SIKIŞTIRMA İLE ATEŞLEMELİ MOTORLAR - Abdullah … · Qianfan Xin, Diesel engine system design, Woodhead Publishing Limited, 2011 ignitionasseeningasolineenginessothatdieselenginescanusealargecylinder

SIKIŞTIRMA İLE SIKIŞTIRMA İLE ATEŞLEMELİ MOTORLARATEŞLEMELİ MOTORLAR

MARMARA ÜNİVERSİTESİ MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİTEKNOLOJİ FAKÜLTESİ

MAKİNE MÜHENSİLİĞİ BÖLÜMÜMAKİNE MÜHENSİLİĞİ BÖLÜMÜ

ATEŞLEMELİ MOTORLARATEŞLEMELİ MOTORLAR

Hazırlayan:Hazırlayan:

Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİRYrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR

Greek Alfabesi

İçten Yanmalı Motorların Tarihçesi

1860: Fransız Lenoir ilk çalışan içten yanmalı motoru yaptı. Bu motor kömür gazıylaçalışıyordu ve yaklaşık %3 bir verimliliği vardı.1867: Nicolaus August Otto ve Eugen Langen içten yanmalı motorun daha gelişmişbiçimini Paristeki Dünya sergisinde sergilediler. Bu motorun verimliliği %9 idi.1878: Nicolaus August Otto sıkıştırma ilkesiyle çalışan ilk gazlı motoru yaptı. Bumotor 4 zaman ilkesine göre çalışıyordu. Verimlilik %15 çıktı.1883: Gottlieb Daimler ve Wilhelm Maybach sıcak tüp ateşlemeli ilk yüksek devirli 4zamanlı benzin motorunu geliştirdiler. Bu motor pervaneli araçlar için uygundu.1887: Robert Bosch motorlar için elektrikli ateşlemeyi geliştirdi.1893: Wilhelm Maybach karbüratörü icat etti. Aynı zamanda Ford ilk motorlu aracını1893: Wilhelm Maybach karbüratörü icat etti. Aynı zamanda Ford ilk motorlu aracınıüretti.1897: Rudolf Diesel Dört yıllık bir geliştirme aşamasından sonra, kendi motorunuüretti. Kendi adıyla anılan bu motor, yüksek basınçla sıkıştırılmış havanın içine basınçlıhava yardımıyla gazyağı püskürtülerek çalışıyordu. Bu ilk adımlardan sonra, içtenyanmalı motor her alanda sürekli gelişti. Yakıt düzeni ateşleme düzeni ve gerçekmekanik mühendisliğinde gelişmeler görüldü. Bu gelişmeler bugün hala sürmektedir.Geliştirme mühendisleri yeteneği ve servis ömrünü artırmak aynı zamanda yakıttüketimi ve egzoz salımlarını azaltmak amacıyla sürekli yeni teknolojiler kullanmayaçalışmaktadırlar.

Dizel Motorun Tarihi Serüveni

…Dünyanın ilk seri üretim dizel binek otomobili olan Mercedes-Benz 260 D’nin

1936’da Berlin Otomobil Fuarı’nda sergilenmesinin üzerinden tam 76 yıl geçti.

1950’li yıllara kadar dizel motorlu binek otomobiller benzinle çalışanlara oranla pek

rağbet görmedi fakat bu üreticileri yıldırmadı. Nitekim İkinci Dünya Savaşı sonrası

dönemde dizel motorlar binek otomobillerde gittikçe önem kazanmaya başladı. Aynı

yıllarda düşük maliyetleri sayesinde dizel motorlu binek otomobiller, özellikle de

zorlu sürüş koşullarına dayanmak zorunda kalan taksilerde gittikçe popülerlik

kazandı. Dizel motorlarda sırasıyla; sıra tipi (sıralı) yakıt pompaları, dağıtıcı

pompalar (yıldız pompalar) ve bu tip pompaların dağıtıcı ve sıralı pompaları

için ilk elektronik kumanda sistemini piyasaya sürüldü.

A.Demir, «Dizel motorların tarihi serüveni (2)...», otoguncel.com, 2012

Dizel Motorun Tarihi Serüveni

Dizel motorlarda sırasıyla; sıralı (sıra tipi), dağıtıcı pompa (yıldız pompa) ve‘Common Rail enjeksiyon teknolojileri kullanıldı. 1985’li yıllarda dağıtıcı ve sıralıpompalar için ilk elektronik kumanda sistemleri piyasaya sürüldü. Akabinde1989’da dizel motorlarda direk enjeksiyon için ilk eksenel piston pompasıkullanıldı. Bu yeni teknoloji, yakıtın yaklaşık 1000 bar civarı yüksek basınçtadoğrudan silindire püskürtülmesine, bu şekilde özellikle etkili bir yanma eldeedilmesine olanak tanıdı. Bu da düşük yakıt tüketimi ve emisyonlarla birlikte dahaiyi yüksek çıkışı ve daha iyi hızlanma anlamına geliyordu. 2003 yılında “piezo”

enjektörlere sahip Common Rail enjeksiyon sistemi piyasaya sürüldü. Öncekienjektörlere sahip Common Rail enjeksiyon sistemi piyasaya sürüldü. Öncekimodellerle kıyaslandığında, bu sistem, dizel motorun yakıt tüketimini ve egzozemisyonlarını düşürürken motor gürültüsünü de azalttı.

