ana boyut hesabı için pme / ζ ye göre H, D, c m değ erleri tablosu



y ç p y g , , m ğ

pme

/ ζ ζ

1 ζ

2 ζ

3 ζ

4 ζ

5

Pme1

11

D11

cm11

12

D12

cm12

13

D13

cm13

14

D14

cm14

15

D15

cm15

Pme2

H21

D21

m21

Pme3

H31

D31

cm31

H41

me4 41

cm41

H51

Pme5 D51

cm51

2) Yapımı düşünülen motorun P e , n, z değerleri bilindiğine göre motorunamacına uygun olarak:




Ortalama piston hızı : [m/s]30

n

cm =


H =

.

[1.30]nc H m30

=

1.31

H D =

denklemleri ile çeşitli değerler için ana boyut olan silindir çapı ve strok

Hesaplanan bu değerlerin kontrolü;

) Bulunan (D) ve (H) değ erlerine göre kontrol:



P e=

nV H

me

.

[Pa] (İki zamanlı motorlar için)nV

p H

eme

000.60

. yerine yazılır. Burada motorun amacına uygun olmayan (D) ve (H )değerleri atılır .

) Uygun olan (D) ve (H) değ erlerine göre kontrol:

[kW/lt] H

elt

V P =

en em n en re s ro acm aşına g ç u unur ve a o . a yer neyazılır. Amacına uygun olmayan (D) ve (H ) değerleri atılır. Bu kontroller sonucu eri kalan D ve H de erlerinden birisi, amaca u un motorunözellikleri göz önüne alınarak silindir çapı (D) ve strok (H ) olarak kabul

edilir.

T bl 1 6 A b t h b i i / ö H D d ğ l i t bl



Tablo 1.6 Ana boyut hesabı için c m / ζ ye göre H, D, pme değ erleri tablosu

cm /ζ ζ

1 ζ

2 ζ

3 ζ

4 ζ

5

cm1

11

D11

pme11

12

D12

pme12

13

D13

pme13

14

D14

pme14

15

D15

pme15

cm2

H21

D21

me21

cm3

H31

D31

pme31

H41

m4 41

pme41

H51

cm5 D51

pme51

3) Yapımı düşünülen motorun P e , n, z değerleri bilindiğine göre motorunamacına uygun olarak:




Litre strok hacmi başına güç : [kW/lt] H

elt

V P P

=

Strok-çap oranı :

D

H =

nın alt ve üst sınırlar ı seçilir. Bunlara göre uygun görülen P lt değerlerialınarak hesaplar yapılır. Önce güç formülünden ortalama efektif basınç;

[Pa] (Dört zamanlı motorlar için)nV

P p H

eme

000.120

P e=

a zaman ı mo or ar ç n

denklemlerinden hesa lanır. Bu de erlere öre ü formülünden silindir

nV H

me .

çapı (D) hesaplanır. Strok ise;



D H ζ

denkleminden bulunur ve,

30

n H cm =

en em e on ro e r. ygun o an ve e er er seç r. ukontroller sonucu bulunan silindir çapı ve strok değerlerinin halenkullanılmakta olan piston çaplar ına uygun olmasına dikkat edilmelidir.

b – Yapı mı dü şünülen motorun,

Toplam strok hacmi : V H [m3]Motor devri : n [devir/dakika]

Silindir sa ısı : z adet

değerleri biliniyorsa, bu değerlerden hareketle motorun ana boyutlar ı , .

motorlar toplam strok hacmi ile tanımlanır. Bunun için üç yöntemkullanılır.

1) Yapımı düşünülen motorun V H , n, z değerleri bilindiğine göre motorunamacına uygun olarak:



yg

Ortalama efektif basınç : pme [Pa]

- ζ ζ

nin alt ve üst sınırlar ı seçilerek ana boyutlar hesaplanır. Bunun için pme veζ

.

D2

π

=

H ζve

denklemlerinden yararlanarak;

4 D

=

3

4

ζ z

V D H

=

denkleminden silindir çapı bulunur. Ayr ıca Şekil 1.3 den strok hacmi ve

piston hızı kontrolü yapılır.



