SIKIŞTIRMA İLE ATEŞLEMELİ MOTORLAR

MARMARA ÜNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ
MAKİNE MÜHENSİLİĞİ BÖLÜMÜ
SIKIŞTIRMA İLE
ATEŞLEMELİ MOTORLAR
Hazırlayan:
Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR
Greek Alfabesi
İçten Yanmalı Motorların Tarihçesi
1860: Fransız Lenoir ilk çalışan içten yanmalı motoru yaptı. Bu motor kömür gazıyla
çalışıyordu ve yaklaşık %3 bir verimliliği vardı.
1867: Nicolaus August Otto ve Eugen Langen içten yanmalı motorun daha gelişmiş
biçimini Paristeki Dünya 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 tüp ateşlemeli ilk yüksek devirli 4
zamanlı benzin motorunu geliştirdiler. Bu motor pervaneli araçlar için uygundu.
1887: Robert Bosch motorlar için elektrikli ateşlemeyi geliştirdi.
1893: Wilhelm Maybach karbüratörü icat etti. Aynı zamanda Ford ilk motorlu aracını
üretti.
1897: Rudolf Diesel Dört yıllık bir geliştirme aşamasından sonra, kendi motorunu
üretti. Kendi adıyla anılan bu motor, yüksek basınçla sıkıştırılmış havanın içine basınçlı
hava yardımıyla gazyağı püskürtülerek çalışıyordu. Bu ilk adımlardan sonra, içten
yanmalı motor her alanda sürekli gelişti. Yakıt düzeni ateşleme düzeni ve gerçek
mekanik mühendisliğinde gelişmeler görüldü. Bu gelişmeler bugün hala sürmektedir.
Geliştirme mühendisleri yeteneği ve servis ömrünü artırmak aynı zamanda yakıt
tüketimi ve egzoz salımlarını azaltmak amacıyla sürekli yeni teknolojiler kullanmaya
çalışmaktadırlar.
Dizel Motorun Tarihi Serüveni
…Dünyanın ilk seri üretim dizel binek otomobili olan Mercedes-Benz 260 D’nin
1936’da Berlin Otomobil Fuarı’nda sergilenmesinin üzerinden tam 76 yıl geçti.
1950’li yıllara kadar dizel motorlu binek otomobiller benzinle çalışanlara
oranla pek rağbet görmedi fakat bu üreticileri yıldırmadı. Nitekim İkinci Dünya
Savaşı sonrası dönemde dizel motorlar binek otomobillerde gittikçe önem
kazanmaya başladı. Aynı yıllarda düşük maliyetleri sayesinde dizel motorlu
binek otomobiller, özellikle de zorlu sürüş koşullarına dayanmak zorunda
kalan taksilerde gittikçe popülerlik kazandı. Dizel motorlarda sırasıyla; sıra
tipi (sıralı) yakıt pompaları, dağıtıcı pompalar (yıldız pompalar) ve bu tip
pompaların dağıtıcı ve sıralı pompaları için ilk elektronik kumanda
sistemini piyasaya sürüldü.
A.Demir, «Dizel motorların tarihi serüveni (2)...», otoguncel.com, 2012
Dizel Motorun Tarihi Serüveni
Dizel motorlarda sırasıyla; sıralı (sıra tipi), dağıtıcı pompa (yıldız pompa) ve
‘Common Rail enjeksiyon teknolojileri kullanıldı. 1985’li yıllarda dağıtıcı ve sıralı
pompalar için ilk elektronik kumanda sistemleri piyasaya sürüldü. Akabinde
1989’da dizel motorlarda direk enjeksiyon için ilk eksenel piston pompası
kullanıldı. Bu yeni teknoloji, yakıtın yaklaşık 1000 bar civarı yüksek basınçta
doğrudan silindire püskürtülmesine, bu şekilde özellikle etkili bir yanma elde
edilmesine olanak tanıdı. Bu da düşük yakıt tüketimi ve emisyonlarla birlikte daha
iyi yüksek çıkışı ve daha iyi hızlanma anlamına geliyordu. 2003 yılında “piezo”
enjektörlere sahip Common Rail enjeksiyon sistemi piyasaya sürüldü. Önceki
modellerle kıyaslandığında, bu sistem, dizel motorun yakıt tüketimini ve egzoz
emisyonlarını düşürürken motor gürültüsünü de azalttı.
