s)k)şt)rma ile ateşlemeli motorlar

MARMARA ÜNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ
MAKİNE MÜ(ENSİLİĞİ BÖLÜMÜ
S)K)ŞT)RMA İLE
ATEŞLEMELİ MOTORLAR
(azırlayan:
Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR
Greek Alfabesi
İçten Yanmalı Motorların Tarihçesi
1860: Fransız Lenoir ilk çalışan içten yanmalı motoru yaptı. Bu motor köm“r gazıyla
çalışıyordu ve yaklaşık %3 bir verimliliği vardı.
1867: Nicolaus August Otto ve Eugen Langen içten yanmalı motorun daha gelişmiş
biçimini Paristeki D“nya sergisinde sergilediler. Bu motorun verimliliği %9 idi.
1878: Nicolaus August Otto sıkıştırma ilkesiyle çalışan ilk gazlı motoru yaptı. Bu
motor 4 zaman ilkesine göre çalışıyordu. Verimlilik %15 çıktı.
1883: Gottlieb Daimler ve Wilhelm Maybach sıcak t“p ateşlemeli ilk y“ksek devirli 4
zamanlı benzin motorunu geliştirdiler. Bu motor pervaneli araçlar için uygundu.
1887: Robert Bosch motorlar için elektrikli ateşlemeyi geliştirdi.
1893: Wilhelm Maybach karb“ratör“ icat etti. Aynı zamanda Ford ilk motorlu aracını
“retti.
1897: Rudolf Diesel Dört yıllık bir geliştirme aşamasından sonra, kendi motorunu
“retti. Kendi adıyla anılan bu motor, y“ksek basınçla sıkıştırılmış havanın içine basınçlı
hava yardımıyla gazyağı p“sk“rt“lerek çalışıyordu. Bu ilk adımlardan sonra, içten
yanmalı motor her alanda s“rekli gelişti. Yakıt d“zeni ateşleme d“zeni ve gerçek
mekanik m“hendisliğinde gelişmeler gör“ld“. Bu gelişmeler bug“n hala s“rmektedir.
Geliştirme m“hendisleri yeteneği ve servis ömr“n“ artırmak aynı zamanda yakıt
t“ketimi ve egzoz salımlarını azaltmak amacıyla s“rekli yeni teknolojiler kullanmaya
çalışmaktadırlar.
Dizel Motorun Tarihi Ser“veni
…D“nyanın ilk seri “retim dizel binek otomobili olan Mercedes-Benz 260 D nin
1936 da Berlin Otomobil Fuarı nda sergilenmesinin “zerinden tam 76 yıl geçti.
1950 li yıllara kadar dizel motorlu binek otomobiller benzinle çalışanlara
oranla pek rağbet görmedi fakat bu “reticileri yıldırmadı. Nitekim İkinci D“nya
Savaşı sonrası dönemde dizel motorlar binek otomobillerde gittikçe önem
kazanmaya başladı. Aynı yıllarda d“ş“k maliyetleri sayesinde dizel motorlu
binek otomobiller, özellikle de zorlu s“r“ş koşullarına dayanmak zorunda
kalan taksilerde gittikçe pop“lerlik 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 s“r“ld“.
A.Demir, «Dizel motorların tarihi serüveni (2)...», otoguncel.com, 2012
Dizel Motorun Tarihi Ser“veni
Dizel motorlarda sırasıyla; sıralı sıra tipi), dağıtıcı pompa yıldız pompa) ve
Common Rail enjeksiyon teknolojileri kullanıldı. 1985 li yıllarda dağıtıcı ve sıralı
pompalar için ilk elektronik kumanda sistemleri piyasaya s“r“ld“. Akabinde
1989 da dizel motorlarda direk enjeksiyon için ilk eksenel piston pompası
kullanıldı. Bu yeni teknoloji, yakıtın yaklaşık 1000 bar civarı y“ksek basınçta
doğrudan silindire p“sk“rt“lmesine, bu şekilde özellikle etkili bir yanma elde
edilmesine olanak tanıdı. Bu da d“ş“k yakıt t“ketimi ve emisyonlarla birlikte daha
iyi y“ksek çıkışı ve daha iyi hızlanma anlamına geliyordu. 2003 yılında piezo
enjektörlere sahip Common Rail enjeksiyon sistemi piyasaya s“r“ld“. Önceki
modellerle kıyaslandığında, bu sistem, dizel motorun yakıt t“ketimini ve egzoz
emisyonlarını d“ş“r“rken motor g“r“lt“s“n“ de azalttı.
Ekonomik, çevre dostu dizel motorlar için daha iyi verim Azot Oksit (NOX)
emisyonlarının yarıdan fazla d“ş“r“lmesi gerektiği anlamına gelen Euro 5 ten Euro
6 emisyon standardına geçişle birlikte son yıllarda yakıt t“ketimini d“ş“rme
hedefleri de daha sıkı hale geldi. Dizel yakıt sistemleri “zerine çalışan m“hendisler
halen, daha katı emisyon sınırlarını karşılamak ve yakıt t“ketimiyle karbondioksit
(CO2) emisyonlarını daha da d“ş“rmek amacıyla 2000 bar dan daha fazla basınç
“retebilen enjeksiyon sistemleri “zerinde 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
Genel Motor Gereksinimleri
GENEL MOTOR GEREKSİNİMLERİ
Çeşitli gereksinimler, motor tarafından karşılanmalıdır. Her performans karmaşık bir
şekilde birbirine bağlıdır ve motorun performansını etkileyebilir. Gereksinimler şunlardır:
 D“ş“k emisyon: Verimli motor yanması, egzoz emisyonunun azaltılması için anahtar
noktadır. Bu da farklı yanma odası tasarımlarıyla sağlanabilir.
 Kompakt ve hafif: Motor ağırlığının toplam araç ağırlığının yaklaşık %10-15'i
olduğunu göz ön“nde bulundurursak, daha iyi çıkış ve yakıt verimliliği elde etme
yöntemi motorun kompakt ve hafif olmasını sağlamaktır. Aynı çıkış ile daha hafif
motora sahip aracın g“c“ daha y“ksek olacaktır ve yakıt t“ketimi azaltılacaktır.
 İyi tepki: Motorlar, s“r“ş g“venliği sağlandığı ölç“de s“r“c“ komutlarına tepki
vermelidir.
 Sessiz: Motor, yakıtın yanmasıyla tahrik kuvveti “rettiğinden, ses ve titreşim
önlenemez. Bu seslerin ve titreşimlerin yolcu bölmesine aktarılmasını önlemek
önemlidir.
 Kullanışlılık: Motor, aracın mekanik bir parçası olduğundan, servis ile ilgili parçalara
erişim sağlamak önemlidir.
Kia, 2007
Kia, 2007
Engine Nomenclature