Şekil 1.3 Piston çapı ve stroka bağlı olarak strok hacminin değişimi

Bunun için;

nH



n H c =

denkleminden faydalanılır. Daha sonra;

30

[kW]4

nV

p P H

me z e =

nV

60000

2 pme z e =

[kW/m3] H

elt

V P =

en em y e on ro yapı ır. a u e en s n r çapı ve s ro e er ne

göre motor gücü tekrar kontrol edilir.

2) Yapımı düşünülen motorun V H , n, z değerleri bilindiğine göre motorunamacına uygun olarak:



yg

Ortalama piston hızı : [m/s]30 n H cm =

Strok-çap oranı :

D

H =

seçilir. Bu yöntemde c m değeri belirli aralıklara bölünerek her bir değeriçin,

n

c

H m30

=

bulunur. Buradan,

2 z H V H

4

=

denkleminden silindir çapı bulunur. Motorun ana boyutlar ı belli olduğuna

göre, strok-çap oranı kontrol edilir. Bunun için;

H



D=

denkleminden faydalanılır.

. ) Buna göre litre strok hacmi başına güç,

P

formülünden kontrol edilir.

H

lt V

=

3) Yapımı düşünülen motorun V H , n, z değerleri bilindiğine göre motorunamacına u un olarak:

Litre strok hacmi başına güç : [kW/lt]

H

elt

V

P P =


H =

nin alt ve üst sınırlar ı seçilir. En uygun olan değerler alınır. Böylece,



= t e

. ,

e P =

H

meV

en em u anı ara u unur. ere g ç orm n en gere se s ro

hacmi formülünden silindir çapı ve strok bulunur. Bu değerlere göre

Bu yöntemlerde daha çok motor karakteristiklerinden uygun değer

alınarak işlem yapılır. Sonuç uygun olursa işlem tekrarlanmaz. Aksi

taktirde verilen karakteristik değer değiştirilerek aynı işlem tekrarlanır .

o or ar ın ana oyu esa ın a u anma yer ve ara er s er nem

olduğundan Tablo 1.1 ve Tablo 1.2 deki genel eğilimler dikkate alınmalıdır.

MOTOR PARÇALARININ D ZAYNI



, .

fonksiyonlar ı aşağıdaki şekilde sıralanabilir.

a anma gaz ar ının gen ş emes esnasın a gaz asıncın an a ı ı kuvvetin etkisi ile öteleme hareketi yapar. Bu esnada meydana gelen

kuvveti perno vası

tası

yla biyele, oradan da krank miline iletir ve onundönmesini sağlar.

b Yanma azlar ı taraf ından üze ine iletilen ısı ener isinin bü ük birkısmını segmanlar yoluyla silindir çeperlerine, oradan da soğutucuakışkana iletir.

c) Pistonun üst yüzeyi, yanma odası yüzeylerinin bir kısmını

oluşturur. Aynı zamanda, üzerinde bulunan kompresyon segmanlar ıyla

,silindir yüzeyinin yağlanmasını ve yağın sıyr ılmasını sağlar.



,

maruz kalan elemandır. Pistona etki eden zorlamalar gaz basıncı,kütlelerin ivme kuvvetleri ve ısıl kuvvetlerdir . Yanma gazlar ı pistona,silindir ekseni yönünde etki ederler. Kütlelerin ivme kuvvetleri de gazkuvvetleri gibi pistona eksenel yönde etkirler. Biyel kolu, silindir ekseni ile

,eksenine dik radyal kuvvetler oluşur. Bu radyal kuvvetler , pistonunsilindir içinde sağa sola doğru yanal hareketini meydana getirir. Bu yanalhareketler yüksek devir sayılar ında istenmeyen gürültülerin meydana

gelmesine, piston ve silindirlerin sürtünme yüzeylerinin aşınmasına vesilindirlerin üze lerinin bozulmasına neden olurlar.

