Motor Tipleri
İçten yanmalı motor
İçten yanmalı benzinli motorun çalışma prensibi
İçten yanmalı motorlar, yakıtın motor içinde yanma odası adı verilen sınırlanmış bir alan içinde yakılması ile enerji elde edilen motorlardır.
Bu motorlara bu ismin verilmesinin sebebi , bu motorlardan önceki motorlarda yani dıştan yanmalı motorlarda (örneğin; buhar makinesi,Stirling motoru) yakıtın motor dışında bulunan başka bir ortamda yakılması ile enerji elde edilmesidir. Buhar makinelerinde yakıtın motorun dışında bir bölümde yakılması ile elde edilen ısı enerjisi suyun buharlaştırılmasında kullanılıyordu. Buhar basıncı ile hareket ettirilen pistonlardan da mekanik enerji elde ediliyordu. İçten yanmalı motorlarda yanma odasının motorun içine taşınmasıyla birlikte oldukça kompakt motorlar üretilebilmiştir ve otomobillerin oluşması sağlanmıştır.
Dıştan yanmalı motor
Dıştan yanmalı motor, yakıtın yanması ile sistemde çalışacak olan farklı bir akışkanı ısıtarak o akışkan aracılığı ile enerji dönüşümünü yapan bir motordur.(Örneğin;Buhar makinesi ve Stirling motoru)
Dıştan yanmalı motorlar, içten yanmalı motorlardan daha düşük güçte ve daha çok yer kaplayan bir yapıdadır, fakat bazen daha verimli ve yanma sonucu daha az zararlı partikül içeren durumlarda olabilirler. Düşük yanma sıcaklığı ve basınçları nedeni ile daha az zararlı egsoz gazı çıkarması nedeni ile daha çevreci olmaya meyillidirler.
Mekanik enerji ile ısı enerjisi birbiri ile bağlantılıdırlar. Örneğin, makinenin hareketli parçaları arasındaki sürtünme ile mekanik enerji, ısı enerjisine dönüşür. Isı enerjisi de, ısı motorları ile mekanik enerjiye dönüşebilir.
Isı motorları iki gruba ayrılır;
1. Dıştan yanmalı motorlar
2. İçten yanmalı motorlar
Dıştan yanmalı motorlarda yanma ile oluşan sıcak gazlardaki ısı enerjisini başka bir akışkana transfer ederler ve bu akışkandaki ısı enerjisi mekanik enerjiye dönüşür. Bu motorlar gaz ve buhar türbinleri içerirler. İçten yanmalı motorlarda yanma ile oluşan sıcak gazların ısı enerjisi doğrudan mekanik enerjiye dönüşür.
Bir buhar türbini, dıştan yanmalı motorlara iyi bir örnek oluşturabilir. Yakıtın yanmasından veya nükleer reaktörden gelen ısı, suyu bir kaynatıcı ile buhara çevirir. Borular buharı bir mile tutturulmuş kanatçıkları olan türbinin içine taşır. Yüksek sıcaklıktaki buhar genleşerek türbin boyunca sıkıştırma yaparak kanatçıkları iter ve milin dönmesine sebep olur. Dönen mil, bir elektrik jeneratörü, bir gemi pervanesi veya başka bir iş için güç sağlayabilir.
Silindir Biçimlerine Göre
Sıralı tip motor
Sıralı tip motor, silindirlerin krank mili üzerinde bir çizgi üzerinde sıralandığı motor tipidir. Günümüzde otomobillerde kullanılan en yaygın modeldir.Silindirlerin yanyana dizilmesinden dolayı bu adı almıştır.Dizel veya benzinli olabilirler.
İki, üç, dört, altı silindirli olarak yapılabilirler. Altı silindirden sonrasında motor boyu uzadığından motor dengesi bozulduğundan dolayı yapılmamaktadır.Bazı sıralı tip motorlar eğik olarak yapılmaktadır. Bunun sebebi araçtaki motor bölmesini küçültmek içindir. Örneğin 1967 model Plymouth'ların 6 silindirli motorları bu şekildedir.Yatay vaziyette yapılan sıralı tip motorlar da vardır.
Sıralı tip motorlarda silindirler DIN 73021'e göre ifade edilirler. Silindirlerin numaralandırmasına güç çıkışının karşısından başlanır.
V tipi motor
V tipi motor, silindirlerin krank şaftı üzerinde "V" şeklinde iki sıra halinde dizildiği motor tipi. Sıralı tip motorlara göre daha yüksek bir güç/hacim oranına sahip olan bu tip motorlar nispeten yüksek performans gereken uygulamalarda kullanılırlar.
Silindirler arasındaki açı benzinli motorlarda 600 veya 900 olabilir , dizel motorlarda 300 ila 1200 arasında değişebilir. Silindirlerin numaralandırmasına DIN 73021'e uygun bir şekilde güç çıkışının karşı tarafındaki sol silindirden başlanır.
Daha çok güç istenen ve fazla yer kaplamaması gereken yerlerde tercih edildiğinden V4 , V6 , V8 en çok kullanılan tiplerdir.
Boksör(Boxer) tipi motor
Boksör motor (boxer) ya da diğer adıyla düz motor pistonları yere paralel olan bir içten yanmalı motordur.Boksör motorda silindirler tek bir krank milinin her iki tarafına 2 sıra halinde yerleştirilmiş ve böylece tüm pistonların hareketinin tek bir düzlemde olması sağlanmıştır.
Yatay olarak pistonları karşılıklı olan bu içten yanmalı motorun patent hakkı 1896 yılında Karl Benz tarafından alınmıştır.Boksör motorların pistonları yatay ve karşılıklı dizilmiştir ve krank milleri ortada ve ortaktır. Ancak çoğu zaman bu motorları başka bir motor tipi olan ve yine pistonları karşılıklı ama bu sefer zıt dizili olan Zıt pistonlu motorlar ile karıştırırlar. Oysa bu iki motor tipinin en bariz farkı boksör motorda ortak ve ortada olan krank milinin diğer tipte ayrı (çoğunlukla) ve dışta olmasıdır.
Alfa Romeo, Porsche, Subaru ve Volkswagen gibi markaların bir dönem kullanmış oldukları hala da bazılarının kullanmaya devam ettiği bu motor tipi, dar alanda minimum dirençle maksimum güç alınması için kısa piston kolu kullanımına izin verir. Fakat yüksek yakıt tüketimi sebebi ile günümüzde pek tercih edilmemektedir. Ancak hala bazı araçlarda kulanılmaktadır.
Yıldız tipi motor
Yıldız tipi motor, silindirleri bir daire merkezine karşı sıralanmış motorlara denir. Bu motor türünde tüm piston kolları tek biyel muylusuna (resimde piston kollarının bağlı olduğu ortadaki döner kısım) bağlı olarak çalışırlar. Yıldız tip motorlarda ateşleme aralığının düzgün olabilmesi için 4 zamanlıları tek sayıda 2 zamanlıları çift sayıda silindirli olarak yapılır. Bu tertip şeklinde beygir gücü başına düşen motor ağırlığı 2 kg civarındadır. Bu nedenle uçaklarda ve bazı deniz taşıtlarında rahatlıkla kullanılır.
W tipi motor
W tipi motor, birleştirilmiş iki adet V-tipi motordan oluşur. Bu birleştirme seri bağlantı şekilnde gerçekleştirilir.Bugatti Veyron'da bu motordan kullanılmıştır.
İlk W tipi motor İtalyan Alessandro Anzani (1877-1956) tarafından 1906 yılında bisiklete uygulanan W3 motorudur.
H tipi motor
H tipi motor , silindirlerin birbirine göre konumları H şeklinde olan motordur. V açısı 180 derece olan iki V motorun kranklarının birer dişli ile ortak kullanıldığı düşünülürse H tipi motor ortaya çıkar. Silindir blokları aynı kartere bağlıdır. 2 krank mili ve bir iş alma mili mevcuttur. Böylece iki ayrı motorun gücü bir blokta toplanmış olur.Ancak bu gibi motorlarda hareketli parça ne kadar çok olursa aşınma, ısınma,mekanik ses,sık arıza v.s olacağından pek fazla rağbet görmezler.
Ateşleme Tipine Göre
Buji ile ateşlemeli motorlar
Buji ile ateşlemeli motorlar, piston üst ölü noktaya geldiğinde maksimum gücü elde etmek için yakıt hava karışımının buji kıvılcımı ile ateşlendiği motorlardır. Çevrimlerine göre sabit hacim çevrimli motorlardır.
Benzin , LPG , Doğalgaz yakıtlı olabilirler.
Ateşleme sistemleri distribütörlü (Klasik Sistem) veya Transistörlü (Elektronik Sistem) ; yakıt sistemleri karbüratörlü , enjeksiyonlu ya da direkt püskürtmeli enjeksiyonlu olabilir.
Sıkıştırma ile ateşlemeli motorlar
Bu tip motorlar (İng: compression ignition engines, CI) yakıt ve hava karışımının yüksek basınç ve sıcaklığın etkisi ile tutuşmasıyla çalışır.
Sıkıştırma ile ateşlemeli motorlarda buji ya da herhangi bir ateşleme mekanizması bulunmaz. küçük patlamalar ile piston hareketi sağlanır. Bununla birlikte enjeksiyon sistemleri benzinli motorlara göre daha karmaşıktır, ve çok daha yüksek basınçlar altında çalışırlar.
