motorların tarihçesi,motor terimleri ve tipleri

TEMEL BİLGİLER TARİHÇE Bugün gündelik hayatımızın vazgeçilmezleri arasında giren ve bir çok işimizi kolaylaştıran içten yanmalı motorların öyküsünde önemli kilometre taşları kronolojik sıraya göre şu şekildedir; Hayvanlar tarafından çekilmeyen, karada yelkenle işleyen ilk nakil aracı 1600 yılında bir Hollandalı tarafından yapıldı ve araç iki saatte 42 mil yol aldı.

1673 yılında Cristiaan Huygens tarafından Fransa’da barutla çalışan ilk içten yanmalı motor icat edildi.

1765 yılında James Watt tarafından endüstri devrimine önemli bir katkı sağlayan alçak basınçlı buharlı motor icat edildi.

1769 yılında Joseph Cugnot tarafından Fransa’da buharlı motorla çalışan ve saatte 6 mil yol alan ilk motorlu araç yapıldı.

1801 yılında Lebon d’Humersin tarafından gazlı motor icat edildi.

1804 yılında Amerika’da nehirleri geçmek için buharla çalışan çarklı araç yapıldı.

1807 yılında Isaac de Rivas tarafından Fransa’da hidrojen motoru icat edildi.

1860 yılında içten yanmalı motor Fransız mühendis Jean Joseph Etienne Lenair tarafından icat edildi. Bu motorda yakıt olarak hava gazı kullanıldı. Gaz sıkıştırılmadan yakıldığı için motor gücü çok düşüktü.

1862 yılında Fransız Beau de Rouches dört zaman prensibini ortaya çıkardı.

1876 yılında Alman mühendis Nikolaus August Otto dört zaman esasına göre çalışan ilk motor patentini aldı. Hava gazını sıkıştırdıktan sonra ateşleyerek motorun güç ve verimini arttırdı. İlk dört zamanlı motoru yapan Otto olduğu için bugün benzin motorlarına “Otto motoru” ve çevrimine de “Otto çevrimi” denilmektedir. Otto’nun yaptığı motor alevle ateşlendiği için motor devri 150 – 200 devir / dakika civarındaydı.

1883 yılında Gottlieb Daimler kendi yaptığı motorun yanma odasına bir bakır çubuk yerleştirmiş, bu çubuğu dıştan karpit lambası ile ısıtarak motorun ateşlemesini sağlamış, bu sayede motor devrini 800 – 1000 devir / dakikaya çıkarmayı başarmıştı.

1885 yılında hava gazı yerine benzini zerrecikler haline getirip buharlaştıran karbüratör Daimler tarafından Almanya’da, Fernard Forest tarafından Fransa’da icat edildi. İlk önce Daimler, havayı sıvı yakıt içerisine bastıktan sonra ayrılan zerrecikleri ateşlemeden önce sıcak boruya temas ettirmek suretiyle gaz haline getirmeye çalıştı. Forest ise yakıtı, hava akımı içerisine püskürttü. Daha sonra Daimler ile Wilhelm Maybach bir araya gelerek bugünün şamandıralı karbüratörünü icat ettiler.

1886 yılında Almanya’da, Karl Benz, Daimler’in motorunu ve Forest’in karbüratörünü alarak yaptığı motoru dört teker üzerine monte etti. Böylece ilk defa içten yanmalı motorların en geniş kullanım alanı olan otomobil icat edilmiş oldu. İlk motorlu araç yarışları 1890 yılında Daimler motorları ile Peugeot ve Panhard-Levassor imali araçlarla buharla çalışan araçlar arasında yapıldı.

1

TEMEL BİLGİLER Bosch firmasında çalışan Zahringer tarafından alçak voltajlı manyeto 1887 yılında gaz motorlarına, 1897 yılında benzin motorlarına monte edildi. İlk kamyon Daimler ve Maybach tarafından 1896 yılında dizayn edildi. İlk otobüs ise 1895 yılında dizayn edildi.