Ekonomik, çevre dostu dizel motorlar için daha iyi verim Azot Oksit (NOX)
emisyonlarının yarıdan fazla düşürülmesi gerektiği anlamına gelen Euro 5’ten Euro
6 emisyon standardına geçişle birlikte son yıllarda yakıt tüketimini düşürme
hedefleri de daha sıkı hale geldi. Dizel yakıt sistemleri üzerine çalışan mühendisler
halen, daha katı emisyon sınırlarını karşılamak ve yakıt tüketimiyle karbondioksit
(CO2) emisyonlarını daha da düşürmek amacıyla 2000 bar’dan daha fazla basınç
üretebilen enjeksiyon sistemleri üzerinde çalışmaktadırlar.
A.Demir, «Dizel motorların tarihi serüveni (2)...», otoguncel.com, 2012
Modern Requirements
1. Optimum performance
2. Good fuel economy
3. Low pollution
4. Minimum noise level
5. Easy cold starting
6. Economic servicing
7. Acceptable durability
8. Least weigh
9. Compact size
10. Economic manufacture
11. Aesthetic appearance
M.J. Nunney, “Light and Heavy Vehicle Technology”, Fourth edition, 2007
Genel Motor Gereksinimleri
GENEL MOTOR GEREKSİNİMLERİ
Çeşitli gereksinimler, motor tarafından karşılanmalıdır. Her performans karmaşık bir
şekilde birbirine bağlıdır ve motorun performansını etkileyebilir. Gereksinimler şunlardır:
 Düşük 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 önünde bulundurursak, daha iyi çıkış ve yakıt verimliliği elde etme
yöntemi motorun kompakt ve hafif olmasını sağlamaktır. Aynı çıkış ile daha hafif
motora sahip aracın gücü daha yüksek olacaktır ve yakıt tüketimi azaltılacaktır.
 İyi tepki: Motorlar, sürüş güvenliği sağlandığı ölçüde sürücü komutlarına tepki
vermelidir.
 Sessiz: Motor, yakıtın yanmasıyla tahrik kuvveti ürettiğinden, 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 güç, 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 yükseklikte 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 süre 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
püskürtmenin, benzin motorlarında buji kıvılcımının çakıp yanmanın başlatılmasına avans
denir.
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 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
Motor Karakteristikleri
Silindir Hacmi
Swept Volume/cylinder:
 2
V s= d B s  Ap  s
4
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 güç zamanının meydana geliş sırasıdır.
Ateşleme sırası; 4 silindirli motorlarda genellikle 1-3-4-2 iken, 6 silindirli motorlarda ise 1-5-3-62-4’dür.
Automotive Handbook, 2002
Ateşleme Sırası
Genel Motor Sınıflandırması
 Çalışma zamanlarına göre motor sınıflandırılması
• 2 zamanlı motor
• 4 zamanlı motor
 Çalışma çevriminin karakterine göre
• Yanmanın sabit hacimde olduğu (Otto)
• Yanmanın sabit basınçta olduğu (Diesel)
• Yanmanın kısmen sabit hacim kısmen de sabit basınçta
olduğu (Seilinger)
 Ateşleme türüne göre
• Kıvılcımla/Bujiyle ateşlemeli benzinli motor
• Sıkıştırma ile ateşlemeli motor
 Karışımın oluşumuna göre
• Hava yakıt karışımının silindir dışında oluşturulması
• Hava yakıt karışımının silindir içinde oluşturulması
Genel Motor Sınıflandırması
 Soğutma yöntemine göre
• Su soğutmalı
• Hava 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 düzenine göre
• L, I, F, T
Havanın silindirlere doldurulma
şekline göre
• Doğal/Tabii emişli motorlar
• Aşırı doldurmalı motorlar
Yakıt türüne göre
• Benzinli motorlar
• Dizel motorlar
• Esnek yakıtlı motorlar
• Doğalgazlı motorlar
• Hidrojen yakıtlı
vs.