Top dead centre
Bottom dead centre
Piston stroke
Cylinder bore
Piston displacement
Engine capacity
Stroke/bore ratio
Engine power
Engine torque
M.J. Nunney, Light and Heavy Vehicle Technology , Fourth edition, 2007
Motor Karakteristikleri
Benzin
motorlarda
gaz
kelebeğinin, dizel motorlarda
pompa
kramayerinin
konumunun; ayrıca motor yağ
ve
soğutucu
akışkan
sıcaklıklarının sabit tutulduğu
deney şartlarında krank mili
devrine bağlı olarak g“ç, tork
ve
yakıt
sarfiyatı
değişimlerine
motor
karakteristikleri denir.
BMW 2 liter diesel engine
Temel Kavramlar
Çevrim: Bir motorda iş elde etmek için tekrarlanmadan meydana gelen olayların toplamına bir
çevrim denir. Dört zamanlı motorlarda bir çevrimin tamamlanabilmesi için pistonun dört
hareketine 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 teorik olarak krank mili açısı cinsinden 180o dir.
Kardeş Çalışan Pistonlar: Silindirler içinde aynı yönde, aynı y“kseklikte beraber hareket edip
farklı zamanları yapan pistonlardır. Örnek olarak ÜÖN den AÖN ye hareket eden iki pistondan
biri emme, diğeri genişleme zamanındadır.
Supap Bindirmesi: Dört zamanlı motorlarda emme ve egzoz supapları, egzoz zamanı sonunda
ve emme zamanı başlangıcında, piston ÜÖN de bulunduğunda belli bir s“re beraberce açık
bulunmasına supap bindirmesi denir.
Sente: Dört zamanlı motorlarda sıkıştırma zamanı sonunda ve genişleme zamanı başlangıcında
piston ÜÖN de bulunduğunda emme ve egzoz supaplarının kapalı kalmasına sente denir.
Avans: Motorlarda yanmanın termodinamik bakımdan en uygun zamanda bitirilmesi için
sıkıştırma zamanı sonlarında piston ÜÖN ye gelmeden birkaç derece önce, dizel motorlarında
p“sk“rtmenin, benzin motorlarında buji kıvılcımının çakıp yanmanın başlatılmasına avans
denir.
Sıkıştırma Oranı
1. Üst öl“ nokta ÜÖN
2. Yanma odası hacmi (Vc)
3. Kurs (Strok) (s)
4. Piston kursu hacmi (Vh)
5. Alt öl“ nokta AÖN
4 zamanlı dizel motorlar genel olarak 12 ile
26 arasında bir sıkıştırma oranına sahiptir.
Sıkıştırma oranı artarsa, motorun verimliliği
ve g“c“ de artar.
Sıkıştırma oranı belirli bir seviyeye kadar
arttırılabilir, ç“nk“ g“ç daha fazla arttırılamaz.
Yoksa, sıkıştırma oranı belirli sınırları
aştığından motor zarar görebilir.
Compression ratio (usually abbreviated to CR)
where  is the compression ratio, Vh is the
cylinder swept volume (cm3), and Vc is the
combustion space clearance volume (cm3).
M.J. Nunney, “Light and Heavy Vehicle Technology”, Fourth edition, 2007
Motor Karakteristikleri
Silindir Hacmi
 2
V s= d B s  Ap  s
4
Swept Volume/cylinder:
Inlet
Port
s x Ap
Vs = swept volume
dB = bore diameter
s = stroke
Note: In valve design the Volume which flows into the
cylinder must equal the volume which flows through the
inlet port. The velocity past the valve must then be
considerably greater than the velocity in the cylinder.
Professor Richard Hathaway, Internal Combustion Engine Induction Tuning, ME 468 Engine Design
s
Motorlarda Performans – Toplam Silindir Hacmi
Ateşleme Sırası
Motor silindirlerinin ateşlenme sırası veya silindirlerde g“ç zamanının meydana geliş sırasıdır.
Ateşleme sırası; 4 silindirli motorlarda genellikle 1-3-4-2 iken, 6 silindirli motorlarda ise 1-5-3-62-4 d“r.
Automotive Handbook, 2002
Ateşleme Sırası
Genel Motor Sınıflandırması
 Çalışma zamanlarına göre motor sınıflandırılması
•
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 t“r“ne göre
• Kıvılcımla/Bujiyle ateşlemeli benzinli motor
• Sıkıştırma ile ateşlemeli motor
 Karışımın oluşumuna göre
• (ava yakıt karışımının silindir dışında oluşturulması
• (ava yakıt karışımının silindir içinde oluşturulması
Genel Motor Sınıflandırması
 Soğutma yöntemine göre
• Su soğutmalı
• (ava soğutmalı
 Kullanılan yakıta göre
• Sıvı yakıtlı Benzin, Motorin, Kerozen, Alkol, Bitkisel Yağ
• Gaz yakıtlı Doğal Gaz - CNG, LPG)
Kullanım amaçlarına göre
• Stasyoner
• Gemi
• Lokomotif
• Taşıt
• Uçak
Genel Motor Sınıflandırması
Supap d“zenine göre
• L, I, F, T
(avanın silindirlere doldurulma
şekline göre
• Doğal/Tabii emişli motorlar
• Aşırı doldurmalı motorlar
Yakıt t“r“ne göre
• Benzinli motorlar
• Dizel motorlar
• Esnek yakıtlı motorlar
• Doğalgazlı motorlar
• (idrojen yakıtlı
vs.
Silindir D“zenlemesine Göre Motorlar
Silindir D“zenlemesine Göre Motorlar
Silindir D“zenlemesine Göre Motorlar
V tipi motor: Silindirleri V şeklinde, iki
eğik d“zlem “zerinde bulunan motorlara
denir. V-8 motor, iki eğik d“zlem “zerinde
silindirleri dörder dörder sıralanmış olan
motordur.
V tipi ile sıra tipi motor tasarımının
kıyaslanması: V tipi motorlarda, silindir
blokları aynı silindir sayılı sıra tipi
motorlara göre çok daha kısa, hafif,
sarsıntı ve titreşimlere daha çok
dayanıklıdır. V tipi motorlarda krank ve
kam mili daha k“ç“k olacağından
motorun dengelenmesi daha kolay
olacaktır.
Silindir D“zenlemesine Göre Motorlar
Boksör tipi motorlar (orijinal İngilizcesiyle boxer engine ya da horizontally
opposed engine); silindirleri karşılıklı yatay bir d“zlem “zerinde ve aralarında 180
derecelik açı ile birleşmiş motorlardır. Bu motorların parça sayıları diğer motorlara
göre daha azdır. Yanal ağırlık dengesini maksimumda sağlayan boksör motorlarda,
karşılıklı pistonlar eşzamanlı olarak “st öl“ noktaya eriştiğinden dolayı dengelenmesi
problemini oluşturmamaktadır.
Alfa Romeo, Porsche ve Subaru gibi markalar belli modellerinde bu motoru tercih
etmektedir. Dar alanda minimum dirençle maksimum g“ç alınmasını teminen kısa
piston kolu kullanımına imkan verir. Fakat y“ksek yakıt t“ketimi sebebi ile
g“n“m“zde pek tercih edilmemektedir.
Boksör motorların en belirgin avantajları, yatay silindir yerleşimi ve kompakt yapıları
sayesinde dar motor haznesi olan araçlara kolaylıkla uygulanabilmesi ve genel olarak
da 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 iyi
bir denge sağlar. Böylece pistonun momentumu, karşı taraftaki piston hareketi ile
dengelenir. Bu motorlar daha d“zg“n ve titreşimsiz çalışır ve dengeleme mili
gerektirmezler. Ancak V tipi ve sıra tip motorlarla kıyaslandığında biraz daha
g“r“lt“l“d“rler. V tipi motordan daha b“y“k bir burulma titreşimi “retir ve böylece
daha b“y“k volan gerektirir.
Silindir D“zenlemesine Göre Motorlar
VR Motorlar
Silindir D“zenlemesine Göre Motorlar
W Tipi motorlar
Silindir D“zenlemesine Göre Motorlar
W Tipi Motorlar
Genel Motor Sınıflandırması
İki Zamanlı Benzin Motorları
Genel Motor Sınıflandırması
Dört Zamanlı Benzin Motorları
Genel Motor Sınıflandırması
The two-stroke diesel cycle goes like this:
When the piston is at the top of its travel, the cylinder contains a
charge of highly compressed air. Diesel fuel is sprayed into the
cylinder by the injector and immediately ignites because of the
heat and pressure inside the cylinder. This is the same process
described in How Diesel Engines Work.
• The pressure created by the combustion of the fuel drives the
piston downward. This is the power stroke.
• As the piston nears the bottom of its stroke, all of the exhaust
valves open. Exhaust gases rush out of the cylinder, relieving
the pressure.