Ekonomik, çevre dostu dizel motorlar için daha iyi verim Azot Oksit (NOX)emisyonlarının yarıdan fazla düşürülmesi gerektiği anlamına gelen Euro 5’ten Euro6 emisyon standardına geçişle birlikte son yıllarda yakıt tüketimini düşürmehedefleri de daha sıkı hale geldi. Dizel yakıt sistemleri üzerine çalışan mühendislerhalen, daha katı emisyon sınırlarını karşılamak ve yakıt tüketimiyle karbondioksit(CO2) emisyonlarını daha da düşürmek amacıyla 2000 bar’dan daha fazla basınçüretebilen enjeksiyon sistemleri üzerinde çalışmaktadırlar.

A.Demir, «Dizel motorların tarihi serüveni (2)...», otoguncel.com, 2012

Modern Requirements

1. Optimum performance

2. Good fuel economy

3. Low pollution

4. Minimum noise level

5. Easy cold starting

6. Economic servicing

7. Acceptable durability

8. Least weigh

9. Compact size

10. Economic manufacture

11. Aesthetic appearance

M.J. Nunney, “Light and Heavy Vehicle Technology”, Fourth edition, 2007

Kia, 2007

Genel Motor Gereksinimleri Genel motor gereksinimleriÇeşitli gereksinimler, motor tarafından karşılanmalıdır. Her performans karmaşık birşekilde birbirine bağlıdır ve motorun performansını etkileyebilir. Gereksinimler şunlardır:

� Düşük emisyon: Verimli motor yanması, egzoz emisyonunun azaltılması için anahtarnoktadır. Bu da farklı yanma odası tasarımlarıyla sağlanabilir.

� Kompakt ve hafif: Motor ağırlığının toplam araç ağırlığının yaklaşık %10-15'iolduğunu göz önünde bulundurursak, daha iyi çıkış ve yakıt verimliliği elde etmeyöntemi motorun kompakt ve hafif olmasını sağlamaktır. Aynı çıkış ile daha hafif

Kia, 2007

yöntemi motorun kompakt ve hafif olmasını sağlamaktır. Aynı çıkış ile daha hafifmotora sahip aracın gücü daha yüksek olacaktır ve yakıt tüketimi azaltılacaktır.

� İyi tepki: Motorlar, sürüş güvenliği sağlandığı ölçüde sürücü komutlarına tepkivermelidir.

� Sessiz: Motor, yakıtın yanmasıyla tahrik kuvveti ürettiğinden, ses ve titreşimönlenemez. Bu seslerin ve titreşimlerin yolcu bölmesine aktarılmasını önlemekönemlidir.

� Kullanışlılık: Motor, aracın mekanik bir parçası olduğundan, servis ile ilgili parçalaraerişim sağlamak önemlidir.

Motor Animasyonu

Perkins Dizel Motor

Engine Nomenclature

� Top dead centre

� Bottom dead centre

� Piston stroke

� Cylinder bore

� Piston displacement


� Piston displacement

� Engine capacity

� Stroke/bore ratio

� Engine power

� Engine torque

Temel Kavramlar

Çevrim: Bir motorda iş elde etmek için tekrarlanmadan meydana gelen olayların toplamına birçevrim denir. Dört zamanlı motorlarda bir çevrimin tamamlanabilmesi için pistonun dörthareketine gerek vardır. Dört zamanlı motorlarda bir çevrimin oluşması için, krank milinin 720o

dönmesi gerekir

Zaman veya Strok: Motorlarda, pistonun ÜÖN ile AÖN arasındaki hareketine “zaman” veya“strok" adı verilmektedir. Bu hareket krank mili açısı cinsinden 180 0C’dir.

Kardeş Çalışan Pistonlar: Silindirler içinde aynı yönde, aynı yükseklikte beraber hareket edipfarklı zamanları yapan pistonlardır. Örnek olarak ÜÖN’dan AÖN’ya hareket eden iki pistondanfarklı zamanları yapan pistonlardır. Örnek olarak ÜÖN’dan AÖN’ya hareket eden iki pistondanbiri emme, diğeri genişleme zamanındadır.

Supap Bindirmesi: Dört zamanlı motorlarda emme ve egzoz supapları, egzoz zamanı sonundave emme zamanı başlangıcında, piston ÜÖN’da bulunduğunda belli bir süre beraberce açıkbulunmasına supap bindirmesi denir.

Sente: Dört zamanlı motorlarda sıkıştırma zamanı sonunda ve genişleme zamanı başlangıcındapiston ÜÖN’da bulunduğunda emme ve egzoz supaplarının kapalı kalmasına sente denir.

Avans: Motorlarda yanmanın termodinamik bakımdan en uygun zamanda bitirilmesi içinsıkıştırma zamanı sonlarında piston ÜÖN’ya gelmeden birkaç derece önce, dizel motorlarındapüskürtmenin, benzin motorlarında buji kıvılcımının çakıp yanmanın başlatılmasına avansdenir.

Bazı Kavramlar

Hava Yakıt Oranı (A/F): Genellikle kütlesel olarak ifade edilir ve bir yanma işleminde havakütlesinin yakıt kütlesine oranı diye tanımlanır.Stokiyometrik oran: (λ= 14,7/1)Benzin motorlu otomobillerin optimum emisyon kontrolünün ve yakıt ekonomisinin hava/yakıtoranının yaklaşık 14.7/1 olduğu zaman sağlanacağı bulunmuştur. Hava/yakıt karışımıstokiyometrik değerlerin altında veya üzerinde olduğu zaman bu durum sensör tarafındanalgılanarak geri beslenme sinyali üretilir.

Bazı Kavramlar

İndike (İç) güç: Motorun silindirleri içinden veya piston üzerinden alınan güce indikegüç denir. İndike gücün ölçülmesi için silindirlerdeki maksimum yanma sonubasıncının basınç ölçerlerle ölçülmesi gerekir.

Efektif (Faydalı) güç: Motorun krank mili yada volanından ölçülen güce efektif güçdenir. Efektif gücün ölçülmesi için dinamometreler kullanılır.

