Motor Deneyleri - Abdullah Demir

MARMARA ÜNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ
Motorlarda Performans
HAZIRLAYAN
Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR
Engine Performance
Engine performance is an indication of the degree of success of
the engine performs its assigned task, i.e. the conversion of the
chemical energy contained in the fuel into the useful mechanical
work. The performance of an engine is evaluated on the basis
of the following :
(a) Specific Fuel Consumption
(b) Brake Mean Effective Pressure
(c) Specific Power Output
(d) Specific Weight
(e) Exhaust Smoke and Other Emissions
The particular application of the engine decides the relative
importance of these performance parameters.
Mean Effective Pressure: Mean effective pressure is
defined as a hypothetical/average pressure which is
assumed to be acting on the piston throughout the
power stroke.
Applied Thermal Engineering
Engine Performance
For Example: For an aircraft engine specific
weight is more important whereas for an
industrial engine specific fuel consumption is
more important.
For the evaluation of an engine performance
few more parameters are chosen and the effect
of various operating conditions, design
concepts and modifications on these
parameters
are
studied.
The
basic
performance parameters are the following :
(a) Power and Mechanical Efficiency
(b) Mean Effective Pressure and Torque
(c) Specific Output
(d) Volumetric Efficiency
(e) Fuel-air Ratio
(f) Specific Fuel Consumption
(g) Thermal Efficiency and Heat Balance
(h) Exhaust Smoke and Other Emissions
(i) Specific Weight
Mean Effective Pressure: Mean effective
pressure is defined as a hypothetical/average
pressure which is assumed to be acting on the
piston throughout the power stroke.
Applied Thermal Engineering
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 güç, tork ve yakıt
sarfiyatı
değişimlerine
motor
karakteristikleri denir.
BMW 2 liter diesel engine
Temel Kavramlar
Zaman veya Strok: Motorlarda, pistonun ÜÖN ile AÖN arasındaki hareketine “zaman” veya
“strok" adı verilmektedir. Bu hareket dört zamanlı motorlarda krank mili açısı cinsinden 1800dir.
Kardeş Çalışan Pistonlar: Silindirler içinde aynı yönde, aynı yükseklikte beraber hareket edip
farklı zamanları yapan pistonlardır. Örnek olarak ÜÖN’dan AÖN’ya hareket eden iki pistondan
biri emme, diğeri genişleme zamanındadır.
Supap Bindirmesi: Dört zamanlı motorlarda egzoz zamanı sonu ve emme zamanı başlangıcında
her iki supabın belli bir süre beraberce açık bulunmasına supap bindirmesi denir.
Sente: Dört zamanlı motorlarda sıkıştırma zamanı sonunda ve genişleme zamanı başlangıcında
piston ÜÖN’da bulunduğunda emme ve egzoz supaplarının kapalı kalmasına sente denir.
Avans: Motorlarda yanmanın termodinamik bakımdan en uygun zamanda bitirilmesi için
sıkıştırma zamanı sonlarında piston ÜÖN’ya gelmeden birkaç derece önce, dizel motorlarında
püskürtmenin, benzin motorlarında buji kıvılcımının çakıp yanmanın başlatılmasına avans
denir.
Temel Kavramlar
İndike (İç) güç: Motorun silindirleri içinden veya piston üzerinden alınan güce indike
güç denir. İndike gücün ölçülmesi için silindirlerdeki maksimum yanma sonu
basıncının basınç ölçerlerle ölçülmesi gerekir.
Efektif (Faydalı) güç: Motorun krank mili yada volanından ölçülen güce efektif güç
denir. Efektif gücün ölçülmesi için dinamometreler kullanılır.
Verim: Elde edilen sonuç ile bu sonucu elde etmek için harcanan çaba arasındaki
oranı ifade eder. Motorda alınan gücün verilen güce oranının yüzde olarak ifadesidir.
Daima yüzde yüzden azdır.
Mekanik verim: Motorun çıkışından alınan gücün piston üzerinden alınan güce
oranıdır. Mekanik verim, silindir içerisinde yanmadan dolayı oluşan gücün krank
milinden alınıncaya kadar ne kadar kayba uğradığını gösterir. Silindirde elde edilen
güç, krank milinden alınıncaya kadar, başta sürtünme ve atalet kayıpları olmak
üzere bir çok mekanik kayba uğrar.
Motorun gücü;
 Ortalama efektif basınca,
 Strok hacmine
 Dönme sayısına
bağlıdır.
Motorlarda Performans
Termik verim: Motorun, yakıtın yanmasından oluşan enerjiyi faydalı bir işe
dönüştürebilme oranıdır. Yanma sonucunda oluşan ısı enerjisinin büyük bir kısmı
soğutma, yağlama sistemi ve egzoz gazları ile dışarı atılır. Ancak geriye kalan ısı
verimli işe çevrilebilir.
Hacimsel (Volümetrik) 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 düşebilir.
Özgül yakıt sarfiyatı: Motorun 1kWh başına harcadığı yakıt miktarına denir.
Alt ısıl değer ve Üst Isıl Değer: Yanma tepkimelerinde bilinmesi gereken iki
tanımlama alt ısıl değer ve üst 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 üst ısıl değer, buharlaşma ısısı dahil olmak
üzere açığa çıkan toplam ısı enerjisidir.