Yüksek sıcaklıklı yanma gazlar ı, pistonun yapısı nedeniyle eşit olmayan

sıca ı a ı ımı o uş urur . o ayısıy a ısı ger me er ve e ş enuzamalar meydana gelir. Bu sebeple, pistonla silindir arasındaki boşlukbu durum dikkate alınarak belirlenir . Bu bo luk iston kafasında dahafazla, etekte ise daha az olarak bırakılır.

Pistonun Boyutlandır ılması



Pistonun boyutlandır ılmasında, gerek mekanik ve gerekse ısılzorlanmalar ı dikkate alacak basit bir hesap şekli mevcut değildir .

Bu nedenle, pistonun boyutlandır ılması önce istatistiki değerlere göre

a ılır. Sonra, istonun bo utlar ı, mekanik ve ısıl zorlanmalara örekontrol edilir .

sıcaklık deneylerine tabi tutulur .

, ,şekli ve et kalınlığı, piston pernosunun yeri, piston eteği, en üst segmanınyeri, kompresyon ve yağ segmanlar ının sayısı ve boyutlar ı, piston ağırlığı

g e er er s a s o ara esp e r.

Ayr ıca, pistonun boyutlandır ılmasında malzemenin hafifliği, sağlamlığı veucuzluğu göz önüne alınmalıdır. Piston için gerekli boyutlar Şekil 2.1 ‘de

ve gerekli istatistiki değerler de Tablo 2.1 ‘de verilmektedir.



Tablo 2.1 Pistona ait istatistiki boyut değerleri



Piston Çapı nı n Hesaplanması



,

]

151 ∆

=

gömlek gömlek x T D D

151 ,,

üst piston piston T

.D : Silindir çapı (mm)αgömlek : Silindir gölek malzemesinin ısıl genleşme katsayısı

αpiston : Piston malzemesinin ısıl genleşme katsayısı

Tgömlek : Silindir gömleğinin sıcaklığı (oC)T : Piston üst üze inin sıcaklı ı

oC,

∆x : Piston ile gömlek arasındaki açıklık (mm)

s on e e ısmın a çap, ]

151

151

,,

∆

=

etek piston piston

gömlek gömlek

alt pT

x T D D

İfadesi ile hesaplanabilir. Burada

Tpiston,alt : Piston etek sıcaklığı (oC)

Piston Uzunluğu (L)



Pistonun boyutlandır ılmasında ilk seçilecek değer piston uzunluğudur . Pistonuzunluğunun seçiminde, motorun yapısı, tipi, kullanma amacı ve ömrü dikkatealınmalıdır . Piston uzunluğu artarsa, yağın yanma odasına kadar olan yolu uzar vedaha az yağ yanma odasına gelebilir. Bu nedenle yağ tüketimi azalır . Pistonunradyal yük taşıyıcı etek yüzeyine etkiyen basınç,

(2.1) ps

nn

D L

F p =

ifadesinden bulunur. Burada F n kuvveti,

(2.2))).(2.01.0( max i n F F F

olarak alınabilir. Formülde F max maksimum gaz kuvveti, F i ise ataletkuvvetidir. Yağ filmini yırtacak basınç pn = 100 MPa alınabilir. Buna göre,

(2.3) MPa

D L

F p

ps

n

n100

Buradan da piston etek uzunluğu Ls,



nn

F L ≥

. p

Piston uzunluğuna ait istatistiki değerler Tablo 2.1’de verilmiştir. Şekil

2.2.a ve b’de ise, benzin ve dizel motorlar ının piston uzunluğunun silindir

çapına g re e ş m g r me e r.

Piston Yüzünün Şekli ve Et Kalınlığı

Piston üzünün ekli benzin ve dizel motorlar ının anma odası ekline

bujinin veya enjektörün yerine ve sıkıştırma oranına bağlıdır.







ze o or ar ın a u anı an s on zey e er

Motora emilen taze havanın yakıt demeti ile kar ışımını iyileştirmek

.