1897 yılında otomobiller fenerle aydınlatılmaya başlandı. 1901 yılında aydınlatma karpit lambaları ile yapılmaya başlandı.

1901 yılında Bosch firmasında çalışan Gottlob Honold yüksek voltajlı manyetoyu icat etti. 1902 yılında motorlara takarak buji ile ateşleyen sistem devreye soktu.

1914 yılında dinamonun icadı ile karpit lambalarının yerini far aldı. Aynı yılda marş motoru icat edildi.

1921 yılında elektrikli kornalar icat edildi.

1922 yılında superşarjlı motor kullanılmaya başlandı.

1926 yılında elektrikli cam silecekleri otomobillerde kullanılmaya başlandı.

1928 yılında akü ile ateşleme sistemi otomobillere kullanılmaya başlandı.

1950 yıllarında air-condition, ısıtma havalandırma sistemleri, retarder ve tam otomatik şanzımanlar kullanılmaya başlandı.

Daha sonraki yıllarda elektronik kontrollü sistemler otomotiv sektöründe kullanılmaya başlanmış, bugün motorun tüm sistemlerinde tamamen devreye girmiş durumdadır.

TERİMLER

2

TEMEL BİLGİLER Motorculukta en çok kullanılan kavramlardan bazıları hatırlatma amacıyla özet bilgi şeklinde aşağıda kısaca açıklanmıştır. Ölü nokta: Pistonun silindir içerisinde hareketi sırasında yön değiştirmek için durakladığı noktaya ölü nokta denir. Üst ölü nokta (Ü.Ö.N) : Pistonun silindir içerisinde çıkabildiği en üst noktadır.

Alt ölü nokta (A.Ö.N) : Pistonun silindir içerisinde inebildiği en alt noktadır.

Yanma odası hacmi: Piston Ü.Ö.N da iken pistonun üst kısmında kalan yakıt – hava karışımının yakıldığı bölgenin hacimsel ifadesidir.

Silindir hacmi : Kurs hacmi ile yanma odası hacminin toplamıdır.

Toplam silindir hacmi : Motorda bulunan tüm silindirlerin, silindir hacimlerinin toplamıdır.

Sente : Pistonun, sıkıştırma zamanını bitirip iş zamanı başlangıcında Ü.Ö.N da bulunduğu sırada emme ve egzoz supaplarının kapalı olduğu pozisyona sente pozisyonu denir.

Supap bindirmesi: Pistonun, egzoz zamanını bitirip emme zamanı başlangıcında Ü.Ö.N da bulunduğu sırada egzoz ve emme supaplarının açık kaldıkları pozisyona supap bindirmesi pozisyonu denir.

Supap ayar diyagramı; Supapların açılıp kapanma noktalarını ve püskürtmenin başlangıç ve bitimini, krank milinin dönüşüne göre gösteren 720° çift daire biçimindeki çizime supap ayar diyagramı denir.

Motor verimi; Motor verimleri değişik şekillerde ifade edilen motor verimleri aşağıda tanımlanmıştır.

Hacimsel (volümetrik) verim: Emme zamanında silindirlere normal sıcaklık ve basınç altında girmiş olan hava hacminin silindir hacmine oranıdır. Çevrim verimi :Bir çevrim boyunca motora belirli bir miktarda ısı enerjisi (Q1) verilir ve egzoz supabı açılınca belirli bir miktar ısı enerjisi (Q2) dışarı atılır. Çevrim verimi, motora verilen ısı enerjisinin ne kadarının kullanıldığını ifade eder.

Termik verim : Silindire girmiş olan karışımın yanması sonucunda elde edilen enerjinin ne kadarının iş haline çevirme oranına termik verim denir.

Mekanik verim : Efektif gücün (Ne) indike güce oranını ifade eder. Yakıt hava karışımın yanması ile elde edilen güç, indike güç (Ni) olarak, krank milinden alınan güç ise efektif güç olarak tanımlanır. Mekanik verim (ŋm) = Efektif güç (Ne) / İndike güç (Ni) Genel verim : Krank milinden alınan işin bu işi elde edebilmek için harcanan yakıtın verdiği işe oranı olarak tanımlanır ve genellikle %25 ve 35 arasında değişir.