• As the piston bottoms out, it uncovers the air intake ports.
Pressurized air fills the cylinder, forcing out the remainder of
the exhaust gases.
• The exhaust valves close and the piston starts traveling back
upward, re-covering the intake ports and compressing the
fresh charge of air. This is the compression stroke.
• As the piston nears the top of the cylinder, the cycle repeats
with step 1.
http://auto.howstuffworks.com/diesel-two-stroke1.htm
İki Stroklu Dizel Motor
Yakıt enjektör“
Silindir
P“sk“rtme
Piston
Egzoz
portu
S“p“rme
portu
Egzoz
Biyel
Krank
S“p“rme
Sıkıştırma
Genel Motor Sınıflandırması
Dört Zamanlı Dizel Motorlar
Genel Motor Sınıflandırması
Wankel/Rotary Motorlar
Wankel/Rotary motorlar, döner pistonlu motorlar olarak ta
adlandırılırlar. Genel olarak döner pistonlu motorlar, oval bir gövde ile
bu gövde içerisinde eksantrik olarak dönen üç köşeli bir rotordan
ibarettir. Rotor, bir iç ve bir dış dişli yardımıyla, motor ana miline
bağlıdır. Bu motorlarda; emme, sıkıştırma, iş, egzoz zamanları rotorun
etrafında meydana gelir. Genel olarak dezavantajları ise; yüksek yüzey
hacim oranlı yanma odası yüzünden daha düşük termodinamik verim.
Daha yüksek CO (karbonmonoksit) emisyonları. Oval gövde ve rotor
konvansiyonel motor türlerine göre zor şartlara (yüksek sıcaklık ve
basınç) çok daha fazla maruz kaldığından aşınmaları daha hızlı olur.
Ancak, seramik gibi aşınmaya daha dayanıklı malzemeler sayesinde
motor ömrü ve verimliliği artırılmış. Geliştirilmiş olmasına rağmen
yakıt tüketimi biraz yüksek ve bakım onarım masrafları daha pahalı.
Wankel Motorlar - Örnek
2004-2005 Mazda RX-8
Engine
2-rotorlu Wankel/Rotary
Şanzıman
6 İleri Manuel
Motor Hacmi (cc)
1308
Tahrik T“r“
Beygir G“c“ (BG/d/d)
En Y“ksek Tork (Nm)/(d/d)
Son (ız (km/s)
0-100 km/s (ızlanma (sn)
100 km/s Şehir Dışında Yakıt T“ketimi (litre)
100 km/s Şehir İçinde Yakıt T“ketimi (litre)
Arkadan İtişli
231 / 8200
211 / 5500
235
6.4
8.9
11.4
STIRLING MOTORLARI
Robert Stirling, 1816 yılında dışarıdan ısı vermeli bir motor tasarlamış ve ilk
sıcak hava motorunu imal etmiştir. Stirling in yaptığı bu ilk motorun en
önemli özelliklerinden birisi de rejeneratör kullanması olmuştur. Orjinal
patent numarası 4081 ve yılı 1816 olarak kayıtlara geçen bu motorun teorik
çevrimi iki sabit hacim ve iki sabit sıcaklık işleminden oluşmaktadır.
İcadından 19. y“zyılın sonlarına kadar birçok değişik çeşidi çok sayıda
“retilmiş ve mekanik g“ç elde etmek için kullanılmıştır. 20. Y“zyılın
başlarından itibaren petrol“n kullanımında ve İçten Yanmalı Motorlarda
İYM meydana gelen b“y“k gelişmeler bir ölç“de Stirling motorunun
gelişimini olumsuz etkilemiş ve Stirling motorları İYM ile rekabet
edememişlerdir. 20. Y“zyılın son yarısında meydana gelen petrol krizleri ve
petrole 30-60 yıl öm“r biçilmesi İYM nin yerine ikame edilebilecek yeni
makinalar “zerinde araştırmaları g“ndeme getirmiş ve Stirling motorları ile
ilgili önemli gelişmeler 1960 yılından sonra kaydedilmiştir. Tam kapalı tip
Stirling motorlarının yapılması ile motorda farklı çalışma gazları kullanma
imkanı ortaya çıkmış ve aynı zamanda motor y“ksek basınçlarda çalışma gazı
ile doldurularak daha k“ç“k hacimli motorlardan daha y“ksek g“ç elde etme
imkanı ortaya çıkmıştır.
http://w3.gazi.edu.tr/~yucesu/dersler/c1.htm
STIRLING MOTORLARI (dvm.)
Özellikle Helyum ve Hidrojen gibi ısı depolama kapasiteleri havaya göre çok
y“ksek olan gazların kullanımıyla Stirling motoru g“ç çıkışında önemli
gelişmeler kaydedilmiştir. Bug“n d“nyanın birçok “lkesinde araştırma
kurumları ve çeşitli şirketler tarafından Stirling motorları ile ilgili çalışmalar
b“y“k bir hızla s“rd“r“lmektedir. Amerika Birleşik Devletlerinde NASA başta
olmak “zere, General motor, Ford Motor, Cummins motor ve birçok “niversite
tarafından araştırmalar s“rd“r“lmekte ve bu araştırmalara önemli kaynak
ayrılmaktadır. Yine d“nyanın önde gelen kurumlarından MAN (Almanya),
Philips (Hollanda), United Stirling İngiltere ve birçok firma bu çalışmaları
devam ettirmektedir.
Stirling çevrimi iki sabit hacim ve iki sabit sıcaklık işleminden meydana
gelmektedir. Bu çevrime göre çalışan makinalarda 1-2 işlemi sabit
sıcaklıkta sıkıştırma işlemidir. Bu işlemin sabit sıcaklıkta
gerçekleşebilmesi için çalışma gazından ısı çekilmesi gerekmektedir. 2-3
işleminde harici bir kaynaktan çalışma gazına ısı verilmesi
gerekmektedir. 3-4 işleminde sabit sıcaklıkta genişleme işlemidir,
çalışma gazı pistona iş yaptırır. Genişleme işleminin sabit sıcaklıkta
gerçekleşebilmesi için çalışma gazına ısı verilmesi gerekir. Çevrimde 4-1
işlemi son işlemdir. Bu işlem sırasında çalışma gazından dışarıya sabit
hacimde ısı atılması gerekmektedir.
http://w3.gazi.edu.tr/~yucesu/dersler/c1.htm
STIRLING MOTORLARI (dvm.)
Stirling motorlarında 4-1 sabit hacimde durum değişim işlemi boyunca dışarıya
atılan ısı bir rejeneratörde depo edilerek 2-3 sabit hacimde durum değişme işlemi
boyunca aynen çalışma gazına geri verilir. Böylece çalışma gazına dışarıdan ısı
verme işlemi yalnızca 3-4 sabit sıcaklıkta genişleme işleminde ve çalışma gazından
ısı alınması işlemi de 1-2 sabit sıcaklıkta sıkıştırma işlemi boyunca yapılmaktadır.
Şekilde Stirling çevrimine ait p-V diyagramları gör“lmektedir.
http://w3.gazi.edu.tr/~yucesu/dersler/c1.htm
STIRLING MOTORLARI (dvm.)
Stirling motoru dıştan ısı vermeli bir motordur, içten yanmalı motorlara ve diğer ısı
motorlarına kıyasla bir çok avantaj sağlamaktadır. Bu avantajları şu şekilde sıralayabiliriz:
1. Stirling motorları diğer motorlara kıyasla en büyük termik verime sahiptir ve uzun
dönemde veriminin %50 yada daha fazla olacağı tahmin edilmektedir.
2. Stirling motoru her türlü yakıtı kullanabilir, bu yakıt gaz, sıvı yada katı, fosil, fosil
olmayan veya biomas yada güneş radyasyonu olabilir.
3. Az bakım gerektirir, çünkü valf, buji ile ateşleme, dizel enjeksiyon sistemi yoktur ve
silindirler kuru yağlanır.
4. Çok uzun ömürlü olurlar, çünkü segmanlar ile silindirlerin temasını (yanma
basıncından dolayı) artıran yanma olayı yoktur. Karterde bulunan yağlama yağının
silindirdeki çalışma maddesi ile teması kesilmiştir.
5. Fosil kökenli yakıtlarla çalıştırıldığında dışarıda yanmadan dolayı emisyonlar
düşüktür. NOx, CO ve yanmamış hidrokarbon emisyonları düşüktür.
6. İçten yanmalı motorlara nazaran titreşimleri daha azdır, düzgün moment değişimine
sahiptir, titreşimlere neden olan periyodik moment değişimi azdır.
7. Gürültü azdır, içten yanmalı motorlarda silindir içerisinde çok yüksek basınç ve
şoklardan meydana gelen gürültüler Stirling motorunda dıştan ısı sürülmesi ile
önlenmektedir.
8. İçten yanmalı motorlara oranla maliyeti daha ucuzdur. Yardımcı sistemler azdır, kam
mili, supap, yağ filtresi ve pompası, hava filtresi gibi parçalar yoktur. Bu yüzden
imalatı çabuk, kolay ve ucuzdur.
http://w3.gazi.edu.tr/~yucesu/dersler/c1.htm
STIRLING MOTORLARI (dvm.)
Stirling motorları bazı dezavantajlara da
sahiptir. Bunlar:
1. Tüm devrelerin büyük termik
ataletlerine bağlı olarak düşük
hızlanma ivmesi
2. Bir çok kısımlarının tasarımının
