Doç. Dr. İsmet SEZER Gümüşhane Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü İÇTEN YANMALI MOTORLAR Doç. Dr. İsmet SEZER Gümüşhane Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü İLETİŞİM BİLGİLERİ: Ofis: Mühendislik Fakültesi 5. Kat, Oda no: 535 Telefon: 0456 2337543-1116 E-posta: isezer@gumushane.edu.tr

İÇTEN YANMALI MOTORLAR BÖLÜM 1: GENEL BİLGİLER

1.1 Tarihi Gelişim Ateşin bulunması, tekerleğin icadı ilk endüstriyel gelişmeler olarak kabul edilmekte ve daha sonraki gelişmelerin temelini oluşturmaktadır. İlk motor denemeleri buhar makinesinin icadından daha öncedir. İlk termik kuvvet makinelerinde ateşli silahlardan (top) esinlenilerek barut kullanılmaya çalışılmıştır. 1673–1680 arasında fizikçi Huygens ve Papin barutla çalışan ilk motoru (barut makinesi) yapmıştır. Ancak barut ve havanın silindire doldurulmasıyla ilgili zorluklar ve barutun ani ve kontrolsüz yanması bu motorun daha fazla geliştirilmesini engellemiştir. Huygens ve Papin’in Barut Makinesi

1.1 Tarihi Gelişim Barut makinesinden sonra 60 yıl motorlarla ilgili gelişme olmamıştır. 1700’lü yıllarda ilk pistonlu buhar makineleri yapılmış ve Thomas Savery, Denis Papin, Thomas Newcomen, John Wilkinson ve James Watt tarafından geliştirilen buhar makineleri yaygın olarak kullanılmıştır. Buhar makinelerinin taşıtlarda kullanımına yönelik bazı çalışmalar yapılmış ancak buhar makineleri buhar kazanı nedeniyle ağır olduğundan ve ilk harekete geçmeleri uzun zaman aldığından taşıtlarda kullanımı yaygın hale gelmemiştir. Newton’un Buhar Makineli Arabası Cugnot’un Buhar Makineli Arabası

Cayley’in sıcak hava motoru 1.1 Tarihi Gelişim 1759’da Henry Wood iş akışkanı olarak su buharı yerine hava kullanmış ve böylece sıcak hava (kalorik) motorlarının gelişimi başlamıştır. Bu prensibine göre çalışan ilk motoru 1807’de George Cayley yapmıştır. 1816’da Robert Stirling ve 1827’de kardeşi James Stirling ile birlikte Stirling motorunun patentini almış ve bu motor ilk kez 1843 yılında üretilmiş ve 30d/dk'da 45 Hp güç üretmiştir. Stirling motoru Whilheim Lehman tarafından modifiye edilmiş ve Lehman motoru ismi ile 1860 yılından Almanya’da üretilmeye başlanmıştır. Stirling motoru Cayley’in sıcak hava motoru

1.1 Tarihi Gelişim Amerika’da ise Alexander Rider ve Hayward Tyler 1876’da yeni bir sıcak hava motoru yapmış ve bu alanda en önemli çalışmalar John Ericson tarafından yapılmıştır. Ericson 1826’da İngiltere’den patent almış ve 1857’de kendi firmasında üretime başlamıştır. Bu alanda mucitlerin isimleri ile anılan Robinson motoru, Buckett motoru, Roper motoru, Rider motoru, Rivaz motoru bir çok motor yapılmıştır 1900'lü yılların başlarına kadar sıcak hava motorları gittikçe azalan oranda üretilmeye devam edilmiştir. Günümüzde ise sessiz çalışmaları ve düşük emisyon seviyeleri nedeni ile Stirling motorları yeniden ilgi çekmeye başlamıştır. Ericson’un motoru

Cecil’ın hidrojen motoru 1.1 Tarihi Gelişim Sıcak hava motoru içten yanmalı motorların gelişmesini geciktirmiş olmasına rağmen bu alandaki çalışmalar devam etmiş ve önemli gelişmeler kaydedilmiştir. 1791’de John Barber gaz türbininin 1794’te Robert Street ilk kez hava-gaz (terebentin) karışımıyla çalışan pistonlu içten yanmalı motorun ve 1801’de Philippe Lebon kömürden elde edilen gaz yakıtla çalışan motorun patentini almıştır. 1806’da Claude ve Joseph Niepce kardeşler yakıt olarak toz kömür kullanan bir motor ve 1820’de William Cecil yakıt olarak hidrojen kullanacak bir motor geliştirmiştir. 1805–1813 arasında İsveçli mühendis Isaac de Rivaz içten yanmalı motorla tahrik edilen bir vagon yapmaya çalışmıştır. Cecil’ın hidrojen motoru Rivaz’ın motoru