Temel Kavramlar
www.consumerenergycenter.org
Temel Kavramlar
www.sankey-diagrams.com
Temel Kavramlar
www.sankey-diagrams.com
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
Temel Kavramlar
Hava fazlalık katsayısı (λ): Birim
miktardaki yakıt için kullanılan hava
miktarının, teorik tam yanma için gerekli
minimum hava miktarına oranıdır.
λ = Sisteme sürülen gerçek hava
miktarı/Teorik hava miktarı
Yakıt fazlalık katsayısı (φ): Birim
miktardaki hava için kullanılan yakıt
miktarının, teorik tam yanma için gerekli
minimum yakıt miktarına oranıdır.
Φ = Sisteme sürülen gerçek yakıt
miktarı/Teorik yakıt miktarı
Dizel Motorlarda Hava Yakıt Oranı
(A/F): Dizel motorlarda daima λ>1
büyüktür.
Bazı Kavramlar
Hava Yakıt Oranı (A/F): Genellikle kütlesel olarak ifade edilir ve bir yanma işleminde hava
kütlesinin yakıt kütlesine oranı diye tanımlanır.
Stokiyometrik oran: (λ= 14,7/1)
Benzin motorlu otomobillerin optimum emisyon kontrolünün ve yakıt ekonomisinin hava/yakıt
oranının yaklaşık 14.7/1 olduğu zaman sağlanacağı bulunmuştur. Hava/yakıt karışımı
stokiyometrik değerlerin altında veya üzerinde olduğu zaman bu durum sensör tarafından
algılanarak geri beslenme sinyali üretilir.
Volumetric efficiency – diesel engine
Automotive Science and Mathematics, Allan Bonnick, 2008
Torque vs. engine speed
Specific fuel consumption vs. engine speed
Automotive Science and Mathematics,
Allan Bonnick, 2008
Motor Karakteristikleri
Tork ve Performans Eğrisi
Motor kodu
BJB
Motor hacmi
1896 cm³
Silindir başına supap
2
Silindir çapı
79.5 mm
Strok
95.5 mm
Sıkıştırma oranı
18 : 1
Maks. güç
77 kW 4000 d/d’de
Maks. tork
250 Nm 1900 d/d’de
Motor işletim sistemi
Egzoz gazı
sonrası iyileştirme:
EDC 16
Egzoz gazı devridaimi ve
oksidasyon katalizatörü
Egzoz emisyon standartı
EU 3/EOBD
Devir (rpm)
Motor gücü, belli bir düzeye kadar dev/dak ile orantılı olarak artar. Çünkü dev/dak
yükseldikçe zaman başına düşen iş miktarı artırılır. Ancak, belirli bir değerin
üzerinde dönemeyen dinamik parçalar nedeniyle, dev/dak ve güç çıkışında
sınırlamalar vardır.
Caddy 2004
Bir dizel motorun performans eğrileri
Üstten kamlı benzinli bir motorun tipik performans eğrileri
Characteristic curves of
diesel engine variables
Automotive Science and Mathematics,
Allan Bonnick, 2008
Motor Karakteristikleri
Automotive Handbook, 2002
Ortalama Efektif Basınç: Motorun gerçek çevrimdekine eşdeğer bir Pe gücü vermesi
için bir strok boyunca pistona etkimesi gereken sabit basınçtır.
Motor Karakteristikleri
W'yi (Watt) temsil eden SI birim sisteminde 1 PS
PS: Pferdestärke
yaklaşık 735.4 W'tır. Bu nedenle, 100 PS = 73.5 kW
veya 100 kW = 136 PS'dir.
Bir beygir gücü (hp), 75 kg'lik
ağırlığı bir saniyede 1 m çekmek
için gereken güçtür.
Kia, 2007
Motor Karakteristikleri
4 çeşit beygir gücü (hp, horse power) tanımı vardır.
Bunlar; uluslararası, metrik, su ve elektriktir.
Bunların arasında çok küçük farklar vardır.
1hp (international/uluslararası)
: 745,699872 W
1hp (electrical/elektrik)
: 746 W
1hp (water/su)
: 746,043 W
1hp (metric/metrik)
: 735,4988 W
Motor Karakteristikleri
Motor gücü ve torku
Okuma Parçası: Temel motor performansı, motor gücü ve torku gibi iki ana faktör ile
temsil edilir. Genellikle, motor performansının en önemli bileşeni beygir gücü (hp) de
denilen çıkıştır (güçtür). Beygir gücü, belirli bir sürede yapılan iş miktarını gösteren iş
verimliliğidir. Bu konsept, İngiltere'de buhar makinesini icat eden James Watt
tarafından önerildi. Bir beygir gücü (hp), 75 kg'lik ağırlığı bir saniyede 1 m çekmek
için gereken güçtür. Beygir gücü (HP) için daha sıkça kullanılan bir kısaltma Almanca
"Pferdestärke" kelimesinden türeyen PS'dir. Motor gücü günümüzde kW cinsinden
belirtilir. 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. Teknik özelliklerde bazen
kW/devir biriminden önce (Net) veya (Brüt) gibi ek kelimeler görebilirsiniz. Brüt
değer, motor araçtan sökülmüş olduğu zamanki saf motor gücüdür. Net değer ise, motor
araca takılı olduğu zamanki motor gücüdür. Benzinli motorda, net değer brüt değerden
%15 daha azdır. Bu, şanzımandan, lastiklerden, vb gelen sürtünme kayıplarından
kaynaklanır. Eğer belirtilmediyse, daha büyük olan değer brüt değerdir. Motor gücü, bir
zaman işlevidir. Motor gücü, dev/dak ile orantılı olarak artar, çünkü dev/dak
yükseldikçe zaman başına düşen iş miktarı artırılır. Ancak, belirli bir değerin üzerinde
dönemeyen dinamik parçalar nedeniyle, dev/dak ve güç çıkışında sınırlamalar vardır.