deneysel bilgi gerektirmesi,
3. İçten yanmalı motorlara oranla daha
büyük kütle ve oranlar,
4. Çalışma ve krank boşlukları arasında
güvenli yalıtım güçlüğü,
olarak gösterilebilir.
http://w3.gazi.edu.tr/~yucesu/dersler/c1.htm
http://tankaakumawani.deviantart.com/art/Stirling-Engine-Graphic-Design-276682131
Comparison between diesel engines and
gasoline engines
Understanding the fundamental characteristics of diesel engines
is very important for engine system design and powertrain
technology assessment. Compared to gasoline engines, 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
efficiency
although
mechanical friction may increase with peak cylinder
pressure. Diesel engines usually use unthrottled operation
so that the pumping loss can be lower.
 High torque at low speeds and better drivability. Diesel
combustion can tolerate a high level of turbocharging so that
they can burn more fuel to match the available charge air to
produce higher torque than gasoline engines.
 Low carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) due
to the high air–fuel ratio employed in diesel combustion.
Qianfan Xin, Diesel engine system design, Woodhead Publishing Limited, 2011
Comparison between diesel engines and gasoline engines
However, there are several design challenges for diesel engines compared with their
gasoline 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 are
operated with lean air–fuel ratio. Diesel engine emissions control is detailed in
Majewski and Khair, 2006)
 Lower exhaust temperature caused by lean burn combustion. This can make diesel
particulate filter (DPF) regeneration difficult.
 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 is
usually 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.
Qianfan Xin, Diesel engine system design, Woodhead Publishing Limited, 2011
Bazı Kavramlar
Hava Yakıt Oranı (A/F):
Genellikle k“tlesel olarak ifade
edilir ve bir yanma işleminde
hava k“tlesinin yakıt k“tlesine
oranı diye tanımlanır.
Stokiyometrik oran:
λ=
14,7/1)
Benzin motorlu otomobillerin
optimum emisyon kontrol“n“n
ve
yakıt
ekonomisinin
hava/yakıt oranının yaklaşık
14.7/1
olduğu
zaman
sağlanacağı
bulunmuştur.
(ava/yakıt
karışımı
stokiyometrik
değerlerin
altında veya “zerinde olduğu
zaman bu durum sensör
tarafından algılanarak geri
beslenme sinyali “retilir.
Temel Kavramlar
Hava fazlalık katsayısı λ : her
yakıt için kimyasal yapısına bağlı
olarak tam yanmasını sağlayacak
teorik bir hava miktarı vardır.
Birim ağırlıktaki yakıtı yakmak için
gerekli olan bu miktara kimyasal
olarak doğru veya stokyometrik
hava miktarı denir.
Dizel motorlarda genellikle λ≥1.4
değerlerinde çalışmaktadır. Daha
d“ş“k değerlerde ise motor isli
çalışma bölgesine girmektedir.
Temel Kavramlar
Bir beygir g“c“ (hp), 75 kg'lik
ağırlığı bir saniyede 1 m çekmek
için gereken g“çt“r.
W'yi (Watt) temsil eden SI birim
sisteminde 1 PS yaklaşık 735.4
W'tır. Bu nedenle, 100 PS = 73.5 kW
veya 100 kW = 136 PS'dir.
PS: Pferdestärke
Tork (Moment), motorun dönd“rme kuvvetini
ifade eder ve yaygın kullanılan birimi Newton
Metre (Nm dir.
Pistonu iten kuvvetin artması, yanma odasındaki
basınca 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.
Motor torku, devir y“kseldikçe belli bir devire
kadar artar ve bu devirden sonra, motor devri
arttırılmaya devam edilirse tork azalmaya başlar.
Bunun nedeni, hacimsel verimin azalmasıdır.
Yani y“ksek devirlerde motorun nefes alma
kabiliyeti d“şer.
Kısa Not
Motor torku ile tekerlek torku
arasındaki
fark;
dön“şt“rme
oranlarından kaynaklanmaktadır.
Araçlarda motorun bir tekerleğe
ilettiği tork, lastikle zemin
arasındaki s“rt“nme kuvvetiyle,
tekerlek yarıçapının çarpımına
eşittir. Dolayısıyla, bu tork ne
kadar b“y“k olursa; araç o kadar
hızlı
ivmelenebilir
ve
seri
manevralar
yapabilir.
Tabii;
lastiğin
zeminle
arasında
oluşturabileceği azami s“rt“nme
kuvvetinin
aşılmaması,
yani
patinaja yol açılmaması kaydıyla.
Ortalama Efektif Basınç: Motorun gerçek çevrimdekine eşdeğer bir Pe
g“c“ vermesi için bir strok boyunca pistona etkimesi gereken sabit
basınçtır.
Önemli notlar:
1. Motor g“c“, ortalama efektif basınç ve motor devrine bağlı olarak
değişir.
2. Ortalama efektif basınç, efektif g“ç için krankın s“rekli çevrilmesini
sağlayan ve motor torku ile doğru orantılı olan bir b“y“kl“kt“r.
Moment
bir
makinanın
iş
yapabilme yeteneği için değerli bir
ölç“ olmasına rağmen motor
b“y“kl“ğ“ne bağlıdır. Daha faydalı
göreceli motor performans ölç“s“,
çevrim başına elde edilen işi
çevrim başına deplase edilen
silindir hacmine böl“nmesi ile
elde edilir. Bu parametreye
ortalama efektif basınç denir.
Brake mean effective pressure vs. sfc at constant engine speed
Automotive Science and Mathematics, Allan Bonnick, 2008
Reading Text
Brake mean effective pressure
The brake mean effective pressure (bmep) may be obtained from
the brake power curve of the engine as follows: bmep = brake
power in kW×1000 ÷ l*a*n Nm. In this equation, l = length of
engine stroke in metres, a = cross-sectional area of the cylinder
bore in square metres, and n = the number of working strokes per
second.
When bmep is plotted against engine speed, the curve produced
is the same shape as the torque curve because torque is related to
bmep. Engine performance data such as specific fuel
consumption, and its relationship to bmep, at a given engine
speed, may be shown in graphical form as in Figure. Here the
engine is run at constant speed, on a dynamometer, and the air–
fuel ratio is varied. 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 chemically correct air–fuel ratio of 14.7:1 for petrol.
Temel Kavramlar
İndike İç g“ç: Motorun silindirleri içinden veya piston “zerinden
alınan g“ce indike g“ç denir. İndike g“c“n ölç“lmesi için silindirlerdeki
maksimum yanma sonu basıncının basınç ölçerlerle ölç“lmesi gerekir.
Efektif Faydalı g“ç: Motorun krank mili yada volanından ölç“len g“ce
efektif g“ç denir. Efektif g“c“n ölç“lmesi için dinamometreler kullanılır.
Verim: Elde edilen sonuç ile bu sonucu elde etmek için harcanan çaba
arasındaki oranı ifade eder. Motorda alınan g“c“n verilen g“ce oranının
y“zde olarak ifadesidir. Daima y“zde y“zden azdır.
Mekanik verim: Motorun çıkışından alınan g“c“n piston “zerinden
alınan g“ce oranıdır. Mekanik verim, silindir içerisinde yanmadan dolayı
oluşan g“c“n krank milinden alınıncaya kadar ne kadar kayba uğradığını
gösterir. Silindirde elde edilen g“ç, krank milinden alınıncaya kadar,
başta s“rt“nme ve atalet kayıpları olmak “zere bir çok mekanik kayba
uğrar.
Silindir
içindeki
gazların pistona olan
iş transferi indike iş
olarak isimlendirilir.
Silindir basıncı ve
karşılık gelen silindir
hacmi
bir
P-V
diyagramı
halinde
çizilerek genişleme ve
sıkıştırma
eğrileri
arasında kalan alan
entegre
edilerek
hesaplanabilir.
Wc,i   PdV
Burada nR, her g“ç stroku için krank mili dönme sayısıdır
2s  1
nR 
4s  2
İndike g“ç:
Wc ,i N
Pi 
nR
The ratio of the brake horsepower to the indicated
horsepower is known as the mechanical efficiency.