Benzinli motorlarda görülen ateşleme sistemi bir noktadan tutuşma sağladığı için silindirin çapını belirli bir büyüklükle sınırlandırır(Genelde en çok 0.15 m.). Buda bujili motorların büyüklüğünü ve dolayısıyla gücünü sınırlar. Dizel motorlarda ise silindir çapı çok daha büyük olabilir (1 m.), ve çok yüksek güçler üretilebilir. Yanma benzinli motorlara göre daha yavaş gerçekleştiği için sıkıştırma ile ateşlemeli motorların devri nispeten düşüktür.
Ekonomik olmaları nedeniyle bu tip motorlar kamyon, otobüs, iş makineleri gibi ticari araçlarda yoğun bir şekilde kullanılır. Ayrıca gemi, tren, denizaltı gibi yüksek güç gerektiren ve arabalara göre daha düşük devirlerde çalışan makinelerde tercih edilir.
Günümüzde gelişen dizel motor teknolojisi bu tip motorların binek otomobillerde de yaygınlaşmasını sağlamıştır. Yüksek fiyat ve bakım masraflarına rağmen ekonomik olması ve ivmelenme performansının benzinli motorlara çok yaklaşması sebebiyle önemli bir alternatif haline gelmiştir.
Zamanlama Sistemine Göre
İki zamanlı motor
İki zamanlı motor, içten yanmalı bir motor tipidir. Daha yaygın olarak kullanılan dört zamanlı motordan farkı, pistonun lineer hareketlerinde 4 yerine 2 stroka sahip olmasıdır. Fakat bu iki strokta, 4 zamanlı motorda oluşan 4 işlemde (emme, sıkıştırma, yanma, egsoz) meydana gelmektedir. Yani emme ve sıkıştırma 1 strokta , yanma ve egsoz 1 strokta yapılır.
Çalışma Prensibi
Emme ve sıkıştırma
Bu motor tipinde emme ve egsoz sübapları yoktur. Emme ve egsoz işlemleri silindir içinde oluşan basınç farkları vasıtası ile yapılır. Piston yukarı hareket ederken, üst kısımdaki karışımı silindir içinde sıkıştırmaya başlar. Bu esnada pistonun yukarı hareketi ile krank bölümünde bir vakum oluşur ve karışım krank bölümüne dolar. Bu karışım yakıt, yağ ve hava karışımıdır. Sıkışan karışım buji ile ateşlenir ve patlama oluşur. Çıkan enerji pistonu aşağı iter.
Yanma ve egsoz
Pistonun aşağı itilmesi ile egsoz çıkışı açılıp, emiş ağzı kapanır. Yanma sonucu ortaya çıkan atık gaz, egsoz borusundan atılır. Pistonun hareketi ile aşağıda sıkışan karışım, taşıma cebinin açılması ile pistonun üst kısmına dolar. Üst kısıma yeni karışım dolması ve egsoz gazının tamamen atılması ile çevrim tamamlanır ve diğer çevrim başlar.
Avantaj ve Dezavantajları
* İki zamanlı motor, dört zamanlı motora göre daha basit ve az maliyetlidir.
* Soğuk havalarda çalıştırılması daha kolaydır.
* Yakıt karışımının bir kısmı yanmadan egsoz gazı ile atıldığı için çevre ve yakıt ekonomisi konularında başarılı değildir.
* Yakıt karışımının pistonun üst kısma ulaşması krank bölümü ile sağlandığından, krank bölümü devamlı yağlamaya maruz değildir ve yağlama yakıt karışımı içine karıştırılan yağ ile olur. Bu yağın yakılması çevre açısından zararlıdır.
* İki strokta çalıştığı için pistonun her yukarı çıkışında yanma olur ve aşırı ısınma meydana gelir.
Kullanıldıkları yerler
Genelde küçük yapıdaki benzin motorları iki zamanlı olarak kullanılırlar. Motosiklet,bazı küçük teknelerde, scooter, kar motosikletleri ve model uçaklarda kullanılır. Ayrıca motorlu bahçe araçlarında da (çim biçme makinası vb.) kullanılırlar.Büyük yapıdaki iki zamanlı dizel motorlar başta gemilerin ana makinası olmak üzere 2000 hp gücün üzerindeki güçlere ihtiyaç duyduğumuzda iki zamanlı dizeller kullanılmaktadır.
4 Zamanlı motor
4 zamanlı motorlar (Dört Fazlı), pistonun bir çevriminin (cycle) 4 aşamada (4-stroke cycle) tamamlandığı motor tipleridir. İçten yanmalı motorlar (internal combustion engines) sınıfında yer alırlar.
Çalışma prensibi
Motorlarda güç üretimi önce yakıtın içindeki kimyasal enerjinin ısı enerjisine dönüşmesi, sonra da bu ısı enerjisinin pistonu harekete geçirmesiyle gerçekleşir. Bir dört zamanlı motorda bu işlem şu aşamaları izler:
1. Yakıt ve hava karışımı pistonun dışarı hareketiyle dolar.
2. Karışım pistonun içeri hareket etmesiyle sıkıştırılır.
3. Sıkışmış karışım benzinli motorlarda bir kıvılcım ile tutuşturulur, dizel motorlarda ise yüksek basınç ve sıcaklık altında kendiliğinden tutuşur ve yanma gerçekleşir. Yanma sonucu açığa çıkan enerji ile piston dışarı doğru itilir. Bu sayede krank şaftı döndürülür ve kinetik enerji elde edilmiş olur.
4. Pistonun geri dönüşü sırasında egzoz valfı açıktır ve egzoz gazları pistondan atılır. Döngü böylece başlangıç konumuna gelir ve 1. aşamadan itibaren işlemler yinelenir.
Motorun bir döngüsünü yukarıda anlatılan 4 aşamada tamamlamasından dolayı bu tip motorlara 4 zamanlı motorlar ismi verilir. Hareket halindeki benzinli bir araçta bu döngü dakikada ortalama 3.000-3.500 defa tekrarlanır.
2 zamanlı motorlara göre daha verimli olan 4 zamanlı motorlar günümüzde en çok kullanılan içten yanmalı motor tipidir.
Silindir Sayılarına Göre
Çok silindirli motorlar
Silindirlerin düzenine göre çok çeşitli motor yapı şekilleri vardır ( Motorların Sınıflandırılması şablonunda silindir birleştirme şekkillerine göre motorlar satırından ayrıntılı bilgi alınabilir) Silindirler DIN 73021’e uygun bir şekilde ifade edilir. Silindirlerin sayılmasına güç çıkışının karşı tarafından başlanır. Boksör motorlarda ve V tipi motorlarda güç çıkışının karşı tarafından soldaki silindirden başlanır ve sıra takip edilir. Genelde 4 zaman ilkesine göre çalışırlar. 2 zaman ilkesine göre çalışan tipleri de mevcuttur. Hava veya su ile soğutulan çeşitleri vardır.
Silindir sayıları
İki silindirli motorlar
Otomobil motorlarında çok az kullanılırlar. Örneğin DAF firması Hollandada ürettiği otomobillerde yatık I tipi subap mekanizmasına sahip bir motor kullanmıştır. Genelde hava soğutmalı olup 2 zaman prensibine göre çalışan motorlardır.
Üç silindirli motorlar
Buji ile veya sıkıştırma ile ateşlemeli , 2 zamanlı veya 4 zamanlı olabilirler. Hyundai Accent Admire 1,5 CRDI model otomobiller sıralı 3 silindirli , dizel , su soğutmalı 1500 cc hacminde motorlara sahiptirler.
Dört silindirli motorlar
En çok kullanılan silindir sayısıdır. Çeşitli kombinasyonlarda (buji ile ateşlemeli, su soğutmalı v tipi – sıkıştırma ile ateşlemeli , sıralı , su soğutmalı –buji ile ateşlemeli , boksör , hava soğutmalı gibi ) yapılabilirler.
* Volkswagen kaplumbağa : Buji ile ateşlemeli , benzinli , boksör , hava ile soğutmalı
* Ford Taunus : Buji ile ateşlemeli , v tipi , su ile soğutmalı , benzinli
* Hyundai Accent Era CRDI : Sıkıştırma ile ateşlemeli , mazotlu , sıralı , su ile soğutmalı
Altı silindirli motorlar
Avrupada genelde kullanılmayan ağırlıklı olarak ABD’de ürtilen otomobillerde kullanılan motorlardır. Sıralı veya V tipinde yapılabilirler.
Sekiz silindirli motorlar
Genelde eski otomobillerde kullanılmıştır. Sıralı tiplerinin boyu çok uzun olduğundan ve otomobillerin ön kısmının uzamasına sebep olduğundan motor parçalarının dengelenmesi problemlerinden ötürü genelde V tipinde yapılırlar.
Oniki ve Onaltı silindirli motorlar
Genellikle deniz vasıtalarında , lokomotiflerde ve sanayi işlerinde kullanılan motorlardır. Otomotiv sektöründe ise otobüs ve kamyonlarda kullanılmasına rağmen spor otomobillerde kullanılan tipleri de vardır . Ferrari 12 silindirli motorları bazı modellerinde kullanırken , Bugatti Veyron modelinde 16 silindirli bir motor kullanmıştır. Silindir birleştirme şekillerine göre dengeleme probleminden ötürü sıralı tip kullanılmamaktadır. V tipi , boksör tipi , iki sıralı yıldız , yıldız , W tipi , üç sıralı X veya sıra halinde X tipi olarak yapılırlar.