Verim: Elde edilen sonuç ile bu sonucu elde etmek için harcanan çaba arasındakioranı ifade eder. Motorda alınan gücün verilen güce oranının yüzde olarak ifadesidir.Daima yüzde yüzden azdır.Daima yüzde yüzden azdır.

Mekanik verim: Motorun çıkışından alınan gücün piston üzerinden alınan güceoranıdır. Mekanik verim, silindir içerisinde yanmadan dolayı oluşan gücün krankmilinden alınıncaya kadar ne kadar kayba uğradığını gösterir. Silindirde elde edilengüç, krank milinden alınıncaya kadar, başta sürtünme ve atalet kayıpları olmaküzere bir çok mekanik kayba uğrar.

Bazı Kavramlar

Termik verim: Motorun, yakıtın yanmasından oluşan enerjiyi faydalı bir işedönüştürebilme oranıdır. Yanma sonucunda oluşan ısı enerjisinin büyük bir kısmısoğutma, yağlama sistemi ve egzoz gazları ile dışarı atılır. Ancak geriye kalan ısıverimli işe çevrilebilir.

Hacimsel (Volümetrik) verim: Emme zamanında silindire alınan havanın silindirhacmine oranıdır. Normal şartlarda bu verim %80 civarındadır. Motor devri arttıkça,supapların açık kalma zamanı azalacağından %50’ye kadar düşebilir.

Özgül yakıt sarfiyatı: Motorun 1kWh başına harcadığı yakıt miktarına denir.

Alt ısıl değer: Yanma tepkimelerinde bilinmesi gereken iki tanımlama alt ısıl değer veüst ısıl değerdir. Alt ısıl değer, bir yanma tepkimesinde oluşan suyun buhar fazındaolması durumunda açığa çıkan ısı enerjisidir. Üst ısıl değer ise, bir yanmatepkimesinde oluşan suyun sıvı fazında olması durumunda açığa çıkan ısı enerjisinitanımlamaktadır. Yani üst ısıl değer, buharlaşma ısısı dahil olmak üzere açığa çıkantoplam ısı enerjisidir.

Sıkıştırma Oranı

1. Üst ölü nokta (ÜÖN)2. Yanma odası hacmi (Vc)3. Kurs (Strok) (s)4. Piston kursu hacmi (Vh)5. Alt ölü nokta (AÖN)

4 zamanlı dizel motorlar genel olarak 12 ile 26arasında bir sıkıştırma oranına sahiptir.Sıkıştırma oranı artarsa, motorun verimliliği veSıkıştırma oranı artarsa, motorun verimliliği vegücü de artar.Sıkıştırma oranı belirli bir seviyeye kadararttırılabilir, çünkü güç daha fazla arttırılamaz.Yoksa, sıkıştırma oranı belirli sınırlarıaştığından motor zarar görebilir.


Compression ratio (usually abbreviated to CR)where ε is the compression ratio, Vh is thecylinder swept volume (cm3), and Vc is thecombustion space clearance volume (cm3).

Ateşleme Sırası

Automotive Handbook, 2002

Motor silindirlerinin ateşlenme sırası veya silindirlerde güç zamanının meydana geliş sırasıdır.Ateşleme sırası; 4 silindirli motorlarda genellikle 1-3-4-2 iken, 6 silindirli motorlarda ise 1-5-3-6-2-4’dür.

Ateşleme Sırası

Genel Motor Sınıflandırması

İçten yanmalı motorlar çeşitli ölçülere göre farklı gruplara ayrılırlar:

� Silindir düzenlemesine göre

� Çalışma zamanına göre

� Ateşleme türüne göre

� Karışımın oluşumuna göre

� Soğutma yöntemine göre� Soğutma yöntemine göre

� Temel hareketin elde ediliş şekline göre

� Supap düzenine göre

� Silindirin doldurulma yöntemine göre

� Yakıt türüne göre

Silindir Düzenlemesine Göre Motorlar


V tipi motor: Silindirleri V şeklinde, ikieğik düzlem üzerinde bulunan motorlaradenir. V-8 motor, iki eğik düzlem üzerindesilindirleri dörder dörder sıralanmış olanmotordur.

V tipi ile sıra tipi motor tasarımınınV tipi ile sıra tipi motor tasarımınınkıyaslanması: V tipi motorlarda, silindirblokları aynı silindir sayılı sıra tipimotorlara göre çok daha kısa, hafif,sarsıntı ve titreşimlere daha çokdayanıklıdır. V tipi motorlarda krank vekam mili daha küçük olacağındanmotorun dengelenmesi daha kolayolacaktır.


Boksör tipi motorlar (orijinal İngilizcesiyle boxer engine ya da horizontallyopposed engine); silindirleri karşılıklı yatay bir düzlem üzerinde ve aralarında 180derecelik açı ile birleşmiş motorlardır. Bu motorların parça sayıları diğer motorlaragöre daha azdır. Yanal ağırlık dengesini maksimumda sağlayan boksör motorlarda,karşılıklı pistonlar eşzamanlı olarak üst ölü noktaya eriştiğinden dolayı dengelenmesiproblemini oluşturmamaktadır.Alfa Romeo, Porsche ve Subaru gibi markalar belli modellerinde bu motoru tercihetmektedir. Dar alanda minimum dirençle maksimum güç alınmasını teminen kısapiston kolu kullanımına imkan verir. Fakat yüksek yakıt tüketimi sebebi ilepiston kolu kullanımına imkan verir. Fakat yüksek yakıt tüketimi sebebi ilegünümüzde pek tercih edilmemektedir.Boksör motorların en belirgin avantajları, yatay silindir yerleşimi ve kompakt yapılarısayesinde dar motor haznesi olan araçlara kolaylıkla uygulanabilmesi ve genel olarakda hacmine göre yüksek torklu motor olmasıdır. Motorun şekli, otomobilin ağırlık

merkezini aşağı çektiğinden dolayı aracın yol tutuş kararlılığını da artırır.V tipi motorla karşılaştırıldığında boksör tipi motorlar, dizayndan kaynaklanan iyibir denge sağlar. Böylece pistonun momentumu, karşı taraftaki piston hareketi iledengelenir. Bu motorlar daha düzgün ve titreşimsiz çalışır ve dengeleme miligerektirmezler. Ancak V tipi ve sıra tip motorlarla kıyaslandığında biraz daha

gürültülüdürler. V tipi motordan daha büyük bir burulma titreşimi üretir ve böylecedaha büyük volan gerektirir.