T.K. GARRETT, K. NEWTON, “The Motor Vehicle”, Thirteenth Edition, 2001
Temel Kavramlar
Termik verim: Motorun, yakıtın yanmasından oluşan enerjiyi faydalı bir işe
dön“şt“rebilme oranıdır. Yanma sonucunda oluşan ısı enerjisinin b“y“k bir kısmı
soğutma, yağlama sistemi ve egzoz gazları ile dışarı atılır. Ancak geriye kalan ısı
verimli işe çevrilebilir.
Hacimsel (Vol“metrik) verim: Emme zamanında silindire alınan havanın silindir
hacmine oranıdır. Normal şartlarda bu verim %80 civarındadır. Motor devri arttıkça,
supapların açık kalma zamanı azalacağından %50 ye kadar d“şebilir.
Özg“l yakıt sarfiyatı: Motorun 1 kWh başına harcadığı yakıt miktarına denir. Özg“l
yakıt t“ketimi, birim g“ç çıkışı için motora gönderilen yakıt miktarıdır. Bir motorun
verilen yakıtı iş “retmek için ne kadar verimli kullandığının bir ölç“s“d“r. Bir motorun
veriminin ölç“s“, yakıt dön“ş“m verimi olarak bilinir. Bir çevrimde “retilen g“c“n bir
çevrimde verilen yakıt enerjisine oranı olarak tanımlanır.
Alt ısıl değer ve Üst )sıl Değer: Yanma tepkimelerinde bilinmesi gereken iki
tanımlama alt ısıl değer ve “st ısıl değerdir. Alt ısıl değer, bir yanma tepkimesinde
oluşan suyun buhar fazında olması durumunda açığa çıkan ısı enerjisidir. Üst ısıl
değer ise, bir yanma tepkimesinde oluşan suyun sıvı fazında olması durumunda açığa
çıkan ısı enerjisini tanımlamaktadır. Yani “st ısıl değer, buharlaşma ısısı dahil olmak
“zere açığa çıkan toplam ısı enerjisidir.
Temel Kavramlar
Bir dizel motorun performans eğrileri
Characteristic curves of
diesel engine variables
Automotive Science and Mathematics,
Allan Bonnick, 2008
Temel Kavramlar
Üstten kamlı benzinli bir motorun tipik performans eğrileri
Temel Kavramlar
http://www.car-engineer.com/introduction-to-cooling-circuits/
Typical fuel energy
distribution in an internal
combustion engine
Power distribution in an automobile during city
driving.
C.M Taylor, Automobile engine tribology—design considerations for efficiency and
durability, Wear Volume 221, Issue 1, October 1998, Pages 1–8
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043164898002531
Çap Strok Oranı
Motor dizaynında;
 G“ç
 Dönme sayısı
 Silindir sayısı ve tertibi
 İki ya da dört zamanlı oluşu gibi etkenler göz ön“ne
alınarak;
Motorun ana boyutları olan
 silindir çapı (D) ve
 strok (H) belirlenir.
Kısa strok: Kısa strok, y“ksek g“çl“ ve y“ksek y“kl“
motorlar için kullanılır. Strok/çap oranı 1'den daha azdır.
Bu da strokun çaptan daha k“ç“k olduğu anlamına gelir.
Uzun strok: Uzun strok, y“ksek bir motor torku elde
etmek için kullanılır. Strok/çap oranı 1'den daha
y“ksektir. Bu da strokun çaptan daha b“y“k olduğu
anlamına gelir.
Kia, 2007
Kare strok: Strok/çap 1'dir. Bu da strokun çapa eşit
olduğu anlamına gelir.
Çap Strok Oranı
 Strok-çap oranı, motorun boyutlarını (yani uzunluğunu, genişliğini ve
y“ksekliğini etkiler.
 Strok-çap oranı, sıkıştırma oranını etkiler.
 Strok-çap oranı, sıkıştırma hacminin y“zey alanı Ac nin sıkıştırma hacmine
oranını da etkiler. Bu oran ısının soğutma ortamına geçişini tanımlar.
Bunun için Ac/Vc nin m“mk“n mertebe k“ç“k olması istenir. Dolayısıyla
cidarlar motorun çalışması sırasında daha sıcaktır ve bu tutuşma gecikme
süresini kısaltır.
 Strok-çap oranı, krank mili titreşimlerini etkiler.
Benzin motorlarında strok-çap oranı
: 0,65-1,1
Dizel motorlarında strok-çap oranı y“ksek devirli) : 0,9-1,4
Dizel motorlarında strok-çap oranı d“ş“k devirli) : 1,4-2,0
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Reading Text
An engine is described as a square engine when it has equal bore and stroke dimensions,
giving a bore/stroke value of exactly 1.
By custom, engines that have a bore/stroke ratio of between 0.95 and 1.04 can be
considered "square".
An engine is described as under-square or long-stroke if its cylinders have a smaller bore
than its stroke - giving a ratio value of less than 1.
At a given engine speed, a longer stroke increases engine friction and increases stress
on the crankshaft.
The smaller bore also reduces the area available for valves in the cylinder head, requiring
them to be smaller or fewer in number.
These factors favor lower engine speeds, under-square engines are most often tuned to
develop peak torque at relatively low speeds.
An under-square engine will typically be more compact in the directions perpendicular to
piston travel but larger in the direction parallel to piston travel.
An engine is described as over-square or short-stroke if its cylinders have a greater bore
diameter than its stroke length, giving a bore/stroke ratio greater than 1.
An over-square engine allows for more and larger valves in the head of the cylinder, lower
friction and lower crank stress.
Due to the increased piston- and head surface area, the heat loss increases as the
bore/stroke-ratio is increased excessively.
These characteristics favor higher engine speeds, over-square engines are often tuned to
develop peak torque at a relatively high speed.
The reduced stroke length allows for a shorter cylinder and sometimes a shorter
connecting rod, generally making over-square engines less tall but wider than undersquare engines of similar engine displacement.
Motorların Araçtaki Yerleşim D“zeni
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-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
Araçtaki Yerleşim D“zeni
Araçtaki Yerleşim D“zeni
Some typical vehicle/powertrain configurations
Edited by David A. Crolla, Automotive Engineering Powertrain, Chassis System and Vehicle Body; Butterworth-Heinemann, 2009
Araçtaki Yerleşim D“zeni
Comparison of the different
powertrain layouts and their
worldwide market shares
(2005 data)
Three main powertrain configurations and their corresponding typical suspension configurations make
up 98% of all vehicles sold today: transverse mounted front engine with front-wheel-drive (75% of all
vehicles worldwide), longitudinally-mounted front engine with rear-wheel-drive (16%), and allwheeldrive (7%). All other configurations combined make up less than 2% of all vehicles sold
Bernd Heißing | Metin Ersoy (Eds.); Chassis Handbook - Fundamentals, Driving Dynamics,
Components, Mechatronics, Perspectives With 970 figures and 75 tables; 1st Edition 2011
ÇEVRİM/LER
Motorun Parçaları
www.otomotivsitesi.com
Motorun Parçaları
Sistemler:
• Emme Sistemi
• Egzoz Sistemi
• Yağlama Sistemi
• Yakıt Sistemi
• Soğutma Sistemi
• Marş Sistemi
• Şarj Sistemi
• Turboşarj
gibi yardımcı sistemler
Krank Biyel Mekanizması
ÜÖN
Sx
H
L
R
H
α
β
ω
A’
A’’
Sx
: Biyel boyu
: Krank yarıçapı
: Strok
: Krank açısı
( °)
: Biyel açısı
( °)
: Krankın açısal hızı
: Üst ölü nokta
: Alt ölü nokta
: Piston yolu
A’
A
AÖN
A’’
L+R
L
β
(rad/s)
C
B
α
R
O
ω
Biyel boyu
: Biyel büyük başı merkezi ile biyel küçük başı merkezi arasındaki mesafe.
Krank yarıçapı : Krank mili ekseni ile biyel muylusu ekseni arsındaki mesafe.
Alt ölü nokta : Perno ekseninin krank mili eksenine en yakın olduğu konum.
Üst ölü nokta : Perno ekseninin krank mili eksenine en uzak olduğu konum.
Strok