Tek silindirli motorlar
İki krank mili devrinde sadece bir iş yaptığından dolayı dengesiz harekete sahip ve gücü düşük motorlardır. 2 zaman prensibine göre çalışırlar. Otomobillerde kullanım olanağı yoktur. Daha çok küçük işlerde , su tulumbalarında , sandallarda , motorsikletlerde , jenaratörlerde ve askeri amaçlar için kullanılmaktadırlar.
Soğutma Sistemlerine Göre
Hava soğutmalı motor
Hava soğutmalı motor, motorun sıcak parçalarının soğutulması için direkt olarak hava sirkülasyonunu kullanır.
Çoğu modern içten yanmalı motor, kapalı devre sıvı soğutucuların motor bloğu içindeki kanallar boyunca dolaşması ile soğutulur. Soğutucu ısıyı absorbe eder, daha sonra bir ısı eşanjörü veya radyatör ile üzerindeki ısıyı havaya iletir ve döngü bu şekilde devam eder. Bu şekilde de , nihai soğutucu hava iken, sistemde dolaşan sıvı soğutucu dolayısı ile bu tipler su soğutmalı motor olarak bilinir. Buna göre, bir hava soğutmalı motorda ısı motordan direkt olarak havaya atılır, sıvı soğutucu kullanılmaz.
Havacılık endüstrisinde kullanılan pistonlu motorların bir çoğu da hava soğutmalıdır. Günümüzde de birçok firma hafif uçaklarda genelde bu tip motor kullanmaktadır.
Bir çok motorsikletde, ağırlıktan kazanmak ve motor yapısını basitleştirmek için hava soğutmalı motor kullanılır. Günümüzde imal edilen otomobillerde hava soğutmalı motorlar kullanılmamaktadır, fakat geçmişte üretilen birçok modelde hava soğutmalı motorlar kullanılmıştır.
Su soğutmalı motor
Su soğutmalı motor, motorun çalışması esnasında ortaya çıkan aşırı sıcaklıktan dolayı motor yağı ve parçalarının zarar görmemesi için motor bloğunun soğutulmasında soğutucu sıvı (su) sirkülasyonunu kullanan motor tipidir.
Çoğu modern içten yanmalı motor, kapalı devre sıvı soğutucuların motor bloğu içindeki kanallar boyunca dolaşması ile soğutulur. Soğutucu ısıyı absorbe eder, daha sonra bir ısı eşanjörü veya radyatör ile üzerindeki ısıyı havaya iletir ve döngü bu şekilde devam eder.
Bu şekilde, sistemde dolaşan sıvı soğutucu kullanan bu tipler su soğutmalı motor olarak bilinir.
Buna göre, bir su soğutmalı motorda ısı motordan direkt olarak havaya atılmaz, soğutma işleminin etkinliğini arttırmak için sıvı soğutucu kullanılır.
Su soğutmalı motorların, hava soğutmalı motorlara göre çeşitli üstünlükleri vardır. Su soğutmalı motorda motor bloğunu saran su gömlekleri (kanalları) motor sesini izole eder ve hava soğutmalı motora göre daha sessiz çalışır. Ayrıca büyük hacimli motorlarda hava soğutmalı tip kullanmak mümkün olmaz, motoru soğutmak için yerleştirilecek vantilatörün çok büyük olması gerekeceğinden hem kaplayacağı yer, hem de gürültü bakımından uygulaması çok zordur. Bu yüzden günümüz otomobil teknolojisinde artık tamamen su soğutmalı motorlar kullanılmaktadır. Suyun, donma noktasının altındaki hava şartlarında donmaması için antifriz kullanılır.
Hava soğutmalı tip, daha çok küçük motorların daha basit ve ekonomik olması için kullanılabilmektedir.
Yakıt Çeşitlerine Göre
Benzinli motor
Benzinli motor, bir tür içten yanmalı motordur.Benzinli motorlarda kullanılan yakıt benzin olup, yakıt dizel motordan farklı olarak karbüratör adı verilen bir düzenek sayesinde,sıvı olarak değil buharlaşıp hava ile karışarak silindire girer.
Benzinin oksijen (hava) ile oluşturduğu karışım sonucunda yanma gerçekleşir.Yakıt hava karışımının silindirin içinde bir kıvılcım ile yanması sonucu bir patlama meydana gelir. Burada yine dizel motordan farklı yanmayı sağlamak için kıvılcım yani buji kullanılır. Patlamanın ortaya çıkardığı basınç, piston tarafından hareket enerjisine dönüştürülür.
Benzinli motorun çalışma prensibini oluşturan çevrim dört zamanlı çevrim ya da Otto Çevrimi olarak da anılır. Bu çevrim 1876 yılında Alman mühendis Nikolaus Otto tarafından bulunmuştur.Çevrim dört aşamadan oluşur.
1. Emme: Karbüratörden gelen benzin-hava karışımı, emme sübabının açılması ile silindir içine çekilir.
2. Sıkıştırma: Piston yukarı çıkarak benzin-hava karışımını sıkıştırır.
3. Yanma: Sıkışan ve ısınan karışım, bujiden çıkan kıvılcım ile tutuşur. Oluşan patlama ile piston aşağı doğru itilir.Hareket gücü bu aşamada üretilmiş olur.
4. Egsoz: Bu aşamada ise pistonun yukarı hareketi ile yanma sonucu oluşan gazlar egsoz sübabından dışarı atılır ve bir çevrim tamamlanarak, diğer çevrim yeniden başlar
Dizel motor
Dizel Motoru, içten yanmalı bir motor tipidir. Daha özel bir tanımla, dizel motor oksijen içeren bir gazın (genellikle bu atmosferik havadır) sıkıştırılarak yüksek basınç ve sıcaklığa ulaşması ve silindir içine püskürtülen yakıtın bu sayede alev alması ve patlaması prensibi ile çalışan bir motordur. Bu yüzden benzinli motorlardan farklı olarak ateşleme için bujiye ve yakıt oksijen karışımını oluşturmak için karbüratöre ihtiyaç yoktur.
1892'de Alman Mühendis Rudolf Diesel tarafından bulunmuş ve daha sonra 23 Şubat 1893'te patenti alınmış bu süreç dizel çevrimi olarak bilinir. Diesel, motoru kömür tozu dahil çeşitli yakıtların kullanımına yönelik olarak tasarlamıştır. Motorun sunumunu 1900’deki Dünya Fuarı'nda, yakıt olarak yer fıstığı yağı (Biodizel) kullanarak yapmıştır.
Çalışma prensipleri
Gaz sıkıştırıldığında, sıcaklığı yükselir, dizel motoru bu özelliği kullanarak yakıtı ateşler. Hava, dizel motorunun silindiri içine çekilir ve bir piston tarafından, kıvılcım ateşlemeli (benzinli) motorlardakinden çok daha yüksek (25 katı bulabilir) bir oranda sıkıştırılır. Hava sıcaklığı 700-900°C'a ulaşır. Piston hareketinin en tepe noktasında, dizel yakıt yüksek basınçla atomizer memeden geçerek yanma odasının içine püskürtülür, burada sıcak ve yüksek basınçlı hava ile karışır. Bu karışım hızla tutuşur ve yanar. Hızlı sıcaklık artışı ile yanma odası içindeki gaz genleşir, artan basınç, pistonu aşağı doğru hareket ettirir. Biyel (piston) kolu, krank mili çıkışına dönme gücü olarak iletilir.
Motorun süpürmesinde, egzoz gazını silindirin dışına atma ve taze hava çekme işlemi, kapakçıklar (valf) veya giriş ve çıkış kanalları aracılığıyla yapılır. Dizel motorun kapasitesinin tam olarak kullanılabimesi için içeriye alınan havayı sıkıştırabilecek turboşarjer kullanılması gerekir; turboşarjer ile havanın sıkıştırılmasından sonra bir artsoğutucu/arasoğutucu ile içeri alınan havanın soğutulması ayrıca verimi arttırılır.
Çok soğuk havalarda, dizel yakıt koyulaşır, viskozitesi artar, balmumu kristalleri oluşur veya jel haline dönüşür. Yakıt enjektörü, yakıtı silindirin içine etkili bir şekilde itemez ve bu yüzden soğuk havalarda motorun çalıştırılmasını zorlaştırabilir. Dizel teknolojisinde bu zorluğu yenmek için çeşitli önlemler geliştirilmiştir. Sıkça kullanılan bir uygulama, yakıt hattı ve yakıt filtresini elektrikle ısıtmaktır. Bazı motorlarda silindir içinde bulunan kızdırma bujileri denen küçük elektrikli ısıtıcılar, çalıştırmak için silindirleri önceden ısıtırlar. Az sayıda motorda kullanılan başka bir teknolojide ise, manifold içindeki rezistans telli ısıtıcılar, motor çalışma sıcaklığına gelinceye dek giriş havasını ısıtır. Soğuk havalarda, motor uzun süreli (1 saatten daha fazla) kapatıldığında kullanılan ve şehir cereyanı ile çalışan motor blok ısıtıcıları, aşınma ve çalıştırma zamanını azaltmak için sıklıkla kullanılır.