VR Motorlar


W Tipi motorlar


W Tipi motorlar

Genel Motor Sınıflandırması� Çalışma zamanlarına göre motor sınıflandırılması• 2 zamanlı motor• 4 zamanlı motor � Çalışma çevriminin karakterine göre• Yanmanın sabit hacimde olduğu (Otto)• Yanmanın sabit basınçta olduğu (Diesel)• Yanmanın kısmen sabit hacim kısmen de sabit basınçta olduğu (Seilinger) � Ateşleme türüne göre• Kıvılcımla/Bujiyle ateşlemeli benzinli motor • Sıkıştırma ile ateşlemeli motor� Karışımın oluşumuna göre• Hava yakıt karışımının silindir dışında oluşturulması• Hava yakıt karışımının silindir dışında oluşturulması• Hava yakıt karışımının silindir içinde oluşturulması� Soğutma yöntemine göre• Su soğutmalı • Hava soğutmalı� Kullanılan yakıta göre• Sıvı yakıtlı (Benzin, Motorin, Kerozen, Alkol, Bitkisel Ya�)

• Gaz yakıtlı (Do�al Gaz - CNG, LPG)

�Kullanım amaçlarına göre• Stasyoner

• Gemi

• Lokomotif

• Ta�ıt

• Uçak

Genel Motor Sınıflandırması

�Supap düzenine göre• L, I, F, T

�Havanın silindirlere doldurulma şekline göre

• Doğal emişli motorlar • Aşırı doldurmalı motorlar

�Yakıt türüne göre• Benzinli motorlar • Dizel motorlar • Çok yakıtlı motorlar• Doğalgazlı motorlar • Hidrojen yakıtlıvs.

Araçlarda Kullanılan YakıtlarBenzin

Dizel

Esnek yakıt

Doğalgaz

LPG

HidrojenHidrojen

E-yakıt/Elektrik

Comparison between diesel engines and gasoline engines

Understanding the fundamental characteristics of diesel engines is very important forengine system design and powertrain technology assessment. Compared to gasolineengines, diesel engines have the following advantages:� Low fuel consumption and low CO2 emissions. The high compression ratio used

in diesel engines generally results in high thermodynamic cycle efficiencyalthough mechanical friction may increase with peak cylinder pressure. Dieselengines usually use unthrottled operation so that the pumping loss can be lower.

� High power. Diesel combustion does not have the severe limitation of auto-

Qianfan Xin, Diesel engine system design, Woodhead Publishing Limited, 2011

� High power. Diesel combustion does not have the severe limitation of auto-ignition as seen in gasoline engines so that diesel engines can use a large cylinderdiameter and tolerate a high level of turbocharging in order to produce highpower.

� High torque at low speeds and better drivability. Diesel combustion cantolerate a high level of turbocharging so that they can burn more fuel to match theavailable charge air to produce higher torque than gasoline engines.

� Low carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) due to the high air–fuelratio employed in diesel combustion.

Comparison between diesel engines and gasoline engines

However, there are several design challenges for diesel engines compared with theirgasoline counterparts as follows:� Higher engine-out particulate matter (PM) and smoke due to the combustion with

heterogeneous mixtures in the engine cylinder.� Lower air utilization due to the heterogeneous combustion.� More difficult control in tailpipe outlet NOx. The three-way catalyst used for NOx

control on gasoline engines cannot be used in diesel engines because diesel engines areoperated with lean air–fuel ratio. Diesel engine emissions control is detailed inMajewski and Khair, 2006)

� Lower exhaust temperature caused by lean burn combustion. This can make dieselparticulate filter (DPF) regeneration difficult.Higher noise from fuel injection, combustion, and mechanical impact.


� Higher noise from fuel injection, combustion, and mechanical impact.� Heavier engine weight: Diesel engines need to use heavy structure to endure the high

peak cylinder pressure produced by high compression ratio.� Higher cost, primarily due to the sophisticated and expensive fuel injection equipment

and the diesel particulate filter used in diesel engines.� Lower engine rated speed, due to the limitation of slow combustion speed in the

heterogeneous combustion in diesel engines. Instead of having rated speed at 6000–7000 rpm like in gasoline engines, the rated speed of automotive diesel engines isusually limited to 2000–4000 rpm.

� Lower power density (i.e., lower specific power per volume of engine displacement),which is due to the limitation of rated speed and hence rated power.

� More difficult in cold start.

Araçtaki Yerleşim Düzeni

1. Transverse front-engine with front-wheel-drive

2. Transverse front-engine with all-wheel-drive

3. Longitudinal front-engine with front-wheel-drive

4. Longitudinal front-engine with rear-wheel-drive

5. Longitudinal front-engine with all-wheel-drive5. Longitudinal front-engine with all-wheel-drive

6. Transverse rear-engine with rear-wheel-drive

7. Longitudinal rear-engine with rear-wheel-drive

8. Longitudinal rear-engine with all-wheel-drive

9. Longitudinal mid-engine with rear-wheel-drive

Bernd Heißing | Metin Ersoy (Eds.); Chassis Handbook - Fundamentals, Driving Dynamics, Components, Mechatronics, Perspectives With 970 figures and 75 tables; 1st Edition 2011



Some typical vehicle/powertrain configurations.