Silindir Düzenlemesine Göre Motorlar
Silindir Düzenlemesine Göre Motorlar
Silindir Düzenlemesine Göre Motorlar
V tipi motor: Silindirleri V şeklinde, iki
eğik düzlem üzerinde bulunan motorlara
denir. V-8 motor, iki eğik düzlem üzerinde
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 küçük olacağından
motorun dengelenmesi daha kolay
olacaktır.
Silindir Düzenlemesine Göre Motorlar
Boksör tipi motorlar (orijinal İngilizcesiyle boxer engine ya da horizontally
opposed engine); silindirleri karşılıklı yatay bir düzlem üzerinde 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 üst ölü noktaya eriştiğinden dolayı dengelenmesi
problemini oluşturmamaktadır.
Alfa Romeo, Porsche ve Subaru gibi markalar belli modellerinde bu motoru tercih
etmektedir. Dar alanda minimum dirençle maksimum güç alınmasını teminen kısa
piston kolu kullanımına imkan verir. Fakat yüksek yakıt tüketimi sebebi ile
günümüzde 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 düzgün ve titreşimsiz çalışır ve dengeleme mili
gerektirmezler. Ancak V tipi ve sıra tip motorlarla kıyaslandığında biraz daha
gürültülüdürler. V tipi motordan daha büyük bir burulma titreşimi üretir ve böylece
daha büyük volan gerektirir.
Silindir Düzenlemesine Göre Motorlar
VR Motorlar
Silindir Düzenlemesine Göre Motorlar
W Tipi motorlar
Silindir Düzenlemesine 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 enjektörü
Silindir
Püskürtme
Piston
Biyel
Egzoz
portu
Süpürme
portu
Egzoz
Krank
Süpürme
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
Tahrik Türü
Arkadan İtişli
Motor Hacmi (cc)
1308
Beygir Gücü (BG/d/d)
231 / 8200
En Yüksek Tork (Nm)/(d/d)
211 / 5500
Son Hız (km/s)
235
0-100 km/s Hızlanma (sn)
6.4
100 km/s Şehir Dışında Yakıt Tüketimi (litre)
8.9
100 km/s Şehir İçinde Yakıt Tüketimi (litre)
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. yüzyılın sonlarına kadar birçok değişik çeşidi çok sayıda
üretilmiş ve mekanik güç elde etmek için kullanılmıştır. 20. Yüzyılın
başlarından itibaren petrolün kullanımında ve İçten Yanmalı Motorlarda
(İYM) meydana gelen büyük gelişmeler bir ölçüde Stirling motorunun
gelişimini olumsuz etkilemiş ve Stirling motorları İYM ile rekabet
edememişlerdir. 20. Yüzyılın son yarısında meydana gelen petrol krizleri ve
petrole 30-60 yıl ömür biçilmesi İYM’nin yerine ikame edilebilecek yeni
makinalar üzerinde araştırmaları gündeme 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 yüksek basınçlarda çalışma gazı
ile doldurularak daha küçük hacimli motorlardan daha yüksek güç 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
yüksek olan gazların kullanımıyla Stirling motoru güç çıkışında önemli
gelişmeler kaydedilmiştir. Bugün dünyanın birçok ülkesinde araştırma
kurumları ve çeşitli şirketler tarafından Stirling motorları ile ilgili çalışmalar
büyük bir hızla sürdürülmektedir. Amerika Birleşik Devletlerinde NASA başta
olmak üzere, General motor, Ford Motor, Cummins motor ve birçok üniversite
tarafından araştırmalar sürdürülmekte ve bu araştırmalara önemli kaynak
ayrılmaktadır. Yine dünyanın 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 görülmektedir.
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 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.
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
düşük değerlerde ise motor isli
çalışma bölgesine girmektedir.