2) Küresel Oyuklu Piston

Bu tip yüzeye sahip pistonlarda, pistonun üst kısmına küresel biroyuk açılmakta ve yakıt buraya püskürtülmektedir .



b) Piston Yüzü Et Kal ı nl ı ğ ı



Piston yüzü, ısıl ve mekanik zorlanmalar ın etkisi altındadır. Et kalınlığı

buna göre belirlenmelidir. Benzin motorlar ında yanma gazlar ının basıncı dizel motorlara göre daha düşük olduğundan, piston yüzü et kalınlığı dahaazdır. Dizel motorlarda ise piston yüzeyinin oyuklu oluşu nedeniyle

üze in sıcaklık da ılımı farklı olur. Bu nedenle istonun fazla ısınankısımlar ı, ısının iletilmesi için büyük kesitli olmalıdır.

Bu değerler Tablo 2.1’den alınabilir . Piston yüzü et kalınlığı dört zamanlı

Benzin motorlar ı nda : h=(0.07 – 0.08)D p

Dizel motorlar ı nda : h=(0.13 – 0.14)D p

arasında değişir. Piston yüzünün et kalınlığı alüminyum alaşımlı silindir

çapı

nı

n yüzdesi olarak;

Döküm PresBenzin motorlar ı nda : h=% 7 – 8 D p h=% 5 – 7 D p

Di l t l d h % 15 18 D h % 12 15 D



Dizel motorlar ı nda : h=% 15 – 18 D p h=% 12 – 15 D p

arasındadır.

Piston yüzü et kal ı nl ı ğ ı nı n mekanik zorlanmalara göre kontrolü

) Piston yüzü et kalınlığının hesabı her taraftan gerilmiş bir plaka gibidüşünülerek yapılır (Şekil 2.4). Buna göre plağın hacimsel elemanında

σ σ σr σt .

Levhanı

n ortası

nda bu gerilmeler birbirine eşittir . Buna göre;

(2.5)2

2

max4875.0h

r p

olur. Buradan;

2.65.0

σ

r

olur. Burada;

: s on y z e a ın ı ı mm



: s on y z e a ın ı ı mm

r : Piston tablası yar ıçapı [mm]

max

σ : Alüminyum alaşımlarda 200 – 300 MPa

σ

: Döküm için 20 MPaalınabilir. Burada σ gerilme değeri seçilirken emniyet faktörü olarak 2-3

katı alınır.

Şekil 2.4 Piston yüzünün gerilme durumu

β) Piston yüzü et kal ı nl ı ğ ı nı n hesabı yaklaşık olarak aşağıdaki formülle debelirlenebilir.

21



(2.7)2

max1

4hb

=

(2.8)b

p Dh

σ

max1

2

Burada;h : Piston yüzü et kalınlığı [mm]D1 : Pistonun iç çapı [mm]

pmax : Piston yüzeyine etki eden maksimum basınç [MPa]σ : Gerilme mukavemeti 53 – 70 MPa dır.

c) Perno Mesafesi

Piston üst yüzeyi ile pistonun kayma yüzeyinin ağırlık merkezi arasındakiuzaklıkta erno bulunur. Bu uzaklı a a nı zamanda sıkı tırma üksekli iveya piston başı da denir. Bu mesafe tespit edilirken segman sayısı,

perno çapı gibi hususlar dikkate alınır.

Pernonun yeri iyi seçilmemişse ÜÖN ’da piston devrilme yapabilir ve

böylece yağ tüketimi artar, gürültülü bir çalışma olur. Şekil 2.5’de piston

çapına a ı o ara sı ış ırma y se n n e ş m g r me e r



çapına a ı o ara sı ış ırma y se n n e ş m g r me e r.

d) Perno Yuvalar ı Arası ndaki Mesafesi

erno yuva arı arasın a mesa e a o . ve e . a ver me e r.



erno yuva ar ı arasın a mesa e a o . ve e . a ver me e r.

d) Piston Eteğ i

Pistonun a se manı ile istonun alt ucu arasındaki kısma iston ete i d i Pi t t ği i ö l i



denir. Piston eteğinin görevleri;

,Biyel kolunun normal(yan) kuvvetlerinin taşınmasını,Piston ile silindir arasındaki yağlamanın ayarlanmasını,

.