Otto ve Langen’in uçan pistonlu motoru 1.1 Tarihi Gelişim Daha sonraki yıllarda Samuel Brown, Samuel Morey, Lemuel Wright, William Barnett, Stuart Perry, Alfred Drake gibi araştırmacılar farklı tasarımlarla içten yanmalı motorun gelişimine katkıda bulunmuştur. Fakat gerçek anlamda içten yanmalı pistonlu motorun doğuşu Eugenio Barsanti ve Felice Matteucci'nin 1854 yılında İtalya’dan aldıkları patentle olmuştur. Bu patentten sonra Nicolaus August Otto ve Eugen Langen’de benzer bir motor için 1866 yılında patent almış ve bu motoru üretmiştir. Bu motorlarda krank-biyel mekanizmasına bulunmadığından “uçan veya serbest pistonlu" motor adı verilmiştir. Otto ve Langen’in uçan pistonlu motoru

Lenoir’in sıkıştırmasız motoru 1.1 Tarihi Gelişim İtalya ve Almanya'da uçan pistonlu motorlar geliştirilirken 1860’da Fransa’da Jean Joseph Etienne Lenoir farklı bir prensiple çalışan bir motorun patentini almış ve yaklaşık 500 adet imal etmiştir. Ancak bu motor sıkıştırmasız olduğundan veriminin düşük yakıt sarfiyatının yüksek olması nedeniyle fazla gelişme gösterememiştir. Bu motorda piston biyel ile krank mekanizmasına bağlı olup çalışma prensibi bakımından günümüz motorlarına en yakın motordur. Sıkıştırma olmadığından bu motora “atmosferik motor” da denir. Bu dönemde sıkıştırmanın etkisi pek bilinmemekle birlikte bazı çalışmalar da yapılmıştır. 1838'de Barnett karışımı bir pompa ile sıkıştırmayı düşünmüş, 1861’de Gustav Schmidt Lenoir motorunda ateşlemeden önce sıkıştırma yapılmasını önermiştir. Lenoir’in sıkıştırmasız motoru

1.1 Tarihi Gelişim 1824’te Fransız mühendis Carnot’un sunduğu aşağıdaki öneriler motorların geliştirilmesine önemli katkı sağlamıştır. 1. Havanın hacmi 15/1 oranında küçültülürse yani sıkıştırılırsa sıcaklığı 300C’a çıkar. Bu sıcaklık yakıtın yakılması için yeterlidir. 2. Yakıtın yakılması sıkıştırılmış hava içinde olmalı ve yakıt silindir içindeki sıkıştırılmış hava içine püskürtülmelidir. 3. Motorun sürekli çalışabilmesi için soğutulması gerekir. 4. Egzoz gazlarındaki ısıdan ısıtma işlerinde yararlanabilir. Gazın sıkıştırılarak yakılması durumunda gücün artacağı tezini ilk ortaya atan İngiliz William Bennet, bunu uygulayan ise İskoç mühendis Bugold Clerk olmuştur. 1862’de Fransız mühendis Alphonse Beau de Rochus teorik olarak yanmadan önce gazın sıkıştırılmasının zorunlu olduğunu ve aşağıda verilen dört zaman prensibini ortaya koymuştur. 1. Piston dışarı doğru hareket ederken emme işlemi yapılmalı 2. Piston içeri doğru hareket ederken sıkıştırma işlemi yapılmalı 3. Piston 2.defa dışarı hareket ederken yanma ve genişleme işlemi yapılmalı 4. Piston 2.defa içeri hareket ederken egzoz işlemi yapılmalıdır. Rochas ayrıca ısı kayıplarını en aza indirmek için silindirde minimum yüzey alanı/hacim, mümkün olan en hızlı ve an fazla genişleme ve genişleme başlangıcında maksimum basınç gibi prensipleri de geliştirdi.

Otto’nun ilk dört zamanlı motoru 1.1 Tarihi Gelişim Rochus sadece kağıt üzerinde motor önerisinde bulunmuş olmakla birlikte bu prensipleri uygulayarak 1876’da dört zaman esasına göre çalışan ilk motoru yaparak patentini alan Alman mühendis Nicolaus August Otto motorun mucidi kabul edilir. Bu nedenle günümüzdeki buji ateşlemeli motorlar Otto motoru ve çevrimine de Otto çevrimi denir. Otto’nun motorunda alevle ateşleme yapılmakta ve motor 180d/dk’da 2,2kW güç üretmekte olup termik verimi %15’tir. Dört zamanlı motorun güç üretiminde tek çözüm olmadığını düşünenler, krank milinin her dönüşünde iş alınmasını sağlayacak olan iki zamanlı motor üzerinde çalışmaya başlamış ve 1878’de İngiliz Dugald Clark iki zamanlı çevrimi ortaya koymuş ve bu çevrime göre çalışan motoru 1879’da Karl Benz yapmıştır. Otto’nun ilk dört zamanlı motoru

Benz’in ilk üç tekerlekli taşıtı 1.1 Tarihi Gelişim 1883’te Gottlieb Daimler motorun yanma odasına yerleştirdiği bakır bir çubukla ateşlemeyi yapmış ve bu sisteme “sıcak borulu ateşleme” denilmiştir. 1885’te Daimler ve Wilhelm Maybach yakıt-hava karışımını hazırlamak için karbüratörü geliştirmiştir. 1885’te Karl Benz elektrikli ateşleme donanımını motora ekleyip bugünküne benzer ilk benzin motorunu üç tekerlekli bir taşıtı yürütmek için kullanmıştır. Benz’in ilk üç tekerlekli taşıtı