Temel Kavramlar
Bir beygir gücü (hp), 75 kg'lik
ağırlığı bir saniyede 1 m çekmek
için gereken güçtür.
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 döndürme 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 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.
Kısa Not
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.
Moment
bir
makinanın
iş
yapabilme yeteneği için değerli bir
ölçü olmasına rağmen motor
büyüklüğüne bağlıdır. Daha faydalı
göreceli motor performans ölçüsü,
çevrim başına elde edilen işi
çevrim başına deplase edilen
silindir hacmine bölünmesi 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) 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.
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 güç stroku için krank mili dönme sayısıdır
2s  1
nR 
4s  2
İndike güç:
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
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 1 kWh başına harcadığı yakıt miktarına denir. Özgül
yakıt tüketimi, birim güç çıkışı için motora gönderilen yakıt miktarıdır. Bir motorun
verilen yakıtı iş üretmek için ne kadar verimli kullandığının bir ölçüsüdür. Bir motorun
veriminin ölçüsü, yakıt dönüşüm verimi olarak bilinir. Bir çevrimde üretilen gücün bir
çevrimde verilen yakıt enerjisine oranı olarak tanımlanır.
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
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;
 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
 Strok-çap oranı, motorun boyutlarını (yani uzunluğunu, genişliğini ve
yüksekliğini) etkiler.
 Strok-çap oranı, sıkıştırma oranını etkiler.
 Strok-çap oranı, sıkıştırma hacminin yüzey alanı Ac’nin sıkıştırma hacmine
oranını da etkiler. Bu oran ısının soğutma ortamına geçişini tanımlar.
Bunun için Ac/Vc’nin mümkün mertebe küçük 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 (yüksek devirli) : 0,9-1,4
Dizel motorlarında strok-çap oranı (düşük 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 Düzeni
1. Transverse front-engine with front-wheel-drive
2. Transverse front-engine with all-wheel-drive
3. Longitudinal front-engine with front-wheel-drive
4. Longitudinal front-engine with rear-wheel-drive
5. Longitudinal front-engine with all-wheel-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 Düzeni
Araçtaki Yerleşim Düzeni
Some typical vehicle/powertrain configurations
Edited by David A. Crolla, Automotive Engineering Powertrain, Chassis System and Vehicle Body; Butterworth-Heinemann, 2009
Araçtaki Yerleşim Düzeni
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)
B
C
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 püskürtülerek,
yakıtın
kendi
kendine
tutuşup yanması sağlanır.
Havanın
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
yüklenen
dizel
motorları,
benzin
motorlarına
göre
daha
yüksek 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
püskürtülür, 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
Güç/İş/Genişleme zamanı: Her iki
supapta kapalıdır. Yanma sonucunda basınç
hızla yükselir. Bu basınçta pistonu ÜÖN’den
AÖN’ye doğru iter. Yanma işlemi belirli bir
süre alacağı için yakıtın püskürtülmesi
ÜÖN’den önce başlayıp ÜÖN’den kısa bir
süre 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 sürükler 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, kütle difüzyonu etkisi gibi
dissipatif (dağıtıcı) etkilerin olmadığı prosestir.
İzantropik proses: Hem adyabatik hem de tersinir olan prosestir.
Kaynak: M. Adil Yükselen, “Sıkıştırılabilir Aerodinamik”, UZB362, Bahar dönemi ders notları, 2007.
***
Tersinir Süreç: Gerçek bir termal işlemde bir tersinir süreç, ardarda gelen çok
sayıda, geçici denge durumlarından oluşmakta olduğundan, bir “yarı-kararlı
süreç”tir veya daha doğru bir nitelendirme ile, bir “yarı-kararlı süreçler
bütünü”dür. Böyle bir sürecin bir başlangıcında ve bir de bitiminde olmak üzere iki
denge durumu kabul edilir ki buna göre, tersinir süreç (veya tersinir olduğu kabul
edilebilecek süreç), ilk denge ve son denge durumları arasındaki sürecin, birbirini
takip eden (ardışık) denge durumlarından oluşması halidir. Bu vazıyette, her bir
noktanın P ve V değeri belirlenebileceğinden, süreç bir çizgi ile gösterilebilir.