Piston eteğinin boyutlar ı Tablo 2.1’de ve Şekil 2.7’de istatistiki değerlereg re ver me e r.

e) Segman Yuvalar ı nı n Yeri ve Say ı sı

Birinci Segman Yuvası nı n Yeri :Birinci se man uvasından iston üst üze i kenar ına kadar olan böl e eateş bölgesi , bu bölgedeki segmana da ateş segmanı denir. Bu yuvanınyeri çok önemlidir . Bu segman yuvası, piston ÜÖN ’da iken, silindirin su ile

edilmelidir. Ayr ıca bu segman, yanma gazlar ının direkt etkisinden

korunmak için, piston yüzeyinden belli bir uzaklıkta olmalıdır . Bu bölgede

sıcaklıklar ın düşürülmesi için, birinci segman yuvasının piston yüzeyine

olan mesafesi artır ılır, piston boşluğu mümkün mertebe küçük tutularak

gaz ar ın aşa ı geç ş aza ı ır ve p s on a asın an pernoya ısı geç ş n



g ş g ç ş p p y g ç ş

artır ıcı yönde tedbir alınır.

Segman yuvalar ı arası ndaki mesafe:

Genel olarak birinci ve ikinci se man uvası arasındaki uzaklık S di er aralığa göre daha fazla alınır Bu mesafe;



aralığa göre daha fazla alınır. Bu mesafe;

= .Dizel motorlar ı nda S 2 = 0.065 D

.kompresyon, y yağ segmanlar ını göstermek üzere segman sayılar ı;

enz n mo or ar ı n a;

D<85 mm için 2k + 1y D>85 mm için 3k + 1y

Dizel motorlar ı nda;

D<130 mm için 3k + 1y > +

D>175 mm için 5k + 2y





g) Pistonun S ı cakl ı ğ ı

ş zamanında piston başı taraf ından alınan ısının büyük bir kısmı



ş p ş y

segmanlar ve piston kenarlar ından silindir çeperlerine, oradan daso utucu akı kana aktar ılır.

Piston üzerinden soğutucu akışkana atılan bu ısının yaklaşık olarak

- segman ar vası asıy a gerçe eş r.

Pistonun a ısına ba lı olarak sıcaklık 200-400 oC de erlerine ula abilir.Pistonda oluşan ısıl gerilmeler, pistonun iç kısımlar ında oluşan mekanik

gerilmelerle birlikte etki ederler.

Pistonda oluşan sıcaklık dağılımı; piston malzemesine ve pistonunyapısına bağlı olarak değişmektedir. Alüminyum alaşımlı pistonlarda ısı

iletiminin iyi olması nedeniyle sıcaklık dağılımı daha üniformdur .

- sıcaklık aralık değerleri görülmektedir.



Pistonlarda yüksek sıcaklıklar genellikle piston üst yüzeyinin ortasındagörülmektedir. En yüksek sıcaklık ise pistonun egzoz supabına en yakın

.



seviyelerdedir .

Benzin motorlar ında 230 oC lık sıcaklık değeri kritik olarak nitelendirilir ve250 oC de ise piston uzun süre çalıştır ılmamalıdır . Dizel motorlar ında ise

o .

Piston sı cakl ı ğ ı na etki eden faktörler

1-Soğ utma şekli:

Su soğutmalı motorlarda su sıcaklığındaki 10 oC lık bir değişim birincisegman oyuğundaki sıcaklıkta 8-10 oC lik bir sıcaklık değişimine neden

o ur. o u ucu a ış ana oranın a onmaya ar şı oruyucu ma eeklenmesi durumunda, 1.Segman oyuğunda sıcaklık 5-10 oCazalmaktadır . a et iston so utulmu orsa, a sıcaklı ındaki 10 oC likbir artış, 1.Segman oyuğunun sıcaklığını 1-3 oC artırmaktadır . Pistonun

soğutulması halinde ise sıcaklıklar 30-60 oC civar ında azalmaktadır .

2-Motor yükü:Piston sıcaklı ı ortalama efektif basın la do ru orantılı olarakdeğişmektedir. Ortalama efektif basınçta meydana gelen 0.1 MPa lık bir



ğ ş ç y gdeğişim pistonda 11-14 oC lik bir sıcaklık değişimine neden olmaktadır.