Zaman: Bir motorda bir çevrimin yapılabilmesi için yakıtın veya yakıt hava karışımının emildiği, sıkıştırıldığı, yakıldığı ve silindir dışına atıldığı aşamaların her birine zaman denir. Çevrim: Bir motorda iş elde edebilmek için tekrarlanmadan meydana gelen olayların toplamına bir çevrim denir.

Kurs boyu : Pistonun A.Ö.N. ile Ü.Ö.N. arasında kat ettiği mesafedir.

Kurs hacmi : Pistonun silindir içerisinde kat ettiği mesafenin yani kurs boyunun hacimsel ifadesidir. Bir başka deyişle A.Ö.N. ile Ü.Ö.N. arasında kalan hacimdir.

3

TEMEL BİLGİLER Toplam kurs hacmi: Bir silindirin kurs hacminin motor silindir sayısı ile çarpımı sonucunda elde edilen hacimdir.

Motor gücü; Bir motorun birim zamanda iş yapabilme yeteneğini ifade eder.

Motorculukta motor gücü genel olarak beygir gücü (HP) cinsinden ifade edilir.

Beygir gücü; 75 kilogramlık bir ağırlığı 1 saniyede 1 metre kaldırabilmek için gerekli olan güç olarak tanımlanır. Motor gücü; silindir hacmi, yakıt hava sisteminin şekli, sıkıştırma oranı, motor verimi gibi faktörlerin yanı sıra kullanılan yakıt kalitesine göre de değişebilir.

Motor torku; Bir motorun iş yapabilme yeteneğini ifade eder ve motorda elde edilen döndürme kuvveti anlamına gelir. Genellikle “kgm” cinsinden ifade edilir.

Motor gücünde olduğu gibi motor torku da bir çok parametreye bağlı olarak her motorda değişiklik gösterir.

MOTOR TİPLERİ 1. Silindir dizilişine göre 4

TEMEL BİLGİLER Sıra tipi motorlar; Silindirleri “I” şeklinde bir sıra dahilinde dizilmiş motorlardır.

V tipi motorlar: Silindirleri iki kanatta "V" şeklinde dizilmiş motorlardır.

Yıldız (radyal) tip motorlar: Silindirleri bir veya daha fazla kanatlarda radyal bir şekilde dizilmiş motorlardır.

U motorlar: Pistonları aynı yönde hareket eden ve aynı yanma odasını kontrol eden motorlardır.

Yatık boksör tip motorlar: Silindirleri 180° açı ile karşılıklı olarak dizilmiş motorlardır.

5

TEMEL BİLGİLER

Karşı pistonlu motorlar: Silindirleri aynı eksen üzerine yerleştirilmiş, pistonları zıt yönde hareket eden motorlardır. Bu motorlarda iki adet krank mili bulunur ve aynı yanma odası kullanılır.

2. Soğutma sistemine göre Sıvı soğutmalı motorlar: Sıvı soğutmalı motorlarda soğutma sıvısı olarak su kullanılır. Motor üzerinde muhtelif noktalara soğutma ceketleri yerleştirilmiştir.

Radyatör ile soğutulan soğutma sıvısı bu ceketlerde dolaşarak motoru soğutur.

Hava soğutmalı motorlar :Bu motorlarda soğutma işlemi, motor dış yüzeyine yerleştirilmiş ince kanatçıkların hava ile soğutulması suretiyle yapılır.

3. Çalışma prensiplerine göre Çalışma prensibine göre motorlar iki türlüdür. Bunlar; A. Dört zamanlı motorlar B. İki zamanlı motorlar A. Dört zamanlı motorlar Pratik çevrim Dört zamanlı dizel motorlarda çevrim, pistonun dört hareketine göre tamamlanır ve bu sürede krank mili iki devir yapar. Bunlar aşağıda tek tek açıklanmıştır.