Kaynak: Durmuş Hocaoğlu, Termodinamik’in İkinci Kanunu ve Entropi Ders Notu, Kasım, 2008.
***
İç Enerji Değişimi DU’nun Belirlenmesi : Tersinir ve Tersinmez Süreçler
Mekanik veya termal kaynaklardan sağlanan enerji ile sistemin iç enerjisinin
değiştiğini biliyoruz. Bununla beraber sistem bir i halinden s haline doğru ilerlerken
işlem sonsuz küçük adımlarla veya bir veya birkaç adımda gerçekleştirilebilir. Eğer
işlem sonsuz küçük adımlarla gerçekleştiriliyorsa süreç tersinir (reversible),
aksi durumda tersinmez (irreversible) olarak adlandırılır.
http://taner.balikesir.edu.tr/dersler/fiziksel_kimya_ii/tersinir_tersinmez.htm
OKUMA PARÇASI: Termodinamiğin Yasaları:
Termodinamiğin sıfırıncı yasası: İki termodinamik sistemin her biri üçüncü
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 üzere, izole
bir termodinamik sistemin entropisi zamanla artmaktadır.
Termodinamiğin üçüncü 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 düzensizlik arttıkça, sistemin
entropisi artar, yani sistemin faydalı iş verme kabiliyeti azalır. Bir su
damlası ısıtıldığında buharlaşır ve molekülleri daha düzensiz bir hal alır. T
sıcaklığındaki bir cisme ΔQ kadarcık bir ısı verildiğinde, entropisi ΔS=ΔQ/T
kadar artar. Entropi’ye, izole bir sistem içindeki düzensizlik 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.
Mükemmel Gazların İzantropik Hal 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 dönülmez. (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 mükemmel gaz kabul edilen havadır ve bilindiği gibi ideal gazlarda
P.V=m.R.T veya P=.R.T bağlantıları geçerlidir.
• İş gören akışkanın kütlesinde değişme yoktur.
• Tüm prosesler tersinirdir.
• Isı sabit sıcaklıkta ki bir ısı kaynağından alınmakta ve çevrim esnasında kimyasal bir
reaksiyon gerçekleşmemektedir. Yani yanma gerçekleşmemektedir. Bu durumda
silindire gönderilen yakıtın tüm enerjisini açığa çıkardığı da kabul edilebilir.
• Isı sabit sıcaklıktaki bir ısı kuyusuna verilmektedir.
• Sistemden çevresine herhangi bir ısı kaybı yoktur.
• İş gören akışkanın çevrim boyunca özgül 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 Hava Çevrimleri, www.yarbis1.yildiz.edu.tr
Karma Çevrim
(Seilinger)
Karma Çevrim (Seilinger)
OKUMA PARÇASI:
• Sıkıştırma (1-2)
Bu safhada, piston alt ölü noktadan üst ölü noktaya doğru hareket eder. Bu sırada
emme ve egzoz valfleri kapalıdır, dolayısıyla içerdeki hava sıkışır ve basıncı
grafikte görüldüğü gibi artar.
• Sabit Hacimde Yanma (2-3)
Piston üst ölü noktaya ulaştığı sırada silindire enjektör tarafından yakıt
püskürtülmeye başlar. Sıkışarak ısınmış havayla karşılaşan yakıt 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 düşmez. Bu durum 4 nolu noktaya kadar böyle devam eder. Böylece bu
safhada da sisteme ısı girişi devam etmiş olur.
• Genleşme (4-5)
Artık silindire yakıt püskürtülmemektedir ve yanma durmuştur. Piston aşağı
doğru hareketine devam ettiğinden silindirdeki basınç da düşmeye başlar.