3-Ateşleme veya püskürtme başlang ı c ı :Ateşleme veya püskürtme başlangıcı optimum avans değerinden ne kadar

.avans değerinden 1 oKMA artır ılması sonucunda 1.Segman oyuğunda1-2 oC lık bir sıcaklık artışı ortaya çıkar.

3- Devir say ı

sı

:Ortalama efektif basıncın aynı kalması şartıyla motorun devir sayısınınartması ile piston sıcaklıklar ı da artar . Buna göre 100 dev/dak lık bir devir artışı piston sıcaklığında 3-6 oC lık bir artış meydana getirir.

4-S ı k ı şt ı rma oranı :Sıkıştırma oranının artması piston sıcaklığını artır ır .

- o

5-Yanma olay ı :

,



piston sıcaklığını artır ır .

6-Pistonun yapı sı ve şekli:

Pistonun şekli pistonun ısıyı almasında ve iletmesinde oldukça etkilidir.Isı silindire uygun kesitlerle iletiliyorsa piston sıcaklığı azalır .

7-Segmanı n dönmesi:

Segmanlar motorun çalışması esnasında segman oyuğu içinde sabitolmayıp piston çevresi boyunca dönme hareketi yaparlar. Bu hareket

mo orun nme sayısına ve y e a ı ır.

Se manlar ın bu evresel hareketi sonucu iston sıcaklıklar ında 5-20 oClık azalmalar meydana gelmektedir.

h) Pistonun soğ utulması

,



dizel motorlar ının pistonlar ının soğutulması gerekir . Pistonunsoğutulması gereken en önemli bölgeleri:

- Üst kısmının ortası

- Segman yuvalar ının ortası

- Perno yataklar ının üst kısmıdır.

Pistonun so utulmasına erek olu olmadı ının sa tanması i inçoğunlukla pistonlar ın alanlar ına isabet eden güce (kW/cm2) bakılır. Buna

göre;

Kısmi yükte fazla çalışan motorlar ınsoğutmasız alüminyum pistonlar ında 0.08 – 0.22 kW/cm2

Yüksek yükte fazla çalışan motorlar ınsoğutmasız alüminyum pistonlar ında 0.10 – 0.40 kW/cm2

Aşır ı yükte fazla çalışan motorlar ın üst

kısmı çelik, altı alüminyum olan pistonlar ında 0.30 – 0.60 kW/cm2

arasında bulunur.

ır vası a ar a p s on a an g ç er . cm en y se o u un a,



orta büyüklükteki gemi dizellerinde 0.15 kW/cm2 den yüksek olduğunda .

Pistonun soğutulması önceleri su kullanılırken, daha sonra suyun

yağlama sistemine sızma tehlikesi nedeniyle yağ ile soğutmaya

geçilmiştir .

Pistonun soğutulması, boşluklu pistonlarda soğutma yağının meme

Diğer bir yöntem de soğutma yağının krank mili, biyel ve perno üzerinden

gönderilmesidir.

u y n em s n r çapı mm ye a ar o an mo or ar ın p s on ar ın a

kullanı

labilir . Daha büyük çaplı

gemi dizellerinde ise pistonlar su ile





2.3. Segmanlar

,ı ı ı ı ı



kartere, karterdeki yağ n da yanma odas na s zmas n önlemek, silindirçeperlerinin yağlanmasını sağlamak ve piston ısısını silindir çeperlerinee me r .

Sızdırmazlığın sağlanması, segmanın silindir çeperlerine radyal teması vesegman yuvasına oturan yüzeyinin yuvasına dayanması şeklinde olur.Radyal temas, iş zamanında segmanın arkasındaki yanma gaz basıncı vese manın esneme özelli i ile olur. Bunun dı ındaki zamanlarda se manınkendi teğetsel sürtünmesi ile sağlanır. Segman yuvasındaki basınç

segmanı radyal yönde silindire doğru bastır ır ve sürtünme işi artar . –

motorlarda büyük düşük dönme sayılı motorlarda ise küçüktür . Deneyselçalışma sonuçlar ına göre, sürtünme işinin %60 ’ı 1.segmanda, %30 ’u

’. , . .kayıplar ın %50-60 ’ı segmanlarda meydana gelmekte ve motorun dönmesayısı arttıkça bu oran da artmaktadır . Bu kayıp miktar ının azalması içinsegman ar ın sayı ar ının ve a ın ı ar ının aza ması gere r.