1.1 Tarihi Gelişim 1892’de Rudolf Diesel ağır yağlarla çalışabilecek bir motor için yeni bir prensip ortaya koyarak patentini almış ve 1983’te bu motorun ilk prototipi Alman MAN ve Krupp firmaları tarafından üretilmiştir. İlk deneme başarısız olmuş ve başarılı sonuç 1895’te sağlanmıştır. Bu yeni motorun özellikleri aşağıdaki gibidir. 1. Motor çalışma süresince soğutulmalıdır. 2. Sıkıştırma sonunda hava basıncı 35–40 kg/cm2’ye çıkarılmaktadır. 3. Gazyağı 70kg/cm2 basınçtaki havayla sıcak hava üzerine püskürtülüp yakılmaktadır. 3. Genişleme sonunda yanmış gazlar dışarı atılmaktadır. 4. Termik verim %24’te yükselmiş, motor hızı 150d/dk ve motor gücü 13,1 kW’tır. Günümüze kadar bu motor üzerinde birçok değişiklik olmasına rağmen Diesel’in koyduğu esaslar değişmediğinden bu motorlara dizel motorları denir. Diesel’in ilk motoru

1.2 Termik Kuvvet Makineleri Çeşitli yakıtların yanması sonucu açığa çıkan ısı enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren makinelere termik kuvvet makineleri denir. Termik kuvvet makineleri yanmanın olduğu yere ve hareket şekline göre genel olarak aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir. 1. Yanmanın olduğu yere göre a) İçten yanmalı makineler: motorlar ve gaz türbinleri b) Dıştan yanmalı makineler: pistonlu buhar makineleri, buhar türbinleri 2. Hareket şekline göre a) Gidip gelme hareketli (pistonlu) makineler: pistonlu buhar makineleri, motorlar b) Dönel hareketli (rotorlu) makineler: buhar türbinleri, gaz türbinleri

1.2 Termik Kuvvet Makineleri Dıştan yanmalı makinelerde yakıt makine dışında bir buhar kazanında yakılır ve elde edilen ısıyla basınçlı su buharı üretilir. Su buharı pistonlu buhar makinelerinde pistonu iter veya buhar türbinlerinde rotoru çevirir. Dıştan yanmalı makineler buhar kazanı nedeniyle fazla yer kaplar ve ağır olurlar. Ayrıca ilk harekete geçmeleri uzun sürer. Ancak dıştan yanmalı makinelerde kömür, fuel-oil ve gaz yakıtlar gibi çoğu düşük kaliteli ve ekonomik çeşitli yakıtların yanı sıra nükleer enerji de kullanılabilir. İçten yanmalı makinelerde yanma işlemi makinenin içinde yanma odası denilen yerde olur. Buhar kazanı bulunmadığından hafif olur ve az yer kaplarlar. Ancak bu makinelerde benzin, mazot, LPG, doğalgaz (CNG) gibi kaliteli yakıtların kullanılması gerekir. Pistonlu makinelerde pistonun silindir içerisindeki gidip-gelme hareketi biyel yardımıyla krank milinde dönme hareketine dönüştürülür. Bu hareket iletimi sırasında yön ve şiddeti değişen kuvvet ve titreşimler oluşur. Bu nedenle pistonlu makinelerin çalışmaları titreşimi ve gürültülüdür ve devir sayıları yüksek seçilemez. Dönel hareketli makinelerde doğrudan dönme hareketi üretilir. Makinenin tek hareketli elemanı rotor olduğundan çalışması titreşimsiz ve gürültüsüzdür ve çok yüksek devir sayılarına ulaşılabilir.

1.2.1 Pistonlu Buhar Makineleri 1700’lü yıllarda ilk keşfedilen ısı makineleridir. Pistonlu makine olduklarından devir sayıları düşük ve buhar kazanı nedeniyle fazla yer kaplarlar ve ağırdırlar. Silindir içinde su buharı düşük basınçlara kadar genişletilemediği için verimleri düşüktür. Bu nedenlerle geçmişte uzun yıllar gemilerde, lokomotiflerde ve bazı sanayi kuruluşlarında kullanılmış olan bu makineler günümüzde artık kullanılmamaktadır.