Bu nedenle maksimum güç çıkışı dev/dak ile gösterilir, örneğin 6000 dev/dak'ta 100
kW gibi.
Tork (Moment), motorun döndürme kuvvetini ifade
eder ve yaygın kullanılan birimi “Newton Metre”
(Nm)’dir.
Motor Karakteristikleri
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 yükseldikçe belli bir devire kadar
artar ve bu devirden sonra, motor devri arttırılmaya
devam 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, tekerlek
yarıçapının çarpımına eşittir. Dolayısıyla, bu tork ne kadar büyük olursa; araç o kadar hızlı
ivmelenebilir ve seri manevralar yapabilir. Tabii; lastiğin zeminle arasında oluşturabileceği azami
sürtünme kuvvetinin aşılmaması, yani patinaja yol açılmaması kaydıyla.
Ortalama Efektif Basınç: Motorun gerçek çevrimdekine eşdeğer bir Pe gücü vermesi için bir strok
boyunca 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 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.
Brake mean effective
pressure vs. sfc at constant
engine speed
Automotive Science and Mathematics,
Allan Bonnick, 2008
Çap Strok Oranı
Motor dizaynında;
 Güç
 Dönme sayısı
 Silindir sayısı ve tertibi
 İki ya da dört zamanlı oluşu gibi etkenler göz önüne
alınarak;
Motorun ana boyutları olan
 silindir çapı (D) ve
 strok (H) belirlenir.
Kısa strok: Kısa strok, yüksek güçlü ve yüksek yüklü
motorlar için kullanılır. Strok/çap oranı 1'den daha 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 daha
yüksektir. Bu da strokun çaptan daha büyük olduğu
anlamına gelir.
Kare strok: Strok/çap 1'dir. Bu da strokun çapa eşit
olduğu anlamına gelir.
Kia, 2007
Çap Strok Oranı
Toyota
 Strok-çap oranı, motorun boyutlarını (yani uzunluğunu, genişliğini ve yüksekliğini
etkiler.
 Strok-çap oranı, sıkıştırma oranını etkiler.
 Strok-çap oranı, sıkıştırma hacminin yüzey alanının (Ac), sıkıştırma hacmine oranını da
etkiler. Bu oran ısının soğutma ortamına geçişini tanımlar. Bunun için Ac/Vc’nin
mümkün mertebe küçük olması istenir.
 Strok-çap oranı, krank mili titreşimlerini etkiler. Aynı strok hacminde strok-çap oranı ne
kadar küçük ise, krank mili titreşimi o kadar büyük olur.
Çap, Strok ve Hacim
Kia, 2007
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
26, benzinli motorlar ise 8 ile 11 arasında bir
sıkıştırma oranına sahiptir. Sıkıştırma oranı
artarsa, motorun verimliliği ve gücü de artar.
Sıkıştırma oranı belirli bir seviyeye kadar
arttırılabilir, çünkü güç 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
Motorlarda Sürtünme
Classification of Mechanical Losses
 Internal combustion engines involve mechanical losses due to relative
motions among the components such as Piston, crank and valve trains
or bearings.
 A mechanical efficiency of internal combustion engine (ICE) is 0% at
idling and about 90% at high operating load.
P M V Subbarao, “Estimation of Mechanical Losses in An Engine”, Mechanical Engineering Department
Major Components of IC Engine Friction





Crank shaft friction
Reciprocating friction
Valve train friction
Auxiliary component friction
Pumping losses
Pompalama kayıpları: Emme zamanında
dolguyu silindire ve egzoz zamanında da
yanma artıklarını silindirden atmak için
gerekli
işe
pompalama
kaybı
denmektedir. Supap zamanlamasının
pompalama kayıplarına önemli derecede
etkisi vardır. Dolgu değişiminde, sadece
supap sisteminin değil, aynı zamanda
emme ve egzoz kanalları boyutlarının da,
özellikle motor devrine ve yüküne bağlı
olarak işletme koşullarını büyük ölçüde
etkiler.
P M V Subbarao, “Mechanical Losses in An Engine”, Mechanical Engineering Department
Distribution of Fuel Power
P M V Subbarao, “Mechanical Losses in An Engine”, Mechanical Engineering Department
Distribution of Mechanical Losses
P M V Subbarao, “Mechanical Losses in An Engine”, Mechanical Engineering Department
Friction: Measurement Methods
 Measurement of FMEP from IMEP
 Direct Motoring Tests
 Willans Line
 Morse Test
imep - indicated mean effective pressure
fmep - friction mean effective pressure
P M V Subbarao, “Estimation of Mechanical Losses in An Engine”, Mechanical Engineering Department
Morse testi
Motor fren gücünün indike güçten daha
küçük olmasına sebep olan güç
kayıplarının temel nedenleri; motor
yataklarındaki, supaplardaki, pistonsegman ve silindirlerdeki sürtünme
kayıplarıdır. Morse testi, sürtünme
kayıpları ve aynı zamanda çok silindirli
bir motorun indike gücü için yaklaşık
değerler sağlayan bir motor testidir.