Edited by David A. Crolla, Automotive Engineering Powertrain, Chassis System and Vehicle Body; Butterworth-Heinemann, 2009


Comparison of the different powertrain layouts and their

worldwide market shares (2005 data)

Bernd Heißing | Metin Ersoy (Eds.); Chassis Handbook - Fundamentals, Driving Dynamics, Components, Mechatronics, Perspectives With 970 figures and 75 tables; 1st Edition 2011

(2005 data)

Three main powertrain configurations and their corresponding typical suspension configurations makeup 98% of all vehicles sold today: transverse mounted front engine with front-wheel-drive (75% of allvehicles worldwide), longitudinally-mounted front engine with rear-wheel-drive (16%), and all-wheeldrive (7%). All other configurations combined make up less than 2% of all vehicles sold

MOTORUN PARÇALARI

Motorun ParçalarıSistemler:• Emme Sistemi• Egzoz Sistemi• Yağlama Sistemi• Yakıt Sistemi• Soğutma Sistemi• Marş Sistemi• Şarj Sistemi• Turboşarjgibi yardımcı sistemler

Krank Biyel MekanizmasıA’A’

AA

A’’A’’

ÜÖNÜÖN

AÖNAÖN

L+RL+R

HH

SSxx

��

��

RR

BB

LL

CC

L : Biyel boyu R : Krank yarıçapı H : Strok � : Krank açısı ( °) � : Biyel açısı ( °) � : Krankın açısal hızı (rad/s) A’ : Üst ölü nokta A’’ : Alt ölü nokta

Biyel boyu : Biyel büyük ba�ı merkezi ile biyel küçük ba�ı merkezi arasındaki mesafe.

Krank yarıçapı : Krank mili ekseni ile biyel muylusu ekseni arsındaki mesafe.

Alt ölü nokta : Perno ekseninin krank mili eksenine en yakın oldu�u konum.

Üst ölü nokta : Perno ekseninin krank mili eksenine en uzak oldu�u konum.

Strok : Alt ölü nokta ile üst ölü nokta arasındaki mesafe.

Piston yolu : Perno eksenin üst ölü noktaya olan uzaklı�ı.

Krank açısı : Krank kolu ekseninin silindir ekseni ile yaptı�ı açı.

Biyel açısı : Biyel ekseninin silindir ekseni ile yaptı�ı açı.

Krankın açısal hızı : Krankın kendi ekseni etrafında dönü� hızı.

��

��

RR

OOSx : Piston yolu

Dizel Motor

Bu motorlarda, silindire alınanhava, piston tarafından 12/1 ila26/1 oranında sıkıştırılarak sıcaklıkve basıncı arttırılır. Sıcaklık vebasıncı artan hava içerisine dizelyakıtı püskürtülerek, yakıtın kendikendine tutuşup yanması sağlanır.Havanın silindire alınıp egzozunHavanın silindire alınıp egzozundışarı atılması, dört zamanlı benzinmotorunda hava-yakıt karışımınınsilindire alınıp egzozun dışarıatılması gibidir. Hava-yakıtkarışımının kalitesi değiştirilerekhızlandırılan veya yüklenen dizelmotorları, benzin motorlarına göredaha yüksek bir verime sahiptirler.

Dizel Motor

Diesel engine classification


Diesel engine classification

Dizel Motor - Çevrim

�ekil - Toyota

Idealized Diesel Cycle

Dizel Motor Çevrimi –Teorik ÇevrimSıkıştırma (a-b)• Bu safhada, piston alt ölü noktadan üst ölü

noktaya doğru hareket eder. Bu sırada emme veegzoz valfleri kapalıdır, dolayısıyla içerdeki havasıkışır ve basıncı grafikte görüldüğü gibi artar.

Sabit Basınçta Yanma (b-c)• Piston üst ölü noktaya ulaştığı sırada ısınmış hava

üzerine enjektörden yakıt püskürtülerek yanmabaşlar.

Genleşme (c-d)• Bu safhada piston aşağı doğru hareketine başlar.

Bu durum d noktasına kadar böyle devam eder.Bu durum d noktasına kadar böyle devam eder.Piston aşağı doğru hareketine devam ettiğindensilindirdeki basınç da düşmeye başlar.

Egzoz (d-e)• Sistem d noktasına (AÖN) geldiğinde egzoz valfi

açılır. Silindir egzoz sistemi ile dışarıyaaçıldığından silindirdeki basınç atmosferikbasınca düşer. Sistemden ısının atılması busafhada gösterilmiştir. Gerçekte, dışarıya ısınınatılması pistonun egzoz stroğunu yapmasıyla olur(grafikte yatay çizgiyle gösterilen strok), ancakideal bir çevrimde egzoz stroğunda negatif veyapozitif bir iş yapılmadığından çevrimdeincelenmez, ısının atılması da egzoz valfiaçıldığında bir anda olmuş gibi gösterilir. ��

��

Emme zamanı: PistonÜÖN’dan AÖN’ya hareketeder pistonun ani yerdeğiştirmesi ile silindiriçinde emiş oluşur. Emmesupabının açık oluşunedeniyle dış ortamdaki

Dizel Motor Çevrimi

nedeniyle dış ortamdakibasınçlı hava içerihareketlenip basıncıeşitlemeye çalışırkensilindirin de hava iledoldurulması sağlanır.