Eski dizel motor sisteminin en önemli parçası hız kontrol ünitesidir; bu ünite yakıtın gelme hızını kontrol ederek motorun hızını sınırlar. Benzin motorlarından farklı olarak dizel motorlarında hava emme sübabı yoktur, bu yüzden hız kontrol ünitesi olmazsa motor fazla hızlanır. Eski tip hız kontrol üniteleri motordan bir vites sistemi ile yönlendirilir ve böylece sadece motor hızıyla doğru ilişkili olarak yakıt sağlanırdı.
Modern elektronik kontrollü dizel motorları benzin motorlarındakine benzer bir kontrol mekanizmasını (ECM) Elektronik Kontrol Modülü veya Elektronik Kontrol Ünitesi (ECU) yoluyla uygularlar. Motor "bilgisayarı" ECM/ECU içinde motorun çalışmasıyla ilgili algoritmalar ve kalibrasyon tabloları kaydedilmiştir. ECM/ECU bir sensörden motor hızına dair sinyal alınca gereken bilgi işlemlerini yapar, elektronik ve hidrolik valfler aracılığıyla yakıt miktarını ve yanma zamanlamasını kontrol ederek motor hızını sabit tutar.
Yakıtın pistonların içine enjeksiyonunun başlama zamanının kontrolu, emisyonların azaltılması ve motor veriminin (yakıt ekonomisi) artırılması için en önemli unsurdur. Silindir içine yakıt enjeksiyonu başlama zamanlaması, günümüz modern motorlarında elektronik olarak kontrol edilmektedir. Zamanlama, genellikle üst ölü noktanın (TDC/Top Dead Center) önündeki pistonun krank ünitesi açısı ile ölçülür. Örneğin, piston üst ölü noktadan 10 derece önde olduğu zaman eğer ECM/ECU yakıt enjeksiyonuna başlarsa, enjeksiyon başlama veya zamanlama 10 derece öndedir denir. Optimal zamanlama, motorun hızı ve yükü kadar tasarımına da bağlıdır.
Enjeksiyon tipleri
Dizel motorlarda yakıt enjeksiyonu, endirekt ve direkt olarak iki tiptir. Endirekt enjeksiyonda yakıt, dizel motorda yanma odası dışında, ön oda olarak adlandırılan yere verilir. Yanma başladığında yanma odasının içine yayılır. Bu tipte motordaki aşırı gürültü ve titreşim düşürülür, fakat ısı kaybı artar ve motor verimi düşük olur. Direkt enjeksiyon ise modern dizel motorlarda kullanılır. Burada motordaki yanma odasına yakıt doğrudan püskürtülür.
Emisyon Kontrolü
Dizel motorlarının en büyük sorunlarından biri, yanma veriminin düşük olmasıdır. Bir başka deyişle; yanma odasına giren yakıt homojenize bir şekilde yanmaz. Bunun sonucunda ortama çok fazla sera etkisi yapacak gazlar verilir. Bunun kontrolü son yıllarda Dizel motoru üreticilerinin en büyük sorunlarından birisi haline gelmiştir. Avrupa Birliğinin almış olduğu karara göre Kasım 2008'de Euro V standartları Avrupa'da devreye giriyor.
Emisyon değerlerini düşürmek için ise araştırmalar hala devam etmekte. NADI konsepti diye tabir edilen bir uygulama ile emisyon değerleri düşürülürken performans artışı da kayda değer bir şekilde artmaktadır. Bu uygulama ile enjeksiyon açıları düşürülerek küresel ısınmaya etkisi olacak gazların oluşumu bir nebze olsun azaltılmaktadır.
TEMEL KAVRAMLAR VE MOTOR TEKNOLOJİSİ
BASINÇ (P)
Birim yüzeye etki eden kuvvettir. Birimi :bar,atm,Kg/cm2 dır.
1 bar = 1 atm = 1.033 Kg/cm2
1 bar = 15 psi
ATMOSFER BASINCI
Havanın ağırlığına yer çekimi etkisidir.
Deniz seviyesinde 1,033 Kg/cm2 ye eşittir. Yaklaşık 1 Kg/cm2 olarak alınabilir. Atmosfer basıncı, deniz seviyesinden yukarıya çıkıldıkça azalır. Hava ısındıkça, genleşir ve hafifler.
VAKUM
Silindir içerisindeki basıncın, atmosfer basıncından düşük olmasına denir.
İŞ (W)
Bir cismin, bir kuvvet tarafından yer değiştirilmesine denir. İtme, çekme, kaldırma şeklinde olabilir. Birimi, newtonmetre’ dır. (NM) ile gösterilir.
GÜÇ (N)
Birim zamanda yapılan iştir. Birimi, newtonmetre/saniye’dir. (Nm/s) şeklinde gösterilir.
MADDE
Genel anlamda, uzayda yer kaplayan her şeye madde denir. Maddenin bir fiziksel yapıdan, farklı bir fiziksel yapıya dönüşmesine maddenin hal değişikliği denir. Suyun soğuduğunda donması, ısındığında buharlaşması gibi. Soğutma sistemlerinde; genelde su kullanıldığı için, donduğunda ve ısındığında genleşme özelliğine sahip tek madde olduğunu bilmemiz gerekir. Bu nedenle de, soğutma sisteminde antifrizli su kullanılır. Yaz-kış uygun oranlarda mutlaka kullanılması gerekir.
Maddenin genleşmesi; ısı ve sıcaklık yükseldiğinde genleşme olur. Genleşme, hacimsel bir büyümedir. Çubuk şeklindeki metal maddelerde boyuna uzama daha belirgin olarak görülür. Genleşme miktarı, malzemenin yapısına bağlıdır. Örneğin alüminyum ile döküm malzemenin genleşmesi farklıdır. Bu nedenle supap ayarı oda sıcaklığında yapılmalıdır. Mekanik ve elektriksel ölçümlerinde oda sıcaklığında yapılması gerekir.
ISI
Isı, bir enerji çeşididir. Birimi, kalori’dir. (cal) şeklinde yazılır. Genellikle Kilokalori (Kcal) olarak kullanılır.
SICAKLIK (t)
Isı enerjisi ile değiştirilebilen bir büyüklüktür. Birimi santigrat derece’dir. (‘C) ile gösterilir. Termometre ile ölçülür.
KUVVET (F)
Bir cismin, bulunduğu konumu ve şeklini değiştiren etkidir. Birimi, Newton’dur. (N) ile gösterilir.
1 Kg. = 9,81 N = 10 N
1 Kg. =0,981 daN = 1 daN
AĞIRLIK (G)
Yer çekimi kuvvetini, maddelere uyguladığı etkidir. Birimi, gram’dır. (g) harfi ile gösterilir. Daha çok Kilogram kullanılır. (Kg) ile gösterilir.
ATALET
Cisimlerin, yön ve hız değişikliklerine karşı gösterdikleri direnç’tir. Örneğin otomobilin dururken ataleti çok yüksektir. Motorun gücü; bu ataleti yenemeyeceğinden, vites kutusu yardımı ile atalet kuvvetleri yenilerek otomobil hareket ettirilir.
BEYGİR GÜCÜ (BG), (HORSE POWER) (HP)
Beygir gücü, 1 saniye de yapılan 736 Nm’lik işe eşittir.
736 Watt = 1 BG
MOMENT (TORK) (T)
Bir kuvvetin, bir cismi bir eksen etrafında döndürebilmesidir. Burma veya döndürme kuvveti de denir. Birimi, (Nm) dır. Genellikle (daNm) kullanılır.
DEVİR (rpm, d/d)
Bir cismin, belirli bir noktadan başlayarak dairesel olarak bir tur atmasıdır. Birimi, devir/dakika dır. (d/d) şeklinde gösterilir veya dakikadaki devir sayısı (rpm) olarak gösterilir.
MOTORLARDA TORK ve GÜÇ
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 momenti arttırır. Moment ile güç karıştırılmamalıdır. Çünkü güç, motorun iş yapma hızıdır. Motor momenti, devir yükseldikçe belli bir devire kadar artar ve bu devirden sonra, motor devri arttırılmaya devam edilirse moment azalmaya başlar. Bunun nedeni, hacimsel verimin azalmasıdır.
MOTOR
Motor, ısı enerjisini, mekanik enerjiye dönüştüren makinelere denir. Gerekli olan ısı enerjisini silindirler içerisinde meydana getiren motorlara içten yanmalı motorlar denir.
ÜST ÖLÜ NOKTA (Ü.Ö.N.) (T.D.C.)
Pistonun, silindir içerisinde çıkabildiği ve yön değiştirmek için bir an durakladığı en üst noktaya denir.
ALT ÖLÜ NOKTA (A.Ö.N.) (B.D.C.)
Pistonun, silindir içerisinde inebildiği ve yön değiştirmek için bir an durakladığı en alt noktaya denir.
KURS (STROK, PİSTON YOLU)
Pistonun, Ü.Ö.N. ve A.Ö.N. arasında hareket ettiği mesafedir. (L) ile gösterilir.
SİLİNDİR HACMİ (V)
Taban alanı ile yüksekliğin çarpımı, hacmi verir. Silindir hacminde; yükseklik kurs’tur (L). Taban alanı da (A) silindirin dairesel alanıdır.