• Egzoz (5-6)
Sistem 5 nolu noktaya (AÖN) geldiğinde egzoz valfi açılır. Silindir egzoz sisitemi
ile dışarıya açıldığından silindirdeki basınç atmosferik basınca düşer. Sistemden
ısının atılması bu safhada gösterilmiştir. Gerçekte, dışarıya 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
formüllerde 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 Hava Çevrimleri, www.yarbis1.yildiz.edu.tr
Elde edilir. Sabit basınçta çevrime ilave edilen ısı sonucunda 4 noktasında ulaşılan
sıcaklık
T4=(V4/V3).T3
(6 )
Burada =V4/V3, püskürtme oranı ya da genişleme oranı olarak ifade ederiz. 
ifadesi ( 6 ) denklemine konarak düzenlenirse;
T4=T1. ..є k-1
(7)
İfadesi bulunur. Son sıcaklık T5 sabit basınçta çevrime ısı sürülmesinden 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 püskürtme 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’ün eşitlikleri (
8 ) de yerine konulursa:
T5= T1...k-1 /rek-1)= T1..(/re)k = T1. .k
(10 )
Bulunur.
Adnan Parlak, Teorik Standart Hava Çevrimleri, www.yarbis1.yildiz.edu.tr
є
V1/V2
 P3 /P2
 V4/V3
re V4/V5
Sıkıştırma oranı
= T3 / T2
= T4 / T3
Basınç artma oranı
Püskürtme 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 Hava Çevrimleri, www.yarbis1.yildiz.edu.tr
Adnan Parlak, Teorik Standart Hava Çevrimleri, www.yarbis1.yildiz.edu.tr
Idealized Diesel Cycle
Dizel Motor – Gerçek Çevrimi
Dizel Motor Çevrimi –Teorik Çevrim
Sıkıştırma (a-b)
• Bu safhada, piston alt ölü noktadan üst ölü
noktaya doğru hareket eder. Bu sırada emme ve
egzoz valfleri kapalıdır, dolayısıyla içerdeki hava
sıkışır ve basıncı grafikte görüldüğü gibi artar.
Sabit Basınçta Yanma (b-c)
• Piston üst ölü noktaya ulaştığı sırada ısınmış hava
üzerine enjektörden yakıt püskürtülerek 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 düşmeye başlar.
Egzoz (d-e)
• Sistem d noktasına (AÖN) geldiğinde egzoz valfi
açılır. Silindir egzoz sistemi ile dışarıya
açıldığından silindirdeki basınç atmosferik
basınca düşer. 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
k
P3V3
P4V4
P4  V3 
k




V

V

P

P




4
1
3
2
g
k
k
P1  V2 
P1V1
P2V2
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 

  t  1  .
 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)

t  1  .
 1  . k 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 
Lç
Q1
; Lç   t .Q1
Q1  m.cv .(T3  T2 )
cp
T

Lç  t .m.c p .T2  3  1
 T2 
T2  T1. k 1
cv
k
c p  k.cv
c p  cv  R  cv .k  cv  R  cv 
Lç  t .m.
Pmi 
R
k 1
k .R  T3 
k .R
k
.T2   1  t .m.
.T1. k 1  g  1  t .
.P1.V1. k 1  g  1
k  1  T2 
k 1
k 1
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 Güç 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 bugünü ve geleceği…
Günümüzde ve gelecekte dizel motorlarda hacim küçültme 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 üzerine yoğun olarak çalışmalar
yürütülmektedir. Özellikle yakıt enjeksiyon alanında; piezo-injector kullanımı
(piezo-injectors), bir çevrimde birden çok enjeksiyon, homojen dolgulu sıkıştırma
ile ateşleme (homogeneous charge compression ignition-HCCI) kontrolü gibi
konular üzerinde 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 bugün 2000 barlık püskürtme
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 püskürtme basıncı 2200 bar, piezo-valfli
common rail sistemlerdeki püskürtme basıncı ise 2400 bar olacağı
öngörülmektedir [Alexander Freitag, The Past – Present – Future of Clean Diesel, Bosch, 18/05/2009].
KISA KISA…
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.