1.2.2 Buhar Türbinleri Buhar türbinlerinde kazanda üretilen basınçlı su buharı özel şekilli lülelerden türbin rotorun üzerinde bulunan kanatçıklara püskürtülerek doğrudan dönme hareketi elde edilir. Çalışmaları titreşimsiz ve gürültüsüz olup buhar kazanlarında düşük kaliteli yakıtlar kullanılabilir. Ancak buhar kazanı nedeniyle ağır olup fazla yer kaplarlar ve ilk harekete geçmeleri uzun sürer. Bu özellikleri buhar türbinleri yer ve ağırlık sorunu olmayan ve farklı enerji kaynaklarından yararlanılmak istenen alanlarda örneğin termik santrallerde, büyük yük ve yolcu gemilerinde kullanılırlar. Buhar türbini

1.2.3 Gaz Türbinleri Gaz türbinlerinde türbin miline bağlı bir kompresör vardır. Kompresörün hazırladığı basınçlı hava türbin rotorunun çevresinde bulunan yanma odalarına gönderilir. Basınçlı hava üzerine enjektörlerden püskürtülen yakıt bujilerle ateşlenip yakılarak basınçlı yanmış gazlar üretilir. Bu basınçlı gazlar türbin rotorunun çevresinde bulunan kanatçıklara püskürtülerek doğrudan dönme hareketi elde edilir. Devir sayıları oldukça yüksek olup buhar kazanı bulunmadığından hafiftirler. Ancak basınçlı sıcak gazlar sürekli kanatçıklara püskürtüldüğünden ve sürekli yüksek sıcaklıklara dayanacak malzeme bulunmadığından maksimum çevrim sıcaklığı 1000–1200K ile sınırlıdır. Maksimum çevrim sıcaklığının düşük olması ve kanatçıklardaki akış kayıpları nedeniyle gaz türbinlerinin verimi düşüktür (%20). Gaz türbinleri konfor ve hafiflik aranan ekonomikliğin fazla önemsenmediği yerlerde örneğin modern savaş gemilerinde, lüks yolcu gemilerinde ve yedekte bekletilip kısa sürede devreye girmesi istenen elektrik santrallerinde kullanılırlar. Ayrıca uçaklarda kullanılan jet motorlarının bir kısmı gaz türbinidir.

1.2.4 Motorlar Motorlar çeşitli yakıtların yanması sonucu açığa çıkan ısı enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren pistonlu termik kuvvet makineleridir. Motorlar çeşitli özelliklere göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar. 1. Çalışma prensibine göre motorlar a) Buji ile ateşlemeli motorlar (Otto veya benzin motoru) b) Sıkıştırma ile ateşlemeli motorlar (dizel motoru) 2. İş çevriminin elde ediliş şekline göre motorlar a) İki zamanlı motorlar (krank milinin bir devrinde (180) bir iş elde edilir) b) Dört zamanlı motorlar (krank milinin iki devrinde (360) bir iş elde edilir) 3. Kullanım amacına göre motorlar a) Sabit tesis (stasyoner) motorları (Jeneratör, pompa, kompresör) b) Taşıt motorları (otomobil, uçak, tren, gemi)

1.2.4 Motorlar Benzin motorlarında emme işlemi sırasında yakıt–hava karışımı birlikte silindire alınır. Sıkıştırma işlemi sırasında sıkıştırılarak basınç ve sıcaklığı artırılan yakıt–hava karışımı buji tarafından ateşlenir ve yanma işlemi sonunda basınçlı yanmış gazlar üretilir. Dizel motorlarda ise emme işlemi sırasında silindire sadece hava alınır. Sıkıştırma işlemi sırasında basınç ve sıcaklığı yükseltilen havanın içine enjektörden kendi kendine kolay tutuşabilen bir yakıt çok ince zerreler halinde püskürtülür. Sıcak havayla karışan yakıt parçacıkları ısınıp buharlaşır ve kendiliğinden tutuşur. Yanma sonunda üretilen basınçlı gazlar genişleme süresince motordan faydalı iş alınmasını sağlar. Egzoz işlemi sırasında yanmış gazlar silindirden dışarı atılarak çevrim tamamlanır. Dizel motorlarının sıkıştırma oranı ve hava fazlalık katsayısı daha yüksektir. Bu nedenle dizel motorların verimleri yüksek yakıt tüketimleri düşüktür. Ayrıca dizel yakıtı benzine göre daha ucuz ve yangın açısından daha tehlikesizdir. Ancak sıkıştırma oranları yüksek olduğundan dizel motorlarda daha yüksek sıkıştırma ve yanma basınçları oluşur. Bu nedenle dizel motorları daha gürültülü ve titreşimleri çalışır. Ayrıca dizel motorlarda yüksek basınçlara dayanabilecek daha kalın ve ağır daha kaliteli malzemelerden yapılmış motor elemanları kullanılması gerekir.

1.2.4 Motorlar Diğer taraftan dizel motorlarda yüksek püskürtme basıncı elde etmek için daha hassas ve pahalı yakıt donanımları kullanılır. Tutuşma gecikmesi nedeniyle dizel motorların devir sayıları daha düşüktür. Bunların sonucunda aynı büyüklükteki dizel motoru benzin motoruna göre daha az güç üretir. Başka bir ifadeyle aynı gücü elde etmek için daha büyük ve ağır bir dizel motor kullanmak gerekir. Ayrıca dizel motorların moment karakteristiği taşıt tekniğine uygun değildir. Bu nedenle dizel motorlu taşıtlarda daha fazla kademeli vites kutuları kullanmak gerekir. Motorlar bir iş çevriminin pistonun iki hareketinde ve pistonun dört hareketinde tamamlanmasına göre 2 zamanlı ve 4 zamanlı motorlar olarak sınıflandırılır. 2 zamanlı motorlarda krank milinin bir devrinde ve 4 zamanlı motorlarda krank milinin iki devrinde bir iş elde edilir. Bunun sonucunda aynı büyüklükteki 2 zamanlı bir motorun 4 zamanlı motorun iki katı güç üretmesi gerekir. Ancak çeşitli kaçak kayıpları nedeniyle 2 zamanlı motorla 4 zamanlı motorun 1,5–1,7 katı güç üretilir. Başka bir ifadeyle aynı gücü üretmek için 1,5–1,7 kat daha küçük 2 zamanlı motor kullanılır. 2 zamanlı dizel motorlarda hava kaybı ve 2 zamanlı benzin motorlarında ise hava ve yakıt olur. Bunun sonucunda 2 zamanlı dizel motorlarda devir düşüşü ve 2 zamanlı benzin motorlarında ise verim düşüşü görülür.