SIKIŞTIRMA ORANI
Piston Ü.Ö.N. da iken, üzerinde kalan hacme yanma odası hacmi denir. Buna göre; sıkıştırma oranı, piston A.Ö.N. ‘da iken üzerinde bulunan hacmin, yanma odası hacmine denir. Benzinli motorlarda; sıkıştırma sonundaki basınç ve sıcaklık, yanma sonundaki basınç ve sıcaklığa ve aynı zamanda da motorun momentine de etki edecektir. Benzinin kendi kendine tutuşmasını önlemek için, sıkıştırma oranı belli bir değerden sonra yükseltilemez. Dolayısıyla; motorda kullanılacak benzinin, normal veya süper benzin olmasıda motorun sıkıştırma oranına bağlıdır.
ZAMAN
Pistonun, iki ölü nokta arasında yaptığı bir harekete zaman denir. Krank mili dönüşü, açı cinsinden dört zamanlı bir motorda bir zamanın süresi 180’ dir.
ÇEVRİM
Çevrim; bir işin meydana gelebilmesi için, geçen süredir. Açı cinsinden bir çevrimin meydana gelebilmesi için, krank milinin 720’ dönmesi gerekir.
ATEŞLEME
Sıkıştırma sonunda; yanma odasına sıkıştırılmış olan karışım, buji tırnakları arasında oluşan elektrik kıvılcımı ile ateşlenir. Kıvılcım sıcaklığı 2500 – 3000 ‘C arasında değişir. Karışım ani olarak yanmaz. Yanma ani olursa, vuruntuya neden olur. Bu nedenle, piston Ü.Ö.N. ‘ya 10’ – 12’ kadar yaklaşınca karışım ateşlenmelidir. Ateşleme avansı, piston Ü.Ö.N. ‘ya gelmeden önce verilir. Ateşleme avansının değeri, motorun devrine, sıkıştırma oranına ve kullanılan yakıt cinsine göre değişir.
DETENASYON (VURUNTU)
Yanma odasındaki hava/yakıt karışımının, kendi kendine patlamasıdır. Buji çaktıktan sonra oluşan alevin; bir alev cephesi halinde yanma odasının diğer kısımlarına ulaşmadan, başka noktalardan karışımın tutuşması sonucu detenasyon oluşur. Vuruntunun şekli, motor parçaları üzerine çekiç ile vuruluyormuş gibi etki yapar. Karbüratör ayarları, soğutma sisteminin iyi çalışması, ateşleme zaman ayarının uygun olması ve yakıtın kalitesi detenasyonu önleme çareleridir. Şehir içinde sık sık duruş ve kalkış yapan otomobilde oluşan karbon birikintisinin fazlalığıda detenasyona neden olur. Detenasyon sonucu; piston, piston kolu, krank mili ve yataklar üzerine fazla yük biner, motor parçaları kısa sürede aşınır ve kırılır, motor gücü düşer ve yakıt tüketimi artar.
ERKEN ATEŞLEME
Yanma odasında; sıkıştırılmış karışımın, buji ateşlemeden kendi kendine yanmaya başlamasıdır. Karbon birikintisi, yanma odası hacmini küçültüp, sıkıştırma oranını arttırdığından erken ateşlemeye neden olur. Silindir kapak contasının içeri doğru taşma yapması, soğutma sisteminin yeterli çalışmaması, taşlama sonucu çok incelmiş supap tablası kenarları, rektifiye edilmiş silindirlerde, silindir ağız kenarlarının pahlanmamış olması erken ateşlemeye neden olur.
MOTOR VERİMLERİ
Alınan işin, verilen işe oranına verim denir. Verim daima %100 ‘den küçük olur. Verilen işin aynen kazanılması hiçbir şekilde mümkün olmaz. Bunun nedeni, meydana gelen kayıplardır.
HACİMSEL (VOLUMETRİK) VERİM
Emme zamanında; silindire giren karışım hacminin, silindir hacmi oranına denir. Motor gücüne ve torkuna etki eden nedenlerin başında gelir. Bu verim artarsa, motor gücü ve torku da artar. Hacimsel verim emme supabı düzenleniş şekline, havanın ve motorun sıcaklığına, atmosferik basınca, motor devrine ve gaz kelebeği açıklık miktarına bağlıdır.
MEKANİK VERİM
Karışımın silindirde yanması sonucu, oluşan güç (Pi) iç güçtür. Bu güç, krank milinden alınan çıkış gücünden (Pe) daima büyüktür. İç güç; krank milinden alınıncaya kadar piston, segman ve silindir yüzeyinde ve yataklardaki sürtünmeyi yenmek için birçok kayıplara uğrar. Mekanik verim, silindirler içinde elde edilen gücün yüzde olarak ne kadar harcandığını ve faydalı güce dönüştüğünü gösteren bir verimdir.
YAKIT SİSTEMİ
Otomobil motorlarında kullanılan yakıt sistemleri; karbüratörlü ve enjeksiyonlu sistemler olarak ikiye ayrılır. Otomobillerimizin yakıt sisteminin kumandaları; karbüratörlü olanlarda mekanik, enjeksiyonlu olanlarda ise elektroniktir.
KARBÜRATÖRLÜ SİSTEMLER
Yakıt sistemi karbüratörlü olan sistemlerin genel olarak elemanları; yakıt deposu, yakıt filtresi, yakıt pompası ve karbüratördür. Karbüratörler, yakıt ile havanın karıştırıldığı ve motorun çalışma koşullarına uygun karışımın hazırlandığı yer olmasına karşın yapısından dolayı yakıt ile havanın motorun değişik çalışma koşullarına göre homojen bir biçimde karışmasını tam olarak sağlayamaz. Bu yüzden; teknolojinin gelişimi ile karışımın nasıl daha iyi hazırlanabildiği hava/yakıt karışımının silindirde sıkıştırma sonunda buji ile ateşleme yapan motorlarımızda, karbüratörlü sistemler dışında, benzini püskürten enjeksiyon sistemleri kullanılmıştır.
ENJEKSİYONLU SİSTEMLER
Enjeksiyonlu sistemlerin yakıt sistemi karbüratörlü olan sistemlere göre farklı olan elemanları yakıt deposu ve yakıt deposu içerisinde bulunan elektrikli yakıt pompası, emme manifoltu üzerinde bulunan enjektör gövdesi bünyesinde yer alan enjektör ve yakıt basınç regülâtörüdür. Sistemde bulunan elektrikli elemanların çalışması; elektronik bir kontrol ünitesi tarafından, motorun devrine ve yüküne bağlı olarak, sensorlardan gelen bilgiler doğrultusunda kontrol edilir. Enjektörler benzini çok küçük damlacıklar halinde zerreleştirme görevini yerine getirirler. Motorun düzenli şekilde çalışması için, hava/yakıt karışımının hazırlanması bakımından karşılanması gerekli olan koşullar esas olarak şunlardır;
1-Gereksiz yakıt tüketiminin önlenmesi ve yanmayı garanti altına almak için, hava/yakıt oranı olabildiğince stokiyometrik değerde tutulmalıdır.
2-Karışım, mümkün olduğu kadar homojen oluşmalıdır.
ENJEKSİYON SİSTEMLERİNİN, KARBÜRATÖRLÜ SİSTEMLERE GÖRE ÜSTÜNLÜKLERİ
1-Motorun değişik çalışma koşullarına göre (motor sıcaklığı, emme manifoltuna giren havanın sıcaklığı, emme manifoltu vakumu, yanma odasına giren havanın ağırlığı, motor devri, egzoz gazı içerisindeki oksijen miktarı, gaz kelebeğinin pozisyonu) çalışma veriminin yüksek olmasıdır.
2-Uzun süre bakım, onarım ve temizliğe gerek duyulmamasıdır.
3-Enjeksiyon sisteminin kullanıldığı otomobil, ekolojik olmaya uygundur.
ENJEKSİYON SİSTEMİNİN GENEL OLARAK GÖREVLERİ
1-Püskürtme sürelerinin ayarlanması
2-Soğukta harekete geçmenin kontrolü
3-Hızlanma sırasında yakıt zenginliğinin kontrolü
4-Yavaşlama sırasında yakıtın kesilmesi
5-Motor rölanti hızının kontrol ve yönetimi
6-Maksimum devrin sınırlandırılması
7-Lambda sensörü ile yanmanın kontrolü
8-Kendi kendine arıza teşhisi
EMİSYON SİSTEMLERİ
Emisyon kontrol sistemi atmosfere yayılan zehirli gazların emisyonunun sınırlandırılmasına yönelik elemanları içermektedir.
Aracın neden olduğu temel emisyonlar şunlardır;
1- Egzoz emisyonu: Sonda Lambdalarla motordan çıkan gazların uygunluk kontrolünü yapar.
2- Motor bloğu buhar/gaz emisyonları: Sistem hava, yakıt buharı, piston segmanlarından sızan yakıt gazlarından ve yağ buharından oluşan karışımın motor bloğu tarafından emilimini kontrol eder ve bunların motor tarafından yeniden emilerek yakılmasını sağlar.
3- Besleme devresi yakıt buharı emisyonu: Buharlaşmayı önleyen sistem depoda oluşan az orandaki hidrokarbonla meydana getirdiği yakıt buharının atmosfere yayılmasını engeller.