Segmanlar ayr ıca pistondaki ısının %50-60 ’ını silindir çeperlerine iletir. Bu.



yönünden etkili değildir .

2.3.1 Segman Tipleri

ayr ılırlar. Ayr ıca büyük silindir çaplı motorlarda kayıcı segmanlar dakullanılmaktadır.

a) Kompresyon Segmanlar ı : Yanma odasındaki gazlar ın karteresızmasını önlerler . Sızdırmazlık en fazla 1.segman taraf ındansağlanır.

Bu tip segmanlar dolu kesitli olup, alışma zamanlar ı uzundur . Ayr ıca yağ sar yat ar ı a az a ır . nca , u t p segman ar en yaygın o arakullanılan segmanlardır .



b) Yağ Segmanlar ı :

i i ö l Kı ı

ltı

d i t t ği d



geçmesini önler . Kompresyon seman n n alt nda ve piston eteğindebulunur. Yağ, segmanlar ının içinde veya hemen altında yağ kanallar ı veyadelikler aracılığıyla piston içine, oradan da kartere akar. Yağ segmanlar ıile %100 ’lük bir verimle sızdırmazlık sağlamak mümkün değildir . Çok az

.motorlar ında 0.7 – 0.14 g/kWh, kamyon ve otobüslerde 1 – 7 g/kWharasında olmalıdır . Yağ segmanlar ı da şekilleri bakımından çok çeşitlilikgösterirler.

O uklu se manlar:

Bu tip yağ segmanlar ı daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Oyuklar

norma ve gen ş o ara şe e açı ır . egman a açı an . – .genişliğindeki bu oyuklar yağın segmanın arkasına, buradan da pistonuni kısmına irmesini sa lar . A r ıca sı ır ıcı o uklu se manlar da vardır.

Delikli segmanlar:

e o an segman ar a oyu yer ne e er u unur . u e er e veya

ift ı h li d b l B iki ti ı d l b ı l ı ük k



çift sıra halinde bulunur. Bu iki tip segmanın radyal basınçlar ı yüksek’ . .

Çelik segmanlar:

Bunlar, parçalı olup 1 ve 2 çelik halka ve 3-4 radyal açıcı yaylardan oluşur.

ura a ve . a a ar ın s n re emas e en y zey er rom a

kaplanmıştır . Bu segmanlar silindirin bütün yüzeyine temas ederek yağın

Spiral yayl ı yağ segmanlar ı :

Bu tip segmanlarda spiral, yaya segmana arkadan basarak bu teması

sa ar ve u şe e p s on y zey e a a ço emas e m ş o ur .



e . ompresyon ve ya segman p er



2.3.3 Segmanlar ın Mukavemet Hesabı

Segmanlar ın boyutlar ı radyal basıncın büyüklüğüne ve dağılımına

bağlıdır Ortalama radyal basınç;



bağlıdır . Ortalama radyal basınç;

Kompresyon segmanlar ı nda : port = 0.11 – 0.25 MPa

= – ort . .

arasındadır.

Ortalama radyal basınç motorun dönme sayısına, silindir çapına, yağlamaoşu ar ına ve ma zemeye a ı ır. una g re, nme sayısı aza ı ça

ortalama radyal basınç artar ve segman kalınlığı da artar . Silindir çapı

.

D=200 mm port = 0.10 MPa







.