: Alt ölü nokta ile üst ölü nokta arasındaki mesafe.
Piston yolu
: Perno eksenin üst ölü noktaya olan uzaklığı.
Krank açısı
: Krank kolu ekseninin silindir ekseni ile yaptığı açı.
Biyel açısı
: Biyel ekseninin silindir ekseni ile yaptığı açı.
Krankın açısal hızı : Krankın kendi ekseni etrafında dönüş hızı.
Dizel Motor
Bu motorlarda, silindire
alınan hava, piston tarafından
12/1 ila 26/1 oranında
sıkıştırılarak
sıcaklık
ve
basıncı arttırılır. Sıcaklık ve
basıncı artan hava içerisine
dizel yakıtı p“sk“rt“lerek,
yakıtın
kendi
kendine
tutuşup yanması sağlanır.
(avanın
silindire
alınıp
egzozun dışarı atılması, dört
zamanlı benzin motorunda
hava-yakıt
karışımının
silindire alınıp egzozun dışarı
atılması gibidir. Hava-yakıt
karışımının
kalitesi
değiştirilerek hızlandırılan
veya
y“klenen
dizel
motorları,
benzin
motorlarına
göre
daha
y“ksek bir verime sahiptirler.
Dizel Motor
Diesel Engine Classification
Qianfan Xin, Diesel engine system design,
Woodhead Publishing Limited, 2011
Dizel Motor - Çevrim
Şekil - Toyota
Dizel Motor Çevrimi
Emme zamanı: Piston ÜÖN den AÖN ye
hareket eder pistonun ani yer değiştirmesi ile
silindir içinde emiş oluşur. Emme supabının
açık oluşu nedeniyle dış ortamdaki basınçlı
hava içeri hareketlenip basıncı eşitlemeye
çalışırken silindirin de hava ile doldurulması
sağlanır.
Şekil - Toyota
Dizel Motor Çevrimi
Sıkıştırma zamanı:
Piston AÖN den
ÜÖN ye hareket ederken açık olan emme supabı
da kapanır, bu durumda her iki supap da
kapalıdır. İçeriye alınmış olan hava bu zamanda
sıkıştırılır. Piston ÜÖN ye gelmeden önce yakıt
p“sk“rt“l“r, sıkıştırma sonu sıcaklığının etkisiyle
yakıt ÜÖN den hemen önce kendiliğinden tutuşur.
Şekil - Toyota
Dizel Motor Çevrimi
Şekil - Toyota
Reading Text:
BENZİNLİ MOTOR:
Power and expansion stroke
Combustion starts with the ignition of the mixture,
usually before TDC. During combustion process
high temperature, high pressure gases push the
piston towards BDC and force the crank to rotate.
Maximum temperature of 2200 – 2300 K and
pressure of 3 – 7 MPa is reached in the cylinder.
DİZEL MOTOR:
Power and expansion stroke
Combustion starts with the injection of the fuel
spray into the combustion chamber, usually before
TDC with certain injection advance. There is
ignition delay before combustion starts. During
combustion process high temperature, high
pressure gases push the piston towards BDC and
force the crank to rotate.
Maximum temperature of 1700 – 2100 K and
pressure of 4 – 8 MPa (IDI engines) and 7 – 10
MPa (DI engines) is reached in the cylinder.
The spark-ignition engine (or
Sl engine): the mixture is
compressed to approximately
20...30 bar ε = 8...12) on the
compression
stroke,
to
generate a final compression
temperature of 400...500 °C.
Diesel Engine: During the
compression stroke intake air
is compressed to 30...55 bar in
naturally aspirated engines or
80...110 bar in supercharged
engines,
so
that
its
temperature increases to
700...900 °C.
Bosch Automotive Handbook, 2002
Dizel Motor Çevrimi
G“ç/İş/Genişleme zamanı: Her iki
supapta kapalıdır. Yanma sonucunda basınç
hızla y“kselir. Bu basınçta pistonu ÜÖN den
AÖN ye doğru iter. Yanma işlemi belirli bir
s“re alacağı için yakıtın p“sk“rt“lmesi
ÜÖN den önce başlayıp ÜÖN den kısa bir
s“re sonra bitirilir.
Şekil - Toyota
Dizel Motor Çevrimi
Egzoz zamanı: Egzoz supabı AÖN nin öncesinde açılır.
Geriye kalan yanma basıncı egzoz gazlarının bir kısmını
egzoz supabına s“r“kler ve piston AÖN den ÜÖN ye
çıkarken piston egzoz gazlarını açık olan supaptan atarak
silindiri yanmış gazlardan temizler. Böylece çalışma
çevrimi tamamlanmış olur.
Şekil - Toyota
ÖNEMLİ NOTLAR:
Adyabatik proses: Sistemle çevre arasında ısı alışverişinin olmadığı prosestir.
Tersinir proses: Viskozite etkisi, ısı iletimi etkisi, k“tle dif“zyonu etkisi gibi
dissipatif dağıtıcı etkilerin olmadığı prosestir.
İzantropik proses: Hem adyabatik hem de tersinir olan prosestir.
Kaynak: M. Adil Y“kselen, Sıkıştırılabilir Aerodinamik , UZB362, Bahar dönemi ders notları, 2007.
***
Tersinir S“reç: Gerçek bir termal işlemde bir tersinir s“reç, ardarda gelen çok
sayıda, geçici denge durumlarından oluşmakta olduğundan, bir yarı-kararlı
s“reç tir veya daha doğru bir nitelendirme ile, bir yarı-kararlı s“reçler
b“t“n“ d“r. Böyle bir s“recin bir başlangıcında ve bir de bitiminde olmak “zere iki
denge durumu kabul edilir ki buna göre, tersinir süreç (veya tersinir olduğu kabul
edilebilecek s“reç , ilk denge ve son denge durumları arasındaki s“recin, birbirini
takip eden ardışık denge durumlarından oluşması halidir. Bu vazıyette, her bir
noktanın P ve V değeri belirlenebileceğinden, s“reç bir çizgi ile gösterilebilir.
Kaynak: Durmuş (ocaoğlu, Termodinamik in İkinci Kanunu ve Entropi Ders Notu, Kasım, 2008.
***
İç Enerji Değişimi DU nun Belirlenmesi : Tersinir ve Tersinmez S“reçler
Mekanik veya termal kaynaklardan sağlanan enerji ile sistemin iç enerjisinin
değiştiğini biliyoruz. Bununla beraber sistem bir i halinden s haline doğru ilerlerken
işlem sonsuz k“ç“k adımlarla veya bir veya birkaç adımda gerçekleştirilebilir. Eğer
işlem sonsuz k“ç“k adımlarla gerçekleştiriliyorsa s“reç tersinir (reversible),
aksi durumda tersinmez (irreversible) olarak adlandırılır.
http://taner.balikesir.edu.tr/dersler/fiziksel_kimya_ii/tersinir_tersinmez.htm
OKUMA PARÇAS): Termodinamiğin Yasaları:
Termodinamiğin sıfırıncı yasası: İki termodinamik sistemin her biri “ç“nc“
bir sistemle termodinamik dengede ise aralarında da termodinamik
dengededirler.
Termodinamiğin birinci yasası: Bir sistemin iç enerjisindeki artış, sisteme
verilen ısı ile, sistemin çevresine uyguladığı iş arasındaki farktır. Bu yasa
"enerjinin korunumu" olarak da bilinir.
Termodinamiğin ikinci yasası: Entropi, bir termodinamik sistemden başka
sistemlere iş şeklinde aktarılması imkânsız enerji miktarı olmak “zere, izole
bir termodinamik sistemin entropisi zamanla artmaktadır.
Termodinamiğin “ç“nc“ yasası: Mutlak sıcaklıkta entropi sıfırdır. Bu yasa
neden bir maddeyi mutlak sıfıra kadar soğutmanın imkânsız olduğunu belirtir.
Termodinamiğin ikinci yasasında yer alan entropi,
ısı
enerjisinin
tamamının mekanik işe dönüştürülmesinin imkânsız olduğunu ifade eden
termodinamik bir niceliktir. Sistemdeki d“zensizlik arttıkça, sistemin
entropisi artar, yani sistemin faydalı iş verme kabiliyeti azalır. Bir su
damlası ısıtıldığında buharlaşır ve molek“lleri daha d“zensiz bir hal alır. T
sıcaklığındaki bir cisme ΔQ kadarcık bir ısı verildiğinde, entropisi ΔS=ΔQ/T
kadar artar. Entropi ye, izole bir sistem içindeki d“zensizlik derecesi
olarak da bakılabilir.
ÖNEMLİ NOTLAR:
İçten tersinir ve adyabatik (izantropik) bir hal değişimi sırasında entropi sabit kalır.
Bir hal değişimi sırasında entropi sabit kalıyorsa, bu hal değişimine izantropik hal
değişimi olarak isim verilir.
M“kemmel Gazların İzantropik (al Değişimleri
denklemi sıfıra eşitleyerek elde
ederiz
İdeal gazın izantropik bağıntıları
yalnızca ideal gazların hal
değişimleri için geçerlidir.
TEORİK STANDART HAVA ÇEVRİMLERİ