�ekil - Toyota

Sıkıştırma zamanı: PistonAÖN’dan ÜÖN’ya hareket ederkenaçık olan emme supabı da kapanır,bu durumda her iki supap dakapalıdır. İçeriye alınmış olan havabu zamanda sıkıştırılır. PistonÜÖN’ya gelmeden önce yakıt


ÜÖN’ya gelmeden önce yakıtpüskürtülür, sıkıştırma sonusıcaklığının etkisiyle yakıt ÜÖN’danhemen önce kendiliğinden tutuşur.

Sente nedir?

�ekil - Toyota


�ekil - Toyota

Güç/İş/Genişlemezamanı: Her iki supaptakapalıdır. Yanmasonucunda basınç hızlayükselir. Bu basınçta


yükselir. Bu basınçtapistonu ÜÖN’dan AÖN’yadoğru iter. Yanma işlemibelirli bir süre alacağı içinyakıt püskürtmesi ÜÖN’danönce başlayıp ÜÖN’dan kısabir süre sonra bitirilir.

�ekil - Toyota

Egzoz zamanı: Egzozsupabı AÖN’nın öncesindeaçılır. Geriye kalan yanmabasıncı egzoz gazlarının birkısmını egzoz supabınasürükler ve piston AÖN’dan


sürükler ve piston AÖN’danÜÖN’ya çıkarken pistonegzoz gazlarını açık olansupaptan atarak silindiriyanmış gazlardan temizler.Böylece çalışma çevrimitamamlanmış olur.

�ekil - Toyota

Dizel Motor – Gerçek Çevrimi

Dizel Çevrimi Termodinamiği

21 QQLç −=

1

2

1

21

1

1Q

Q

Q

QQ

Q

Lç

t −=−

==η

).(. 231 TTcmQ p −=

).(. 142 TTcmQ v −=

oranıgeni�önT

T

V

VPP

mRT

mRT

VP

VPg ..:

.

3.323

333 ε==→=→=TVmRTVP

g. 22

23

222

k

g

k

k

k

k

k

V

V

P

PPPVV

VP

VP

VP

VPε=��

�

��

�=→=→=→=

2

3

1

42314

22

33

11

44

1

2

4

1

2

4

1

4

1

.414

1

4

11

44 ..

−

−

===→=→= k

k

T

T

T

T

T

T

P

PVV

mRT

mRT

VP

VPε

ε

��



1

2

41

2

4

1

4 .−

− =�==k

k

gkk

gT

T

T

T

P

P

ε

εεε

)1(

)(

.1

1

)1(

)(

.1

11

).(.

).(.1

2

3

2

1

2

4

2

32

2

1

2

42

23

14

−

−

−=

−

−

−=�=�−

−−=

T

T

T

T

T

T

k

T

TT

T

T

T

TT

kkc

c

TTcm

TTcmt

p

v

p

vt ηη

22 TT

)1.(

)1(.

11

)1(

)1

(

.1

11

11

−

−−=

−

−

−=−

−−

g

k

k

g

g

kk

k

g

tkk εε

ε

εεε

ε

η

��

Dizel Çevrimi – Ortalama İndike Basınç

21 QQLç −= 1

1

.; QLQ

Ltç

ç

t ηη ==

).(. 231 TTcmQ v −=

��

��

�−= 1...

2

32

T

TTcmL ptç η

kc

c

v

p= vp ckc .=

1.

−=→=−→=−

k

RcRckcRcc vvvvp

1

12 . −= kTT ε

1−k

( ) ( )1...1

.1..1

...1.

1

... 1

11

1

1

2

32 −

−=−

−=��

�

��

�−

−= −−

g

k

tg

k

ttç VPk

kT

k

Rkm

T

TT

k

RkmL εεηεεηη

( )

( )( )1.

1

..

1.

1.

1...1

.1

1

11

1

−−−

=

��

��

� −

−−==

−

g

k

t

g

k

t

H

ç

mi

P

k

k

V

VPk

k

V

LP ε

ε

εη

ε

ε

εεη

��

Karma Çevrim (Seilinger)

OKUMA PARÇASI:• Sıkıştırma (1-2)• Bu safhada, piston alt ölü noktadan üst ölü noktaya doğru hareket eder. Bu

sırada emme ve egzoz valfleri kapalıdır, dolayısıyla içerdeki hava sıkışır vebasıncı grafikte görüldüğü gibi artar.

• Sabit Hacimde Yanma (2-3)• Piston üst ölü noktaya ulaştığı sırada silindire enjektör tarafından yakıt

püskürtülmeye başlar. Sıkışarak ısınmış havayla karşılaşan yakıt yanmayabaşlar, bunun sonucunda basınç P2'den P3 değerine sıçrama yapar. Sistemeısı girişinin olduğu ilk safha bu safhadır.

• Sabit Basınçta Yanma (3-4)• Bu safhada piston aşağı doğru hareketine başlar fakat yanma devam• Sabit Basınçta Yanma (3-4)• Bu safhada piston aşağı doğru hareketine başlar fakat yanma devam

ettiğinden basınç düşmez. Bu durum 4 nolu noktaya kadar böyle devam eder.Böylece bu safhada da sisteme ısı girişi devam etmiş olur.

• Genleşme (4-5)• Artık silindire yakıt püskürtülmemektedir ve yanma durmuştur. Piston aşağı

doğru hareketine devam ettiğinden silindirdeki basınç da düşmeye başlar.• Egzoz (5-6)• Sistem 5 nolu noktaya (AÖN) geldiğinde egzoz valfi açılır. Silindir egzoz

sisitemi ile dışarıya açıldığından silindirdeki basınç atmosferik basınca düşer.Sistemden ısının atılması bu safhada gösterilmiştir. Gerçekte, dışarıya ısınınatılması pistonun egzoz stroğunu yapmasıyla olur (grafikte yatay çizgiylegösterilen strok), ancak ideal bir çevrimde egzoz stroğunda negatif veyapozitif bir iş yapılmadığından çevrimde incelenmez, ısının atılması da egzozvalfi açıldığında bir anda olmuş gibi gösterilir.