VTEC
Değişken Zamanlamalı Supap Kontrol Sistemi (Variable-valve timing and electronic-lift control) Değişken supap zamanlaması, motor işletim sisteminin hangi devire göre hangi supap zamanlamasının kullanılacağını belirlenmesi ve her devirde en verimli çalışmayı sağlamasıdır Böylece motor düşük devirlerde az yakıt tüketirken yüksek devirlerde de iyi bir performans sunmaktadır. Motor devri yükseldikçe kayar pimli egzantirik milleri subaplara daha büyük bir kam lobuyla hareket iletmekte ve hava yakıt oranının yeniden düzenlenmesine imkan tanımaktadır. Bu motor Honda firması tarafından kullanılmaktadır.
Konu başlıkları;
* 1 DOHC VTEC
* 2 SOHC VTEC
* 3 VTEC-E
* 4 3 KADEMELİ VTEC
* 5 i-VTEC
* 6 Otomobil markalarındaki değişken zamanlamalı supap kontrol sistemleri
DOHC VTEC
DOHC VTEC sistemi, yüksek devirli bir DOHC motorunda hem gücü hem de torku optimize etmek için geliştirilmiştir. Her iki supap için, 3 kam profili bulunur. Dış taraflardaki profiller düşük devirlerde, ortadaki profil ise yüksek devirlerde kullanılır
Düşük devirlerde, supaplar düşük kam profillerinde hareket eden külbütörler tarafından açılır. Bu kam profilleri, düşük devirlerde silindirin emişinin iyi ve yakıt tüketiminin düşük olmasını sağlamak için kısa supap liftiyle ve kısa açılma süresiyle hareket ederler. Kısa supap lifti ve açılma süresiyle düşük ve orta devirlerde yüksek tork ve yakıt tasarrufu sağlanır. Motorun hızı arttıkça, motorun elektronik kontrol ünitesi kam mili takipçilerinin pimlerine basınçlı yağ gönderen hidrolik sürgülü valfi çalıştırır (5850 d/d’de). Basınçlı yağ pimleri, düşük devirde çalışması için tasarlanan takipçileri 3. takipçiye kilitleyecek bir pozisyona hareket ettirir. O ana kadar 3. takipçi herhangi bir supabı hareket ettirmemektedir. Kam mili takipçilerinin birbirine kilitlenmesiyle birlikte, düşük devirde çalışan takipçiler yüksek devirde çalışan takipçilerle aynı oranda çalışmaya zorlanırlar. Supapların hem lift miktarı artmış hem de açık kalma süreleri uzamıştır. Silindirin içine daha fazla dolgu alınmaktadır ve artan devir sayısıyla birlikte motorun gücü de artmaktadır.
SOHC VTEC
Üstten tek eksantrikli bir motorda, her silindir sırası için bir kam mili bulunur. Emme ve egzoz profilleri aynı kam mili üzerinde yer alır. Alttaki şekilde kam milinin orta kısmında 3 kam profili bulunmaktadır, bunlar emme kam profilleridir. Bu 3 kam profilinden dış tarafta olanlar düşük devirlerde kullanılırken, ortadaki profil yüksek devirlerde kullanılır.Fakat SOHC VTEC motorlarda egzoz supaplarının zamanlamaları değiştirilmez. Egzoz supapları tüm devir bantları için aynı profilleri takip eder. DOHC VTEC ve SOHC VTEC motorlar arasındaki en büyük fark egzoz supaplarının zamanlamaları arasındaki farktır. Bunun yanı sıra SOHC VTEC motorların yapıları, DOHC VTEC motorlara göre daha basittir
Düşük devirlerde, dıştaki 2 kam profili direkt olarak külbütörleri hareket ettirir. Düşük devirlerde kullanılan kam profilleri motorun sakin çalışmasını ve düşük yakıt tüketimi sağlar. Yüksek devirlerde ise; yüksek devirler için tasarlanan profil, takipçiyi hareketlendirir. Fakat takipçi herhangi bir parçayla bağlantılı olmadığı sürece, hiçbir parçayı hareketlendirmez. Yüksek devirlerde, yağ basıncı metal pimi külbütörlere ve takipçiye doğru iter ve 3 profil sanki tek profile dönüşmüş gibi hareket etmeye başlar. Külbütörler, yüksek devirler için tasarlanan profili takip etmektedirler. Yüksek devirlerde emme supaplarının lifti arttığı gibi açık kalma süreleri de artar. Artan devirler birlikte motora daha fazla dolgu emilir ve motorun gücü artar.
VTEC-E
VTEC-E sisteminin asıl amacı, düşük devirlerde yakıt ekonomisini artırmak için oldukça fakir yakıt-hava karışımı sağlamaktır. 1,5 litrelik SOHC VTEC-E sistemine sahip motor 92 HP güç üretmektedir. 12 supap modunda hava-yakıt oranı 20:1 ve üzerinde olabilmektedir.
VTEC-E sisteminin supap tahrik mekanizması
Tork üretmek için, yakıt silindir içine emilen hava ile birlikte yakılır. Ne kadar çok tork üretileceği, direkt olarak, yakıt-hava karışımının birbiriyle ne kadar iyi karışmasıyla ilgilidir. Düşük devirlerde motorların emme dolgu hızı, yakıt ve havanın iyi bir şekilde birbirine karışabilmesi için yeterli değildir. VTEC-E, yapay olarak emme dolgu hızını türbülans etkisi yaratacak şekilde artırır. Bu şekilde yakıt ve hava arasında oldukça iyi bir karışım gerçekleşir. VTEC-E sistemine sahip olmayan bir motor emme supapları için tek bir kam profiline sahiptir. VTEC-E motoru ise, iki farklı emme kam profiline sahiptir. Düşük devirlerde, her emme supabı kendi emme profilini takip eder. Emme kam profillerinden biri diğerine göre oldukça normal kalmaktadır. Diğeri ise, neredeyse yuvarlak bir profile sahiptir. Düşük devirlerde sadece bir emme supabı çalışmaktadır. Emilen dolgu bu supaptan silindire girmektedir ve sonuç olarak silindir içinde türbülans efekti oluşturulmaktadır. Türbülans etkisi, dolgunun çok iyi bir şekilde karışmasını sağlamaktadır. Bu sayede motor, oldukça fakir karışımlarda çalışabilmektedir. VTEC sistemi, düşük devirlerde çalışmayan emme supabını aktif hale getirmek için kullanılır. VTEC-E sisteminin 12 supapla çalışma modu
Devir arttıkça daha fazla dolgu emilmek istenir, sadece bir emme supabının çalışması motor için sınırlayıcı bir etki oluşturmaya başlar. Yaklaşık 2500 d/d civarında, içi dolu bir pim iki külbütör tarafından itilir ve iki külbütör tek bir ünite halinde hareket etmeye başlar. Böylece, her iki emme supabı normal kam profiline bağlı olarak hareket etmeye başlar, neredeyse yuvarlak bir yüzeye sahip olan profil kullanılmaz
3 KADEMELİ VTEC
Kademeli VTEC sistemi, VTEC-E ve SOHC VTEC sistemlerini birleştirmiştir. Bu sayede motorun yakıt tüketimi düşürülmüş ve yüksek devirlerde yüksek güç elde edilmiştir. 3-Kademeli VTEC sistemine sahip 1,5 litrelik motor 128 HP güç üretmektedir.
Birinci kademede külbütörler bağımsız olarak çalışmaktadır. Düşük devirlerde sadece bir emme supabı çalışmakta, diğer emme supabı ise neredeyse yuvarlak bir kam profilini takip etmektedir. Motor, 2500 d/d’ye kadar 12 supap modunda çalışmaktadır. 12 supaplı modla birlikte fakir yanma modu (lean-burn) devrededir, yakıt-hava oranı 20:1 gibi bir orana ulaşmaktadır. Bu sayede düşük devirlerde yakıt ekonomisi sağlanmaktadır
3-Kademeli VTEC sisteminin çalışma esası
İkinci kademe motorun orta devir bandında devrededir, 2500 d/d’de devreye girer ve 6000 d/d civarında devreden çıkar. Uygulanan yağ basıncı pimi iterek iki emme supabının külbütörlerinin beraber çalışmasını sağlar. İki supap da düşük kam profilini takip etmektedir. Üçüncü kademede 6000 d/d’den sonra yağ basıncı iki kanaldan da geçerek ortadaki kam profilini kilitler ve her iki emme supabı da daha yüksek liftle daha uzun süre açık kalır.
i-VTEC
i-VTEC sisteminin en önemli özelliği ve diğer VTEC sistemlerinden farkı, supap zamanlamasının sürekli değişken olmasıdır. VTC (Variable Timing Control - Değişken Zamanlama Kontrolü), motorun çalışması sırasında emme ve egzoz supapları arasındaki supap bindirmesini ayarlayan/değiştiren bir mekanizmadır. VTC ile birlikte i-VTEC, VTEC sistemlerinin en büyük dezavantajı olan orta devir bandındaki güçsüzlüğü ortadan kaldırmıştır. i-VTEC, VTEC-E ve VTEC sistemlerinin bir kombinasyonunu kullanmaktadır. Bu kombinasyon, motorun 12 supapla ekonomi modunda ve 16 supapla güç modunda çalışabilmesini sağlamaktadır.