Bir içten yanmalı motorun çalışma çevrimi emme, sıkıştırma, yanma, genişleme ve egzoz
işlemlerinden oluşur. İçten yanmalı motorlar açık sistem gibi işlem görse de tam bir
termodinamik çevrimi tamamlamazlar. İş yapan akışkan sisteme belirli şartlarda
girerken, çıkışta başka şartlarda çıkar. Başlangıçtaki şartlara dön“lmez. (Taze hava olarak
girer, yanmış egzoz gazı olarak çıkar.)
İçten yanmalı motorların genel analizini yapabilmek oldukça zordur. Gerçek çevrime
yaklaştırılmış ideal bir kapalı çevrimin performansını analiz etmek gerçek bir motorda
cereyan eden olayları anlamak açısından faydalı olabilir. Bu amaçla kullanılan
yaklaşımlardan birisi standart hava çevrimi kullanmaktır. Standart hava çevriminin
analizinde bir takın kabuller yapılır. Bu kabuller;
• İş gören akışkan m“kemmel gaz kabul edilen havadır ve bilindiği gibi ideal gazlarda
P.V=m.R.T veya P=.R.T bağlantıları geçerlidir.
• İş gören akışkanın k“tlesinde değişme yoktur.
• T“m prosesler tersinirdir.
• )sı sabit sıcaklıkta ki bir ısı kaynağından alınmakta ve çevrim esnasında kimyasal bir
reaksiyon gerçekleşmemektedir. Yani yanma gerçekleşmemektedir. Bu durumda
silindire gönderilen yakıtın t“m enerjisini açığa çıkardığı da kabul edilebilir.
• )sı sabit sıcaklıktaki bir ısı kuyusuna verilmektedir.
• Sistemden çevresine herhangi bir ısı kaybı yoktur.
• İş gören akışkanın çevrim boyunca özg“l ısıları değişmemektedir (sabittir).
• İş gören akışkanın sabitleri (cv, cp, k ve mol ağırlığı, M) standart atmosfer şartlarındaki
hava ile aynı özelliklere sahiptir (cp=1.005 kj/kgK, cv=0.717 kj/kgK, k=1,4 ve M=29
kg/kmol)
Adnan Parlak, Teorik Standart (ava Çevrimleri, www.yarbis .yildiz.edu.tr
Karma Çevrim
(Seilinger)
Karma Çevrim Seilinger
OKUMA PARÇAS):
• Sıkıştırma (1-2)
Bu safhada, piston alt öl“ noktadan “st öl“ noktaya doğru hareket eder. Bu sırada
emme ve egzoz valfleri kapalıdır, dolayısıyla içerdeki hava sıkışır ve basıncı
grafikte gör“ld“ğ“ gibi artar.
• Sabit Hacimde Yanma (2-3)
Piston “st öl“ noktaya ulaştığı sırada silindire enjektör tarafından yakıt
p“sk“rt“lmeye başlar. Sıkışarak ısınmış havayla karşılaşan yakıt yanmaya başlar,
bunun sonucunda basınç P2'den P3 değerine sıçrama yapar. Sisteme ısı girişinin
olduğu ilk safha bu safhadır.
• Sabit Basınçta Yanma (3-4)
Bu safhada piston aşağı doğru hareketine başlar fakat yanma devam ettiğinden
basınç d“şmez. 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 p“sk“rt“lmemektedir ve yanma durmuştur. Piston aşağı
doğru hareketine devam ettiğinden silindirdeki basınç da d“şmeye başlar.
• Egzoz (5-6)
Sistem 5 nolu noktaya AÖN geldiğinde egzoz valfi açılır. Silindir egzoz sisitemi
ile dışarıya açıldığından silindirdeki basınç atmosferik basınca d“şer. Sistemden
ısının atılması bu safhada gösterilmiştir. Gerçekte, dışarıya ısının atılması
pistonun egzoz stroğunu yapmasıyla olur (grafikte yatay çizgiyle gösterilen
strok), ancak ideal bir çevrimde egzoz stroğunda negatif veya pozitif bir iş
yapılmadığından çevrimde incelenmez, ısının atılması da egzoz valfi açıldığında
bir anda olmuş gibi gösterilir.
Teorik karma çevrimi hava standart çevrimleri içerisinde en genel haldeki
denklemleri verdiğinden ve bazı özel hallerde Diesel ve Otto çevrimlerine ait
form“llerde çıkarılabildiğinden, önce karma çevrimin iş ve verim ifadeleri
çıkarılarak, özel haller için dizel ve Otto çevrimlerine ait özel bağıntılara
geçirecektir.
Çevrimin başlangıç sıcaklık ve basıncı T1 ve P1 dır. İzentropik sıkıştırma
neticesinde 2 noktasındaki sıcaklık değeri:
(P1V1k = P2.V2k) ile (P1.V1=m.R.T1 ve P2.V2=m.R.T2)
T2= T1(V1/V2)k-1= T1. k-1
(1)
2 noktasından itibaren sisteme sabit hacimde ısı eklenmektedir. 3 noktasındaki
sıcaklık değeri;
T3=T2.(P3/P2)
(2)
Burada  = P3/P2 Basınç artma oranı olarak gösterilirse;
=P3/P2=T3/T2
(3)
( 1 ) Denklemindeki T2 eşitliğini ( 2 ) denkleminde yerine koyarsak
T3=T1. . k-1
(4)
İfadesi bulunur. 1 ve 3 noktaları için hal denklemleri yazılıp oranlanır ve 3
denklemi kullanılırsa:
T3=(P3/P1).(V3/V1).T1
(5)
Adnan Parlak, Teorik Standart (ava Çevrimleri, www.yarbis .yildiz.edu.tr
Elde edilir. Sabit basınçta çevrime ilave edilen ısı sonucunda 4 noktasında ulaşılan
sıcaklık
T4=(V4/V3).T3
(6 )
Burada =V4/V3, p“sk“rtme oranı ya da genişleme oranı olarak ifade ederiz. 
ifadesi ( 6 ) denklemine konarak d“zenlenirse;
T4=T1. ..є k-1
(7)
İfadesi bulunur. Son sıcaklık T5 sabit basınçta çevrime ısı s“r“lmesinden sonra
izoentropik genişleme sonunda elde edilir. Buna göre;
T5=T4.(V4/V5)k-1=T4/rek-1
(8)
Bulunur. Burada re=V1/V4=V5/V4 hacimsel genişleme oranını göstermektedir.
Buna göre p“sk“rtme oranı adı da verilen sabit basınçta ısı girişine ait hacim
oranı;
=(V4/V3)=(V4/V2)=(V4/V1).(V1/V2)=/re
(9)
şeklinde ifade edilir. ( 9 ) ifadesindeki re nin ve ( 7 ) ifadesindeki T4 “n eşitlikleri (
8 ) de yerine konulursa:
T5= T1...k-1 /rek-1)= T1..(/re)k = T1. .k
(10 )
Bulunur.
Adnan Parlak, Teorik Standart (ava Çevrimleri, www.yarbis .yildiz.edu.tr
є
Sıkıştırma oranı
V1/V2
 P3 /P2
 V4/V3
re V4/V5
= T3 / T2
= T4 / T3
Basınç artma oranı
P“sk“rtme oranı, kesme oranı
Genişleme oranı
Çevrime transfer edilen ısı ve çevrimden elde edilen rç bilinirse buradan çevrim
verimi bulunabilir. Birim kütlesel akış başına 2 noktasından 4 noktasına ilave edilen
ısı miktarı
qG=cv.(T3-T2)+cp(T4-T3)=
( 15 )
veya;
k 1
qG= cvT1.   1  k   1
(16 )
Çevrim parametreleri cinsinden ifade edersek
qG=cv.T1. k-1[(-1)+.k.(-1)]
( 17 )
51 arasında çevrimden atılan ısı
qÇ=cv.(T5-T1)=cv.T1(T5/T1-1)
( 19 )
qÇ=cv.T1. (.k –1)
( 20 )
Çevrimden birim kütle başına elde edilen işi
Wnet=qG - qÇ
(21)
= cv.T1. k-1[(-1)+.k.(-1)]- (.k –1)
Adnan Parlak, Teorik Standart (ava Çevrimleri, www.yarbis .yildiz.edu.tr
Adnan Parlak, Teorik Standart (ava Çevrimleri, www.yarbis .yildiz.edu.tr
Idealized Diesel Cycle
Dizel Motor – Gerçek Çevrimi
Dizel Motor Çevrimi –Teorik Çevrim
Sıkıştırma (a-b)
• Bu safhada, piston alt öl“ noktadan “st öl“
noktaya doğru hareket eder. Bu sırada emme ve
egzoz valfleri kapalıdır, dolayısıyla içerdeki hava
sıkışır ve basıncı grafikte gör“ld“ğ“ gibi artar.
Sabit Basınçta Yanma (b-c)
• Piston “st öl“ noktaya ulaştığı sırada ısınmış hava
“zerine enjektörden yakıt p“sk“rt“lerek yanma
başlar.
Genleşme (c-d)
• Bu safhada piston aşağı doğru hareketine başlar.
Bu durum d noktasına kadar böyle devam eder.
Piston aşağı doğru hareketine devam ettiğinden
silindirdeki basınç da d“şmeye başlar.
Egzoz (d-e)
• Sistem d noktasına AÖN geldiğinde egzoz valfi
açılır. Silindir egzoz sistemi ile dışarıya
açıldığından silindirdeki basınç atmosferik
basınca d“şer. Sistemden ısının atılması bu
safhada gösterilmiştir. Gerçekte, dışarıya ısının
atılması pistonun egzoz stroğunu yapmasıyla olur
(grafikte yatay çizgiyle gösterilen strok), ancak
ideal bir çevrimde egzoz stroğunda negatif veya
pozitif bir iş yapılmadığından çevrimde
incelenmez, ısının atılması da egzoz valfi
açıldığında bir anda olmuş gibi gösterilir.
Yrd. Doç. Dr. Alp Tekin ERGENÇ, Motorlar Ders Notları,
Yıldız Teknik
Dizel Çevrimi Termodinamiği
Dizel Çevrimi Termodinamiği
Lç  Q1  Q2
t 
Lç
Q1