Morse testi, bir dinamometrede sabit
motor devrinde yürütülür.
Testin birinci fazında tüm silindirler
ateşlediğinde motorun fren gücü
kaydedilir. Devamında bir silindirin
ateşlemesi devre dışı bırakılır ve
dinamometrenin yükü; motoru, tüm
silindirlerde
ateşlemenin
olduğu
durumdaki hıza getirilmesi için ayarlanır.
Sonra fren gücü kaydedilir.
The Morse test is applicable only to
multicylinder engines.
In this test, the engine is first run at the
required speed and the output is
measured.
Then, one cylinder is cut out by short
circuiting the spark plug or by
disconnecting the injector as the case may
be.
Under this condition all other cylinders
‘motor’ this cut-out cylinder. The output is
measured by keeping the speed constant
at its original value.
The difference in the outputs is a
measure of the indicated horse power of
the cut-out cylinder.
Thus, for each cylinder the ip is obtained
and is added together to find the total ip of
the engine.
Morse test
Reading Text
Frictional losses in the engine bearings, the valve train and the piston and piston
rings are the main causes of the power loss that makes the brake power of an
engine smaller than the indicated power. The Morse test is an engine test that
give an approximate value for the frictional losses and which also provides
an approximate value for the indicated power of a multi-cylinder engine. The
Morse test is conducted at constant engine speed on a dynamometer.
The first phase of the test records the brake power of the engine when all
cylinders are firing. Subsequently, one cylinder is prevented from firing and the
dynamometer load is adjusted to bring the engine up to the same speed as it was
when all cylinders were firing, the brake power then being recorded. The
difference between brake power with all cylinders working and that obtained
when one cylinder is cut out is the indicated power of the cylinder that is not
working. This procedure is repeated for each of the cylinders and the indicated
power for the whole engine is the sum of the power of the individual cylinders.
Dinamometre Testleri
Testing Commonly Measured Parameters
1. Torque
2. Speed
3. Fuel Consumption
4. Emissions
5. Temperatures (head, exhaust, coolant)
Occasionally Measured Parameters
1. Combustion Pressure
2. Ignition Timing
3. Dynamics (accelerations, vibrations, stress)
4. Knock
5. Intake/Exhaust Pressures
6. Valve Lift
7. Acoustics
Note: These parameters can be measured manually or automatically.
Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University
Science Malaysia, June 26-2008
Motor deneyleri genel olarak
a) Bir motorun; yapımcı firmanın garanti ettiği
karakteristik
özellikleri
gerçekleyip
gerçeklemediğinin kontrolü,
b) Motorları geliştirme çalışmalarında; çeşitli
yapısal (konstrüktif) ve işletme özelliklerinin
motor karakteristikleri üzerindeki etkilerinin
belirlenmesi, amaçları ile yapılır.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuv
arfoyleri/lab18.pdf
Motor Deneyleri
Motor Deneyleri
Bu amaçlarla; motorların istenen bazı işletme büyüklüklerinin sabit tutulabildiği ve istenen bazı
büyüklüklerin değiştirilebildiği bir deney düzeneğine bağlanmaları ve çalıştırılmaları gerekir.
Böylece motor çeşitli koşullar altında çalışırken gerekli bilinmeyen büyüklükler ölçülür.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf
Motor
Deneyleri
Motor Deneylerinde Çeşitli Büyüklüklerin
Ölçülmesi:
1. Motorun yüklenmesini ve döndürme
momentinin ölçülmesini sağlayacak bir
yükleme elemanı,
2. Devir sayısını ölçmeye yarayan bir
takometre,
3. Yakıt tüketimini ölçmeyi sağlayan bir ölçekli
kap,
4. Hava debisini ölçmeye yarayan bir orifıs
veya lüle ve bir sıvılı manometre düzeneği,
5. Soğutma suyunun debisini ölçmeye yarayan
bir lüle ve manometre veya rotametre
düzeneği,
6. Egzoz gazlarının sıcaklığını ölçmeye yarayan
bir termokupl termometre ve göstergesi,
7. Emme havası giriş, soğutma suyu giriş ve
çıkış
sıcaklıklarını
ölçmeye
yarayan
termometre ve göstergeler bulunan bir deney
sistemi kullanılmalıdır.
Motor Deneyleri
Rotametre: Rotametre; içinden debisi ölçülecek olan sıvının aktığı, düşey konik bir silindir ve silindir
içinde hareket edebilen bir topaçtan oluşur.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf
Motor Deneyleri
İndikatör diyagramı: Silindir içindeki basınç değişimini gösteren indikatör
diyagramı
günümüzde
elektronik
yollarla
duyarlı
bir
şekilde
belirlenebilmektedir.