Segmanın teğetsel kuvveti F t ise sıkıştır ılmış durumda uçlara etkiyen

kuvvettir . Buna göre ortalama radyal basınç port ;

[MPa] (2 11)hDFp t

ort 2



[MPa] (2.11)hDF port 2

=

[N] (2.12)hD

pF ort t =

Segman ağzı açıklığı;

F D t 39

⎞

⎜

π

hE a2 ⎠⎝

⎞

(2.14)ort pa D

E Dm 1

49

⎟

⎠

⎞⎜

⎝

⎛

π

Maksimum gerilme;

[MPa]

2a

a DF t B



[MPa]ah

=

6

⎞

[MPa] (2.15)⎠

⎞⎜

⎝

⎛

13aa

port B

veya,

⎞

⎜⎜

=

ma ED 24σ

Sıyırma gerilmesi;

⎠⎝⎝

Da Da B 3π

σ

[MPa] (2.17)⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

aa E p

a D Da E ort BS

22

468

π

π

σ

⎠

π

2.3.4 Segman Malzemeleri

Segmanlar tek tek dökümle veya merkezkaç dökümle elde edilen

silindirlerden kesilerek imal edilirler.



silindirlerden kesilerek imal edilirler .

Segman malzemesi olarak menevi şlenmi ş dökme demir , sfero dökmedemir ve çeli ğ in yanı sıra özel k ı r dökme demir de kullanılmaktadır.

Yüksek güçlü motorlar ın segmanlar ı alaşı ml ı çeliklerden imal edilir.

Segmanlar ın aşınmasını önlemek için en üstteki sızdırmazlık segmanı ve

yağ segmanlar ının bir kısmının sürtünme yüzeyleri genellikle sert kromla.

uzatmakla kalmaz, aynı zamanda diğer segmanlar ın ve silindir sürtünme Yüzeylerinin de aşınmasını engelleyici ol oynar . Ancak bu krom tabakası

segmanla silindir yüzeyi arasındaki kaymayı zorlaştır ır . Bu sebeple,kromlanmış yüzeylere fosfor katılarak bu olumsuzluğu giderme yoluna

.







Tablo 2.2 Perno Boyutlar ı



2.4.2. Pernonun Mukavemet Hesabı

,

kalan kı

sı

mlar ı

, pernodaki gerilmelere, deformasyonlara ve yüzeybasınçlarına bağlıdır. Buna göre birbirinden ayrı üç şekilde (yüzey basıncı,



basınçlar ına bağlıdır. Buna göre birbirinden ayr ı üç şekilde (yüzey basıncı,

eğilme ve kesme zorlanması) kontrol hesaplar ı yapılır. (Şekil 2.11)

Şekil 2.11 Pernoya etki eden kuvvetler

Yüzey Bası nc ı : Perno ile biyel arasındaki yağ filminin yırtılmaması içinburadaki basınç 50 MPa’dan küçük olmalıdır. Buna göre:

(2.18) MPa

bd

F

a

50⋅



olmalıdır. Burada;

2

π b : Biyel küçük başının eni [mm]da : Perno dış çapıdır [mm].

4max ⋅

π

Pernonun dış çapının gaz kuvvetine göre de mukavemeti kontroledilmelidir . O halde:

2.19 gaz

a

F d =

t c σ

σt : Perno yuvasına gelen yüzey basıncı (40 – 60 MPa)

c : Perno yuvasının genişliği [mm]



E ğ ilme zorlanması : Pernonun çapı;

(2.22)44

8.0 σ

a

ai d d −=



formülünden bulunur. Burada emniyet gerilmesidir . MPa900700

iki katı alınır. Pernonun eğilme zorlanmasına göre kontrolü diğer biryöntemle yapılır. Buna göre;

2.23

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

k k eg bF b1

⎠

bk

(2.24)a

i ab

d W

32 =

formüllerinden perno iç çapı bulunur.

Pernoda gaz kuvvetinin etkisiyle meydana gelen eğilme;

2.2543

10

=

gaz paλ

48 n EI



.

f : Eğilme [mm]

λ : Yük dağılım faktörü ( )a

b

21

a : uvve e no a ar ı arasın a mesa e mm

b : Biyelin kalınlığı [mm]

In : Eğilmeye kar şı atalet momenti

64 i an d d I

π



Documents

motor-konst-sunum1 (1)