İki Zamanlı Benzin Motorları En küçük, en hafif buna karşılık verimleri en düşük ve özgül yakıt tüketimleri en yüksek motorlardır. Özellikle hafiflik aranan ve toplam yakıt tüketimin çok fazla olmadığı alanlarda ve düşük güçlerde örneğin motosikletlerde, küçük sandallarda, çim biçme makineleri gibi küçük tarım makinelerinde kullanılırlar.

İki Zamanlı Benzin Motorları Şekilde iki zamanlı benzin motorunun çalışması sırasında gerçekleşen işlemler indikatör diyagramı üzerinde gösterilmiştir.

Dört Zamanlı Benzin Motorları Sıkıştırma oranları dolayısıyla verimleri dizel motorlarına göre düşük yakıt tüketimleri fazladır. Yakıtları (benzin) daha pahalı ve yangın açısından daha tehlikelidir. Buna karşılık devir sayıları yüksek çalışmaları titreşimsiz ve gürültüsüzdür. İlk alış maliyetleri düşük ve moment karakteristikleri taşıt tekniğine daha uygundur. Bu özellikleri nedeniyle 4 zamanlı benzin motorları kullanım kolaylığı, konfor ve hafiflik aranan ve yakıt tüketiminin çok önemsenmediği alanlarda örneğin özel otomobillerde, bazı askeri araçlarda, pervaneli uçaklarda ve özel teknelerde kullanılırlar.

Dört Zamanlı Benzin Motorları Şekilde dört zamanlı benzin motorunun çalışması sırasında gerçekleşen işlemler indikatör diyagramı üzerinde gösterilmiştir.

Dört Zamanlı Dizel Motorları Sıkıştırma oranları yüksek olup verimleri en yüksek termik kuvvet makineleridir. Yakıtları benzine göre daha ucuz ve yangın açısından daha az tehlikelidir. Ancak devir sayıları dolayısıyla güçleri düşük, çalışmaları titreşimli ve gürültülü, ağırlıkları fazla, ilk alış maliyetleri yüksek ve moment karakteristiği taşıt tekniğine uygun değildir. Bu özellikleri nedeniyle 4 zamanlı dizel motorları konfor ve kullanım kolaylığının önemsenmediği, ağırlık ve yer sorunun olmadığı ve yakıt ekonomisi istenen alanlarda örneğin kamyon ve otobüslerde, balıkçı teknelerinde ve küçük gemilerde, trenlerde ve bazı jeneratörlerde kullanılırlar.

Dört Zamanlı Dizel Motorları Şekilde dört zamanlı dizel motorların çalışması sırasında gerçekleşen işlemler indikatör diyagramında gösterilmiştir.

İki Zamanlı Dizel Motorları Verimleri çeşitli kayıplar nedeniyle 4 zamanlı dizel motorlarından daha düşüktür. Ancak ağırlıkları ve kapladıkları yer 4 zamanlı dizel motorlarından 1,5–1,7 kat daha azdır. Bu nedenle özellikle yer ve ağırlık sorunun önemli olduğu ve çok yüksek güç istenen alanlarda örneğin büyük yük gemilerinde, bazı yolcu gemilerinde ve bazı büyük iş makinelerinde kullanılırlar.

İki Zamanlı Dizel Motorları Şekilde iki zamanlı dizel motorunun çalışması sırasında gerçekleşen işlemler indikatör diyagramında gösterilmiştir.