Karma Çevrim (Seilinger)

Supap Diyagramı

Supap Diyagramı

Caddy 2004

Dizel Motorlardaki Güç Akışı

Kontak

Mars Motoru

Zamanların

olu�ması

Kam mili

Supap iticisi/

�tici Çubu�uEnjektör

Krank Mili

Biyel

Piston

Piston/Biyel/Krank

Volan

Kavrama/Vites K./�aft

Diferansiyel/Tekerlek

Külbütor parma�ı

Supaplar

(emme, egzoz)

Enjeksiyon

sistemi

Motor Karakteristikleri

Benzin motorlarında gaz kelebeğinin,

dizel motorlarında pompa

kramayerinin konumunun; ayrıca

motor yağ ve soğutucu akışkan

sıcaklıklarının sabit tutulduğu deneysıcaklıklarının sabit tutulduğu deney

şartlarında krank mili devrine bağlı

olarak güç, tork ve yakıt sarfiyatı

değişimlerine motor karakteristikleri

denir.

BMW 2 liter diesel engine

Bir dizel motorun performans eğrileri


Kia, 2007


Swept Volume/cylinder:

sA sd 4

= V p2Bs ×=×

π

V = swept volume

s x Ap

Inlet Port

Silindir Hacmi

Professor Richard Hathaway, Internal Combustion Engine Induction Tuning, ME 468 Engine Design

Vs = swept volume

dB = bore diameter

s = stroke

sNote: In valve design the Volume which flows into thecylinder must equal the volume which flows through theinlet port. The velocity past the valve must then beconsiderably greater than the velocity in the cylinder.

Motorlarda Performans – Toplam Silindir Hacmi

Motor Karakteristikleri – Strok/Çap Oranı

Kısa strok: Kısa strok, yüksek güçlü ve yüksek yüklü motorlar için kullanılır. Strok/çap oranı 1'dendaha azdır; bu da strokun çaptan daha küçük olduğu anlamına gelir.

Uzun strok: Uzun strok, yüksek bir motor torku elde etmek için kullanılır. Strok/çap oranı 1'den dahayüksektir; bu da strokun çaptan daha büyük olduğu anlamına gelir.

Kare strok: Strok/çap 1'dir; bu da strokun çapa eşit olduğu anlamına gelir.

� Strok-çap oranı, motorun boyutlarını(yani uzunluğunu, genişliğini veyüksekliğini etkiler.yüksekliğini etkiler.

� Strok-çap oranı, sıkıştırma oranınıetkiler.

� Strok-çap oranı, sıkıştırma hacmininyüzey alanı Ac’nin sıkıştırma hacmineoranını da etkiler. Bu oran ısınınsoğutma ortamına geçişini tanımlar.Bunun için Ac/Vc’nin mümkün mertebeküçük olması istenir.

� Strok-çap oranı, krank mili titreşimlerinietkiler. Aynı strok hacminde strok-çaporanı ne kadar küçük ise, krank milititreşimi o kadar büyük olur.

Motor Karakteristikleri – Güç ve Tork

Kia, 2007

W'yi (Watt) temsil eden SI birim sisteminde 1 PS yaklaşık 735.4 W'tır. Bu nedenle, 100 PS = 73.5kW veya 100 kW = 136 PS'dir.Beygir gücü (HP) Bir beygirin 75 kg yükü 1 s’de 1 m öteleyebilmesi için harcadığı güçtür.PS (Pferdestärke) metrik güçtür.

4 çeşit beygir gücü (hp, horse power) tanımı vardır.Bunlar; uluslararası, metrik, su ve elektriktir.


Bunlar; uluslararası, metrik, su ve elektriktir.Bunların arasında çok küçük farklar vardır.1hp (international/uluslararası) : 745,699872 W1hp (electrical/elektrik) : 746 W1hp (water/su) : 746,043 W1hp (metric/metrik) : 735,4988 W


Okuma Parçası: Temel motor performansı, motor gücü ve torku gibi iki ana faktör iletemsil edilir. Genellikle, motor performansının en önemli bileşeni beygir gücü (hp) dedenilen çıkıştır (güçtür). Beygir gücü, belirli bir sürede yapılan iş miktarını gösteren işverimliliğidir. Bu konsept, İngiltere'de buhar makinesini icat eden James Watttarafından önerildi. Bir beygir gücü (hp), 75 kg'lik ağırlığı bir saniyede 1 m çekmekiçin gereken güçtür. Beygir gücü (HP) için daha sıkça kullanılan bir kısaltma Almanca"Pferdestärke" kelimesinden türeyen PS'dir. Motor gücü günümüzde kW cinsindenbelirtilir. W'yi (Watt) temsil eden SI birim sisteminde 1 PS yaklaşık 735.4 W'tır. Bunedenle, 100 PS = 73.5 kW veya 100 kW = 136 PS'dir. Teknik özelliklerde bazen

Kia, 2007

nedenle, 100 PS = 73.5 kW veya 100 kW = 136 PS'dir. Teknik özelliklerde bazenkW/devir biriminden önce (Net) veya (Brüt) gibi ek kelimeler görebilirsiniz. Brütdeğer, motor araçtan sökülmüş olduğu zamanki saf motor gücüdür ve Net değer, motoraraca takılı olduğu zamanki motor gücüdür. Benzinli motorda, Net değer Brüt değerden%15 daha azdır. Bu, şanzımandan, lastiklerden, vb gelen sürtünme kayıplarındankaynaklanır. Eğer belirtilmediyse, daha büyük olan değer Brüt değerdir. Motor gücü, birzaman işlevidir. Motor gücü, dev/dak ile orantılı olarak artacaktır, çünkü dev/dakyükseldikçe zaman başına düşen iş miktarı artırılır. Ancak, belirli bir değerin üzerindedönemeyen dinamik parçalar nedeniyle, dev/dak ve güç çıkışında sınırlamalar vardır.Bu nedenle maksimum güç çıkışı dev/dak ile gösterilir, örneğin 6000 dev/dak'ta 100kW gibi.