Elektronik
yöntemle
indikatör
diyagramının
belirlenmesinde, silindir içindeki basınç değişimi bir transducer ile elektrik
sinyallerine dönüştürülmekte, daha sonra bu sinyaller bir amplifikatörde
yükseltilerek bir bilgisayara aktarılabilmekte veya bir osiloskoba
gönderilebilmektedir. Basıncın krank açısına veya silindir hacmine göre
değişimi osiloskobun ekranında gözlenebilmekte, istenirse fotoğrafı da
çekilebilmektedir. Bu yolla çeşitli motor karakteristiklerinde yapılacak
değişikliklerin indikatör diyagramı üzerindeki etkileri deneysel olarak
incelenebilmekte, ayrıca indikatör diyagramı ile teorik hesaplama yöntemlerinin
doğruluk derecesi kontrol edilebilmektedir.
Transducer:
Bir
sinyali
istenilen sinyale çeviren etkin
devre elemanıdır.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf
Egzoz gazları: Egzoz gazları çeşitli
kimyasal, optik veya değişik yollarla
analiz
edilerek
motor
karakteristiklerinin egzoz gazları ve
dolayısı ile yanma üzerindeki etkileri
incelenebilmektedir.
Motor Deneyleri
Sıcaklık dağılımları: Değişik motor
elemanları
üzerine
yerleştirilen
elektronik termometrelerle sıcaklık
dağılımının,
ısıl
yüklerin
çeşitli
karakteristiklere bağlı olarak nasıl
değiştikleri incelenebilmektedir.
Gaz akışı olayları: Motorların emme ve
egzoz kanallarındaki gaz akışı olayları
ve silindir içindeki gaz hareketleri;
kızgın tel anemometresi veya laserdoppler anemometresi yardımı ile
deneysel olarak incelenebilmektedir.
Böylece motorların emme ve egzoz
donanımlarının ve yanma odalarının
geliştirilmesine çalışılmaktadır.
Anemometre, rüzgar/hava hızını ölçen alettir.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf
Motor Deneyleri
Motor Deneyi Çeşitleri:
Motorlar uygulamada çoğunlukla
ya taşıtlarda ya da stasyoner
olarak (generatörlerde veya inşaat
makinelerinde) kullanılmaktadır.
Bu kullanım alanlarına göre
motorlardan beklenen özellikler
farklı farklıdır. Örneğin; bir taşıt
motoru sabit gaz durumunda
motor yüküne göre belirli bir alt ve
üst devir sayısı aralığında çalışmalı
ve
bu
aralıkta
özellikleri
bilinmelidir. Öte yandan bir santral
motoru; üretilen elektriğin belirli
bir frekansta olması için, sabit
devir
sayısında
çalışmalıdır.
Motorların bu farklı tür çalışma
koşullarına uygun olarak, motor
deneyleri de farklı olabilir.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf
Motor Deneyleri
1. Taşıt Motorları Deneyleri:
Bu amaçla motor çalıştırıldıktan sonra; bir taraftan gaz arttırılırken, araç
bir su freni veya jeneratör aracılığı ile yavaş yavaş yüklenir. Gaz kolu
istenen konuma getirildiğinde motor uygun şekilde yüklenerek en düşük
devirde kararlı çalışması sağlanır. Bu yük altında motorun devir sayısı en
düşük (minimum) devir sayısıdır. Daha sonra yük yavaş yavaş azaltılarak
motorun devir sayısının artması sağlanır. Her adımda; devir sayısı,
döndürme momenti,… gibi motorun istenen karakteristikleri ölçülür. Her
hızdaki ölçüm yapılırken motorun en az 1 dakika kararlı olarak
çalışması gerekir. Böylece, belirli gaz konumunda, en düşük devirden en
yüksek devire kadar motorun karakteristikleri belirlenmiş olur. Benzer
işlemler istenirse değişik gaz konumlarında da yinelenir. Ölçülen
değerler kullanılarak efektif güç, ortalama efektif basınç, özgül yakıt
tüketimi, efektif verim vb. gibi çeşitli teknik büyüklükler hesaplanır.
Daha sonra hesaplanan bu değerler devir sayısına bağlı olarak eğriler
şeklinde veya performans eğrileri biçiminde çizilir.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf
Motor Deneyleri
2. Motorların
Geliştirme
Deneyleri:
Motorları
geliştirme
çalışmalarında; motor belirli bir gaz konumunda çalışırken sıkıştırma
oranı, ateşleme avansı, yakıt-hava oranı vb. gibi teknik özelliklerden
biri değiştirilir. Örneğin her sıkıştırma oranında yükleme ayarlanarak
motorun devir sayısının sabit kalması sağlanır. Her adımda gerekli
büyüklükler ölçülür. Elde edilen sonuçların değerlendirilmesi ile
sıkıştırma oranının motorun çeşitli teknik özelliklerini nasıl etkilediği
ve en uygun sıkıştırma oranının ne seçilmesi gerektiği belirlenmiş olur.
3. Stasyoner Motor Deneyleri: Elektrik santralleri, şantiye ve inşaatlar
gibi alanlarda kullanılan stasyoner motorların yükleri en düşük
değerden başlamak üzere yavaş yavaş arttırılır ve her yükleme
durumunda gaz ayarlanarak devir sayısının sabit kalması sağlanır.