Benzin ve Dizel Motorların Karşılaştırılması 1) Benzin motorlarında emme zamanında silindire yakıt–hava karışımı dizel motorlarında ise sadece hava alınır. 2) Benzin motorlarında ateşleme işlemi bujiyle yapılırken dizel motorlarda sıkıştırılarak sıcaklığı yükseltilen havanın içine püskürtülen yakıt kendiliğinden tutuşur ve yanar. 3) Benzin motorlarında yakıt donanımı olarak karbüratörlü veya jetronik yakıt sistemleri dizel motorlarda ise yüksek basınçlı enjeksiyon sistemleri kullanılır. 4) Benzin motorlarında sıkıştırma oranı 7–12 arasında dizel motorlarında ise 14–22 arasında değişir. Bunun sonucunda benzin motorlarının verimleri %25–30 ve dizel motorlarının verimleri %35–40 arasında değişmekte olup benzin motorlarının yakıt tüketimi daha yüksektir. 5) Sıkıştırma sonu basıncı ve sıcaklığı benzin motorlarında 10–15 bar ve 300–500C, dizel motorlarında ise 30–45 bar ve 500–700C arasında değişir. Buna bağlı olarak dizel motorlarda daha yüksek yanma sonu basınç ve sıcaklıkları ortaya çıkar. Bu nedenle dizel motorlarda daha kalın ve daha kaliteli malzemelerden yapılmış parçalar kullanılır. Bu nedenle dizel motorları daha fazla yer kaplar ve ilk alış maliyetleri daha yüksektir. 6) Benzin motorlarında yakıt olarak benzin, alkoller, LPG, doğalgaz, hidrojen kullanılırken dizel motorlarda motorin, mazot ve doğalgaz kullanılır. Dizel motorlarda kullanılan yakıtlar daha ekonomik ve yangın açısından daha az tehlikelidir. 7) Dizel motorlarda daha ağır parçalar kullanıldığından ilk harekete geçişleri benzin motorlarına göre daha zor ve devir sayıları daha düşüktür.

2 ve 4 Zamanlı Motorların Karşılaştırılması 1) 2 zamanlı motorlarda silindirlere giren taze dolgu egzoz gazlarını süpürerek dışarı attığı için bir miktar taze dolgu egzoz gazları ile dışarı atılır. Bu nedenle 2 zamanlı motorların yakıt tüketimi daha yüksektir. 2) 2 zamanlı motorlarda özel yağlama donanımı yoktur. Yağlama taze dolgunun karterden geçmesi suretiyle veya yakıta belli oranda yağ katılarak yapılır. Ayrıca krankın her devrinde bir iş yapıldığı için yataklar ve krank mili muyluları daha çok aşınır. 3) 2 zamanlı motorlarda her devirde bir iş zamanı olduğundan aynı hacimde olan dört zamanlı motorlara göre teorik olarak iki kat güç elde edilir. Ancak silindirlere yeterli karışım alınamadığından bu gerçekleşmez. Güç artış oranı 1,5–1,7 arasındadır. 4) 2 zamanlı motorlarda her devirde (360) bir iş elde edildiği için ölü noktaları aşmak daha kolay olur. Bu nedenle aynı gücü elde etmek için daha az sayıda silindir ve daha küçük volanlar kullanılır. 5) 2 zamanlı motorlarda supap donanımı olmadığından, 4 zamanlı motorlara göre maliyetleri daha ucuzdur. 6) 2 zamanlı motorlarda her devirde bir yanma olduğundan daha çok ısınır ve daha fazla soğutulmaları gerekir. 7) 4 zamanlı motorlarda, her zamanın ayrı bir piston kursu olduğundan silindirlere alınan karışım daima belirli oran ve miktarda olur böylece motor daha dengeli çalışır.

1.2.4 Motorlar 4. Kullanılan yakıta göre motorlar a) Hafif sıvı yakıt kullanan motorlar (benzin, alkol, gazyağı) b) Ağır sıvı yakıt kullanan motorlar (fuel-oil, mazot, motorin) c) Gaz yakıt kullanan motorlar (LPG, doğalgaz, biyogaz) d) Çift yakıtlı motorlar (yukarıdaki yakıtların herhangi ikisinin birlikte kullanıldığı motorlar, benzin-LPG, motorin-doğalgaz) 5. Karışım oluşturma yöntemine göre motorlar a) Karışımın silindir dışında oluşturulduğu motorlar (karbüratörlü benzin motorları ve enjeksiyonlu benzin motorlarının bir kısmı) b) Karışımın silindir içinde oluşturulduğu motorlar (dizel motorları ve direkt enjeksiyonlu benzin motorları) 6. Yük kontrol yöntemine göre motorlar a) Kalitatif kontrollü motorlar (yük değişimine bağlı olarak yakıt hava karışımının yapısının değiştirildiği motorlar, dizel motorlar) b) Kantitatif kontrollü motorlar (yük değişimine bağlı olarak yakıt hava karışımının miktarının değiştirildiği motorlar, benzin motorları) c) Birleşik yük kontrollü motorlar

1.2.4 Motorlar 7. Tasarım özelliklerine göre motorlar a) Pistonlu motorlar (gidip-gelme hareketi yapan motorlar) i) Silindir düzenine göre pistonlu motorlar: sıra (I), V, yatık boksör, W, yıldız, H tipi motorlar

1.2.4 Motorlar ii) Piston düzenine göre pistonlu motorlar: Tek piston için tek yanma odası, İki piston karşılıklı ve aralarında tek yanma odası, Tek pistonun her iki tarafında genişleme hacmi olan çift etkili motorlar (bunlar genelde pistonlu buhar makinelerinde kullanılır)

1.2.4 Motorlar iii) Supap düzenine göre pistonlu motorlar: L, I, F, T tipi motorlar L tipi supap mekanizmalı motorlarda supaplar yanma odası ve silindirlere ters dönmüş L harfi gibidir. Bu tip supap mekanizması bütün supaplar bir tek kam mili ile çalıştırılır. Silindirleri sıra şeklindeki motorlarda emme ve egzoz supapları silindir bloğunun bir tarafına silindirlere paralel şekilde V tipi motorlarda ise silindir bloğunun her iki iç tarafına yan yana iki sıra halinde dizilmişlerdir. Günümüzdeki motorlarda bu tip supap mekanizması artık kullanılmamaktadır.