Emme zamanı: Piston Ü.Ö.N. ya gelmeden önce (10° -25°) emme supabı açılır.

Tabii emişli motorlarda vakum esasına göre hava dolar, turboya sahip motorlarda ise turbo ünitesi yanma odasına hava basar. Piston A.Ö.N. yı geçtiğinde (24° – 45°) emme supabı kapanınca emme zamanı biter. Bu esnada vakum takriben 0.7 - 0.9 kg/cm2 (bar), sıcaklık ise 70-100 °C civarındadır.

Sıkıştırma zamanı: Emme supabının kapanması ile içeriye alınan hava, sıkıştırılarak basıncı 30-55 bara, sıcaklığı da 700-900°C’ ye kadar yükseltilir.

Piston, Ü.Ö.N. ya gelmeden önce (15° -30°) sıkıştırma zamanı biter. Sıkıştırma oranı takriben 14/1 - 26/1 arasında değişir. İş zamanı : Piston Ü.Ö.N. ya gelmeden önce (15° -30°) basıncı ve sıcaklığı artmış olan hava içersine, enjektörden atomize halde yakıt püskürtülür ve yanma başlar.

Yakıtın yanmasıyla birlikte piston A.Ö.N. ya doğru büyük bir kuvvetle itilerek krank mili döndürülür. Piston A.Ö.N. ya gelmeden önce (30° -60°) egzoz supabı açıldığında iş (yanma) zamanı biter. Bu anda basınç 60-80 bar, sıcaklık ise 2000 2500°C civarındadır.

6

TEMEL BİLGİLER Egzoz zamanı: Piston A.Ö.N. ya gelmeden önce (30° -60°) egzoz supabı açıldığında yanmış gazlar dışarı atılmaya başlar. Piston Ü.Ö.N. yı geçtiğinde (10° -25°) egzoz supabı kapandığı zaman egzoz zamanı biter. Bu şekilde bir çevrim tamamlanır ve motor yeni bir çevrime hazır hale gelir. Bu anda sıcaklık 200-600 °C, basınç 1-3 bar civarındadır.

B. İki zamanlı motorlar Pratik çevrim Bu motorlarda dört zaman yani bir çevrim, krank milinin bir turunda, pistonun bir gelgit hareketinde tamamlanır. Emme ve sıkıştırma zamanları, piston A.Ö.N. dan Ü.Ö.N. ya çıkarken, iş ve egzoz zamanları, piston Ü.Ö.N. dan A.Ö.N. ya inerken meydana gelir. Buna göre pistonun her Ü.Ö.N. dan A.Ö.N. ya hareketinde yani her devirde bir iş oluşur. İki zamanlı motorlarda zamanlar açık değil birbiri içerisine girmiş gibidir. Egzoz ve emme zamanları, iş sonu ve sıkıştırma başlangıcındaki kısa aralığa sığdırılmıştır.

Bu motorlarda, havanın içeriye alınması ve egzoz gazlarının dışarıya atılması ya pistonun açtığı portlar (pencere) veya mekanik olarak kamların açtığı supaplarla sağlanır.

Piston, sıkıştırma sonunda Ü.Ö.N. ya yaklaşırken 5°-30° öncesinde, sıcaklığı ve basıncı arttırılmış olan hava içerisine yakıt püskürtülür ve yanma başlar. Yanma sonucunda oluşan basınç, pistonu A.Ö.N.’ya doğru iter. Piston A.Ö.N.’ya gelmeden yaklaşık kursunun 3 / 4’ üne geldiğinde egzoz portları (veya supapları) açılarak yanmış gazlar dışarı atılmaya başlanır. Hemen arkasından emme portları açılarak silindire temiz hava dolar. Piston A.Ö.N.’dan Ü.Ö.N.’ya çıkarken kursunun 1/4 ünü tamamladığında emme portları, hemen arkasından da egzoz portları kapanır. Egzoz portlarının kapanması ile silindire alınan hava sıkıştırılarak basıncı ve sıcaklığı artırılır. Böylece çevrim tamamlanmış olur.