Böylece sabit devir sayısında çeşitli yüklerde motorun karakteristik
değerleri belirlenir ve daha sonra gerekli işlemler yapılarak istenen
büyüklükler hesaplanır. Ölçülen veya hesaplanan bu değerler motor
gücüne bağlı eğriler şeklinde değerlendirilir.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf
Motor Deneyleri
1. Taşıt Motorları Deneyleri: Taşıtlarda,
motorun ürettiği güç, güç aktarma
organları
(kavrama,
dişli
kutusu,
diferansiyel
ve
akslar)
tarafından
tekerleklere iletilir ve taşıtın hareketini
sağlar. Taşıtların kalkış ve duruşlarında ve
çeşitli yol koşularındaki hareketlerinde
gerekli döndürme momentleri ve devir
sayıları farklı farklıdır. Motorun, taşıtın
çalışma koşullarına uyum sağlayabilmesi
için, değişik gazlarda ve devir sayılarında
çalışması gerekir. Bu nedenle taşıt
motorları, sabit gaz durumlarında değişik
devir
sayılarında
denenir.
Taşıt
motorlarının
değişik
hızlarda
denenebilmesi için; tam gaz, 3/4 gaz, 1/2
gaz, 1/4 gaz gibi istenen gaz durumlarında
en düşük ve en yüksek hızların aralığında
çalıştırılmaları gerekir.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf
Motor Deneyleri
Bu düzeneklerde gerekli büyüklüklerin ölçülmesi ve hesaplanması:
1. Yükleme Elemanları ve Momentin Ölçülmesi: Motor deneylerinde üretilen gücü
yutan ve yüklemeyi sağlayan başlıca iki tür yükleme elemanı kullanılır.
1.1. Jeneratör ile Yükleme (Elektrik Dinamometresi): Motorun mili bir jeneratöre
bağlanırsa, motorun ürettiği güç elektrik enerjisine çevrilmiş olur. Bu elektrik enerjisi
paralel bağlı dirençlerde ısıya dönüştürülerek harcanabilir. Anahtarlarla kumanda
edilen dirençlerden istenilen kadarı devreye sokularak motorun yükü ayarlanmış olur.
Elektrik dinamometresinin rotoru denenecek motorun miline, statoru ise bir
dengeleme düzeneğine bağlanmıştır. Dinamometre (Jeneratör) çalışırken, yani elektrik
üretirken statorda bir zıt elektromotor kuvvet oluşur ve stator rotorun dönme
yönünde dönmek ister. Motorun mekanik gücü veya dinamometreden çekilen
elektriksel güç arttıkça, etki eden döndürme momenti de büyür. Demek ki statorda bu
şekilde oluşan moment; motor milindeki döndürme momentine eşittir.
Dinamometrenin statoruna etki eden bu moment bir dengeleme sistemi ile
dengelenebilir ve ölçülebilirse, motorun döndürme momenti belirlenmiş olur. Bu
amaçla stator, iki ucundan serbestçe dönmesine olanak sağlayan yataklar üzerine
oturtulur. Öte yandan statora etki eden moment, bir ucu moment koluna bağlı ve diğer
ucu yere sabit olarak tutturulmuş bir yaylı terazi ve moment koluna asılan ağırlıklar
tarafından dengelenir.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf
Motor Deneyleri
1.2. Su Freni ile Yükleme
Motor deneylerinde yükleme ve moment ölçümü için uygulanan en yaygın yöntemlerden
biri de su freni (hidrolik fren)dir. Hidrolik frenlerde genellikle sıvı olarak su kullanılır.
Su frenleri motor yüküne bağlı olarak çeşitli tiplerde yapılmakta ise de çalışma ilkeleri
tümünde aynıdır. Su freni motor miline bağlı olarak dönen özel kanatlı bir rotor ve rotoru
çevreleyen, yataklar üzerine oturtulmuş bir statordan oluşur. Statorun iç tarafında da
kanatlar olabilir ve statora elektrik dinamometresindeki gibi bir moment ölçme düzeneği
eklenir. Motor; rotoru çevirmeye başladığında, rotorun kanatları suyu dışa doğru fırlatır
ve çevrede girdap hareketleri yapan bir su tabakası oluşur. Böylece girdap, dönme
hareketleri ve radyal hareketler gibi karmaşık hareketler yapan su bir taraftan ısınarak
motorun ürettiği mekanik enerjiyi yutarken, öte yandan motorun döndürme momentine
eşit bir momentle su freninin statorunu çevirmeye çalışır.
Stator iki ucundan rulmanlı olarak yataklanmıştır ve üzerine etki eden momentin etkisi
ile dönmek ister. Statora eklenen yaylı bir ölçme düzeneği ile hem statorun dönmesi
sınırlanır, hem de motorun söz konusu döndürme momentine karşı gelen ve moment koluna
etki eden kuvvet ölçülür. Deneyden önce J koluna asılan, bilinen ağırlıkların moment
etkilerinden yararlanılarak, motor dururken transducer’in kalibrasyonu yapılır. Su
freninin içindeki su zamanla ısınacağı için sürekli olarak değiştirilmelidir. Frenin içindeki
su miktarı arttıkça yutulan enerji de artar. Su girişine yerleştirilen ayarlanabilir bir A
vanası ile, su miktarı ve sonuçta motorun yüklenmesi istenilen şekilde ayarlanır.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf
Motor Deneyleri
www.directindustry.com
Motor Deneyleri
www.directindustry.com
Motor Deneyleri
www.dynesystems.com
Motor Deneyleri
www.dynesystems.com
Motor Deneyleri
www.sciencedirect.com
Dinamometre
A Dynamometer is a LOAD device
It applies a load to an engine so we can test the
performance of the engine under a variety of
circumstances (Power, Speed)
Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University
Science Malaysia, June 26-2008
Dinamometre Testleri
Reading Text:
 A Dynamometer is load device used to measure an engines torque and speed.