1.2.4 Motorlar I tipi supap mekanizması olan motorlarda emme ve egzoz supapları silindir kapağının üzerindedir. Supap başları silindirin içine gelecek şekilde sıra halinde dizilmişlerdir. Bu motorlarda yanma odaları istenildiği kadar küçültülebildiği için sıkıştırma oranının artışına imkan sağlar. Bu nedenle günümüzde üretilen motorların çoğunda I tipi supap mekanizması kullanılmaktadır.

1.2.4 Motorlar F tip supap mekanizması L ve I tiplerinin birleşmesinden oluşur. F tipi motorlarda emme supapları I tipine göre egzoz supapları ise L tipine göre çalışırlar. Yani emme supapları silindir kapağında egzoz supapları silindir bloğunda bulunur. Her iki supap da üst kartere (silindir bloğuna) yataklanmış olan kam milinden hareketini alır. Günümüzdeki motorlarda bu tip supap mekanizması artık kullanılmamaktadır.

1.2.4 Motorlar T tipi supap mekanizması bulunan motorlarda emme supapları silindir bloğunun bir tarafında egzoz supapları ise diğer tarafında bulunur. Tüm supaplar üst kartere (silindir bloğuna) yataklanmış olan kam milinden hareketini alırlar. İlk zamanlar çok kullanılan bu sistem verimin düşüklüğü ve yüksek sıkıştırma oranına elverişli olmayışı nedeni ile bugün artık kullanılmamaktadır.

1.2.4 Motorlar iv) Yanma odası düzenine göre pistonlu motorlar: Bölüntüsüz yanma odalı, Bölünmüş yanma odalı, Oyuk pistonlu, Ön yanma odalı, Türbülans yanma odalı, Enerji veya hava hazneli yanma odalı

1.2.4 Motorlar b) Rotorlu motorlar (direkt dönme hareketi yapan motorlar) i) Rotor hareketli muhafaza (gövde) sabit ii) Rotor sabit muhafaza (gövde) hareketli iii) Rotor ve muhafaza (gövde) her ikisi de hareketli

1.2.4 Motorlar Wankel motorunda çevrimin oluşumu aşağıdaki şekillerde gösterilmiştir.

1.2.4 Motorlar 8. Soğutma yöntemine göre motorlar a) Sıvı (su) soğutmalı motorlar b) Hava soğutmalı motorlar

1.2.4 Motorlar 9. Doldurma yöntemine göre motorlar a) Doğal emişli motorlar b) Aşırı doldurmalı motorlar: Turbo–şarj (genelde 4 zamanlı motorlarda uygulanır), süper–şarj (genelde 2 zamanlı dizel motorlarda uygulanır) veya günümüzde turbo ve süper şarjın birlikte uygulandığı 4 zamanlı motorlar da bulunmaktadır.

1.3 Motorlarda Temel Kavram ve Tanımlar Motorların ana elemanları silindir, piston, biyel ve krank milidir. Silindir pistona yataklık görevi yapar. Piston silindir içinde ölü noktalar arasında aşağı yukarı gidip gelme hareketi yaparak zamanların oluşmasını sağlar. Pistonun gidip-gelme hareketi biyel yardımıyla krank milinde dairesel harekete dönüştürülür. Ölü Nokta: Pistonun silindir içinde yön değiştirmek için bir an hareketsiz kaldığı yere ölü nokta denir. Üst Ölü Nokta (ÜÖN): Pistonun silindir içinde çıkabildiği ve yön değiştirmek için bir an durakladığı en üst noktaya ÜÖN denir. Alt Ölü Nokta (AÖN): Pistonun silindir içinde inebildiği ve yön değiştirmek için bir an durakladığı en alt noktaya AÖN denir. Kurs (Strok, Piston Yolu): Pistonun iki ölü nokta arasında aldığı yoldur. Piston: Silindir içinde ölü noktalar arsında hareket ederek zamanların oluşmasını sağlayan ana motor elemanlarından biridir. Zaman: Pistonun silindir içinde iki ölü nokta arasında yaptığı her bir harekete denir. Bir zaman 180 krank mili açısı (KMA) kadardır. Çevrim: Motordan iş elde etmek için birbirini takip eden ve sondan yine başlangıç noktasına dönen bir durum değişimidir.