Temiz havanın silindire alınması işlemi, ya önce kartere alınıp sonra silindire gönderilmekle, yada hava pompasıyla yapılır ki bu işleme süpürme denir.

Süpürme sistemleri İki zamanlı dizel motorların süpürme sistemleri şunlardır ve ayrıntılı açıklamaları 7

TEMEL BİLGİLER aşağıda verilmiştir.

1. Enine süpürme sistemi a) Deflektörlü piston yöntemi. b) Düz piston yöntemi (karterden doldurmalı) c) Eğik kanallı yöntem 2. Dönüşlü süpürme sistemi a) M.A.N b) Şünürle c) List 3. Düz yollu süpürme sistemi 1. Enine Süpürme Sistemleri a) Deflektörlü piston yöntemi: Bu yöntemde pistonun üzerinde bir deflektör (yön verici çıkıntı) vardır. Süpürme havası deflektöre çarparak yukarı doğru yönelir.

Sonra karşı kenarı izleyerek egzoz portuna gelir. Böylece hem silindir temiz hava ile dolar hem de yanmış gazlar dışarı kolaylıkla atılır. Bu yöntemde fazla ısınan pistonun yapım zorluğu ve yanma odası şeklinin yanmaya uygun olmayışı olumsuz yönüdür. b) Düz piston yöntemi : Deflektörlü piston yönteminin mahzurları nedeni ile bir kısım motorlarda pistonun üst yüzeyi düz yapılmıştır. Hava pompasının işini, motorun karteri ile pistonun alt tarafı yaptığı için bu tip motorlara karterden doldurmalı motorda denir.

Bu motorlarda, piston A.Ü.N.’ya giderken daha önce silindir içine alınan hava sıkıştırılır. Diğer taraftan pistonun alt kısmında karterde oluşan vakum nedeniyle klape veya otomatik supap açılarak kartere temiz hava doldurulur. Sıkıştırma sonuna doğru sıkışan ve sıcaklığı artan hava üzerine enjektörden yakıt püskürtülür ve yanma başlar. Büyük bir kuvvetle piston A.Ö.N.’ya inerken önce egzoz portu açılarak egzoz gazları dışarı atılır. Hemen arkasından emme portu açılır ve pistonun aşağıya hareketi ile karterde basınç kazanan hava, silindirler içerisine dolmaya başlar. Bu anda temiz hava yardımıyla egzoz gazları dışarı atılmış olur. c) Eğik kanallı yöntem: Bu yöntemde süpürme havasına istenilen yönü verebilmek için süpürme kanallarının ağzı yukarı yöneltilmiş, eğik olarak yapılmıştır. Piston üzerinde deflektör yoktur. Bunlarda süpürme kanalları aşağıda, egzoz portlarıda yukarıdadır.

2. Dönüşlü süpürme sistemleri a) M.A.N. süpürme sistemi: Bu süpürme sisteminde emme portuna açılan kanal aşağı doğru olup pistonun üzeri iç bükey olarak yapılmıştır. Egzoz portları, emme portlarının üzerindedir. Bu sistemde havanın çıkması önlendiğinden daha iyi bir süpürme ve pistonun soğutulması sağlanır. Büyük gemi motorlarında sıkça kullanılır.

8

TEMEL BİLGİLER b) Şünürle süpürme sistemi: Bu süpürme sisteminde egzoz ve emme portlarının alt kısımları aynı seviyededir. Emme portları egzoz portlarını ortalarına almıştır. c) List süpürme sistemi: Şünürle süpürme sisteminin tersi olup egzoz portları emme portlarını ortalarına almıştır. Kışın süpürme havasının ısıtılmasını sağlar.

3. Düz yollu süpürme sistemi Bu tip süpürme sisteminde süpürme havası, bir hava pompası (üfleyici) ile emme portlarına basılır ve emme zamanında açılan portlardan içeriye girerek türbülanssız bir şekilde sistemi doldurur. Bu tip motorlarda genellikle egzoz gazlarının dışarıya atılmasını kolaylaştırmak için iki egzoz supabı kullanılır.