Motor KarakteristikleriTork (Moment), motorun döndürme kuvvetini ifadeeder ve yaygın kullanılan birimi “Newton Metre”(Nm)’dir.

Pistonu iten kuvvetin artması, yanma odasındakibasınca bağlıdır. Bu basınç; ana hatları ile� motorun devrine,� sıkıştırma oranına,� silindir içerisine alınan yakıt-hava karışımının

miktarına ve� yanma verimine bağlıdır.Bu kuvvetin artışı, krank miline uygulanan torku

arttırır.arttırır.

Motor torku, devir yükseldikçe belli bir devire kadarartar ve bu devirden sonra, motor devri arttırılmayadevam edilirse tork azalmaya başlar. Bunun nedeni,hacimsel verimin azalmasıdır. Yani yüksek devirlerde

motorun nefes alma kabiliyeti düşer.

Motor torku ile tekerlek torku arasındaki fark; dönüştürme oranlarından kaynaklanmaktadır.Araçlarda motorun bir tekerleğe ilettiği tork, lastikle zemin arasındaki sürtünme kuvvetiyle, tekerlekyarıçapının çarpımına eşittir. Dolayısıyla, bu tork ne kadar büyük olursa; araç o kadar hızlıivmelenebilir ve seri manevralar yapabilir. Tabii; lastiğin zeminle arasında oluşturabileceği azamisürtünme kuvvetinin aşılmaması, yani patinaja yol açılmaması kaydıyla.

Ortalama Efektif Basınç: Motorun gerçek çevrimdekine eşdeğer bir Pe gücü vermesi için bir strokboyunca pistona etkimesi gereken sabit basınçtır.

Önemli notlar:1. Motor gücü, ortalama efektif basınç ve motor devrine bağlı olarak değişir.2. Ortalama efektif basınç, efektif güç için krankın sürekli çevrilmesini sağlayan ve motor torku ile

doğru orantılı olan bir büyüklüktür.

Brake mean effective pressureThe brake mean effective pressure (bmep) may be obtained from the brake power curve of theengine as follows: bmep = brake power in kW×1000 ÷ l*a*n Nm. In this equation, l = length ofengine stroke in metres, a = cross-sectional area of the cylinder bore in square metres, and n = thenumber of working strokes per second.When bmep is plotted against engine speed, the curve produced is the same shape as the torquecurve because torque is related to bmep. Engine performance data such as specific fuelconsumption, and its relationship to bmep, at a given engine speed, may be shown in graphical formas in Figure. Here the engine is run at constant speed, on a dynamometer, and the air–fuel ratio isvaried. The main point to note here is that maximum bmep is developed when the mixture is rich.The minimum fuel consumption occurs when the air–fuel ratio is slightly weaker than the chemicallycorrect air–fuel ratio of 14.7:1 for petrol.

Automotive Science and Mathematics, Allan Bonnick, 2008

Brake mean effective pressure vs. sfc at constant

engine speed

Okuma Parçası: Dizel motorların bugünü ve geleceği…

Günümüzde ve gelecekte dizel motorlarda hacim küçültme performans arttırmastratejisine yönelik olarak; yakıt enjeksiyon sistemleri, yanma prosesi, motorsoğutma etkinliğinin arttırılması, egzoz ısı ve emisyon yönetimi, dolgu yönetimive toleransların azaltılması gibi konular üzerine yoğun olarak çalışmalaryürütülmektedir. Özellikle yakıt enjeksiyon alanında; piezo-injector kullanımı(piezo-injectors), bir çevrimde birden çok enjeksiyon, homojen dolgulu sıkıştırmaile ateşleme (homogeneous charge compression ignition-HCCI) kontrolü gibikonular üzerinde çabalar harcanırken; paralelinde yanma prosesine yönelikolarak ta, sıkıştırma oranının azaltılması ve kısmen homojen yanma öne çıkanolarak ta, sıkıştırma oranının azaltılması ve kısmen homojen yanma öne çıkankonulardır [Alexander Freitag, “The Past – Present – Future of Clean Diesel”, Bosch, 07.12.2011].

Common rail teknolojindeki iyileştirmelerle bugün 2000 barlık püskürtmebasınçlarına çıkılabilmektedir. Gelecekte enjeksiyon basıncındaki artış devamedecektir [Alexander Freitag, The Past – Present – Future of Clean Diesel, Bosch, 07/08/2011]. 2015’li yıllardaselenoid vafli common rail sistemlerdeki püskürtme basıncı 2200 bar, piezo-valflicommon rail sistemlerdeki püskürtme basıncı ise 2400 bar olacağıöngörülmektedir [Alexander Freitag, The Past – Present – Future of Clean Diesel, Bosch, 18/05/2009].

Documents

SIKIŞTIRMA İLE ATEŞLEMELİ MOTORLAR - Abdullah … · Qianfan Xin, Diesel engine system design, Woodhead Publishing Limited, 2011 ignitionasseeningasolineenginessothatdieselenginescanusealargecylinder