We often measure Fuel Consumption, Emissions and other parameters as well.
 A dynamometer can also be used to control the speed of the engine by varying the
load placed on the engine.
 Dynos are often used to test different engine designs at the same load settings
(Torque and Speed) for comparison purposes.
 We want to test the engine under conditions similar to the actual conditions
(speed, torque) in the field, or even “simulate” an actual drive cycle with the
dynamometer
Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University
Science Malaysia, June 26-2008
Dinamometre Testleri
Dynamometers
There are 2 basic kinds of dynamometers:
Absorption Dynamometers: These are devices that absorb the mechanical power from the test
engine.
Transmission Dynamometers: These are basically torque measurement devices placed in a
power transmission link (ie. a shaft). They can be used to measure torque and speed, and thus
power.
All Absorption Dynamometers share some basic features: The shaft is connected to a Rotor housed
in a Stator. There is some form of coupling (mechanical, hydraulic, aerodynamic, electromagnetic)
between the Rotor and Stator.
Equal and opposite torques are induced on the Rotor and Stator:
Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University
Science Malaysia, June 26-2008
Dinamometre Testleri
Comparison of Dyno Designs
Frictional: Oldest design. Hard to control. Wear on
Various Dyno Designs
There are many different
designs
used
in
dynamometers. Here are the
most common ones:
1. Frictional
2. Hydraulic
3. Generator
4. Eddy current
5. Fan
6. Vehicular
7. Motored Dynos
frictional surfaces is a problem.
Hydraulic: Highest power in smallest package
(pump).
Generator: Inexpensive and easy to control. Fairly
large for a given power.
Eddy current: Easiest to control. Low Inertia and
bearing losses.
Fan: Very inexpensive. Needs careful calibration.
Less accurate.
Vehicular: Requires measurement of vehicle mass.
Ignores air drag. Good for vehicular studies.
Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University
Science Malaysia, June 26-2008
Dynamometer
Automotive Engineering - Powertrain, Chassis System and Vehicle Body Edited by David A. Crolla, 2009
Dinamometre Testleri
Engine Dynamometer
Couples directly to the engine
No gearbox or transmission
Engine speed = Dyno speed
A Dynamometer may also be
coupled to the output of a
transmission or gear box.
Speed and Torque of the engine
and dyno are different by the gear
ratio (Speed ↓, Torque ↑).
Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University
Science Malaysia, June 26-2008
Dinamometre Testleri
Bearings
The body of the dynamometer
must be free to rotate, so it is
supported on bearings.
Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University
Science Malaysia, June 26-2008
Load Cell Mounting
The rotation of the dynamometer
housing is resisted by a load cell
which measures the force. The Load
cell should be loaded in only one
direction (ie. axially) to avoid biasing
the output. Generally the load cell is
mounted
so
the
force
is
perpendicular to the axis of the
shaft.
Dinamometre Testleri
Torque Measurement
Torque is almost always measured
with a strain gage instrumented
“load cell” or force transducer. This
is a mechanical member which
undergoes significant strain with an
applied force.
Load Cell mounts via ball-joint ends
Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University
Science Malaysia, June 26-2008
Durability is usually expressed as a minimum time
or vehicle mileage before the occurrence of any
major type of structural failures (e.g., wear-out). For
example, a B10 durability life is the expected life
(e.g., 20,000 hours or one million miles) at which
10% of the population fails. A B50 durability life is
the expected life at which 50% of the population fails.
A durability specification of B10 life at one million
miles (or equivalent number of engine hours)
represents that 10% of the engine population will fail
within one million miles. The equivalent reliability
specification can be stated as the reliability is 90% or
the probability of failure is 10% at one million miles.
Engine durability testing is the most important
development work to validate the design after the
prototype is available.
Typical engine durability tests include full-load test
in the lab, over-fueling test, loadcycle tests, field
test in vehicles, etc.
Engine
durability
testing
Motor
dayanıklılık
testi
(Engine durability testing)
B10
olarak
tanımlanan
dayanaklılık
ömrü
(B10
durability
life)
beklenen
ömürdür. B10, 20.000 saatlik ya
da 1 milyon millik çalışma
anlaşılır. 10 ifadesinden bu
ömürde üretilen motorlardan
%10’nun başarısız olabileceğini
göstermektedir. B50 ise belirtilen
ömürdeki
motorlardan
%50’sinin başarısız olabileceği
anlamına gelir.
Diesel engine system design, Woodhead Publishing Limited, 2011
Temel Bazı Kavramlar
Kütlesel ve Hacimsel debi
Dr. M. Azmi AKTACİR-2010-ŞANLIURFA, Harran Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü
Kütlesel Debi Ölçme Düzeni


Belirli bir zaman aralığında akan
akışkanın kütlesinin tartılarak tespiti
en basit ve en hassas yöntemdir.