1.3 Motorlarda Temel Kavram ve Tanımlar Kurs (Strok) Hacmi: İki ölü nokta arasında pistonun taradığı hacimdir. Yanma odası hacmi: Piston ÜÖN iken önünde kalan hacimdir. Silindir Hacmi: Piston AÖN iken önünde kalan hacimdir veya kurs hacmi ile yanma odası hacminin toplamıdır. Toplam Silindir Hacmi: Silindir hacmi ile silindir sayısının çarpımıdır. Sıkıştırma Oranı: Silindir hacminin yanma odası hacmine oranıdır. Sente: Sıkıştırma zamanı sonunda piston ÜÖN iken her iki supabında kapalı olduğu durumdur. Supap ayarı bu durumda yapılır. Supap Bindirmesi: Egzoz zamanın sonu ve emme zamanının başlangıcında her iki supabında açık olduğu durumdur. Beraber (Kardeş) Çalışma: Bir motorun iki silindiri aynı anda aynı ölü noktalara doğru yönelip farklı zamanları meydana getirmesine beraber çalışma denir. Dört silindirli motorda 1.–4. ve 2.–3. pistonlar beraber çalışırlar.

1.3 Motorlarda Temel Kavram ve Tanımlar

1.4 Motorlardaki Güncel Gelişmeler Benzin motorlarındaki gelişmeler; 1. Daha iyi yakıt–hava karışımı hazırlamak ve daha iyi yanma sağlamak için karbüratörlü sistemlerin yerine elektronik kontrollü benzin püskürtme donanımları kullanılmaktadır. 2. Daha iyi ateşleme ve daha iyi yanma sağlamak için normal ateşleme sistemleri yerine elektronik ateşleme donanımları kullanılmaktadır. 3. Emme sistemindeki kısılma kayıplarını azaltmak ve silindire daha fazla karışım almak için 1 emme 1 egzoz supabı yerine 2 emme 2 egzoz supabı kullanılmaktadır. 4. Vuruntu dayanımını artırmak için benzinin içerisine kurşunlu bileşikler yerine benzindeki vuruntu dayanımı yüksek bileşenlerin oranı artırılmaktadır. 5. Kullanılan yakıta göre sıkıştırma oranı vuruntu oluşturmayacak şekilde mümkün olduğu kadar yüksek seçilmektedir (8-12 arasında). 6. Egzozdaki zararlı maddeler katalitik veya termik yakıcılarla (konvertör) yakılarak tam yanmış zararsız maddelere dönüştürülmektedir.

1.4 Motorlardaki Güncel Gelişmeler Dizel motorlarındaki gelişmeler; 1. Yüksek hızlı ve hafif otomobil dizel motorlarında direkt püskürtme yöntemi yerine ön yanma odalı sistemler kullanılmaktadır. 2. Daha iyi yakıt–hava karışımı ve daha iyi yanma için direkt püskürtmeli dizel motorlarda 300atm basınçlı normal püskürtme donanımlarının yerine ileri teknoloji ürünü 1000atm basınçlı yakıt püskürtme donanımları (common-rail) kullanılmaktadır. 3. Emme işlemi sırasında silindire daha fazla hava doldurmak için doğal emiş yerine turbo-şarj veya süper-şarj gibi aşırı doldurma yöntemleri uygulanmaktadır. Böylece yakılabilecek yakıt miktarı arttığı için motorun gücü ve verimi artmaktadır. 4. Dizel motorlarında dizel yakıtına az miktarda alkoller gibi hafif yakıtların katıldığı çift yakıtlı motorlar geliştirilmiştir. 5. Egzozdaki kirletici maddeleri yakmak için yakıcılar veya katı parçacıkları tutmak için filtreler kullanılmaktadır.

1.5 Motorlarda Kullanılan Yakıtlar İçten yanmalı motorlarda yaygın olarak petrolden üretilen benzin ve dizel yakıtı gibi sıvı yakıtlar kullanılır. Bunların dışında aşağıdaki alternatif yakıtlar da kullanılmaktadır. 1. Alkoller (Metil veya Etil alkol) 2. Sıvılaştırılmış Petrol Gazı (LPG) 3. Doğalgaz (CNG ve LNG) 4. Bitkisel ve hayvansan yağlardan elde edilen çeşitli biyoyakıtlar (biyobenzin ve biyodizel) 5. Kömürden elde edilen sentetik yakıtlar 6. Biyogaz 7. Hidrojen

1.6 Motorlardan Kaynaklanan Kirlilik Motorlu taşıtlar yaşantımızda büyük kolaylıklar sağlamakla birlikte çevre ve hava kirliliğinde önemli bir paya sahiptirler. Tam yanma durumunda motorlardan CO2, H2O, N2 ve O2 gibi zararsız maddeler atılır. Eksik yanma durumunda benzin motorlarından CO, azot oksitler (NOx), parçalanmış hidrokarbonlar (CxHy), H2, OH ve yakıtın bileşiminde varsa kurşun (Pb) parçacıkları yayılır. Dizel motorlarından ise CO, azot oksitler (NOx), parçalanmış hidrokarbonlar (CxHy), H2, OH ve is (C) yayılır. Benzin motorlarının egzozunda daha fazla miktarda CO ve NOx dizel motorların egzozunda ise daha fazla miktarda CxHy ve C bulunur. Ayrıca motorlardan yayılan gürültü de bir kirlilik kaynağı olarak değerlendirilmektedir.