C. Dört ve iki zamanlı motorların mukayese tablosu Konu Çevrim Aşıntı Hava pompası Güç Yakıt sarfiyatı Maliyeti Soğutma

Dört zamanlı motor 720 derece 1 katı yok 1 katı az pahalı zor

İki zamanlı motor 360 derece 2 katı var 1,5 katı fazla ucuz kolay

4. Yanma şekline göre A. Buji ile ateşlemeli (benzin) motorlar: Bu motorlarda yakıt / hava karışımı, karbüratör tarafından belirli oranda karıştırıldıktan sonra silindir içerisine alınarak sıkıştırılır. Daha sonra buji yardımı ile ateşlenerek iş elde edilir. Bu motorların sıkıştırma oranları sıkıştırma ile ateşlemeli motorlara göre düşüktür.

Ayrı bir çalışma konusu olduğu için bu motorların ayrıntılı bilgileri bu kitapta verilmemiştir.

B. Sıkıştırma ile ateşlemeli (dizel) motorlar: Bu motorlarda silindir içerisine sadece hava emilir. Daha sonra bu hava sıkıştırılarak basıncı ve sıcaklığı yükseltilir. Sıkışan bu sıcak hava üzerine yüksek basınçta yakıt püskürtülerek iş elde edilir. Sıkıştırma oranları buji ile ateşlemeli motorlara göre daha yüksektir.

Bu motorların kullanım yerleri ile avantaj ve dezavantajları aşağıda verilmiştir.

Endüstrideki Önemi Endüstride en önemli özelliklerden biri işlerin kısa zamanda, daha ucuza ve emniyetle yapılmasıdır. Dizel motorlarında bu özellikler olduğundan dolayı bu motorlar endüstride önemli yer sağlamıştır.

Kullanıldığı Yerler Yakıtının ucuz olması, yakıt sarfiyatının az olması ve güçlü olması nedeniyle endüstride birçok alanda kullanılır. Başlıca kullanıldığı yerler şunlardır.

9

TEMEL BİLGİLER a) Kamyon, otobüs, traktör,ve iş makinelerinde b) Deniz araçlarında c) Lokomotif ve mototrenlerde d) Sabit güç makinelerinde Tercih Edilme Nedenleri a) Yakıt sarfiyatı azdır: Dizel motoru, aynı özelliklere sahip bir benzin motorunun harcadığı yakıtın yaklaşık yarısını harcar. Beygir Gücü başına harcanan yakıt miktarı benzin motorlarında 280-350gr olmasına karşın dizel motorlarında bu miktar 160-200gr civarındadır. b) Yakıtın ucuz olması: Motorinin fiyatı, benzine göre daha ucuzdur. c) Veriminin daha fazla olması: Dizel motorlarının verimi daha yüksektir.

Aşağıda üç değişik motor tipinde yaklaşık motor verim değerleri görülmektedir. Bunlar; Buhar makineleri % 15 Benzin motorları % 24 Dizel motorları % 37 d) Egzozundan çıkan gazlar zehirli değildir: Benzin motorlarında egzozdan karbon monoksit çıkmasına karşın, dizel motorlarında zehirsiz ve zararsız bir gaz olan karbondioksit çıkmaktadır. e) Yangın tehlikesi azdır: Motorinin tutuşma sıcaklığı (65 °C), benzine göre daha yüksek olduğundan yangın tehlikesi azdır. f) Motor gücünün fazla olması: Aynı çap ve özellikteki benzin motorlarına göre dizel motorlarının gücü daha fazladır.

Tercih Edilmeme Nedenleri a) Gürültülü ve sesli çalışırlar. b) Maliyetleri yüksektir. c) Ağır ve çok yer kaplarlar. d) Özellikle yakıt sistemleri çok hassas olduğu için dikkatli bakım gerektirir. e) İlk hareketi zordur. f) Yağlama zorlukları vardır ve yakıtı çok iyi bir şekilde filtre etmek gerekir.

10