Emme kam miline takılan VTC hareketlendiricisi, motorun yüküne bağlı olarak sürekli değişken supap zamanlamasını sağlaması için yağ basıncı tarafından kontrol edilir. VTC mekanizması, şekilde görülmektedir. Bu sistemde temel fikir, kam milini bağlı olduğu dişliden ayırmak, tabla (mavi renkle gösterilmiştir) ile birbirlerine göre izafi hareketlerini sağlamak, motorun yük ve gaz pedalı durumuna göre değişken zamanlamayı gerçekleştirmektir
İ. VTEC Mekanizması
i-VTEC sisteminde, değişken supap zamanlamasını sağlamak için tabla üzerinde dişli çark mekanizması kullanılmaktadır. Kam mili dönme yönünde ilerlerken, eğer supap zamanlamasında avans verilmesi istenirse, tabla kam milini kam dişlisinden ayırır, kam miline kilitlenir ve dişli ile aynı yönde dönerek mili olması gereken açı değerinden daha büyük bir değere getirir. Eğer supap zamanlamasında gecikme yapılması istenirse, tabla kam milini yine kam dişlisinden ayırır, kam miline kilitlenir ve dişli ile ters yönde dönerek mili olması gereken açı değerinden daha küçük bir değere getirir. Supap zamanlamasının değişkenliği bu şekilde sağlanmaktadır. VTC mekanizması, supap zamanlamasını avans veya rötar durumlarında 250 değiştirebilmektedir. VTC elektronik kontrol ünitesi, motor devrini, kam mili ve gaz kelebeği pozisyonunu, ateşleme zamanını ve motorun egzoz durumunu sürekli kontrol ederek gerekli supap zamanlamasını belirler. i-VTEC için 4 kademe bulunmaktadır. 1., 2. ve 3. kademelerde, supapları düşük miktarda açan kam profilleri devrededir. 4. kademedeyse, supapları yüksek miktarda açan kam profilleri devrededir. i-VTEC motorlarda sadece emme kam milinde VTEC sistemi mevcuttur.
1., 2. ve 3. kademelerde emme supaplarından biri hareketsiz kalmaktadır. Bu, VTEC-E’deki 1 emme supaplı çalışma durumuna benzemektedir. 1 emme supabı hareketsiz dururken, diğeri açılmaktadır. Bu şekilde, hava akımı üzerinde bir türbülans efekti oluşturulmasına, fakir yanma ve rölanti devirlerinde 20:1’den büyük hava-yakıt oranlarına kullanılmasına fırsat vermektedir.
i-VTEC motorun çalışma kademeleri
1. kademe, motorun elektronik kontrol ünitesinin 20:1’den yüksek hava yakıt oranlarını kullandığı fakir yanma modudur. VTC, emme/egzoz supap bindirmesini minimuma getirir. 1. kademe, sadece fakir yanma modunda ya da düşük oranlı kelebek pozisyonlarında kullanılır. Elektronik kontrol ünitesi, yüksek oranlı kelebek pozisyonları için 3. kademeyi devreye sokar. 2. kademede, fakir yanma modunu terk edip 14.7-12:1 hava-yakıt oranlarına geri dönebilmektedir ve supap bindirmesini maksimuma çıkarabilmektedir. Bu şekilde EGR efekti artırılmakta ve emisyonlar iyileşmektedir. 3. kademe kontrol ünitesinin, emme/egzoz supaplarının açılmasını ve bindirmesini motor devrine bağlı ve dinamik olarak değiştirdiği bir durumdur. Burada motor devrinin düşük fakat gaz kelebeğinin yüksek oranda açık olduğu durumlar geçerlidir. Yavaş çalışma devirleri; ideal çalışma şartlarının geçerli olduğu düşük devirler, kapalı ya da kapalıya yakın gaz kelebeği pozisyonları anlamına gelir. Bu durum, eğimi sıfıra yakın yol kullanımlarında, sabit hızda kullanımlarda da geçerlidir. 4. kademe, devir yükseldiğinde ve gaz pedalına sonuna kadar basıldığında aktif hale gelir. Bu modda, emme kam milinin supaplarını yüksek oranda açan kamları devreye girer, motor 16 supap moduna geçer. Supapların açık kalma süreleri ve liftleri artar. VTC, istenilen güç miktarını ve optimum emme/egzoz supap zamanlamasını ve bindirmesini elde etmek için emme kam milini dinamik olarak değiştirir.
Otomobil markalarındaki değişken zamanlamalı supap kontrol sistemleri
* VTEC.......Hondanın kullandığı sistem
* VVT-i......Toyotanın kullandığı sistem
* Vanos......BMWnin kullandığı sistem
* VVC........Roverın kullandığı sistem
Motorlarda Ateşleme Sistemi Nedir? Nasıl Çalışır?
İçten yanmalı motorlar 100 seneden fazladır popüler olarak kullanılan, düşük verimi, çevre kirliliğe neden olması, ağır ve hantal olması gibi birçok eksi yönüne rağmen vazgeçilemeyen sistemler olmuştur. Günümüzde son derece komplike şekilde ve ince ayarlara dayalı biçimde çalışan bu motorlar, genel olarak Otto Motoru yani benzin motoru olarak bilinir. İçten yanmalı motorların en önemli örneği olan bu tip motorlar, yanma odası içerisine emme kanalından alınan hava-yakıt karışımının buji ile ateşlenmesi sonucunda pistonu aşağı ittirmesi prensibine dayalı olarak çalışır. Ateşleme gelişigüzel birşekilde yapılmaz, distribütör tarafından ayarlanmış bir düzeni vardır ve bujiler bu sıraya göre ateşleme yaparlar. En çok kullanılan motor tipi dört zamanlı olandır. Aşağıda dört zamanlı bir motorun çalışma çevrimini açıklamaya çalışacağım.
Emme Zamanı
Piston en üst seviyede bulunur ve o esnada emme sübabı açılır. İçerideki basınç bu anda turbosuz atmosferik bir motorda dış basınca eşitti ve ilk etapta temiz hava girişi olmaz. Piston aşağıya doğru hareket ettikçe silindir içerisinde hava için ayrılan alan genişler ve basıncın düşmesiyle yüksek basınçlı atmosferik ortamdan silindir içerisine temiz hava akışı olur. Piston en alt noktaya gelene kadar bu vakum oluşumu ve hava girişi devam eder. En alt noktada emme sübabı hemen kapanmaz ve bir miktar daha hava alınabilmesi için piston yukarı bir miktar çıkarken de açık kalır. Bunun amacı silindir içerisine mümkün olduğunca fazla miktarda hava alınmasıdır. Çünkü ne kadar fazla temiz hava alınır ve sıkıştırılırsa, patlama da o kadar kuvvetli gerçekleşir.
Sıkıştırma Zamanı
Emme sübabı kapatılıp piston yukarıya doğru hareket ederken hiçbir sübap açık olmaz ve sıkıştırma başlar. Piston en üst noktaya geldiğinde hem sıkıştırmayla oluşan ısı sonucunda hava 500C’ye varan sıcaklığa ulaşır hem de silindir hacmi minimum hale yani ateşeleme için en uygun konuma gelir. Burada sıkıştırma oranı olarak bilinen oran önemlidir. Sıkıştırma oranı küçüldükçe sıkıştırma ve oluşan basınç daha da artar. Isınan ve basıncı artan hava ve emme kanalından yanma odasına püskürtülen yakıt partikülleri hava + yakıt karışımı oluşturmuş olur. Eğer buradaki yakıtın miktarı iyi ayarlanmamışsa, zengin veya fakir karışım olur. Zengin karışımda yanmamış yakıt partikülleri fazladır ve yakıtın bir kısmı kullanılamadan atılmış ve daha da kötüsü silindir çeperlerine yapışmış olur. Bu birikintilerin artması ile sıkıştırma sonucunda artan basınç ve sıcaklıkla beraber daha buji ateşlemeden patlama olabilir. Araçta vuruntu olarak hissedilen bu yanma olayı eğer birkaç pistonda aynı anda veya çok aksi bir zamanda olursa, krank milinin kırılmasına ve motor bloğunun çatlamasına varabilecek çok büyük hasarlara neden olabilir. Tutuşma sıcaklığı düşük olan yakıtların kullanımı ve optimum yakıt + hava karışımının sağlanması bu durumun engellenmesi için alınacak en etkili önlemlerdir. Dizel motorlarda sıkışan hava üzerine enjektörle yakıt püskürtüldüğünden bu tarz sorunlar bulunmaz.
İş Zamanı
Sıkıştırma sonucunda iyice ısınan ve basıncı artan hava yakıt karışımı buji ile ateşlenir ve patlama ile piston aşağıya doğru itilir. Pistonun krank miline gücü ilettiği an bu andır. Dört zamanlı motorlarda her piston bir kez ateşlemeyle aşağıya iner, ardından biyel mekanizmasının momentiyle ve diğer pistonların sağladığı krank itki gücüyle bir kez boş döner. Daha sonra tekrar emme ve sıkıştırma yapılarak ikinci ateşleme gerçekleşir. Boşta gidilen çevrim yanma sonucu oluşan artıkların egsozdan dışarı atılması içindir. Pistonların kranka bağlı kısımlarındaki yarı-dairesel bölüme karşı ağırlık denir. Bu kısım pistonun boşta döndüğü andaki momentini korumasına yardımcı olur yani hareketin sekteye uğramamasına yardımcı olmak üzere tasarlanmıştır.