Q1  Q2
Q
 1 2
Q1
Q1
Q1  m.c p .(T3  T2 )
Q2  m.cv .(T4  T1 )
P3V3 mRT3
V3. T3

 P3  P2 
   g : ön.geniş.oranı
P2V2 mRT2
V2 . T2
P4. T4
P4V4 mRT4
T4
T4 k 1

 V4  V1 
 
 .
T
P1V1 mRT1
P1. T1
T2
2
 k 1
P3V3
P4V4
P4  V3 
k









V
V
P
P


4
1
3
2
g
k
k
P1  V2 
P1V1
P2V2
k
k
k
Yrd. Doç. Dr. Alp Tekin ERGENÇ, Motorlar Ders Notları, Yıldız Teknik
Dizel Çevrimi Termodinamiği
P4
k
 g
P1
k

T
T
 4 . k 1  4  kg1
T2
T2 
T4 T1
T T
 )
( 4  1)
m.cv .(T4  T1 )
cv 1
1
1 T2 T2
T2 T2

  t  1  .
 1 .
t  1 
T
m.c p .(T3  T2 )
cp k
k T ( 3  1)
k ( T3  1)
2
T2
T2
T2 (
gk
1
k
( k 1  k 1 )

(
1 
1
g  1)

 1  . k 1
t  1  .
k
( g  1)
k  .( g  1)
Yrd. Doç. Dr. Alp Tekin ERGENÇ, Motorlar Ders Notları, Yıldız Teknik
Dizel Çevrimi – Ortalama İndike Basınç
Lç  Q1  Q2
t 
Q1  m.cv .(T3  T2 )

T
Lç  t .m.c p .T2  3  1
 T2 
cp
cv
Lç
Q1
k
; Lç   t .Q1
c p  k.cv
T2  T1. k 1
c p  cv  R  cv .k  cv  R  cv 
Lç  t .m.
Pmi 
R
k 1
k
k .R
k .R  T3 
.T1. k 1  g  1  t .
.P1.V1. k 1  g  1
.T2   1  t .m.
k 1
k 1
k  1  T2 
Lç
VH

t .
k
. k 1.P1.V1  g  1
k

.
k
P
k 1
 t .
. 1
. g  1
k  1   1
  1 
V1.

  
Yrd. Doç. Dr. Alp Tekin ERGENÇ, Motorlar Ders Notları, Yıldız Teknik
Supap Diyagramı
Supap Diyagramı
Supap Diyagramı
Caddy 2004
Dizel Motorlardaki G“ç Akışı
Kontak
Mars Motoru
Zamanların
oluşması
Enjektör
Kam mili
Supap iticisi/
İtici çubuğu
Krank Mili
Piston/Biyel/Krank
Külbütor parmağı
Biyel
Volan
Supaplar
(emme, egzoz)
Piston
Kavrama/Vites K./Şaft
Diferansiyel/Tekerlek
Enjeksiyon
sistemi
Okuma Parçası: Dizel motorların bug“n“ ve geleceği…
G“n“m“zde ve gelecekte dizel motorlarda hacim k“ç“ltme performans arttırma
stratejisine yönelik olarak; yakıt enjeksiyon sistemleri, yanma prosesi, motor
soğutma etkinliğinin arttırılması, egzoz ısı ve emisyon yönetimi, dolgu yönetimi
ve toleransların azaltılması gibi konular “zerine yoğun olarak çalışmalar
y“r“t“lmektedir. Özellikle yakıt enjeksiyon alanında; piezo-injector kullanımı
(piezo-injectors), bir çevrimde birden çok enjeksiyon, homojen dolgulu sıkıştırma
ile ateşleme (homogeneous charge compression ignition-HCCI) kontrol“ gibi
konular “zerinde çabalar harcanırken; paralelinde yanma prosesine yönelik
olarak ta, sıkıştırma oranının azaltılması ve kısmen homojen yanma öne çıkan
konulardır [Alexander Freitag, The Past – Present – Future of Clean Diesel , Bosch, 07.12.2011].
Common rail teknolojindeki iyileştirmelerle bug“n 2000 barlık p“sk“rtme
basınçlarına çıkılabilmektedir. Gelecekte enjeksiyon basıncındaki artış devam
edecektir [Alexander Freitag, The Past – Present – Future of Clean Diesel, Bosch, 07/08/2011]. 2015 li yıllarda
selenoid vafli common rail sistemlerdeki p“sk“rtme basıncı 2200 bar, piezo-valfli
common rail sistemlerdeki p“sk“rtme basıncı ise 2400 bar olacağı
öngör“lmektedir [Alexander Freitag, The Past – Present – Future of Clean Diesel, Bosch, 18/05/2009].
K)SA K)SA…
The calorific values of carbon and hydrogen have been experimentally
determined with considerable accuracy, and are usually given as —
Carbon 33 000 kJ/kg, or 14200 Btu/lb
Hydrogen 144300 kJ/kg, or 62100 Btu/lb
***
Average petrol consists approximately of 85% carbon and 15%
hydrogen by weight.
***
Its gross calorific value is about 46000 kJ/kg, or 19 800 Btu/lb.
***
The French CV (chevaux) and the German PS (pferdestarke), both
meaning horse power , must be replaced by the SI unit, the kilowatt,
1 kW being 1.36 PS.