Atmosferik şartlarda buharlaşmayan
sıvılar için oldukça kolay bir yöntem
olmasına rağmen buharlaşabilen sıvı
ve gazlar için bu yöntemi kullanırken
özel önlem alınmalıdır.
Dr. M. Azmi AKTACİR-2010-ŞANLIURFA, Harran Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü
Hacimsel debi ölçme düzeni


Belirli bir zaman aralığında akan akışkan,
hacmi belirlenebilen bir kapta toplanarak
veya hacmi belirli bir kaptan, belirli
zaman
aralığında
bu
akışkanın
kullanılması ile hacimsel debi bulunur.
Hacimsel debi ölçümü, kütlesel debi
dışında pratikte kullanılan diğer bir
yöntemdir.
Dr. M. Azmi AKTACİR-2010-ŞANLIURFA, Harran Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü
Rotametre: Rotametre; içinden
debisi ölçülecek olan sıvının aktığı,
düşey konik bir silindir ve silindir
içinde hareket edebilen bir topaçtan
oluşur.
Termokapl: Kısaca Isıl çiftdir.
Sıcaklık algılamaya yarayan bir
sensördür. Bu sensörler termal
potansiyel
farkını
elektriksel
potansiyel (Voltaj) ya da mV
değerinde elektriksel potansiyelleri
termal
potansiyel
olarak
algılayabilirler. Termokupllar -200
°'den 2320 °C'ye kadar çeşitli
proseslerde yaygın olarak kullanılır.
Thermocouples are the most popular temperature
sensors. They can measure a wide range of
temperatures. The main limitation is accuracy, system
errors of less than 1°C can be difficult to achieve.
How they work
In 1822, an Estonian physician named Thomas
Seebeck discovered (accidentally) that the junction
between two metals generates a voltage which is a
function of temperature. Thermocouples rely on this
Seebeck effect. Although almost any two types of
metal can be used to make a thermocouple, a number
of standard types are used because they possess
predictable output voltages and large temperature
gradients.
http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf
Seebeck effect / Seebeck Etkisi:
1821’de Seebeck, kapalı bir devre iki aynı metalden oluştuğunda ve metallerin
farklı sıcaklıklarda iken devreden elektrik akımının aktığını keşfetmiştir. Tel
uçlarının bükülerek veya lehimlenerek meydana getirildiğini kabul edelim; bu
tellerin birisi bakır, diğeri demir olsun. Bir ucu, oda sıcaklığında tutulurken
diğeri daha yüksek bir sıcaklıkta ısıtılırsa sıcak uçta bakırdan demire, soğuk
uçta ise demirden bakıra bir akım üretilir.
http://elektroteknoloji.com/blog/seebeck-etkisi-nedir/
http://www.engadget.com/2008/10/09/researchers-say-spinseebeck-effect-could-lead-to-new-batterie/
Strain-Gage (Gerilim Ölçer) Sensörler
Günümüzde teknolojinin ilerlemesi ile
sensör teknolojileri de önem kazanmıştır.
Bunlardan
biri
de
Strain-Gage
sensörleridir. Pek çok ismi vardır. Gerilim
ölçerler, gerilim pulu ve şekil
değişikliği sensörleridir.
Strain-Gage Nedir?
Temel çalışma prensibi olarak, direnç
değişiminden yararlanarak boy değişimin
elektriksel bir sinyal olarak algılanmasına
dayanır. Asıl olarak strain gauge'ler özel
olarak üretilmiş elektriksel dirençlerdir.
Transducer: Bir sinyali istenilen
sinyale çeviren etkin devre elemanı.
Transduser, elektronikte bir enerji
türünü başka bir enerji türüne çeviren
aygıttır.
Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University
Science Malaysia, June 26-2008
Reading Text
What is the difference between an AC motor and a DC motor? / July 29, 2011 | Q&A
While both A.C. and D.C. motors serve the same function of converting electrical energy into
mechanical energy, they are powered, constructed and controlled differently. 1 The most basic
difference is the power source. A.C. motors are powered from alternating current (A.C.) while
D.C. motors are powered from direct current (D.C.), such as batteries, D.C. power supplies or
an AC-to-DC power converter. D.C wound field motors are constructed with brushes and a
commutator, which add to the maintenance, limit the speed and usually reduce the life
expectancy of brushed D.C. motors. A.C. induction motors do not use brushes; they are very
rugged and have long life expectancies. The final basic difference is speed control. The speed
of a D.C. motor is controlled by varying the armature winding’s current while the speed of an
A.C. motor is controlled by varying the frequency, which is commonly done with an
adjustable frequency drive control. 2
1.Saeed Niku. Introduction to Robotics: Analysis, Control, Applications. 2nd ed. John Wiley & Sons, Inc., 2011. Page 280 ↩
2.Robert S. Carrow. Electrician’s technical reference: Variable frequency drives. Delmar Thomson Learning, 2001. Page 45 ↩
Published by Ohio Electric Motors: http://www.ohioelectricmotors.com/what-is-the-difference-between-an-ac-motor-and-a-dcmotor-673#ixzz2ezsrNvI3