Egsoz Zamanı
İş zamanı sonunda hızla aşağıya inen piston karşı ağırlığın da etkisiyle tekrar yukarı çıkar ve çıkarken emme sübabı hala kapalıdır, sadece egsoz sübabı açılır ve piston en üst noktaya gelene kadar açık kalarak yanma sonrası artık gazlar yanma odasından dışarı atılır. Bu dört zamanlı motorlara has bir çevrimdir. Çünkü dört zamanlı motorlarda her çevrimde değil, iki çevrimde bir ateşleme yapılır. İki zamanlı motorlarda ise, her çevrimde ateşleme yapılır ve bu nedenle egsoz gazları rahat atılamadığından kötü bir yanma gerçekleşir ve bunun neticesinde düşük verimlilik olur. Fakat her çevrimde ateşleme yapıldığından daha fazla güç alınırken, iki misli fazla yakıt sarfiyatı olur. Egsoz zamanında mümkün olduğunca fazla yanmış gaz atımı için, iş zamanının sonuna doğru egsoz sübabı açılır. Aynı şekilde emme yapılmaya başlandığı anda da az bir süre açık kalır ve silindire alınan havanın oluşturduğu basınçla bir miktar daha artık gaz egsoz sübabından dışarı atılmış olur. Yani emme ve egsoz sübapları çok kısa bir süre de olsa beraber aynı anda açık kalmış olurlar.
Motordaki bu dört zaman gerçekleştiğinde çevrim tamamlanmış olur. Bu her piston için ayrı ayrı gerçekleştiğinden bunu bir düzen içerisinde sırayla yapmak gerekir. İşte bu sıralamayı yapan distrübütördür. Yanda distribütörün bujilere bağlantısını ve hareketli bir anahtar mekanizması gibi çalışan şeklini görmektesiniz. Kırmızı daire içerisinde gözüken distribütör kolu döndüğü esnada saatin 12, 3, 6 ve 9 konumlarına denk geldiğinde, bağlı olduğu bujide kıvılcım oluşturur. Dört buji olduğuna göre bu dört silindirli bir motor demektir. Her bir silindir distribütörün 90 derecelik açısına denk gelen sürelerde birer birer ateşlenirler. Distribütör kolu ilk ateşlediği bujiyi tekrar ateşlemeye geldiğinde piston sırasıyla iş, egsoz, emme ve sıkıştırma zamanını gerçekleştirmiş ateşlenmeye hazır konumda bulunur. Distribütör hareketini krank miline bağlı olan eksantrik milinden alır. Bu sayede motorun devrine göre ateşleme sıklığı anlık olarak ayarlanmış olur. Motorun devri arttıkça piston dört zamanı daha hızlı gerçekleştirecek ve daha sık ateşlemeye ihtiyaç duyacaktır. Bu da son derece hassas bir denge ile ayarlanmıştır.
Benzin Motoru(Otto Motoru) Nedir? Nasıl Çalışır?
Benzin motorları günümüzde en çok kullanılan motor tipi olup, %20′lik verimi aşamasa da halen kullanılmaya devam edilmektedir. Artık elektrik motorlarına yönelinmesini savunsam da petrol bitmediği sürece içten yanmalı motorlar da tarih olmayacaktır. Tabi hidrojen kullanan otomobiller de aynı tip içten yanmalı motor kullanmakta fakat yapıları biraz daha farklıdır. 1876 yılında Alman mühendis Nikolaus Otto tarafından bulunan benzin motorları o dönemlerdeki %3-5′lik verimden bugün en iyi bir Ferrari motorunda %20′lere kadar çıkartılmıştır fakat yine de yakıtın oluşturduğu kuvvetin yaklaşık %10′u aktarma organalarına(arkadan itişli bir otomobil için), %5′i pistonların ataletine, %5′i sürtünmeye ve %60 kadarı da ısı olarak dışarı atılıp tamamen boşa harcanmaktadır. Yani tekerleklere iletilebilen verimli güç ancak harcanan yakıtın oluşturduğu enerjinin %20’si kadar olabilmektedir. Benzin motorlarını yeterince kötüledikten sonra, biraz da çalışma sistemine bakacak olursak; en çok kullanılan motor tipi olarak enjeksiyonlu motorları görmekteyiz. Enjeksiyonlu motorlar karböratörlü motorlara nazaran daha homojen bir yakıt + hava karışımı gerçekleştirebildiğinden tercih edilmektedir. Günümüz benzinli motorlarında tümüyle enjeksiyon sistemine geçilmiştir.Benzinli bir motorun çalışmasını en basit haliyle şöyle ifade edebiliriz; motorun emme kanalına dışarıdan alınan temiz hava, yine emme kanalının bitiminde bulunan enjeksiyon ucundan yakıtın püskürtülmesiyle silindir içerisine yakıt + hava karışımı olarak alınır. Silindirde yanmanın gerçekleştiği ve yanma odası olarak adlandırılan pistonun silindirin en üst kısmındaki alanında homojene yakın bir hava + yakıt karışımı sıkıştırılarak buji ile ateşlenir. Ateşlemenin etkisiyle hızla genişleyen silindir hacmi ve buna bağlı olarak pistonun aşağıya itilmesi, pistona bağlı olan krank-biyel mekanizmasını harekete geçirir. Biyel, piston kolu demektir. Krank ise, aracın hareketi için gerekli momentumu sağlayan bir mildir. Pistona bağlı biyel mekanizması, pistondan aldığı doğrusal hareketi krank mili üzerine dairesel harekete çevirerek iletir. Krank mili de şanzımana bağlı olup, tekerleklere giden gücün ayarlanması sağlanır.4-stroke-engine.gifYanda görülmekte olan dört zamanlı bir motorun çalışma safhalarıdır. Bunlar;
1. Emme: Temiz hava + benzin karışımı üstte sol taraftaki emme kanalındaki sübapın açılmasıyla ve pistonun aşağıya doğru hareketinden oluşan vakum etkisiyle silindir içerisine alınıyor.
2. Sıkıştırma: Silindir içerisine alınan hava + yakıt karışımı pistonun yukarı hareketiyle sıkıştırılarak hen sıcaklığı hem de basıncı yükseltilip çok ufak bir hacme hapsediliyor. Bu esnada her iki sübap ta tam kapalı konumda olup, yalıtım sağlanmaktadır.
3. Yanma: Sıkıştırılan benzin + hava karışımı sübapların tam ortasında yer alan buji(kıvılcım üreten eleman) ile ateşlenerek yanma gerçekleşir. Aracın hareketini sağlayan güç bu anda üretilir.
4. Egsoz: Yanma sonrasında piston yukarı geri gelirken, yanmış artık gazlar üst sağ tarafta yer alan egsoz sübabının açılmasıyla dışarıya atılır. Ardından pistonun aşağıya tekrar gelmesi esnasında 1. çevrim yani emme safhası tekrar başlar.
Motorun sarsıntı yapmaması için dikkat edilen en önemli faktör silindir sayısıdır. Örneğin V-tipi bir motorda 5 silindir uygulamaya kalkarsanız, bir tarafta iki diğer tarafta üç silindir bulunmak zorunda olacağından inanılmaz bir titreşim oluşur ve motor çalışamaz.
Genel olarak kullanılan silindir düzenlemeleri şöyledir:
Sıra tipi silindirleri olan bu motorlar genellikle önden çekişli ekonomi sınıfı araçlarda kullanılır. Dört silindirli olan bu motor tipinin kullanımı çok yaygındır. Fazla yer kaplamaz, buna karşılık istenilen gücü fazlasıyla karşılayabilir.
V tipi olarak bilinen bu motorlar ise birbirine genellikle 90 derece ile konumlandırılmış simetrik ve aynı sayıdaki silindirlerden oluşur. Örneğin yukarıda bir V6 motorunu görmektesiniz. karşılıklı üçer silindir bulunan bu motor yüksek güç üretmesi için tasarlanmış spor veya yarış otomobillerinde yaygın olarak kullanılır. V8, V12 ve V16 şeklinde daha güçlü versiyonları da vardır. Bu motorlar sıra tipli motorlardan çok daha sarsıntısız ve pürüzsüz çalışırlar. Çünkü pistonların hareketiyle oluşan merkezkaç ve atalet kuvvetleri karşılıklı olarak birbirlerini sönümler. Çekişin yani torkun güçlü ve sürekli olduğu bu tip motorlar yakıt ekonomisi yönünden sınıfta kalırlar. Bu nedenle günümüzde kullanım alanı azdır.
Silindirlerin yatay olarak konumlandırıldığı bu tip motorların kullanım alanı azdır. Sadece birkaç marjinal otomobil firması tarafından(örneğin Subaru) kullanılır. Bu motorların şu avantajı vardır; dikey duran silindirler içerisinde piston hareket ederken pistonun kendi ağırlığından kaynaklanan büyük bir atalet kuvveti oluşur. Pistonlar yatay olduğunda yerçekimi etkisi altında oluşan piston ağırlıkları motora değil silindir yüzeylerine biner. Bu da oluşan ataleti azalttığı gibi pistonun ağırlığı neredeyse yokmuş gibi çalışarak daha yüksek devirle ve rahat hareket ettirilmesi sağlanır
