MOTORLAR-6 HAFTA VOLUMETRİK VERİM Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Yrd.Doç.Dr. Alp Tekin ERGENÇ

Volumetrik verime etki eden faktörler A-İŞLETME FAKTÖRLERİ 1- SIKIŞTIRMA ORANININ ETKİSİ Volumetrik verim ifadesinde görüldüğü gibi, sıkıştırma oranı arttıkça volumetrik verim düşmektedir. Sıkıştırma oranının artması ile diğer parametreler de değişmektedir. (Art gaz katsayısı, art gaz sıcaklığı, taze dolgunun ısınması gibi) Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Formülden görüldüğü gibi sıkıştırma oranı arttıkça art gaz katsayısı düşmektedir. Bu nedenle bazı durumlarda sıkıştırma oranı artınca, gr 'deki azalma sonucunda volumetrik verim artar. Bu nedenle parametrelerin etkisine bağlı olarak sıkıştırma oranının artması ile volumetrik verim azalır, artar veya hiç değişmez

Volumetrik verime etki eden faktörler 2-MOTOR DEVİR SAYISININ ETKİSİ Motor devir sayısının emme sistemindeki hidrolik kayba direkt etkisi vardır. Bunun sonucunda volumetrik verimde etkilenmektedir P1=P0−K.n2 Görüldüğü gibi devir sayısı arttıkça, emme sonundaki silindir içi basıncı düşmektedir Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Devir sayısı arttıkça, egzoz sisteminin hidrolik kaybının artması sonucu Pr artar, taze dolgunun ısınması ile ΔT 'de önemli bir değişiklik olmamaktadır. Bu faktörlerin etkisi ile devir sayısı arttıkça motorun volumetrik verimi düşer. Dolgu değişimi, emme ve egzoz manifoldlarındaki dolgu olaylarının volumetrik verim üzerinde büyük etkisi vardır. Emme ve egzoz olaylarının etkisi ile devir sayısının belirli aralıktaki artışı için volumetrik verimde belirli bir artış meydana gelebilir.

Volumetrik verime etki eden faktörler Her motorda dolgu değişimine bağlı olarak volumetrik verimin maksimum değerine farklı devir sayılarında ulaşılır. Belirli devir sayılarında ise volumetrik verimi maksimum değerine ulaştıran belirli bir dolgu değişimi olayı vardır. Bu nedenle motorun en karakteristik devir sayısı için optimal bir dolgu değişimi seçilir ve motor buna göre dizayn edilir. 3- EMME SONUNDAKİ TAZE DOLGUNUN BASINCININ ETKİSİ Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü P1(Pa). P1'in volumetrik verim üzerindeki etkisi çok büyüktür. P1 ηv Bunun yanı sıra P1 , emme manifoldunun konstrüktif özelliklerine (Manifold boyu, şekli, iç yüzey işleme kalitesi), kelebek konumuna, Em.S.K.G.'e (Emme supabı kapanma gecikmesi) ve Em.S.A.A. (Emme supapı açılma avansı) gibi faktörlere bağlıdır. Eğer manifold boyu ve Em.S.K.G. uygun seçilir ise taze dolgunun hızı, manifoldaki dalgalanmanın yardımı ve taze dolgunun ataletinden yararlanarak silindire ek doldurma yapabiliriz.

Volumetrik verime etki eden faktörler 4- EGZOZ GAZ BASINCININ ETKİSİ Pr arttıkça sıcaklık sabit olduğu için art gaz miktarı artar. Bu gazın genişlemesi için stroğun daha büyük kısmı kullanılacağından taze dolgunun silindire girişi daha geç gerçekleşir ve volumetrik verim düşmeye başlar. Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Formülde, Pr/Po etkisi P1/Po’ a göre daha azdır çünkü ilkinin çarpanı 1 olmasına rağmen ikincisinin çarpanı ε 'dur.

Volumetrik verime etki eden faktörler 5- ART GAZ SICAKLIĞININ ETKİSİ (Tr ) Büyük bir etkisi yoktur çünkü taze dolgunun art gazları ısıtması ile hacim artışı, art gazlarının hacminin küçülmesine yaklaşık olarak eşittir. Yani hacim dengelenmektedir. Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü 6- ART GAZ KATSAYISININ ETKİSİ (gr ) Volumetrik verim ifadesinde, gr artışı ile volumetrik verim düşmektedir.

Volumetrik verime etki eden faktörler 7- TAZE DOLGUNUN ISINMASI ΔT ΔT 0°C 'tan 40°C'ye çıktığında volumetrik verim 0,8'den 0,7'ye düşer. ΔT ise yükün ve sıcaklığın fonksiyonudur. Otto motorlarında, yakıtın daha iyi buharlaşması için manifold üzerinde ısıtma yapılır bu ise volumetrik verimin düşmesine neden olur. 8- MOTOR YÜKÜNÜN ETKİSİ Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Sabit devirli bir dizel motorunda emme sisteminin hidrolik kayıpları değişmemekte ve ηv üzerinde önemli bir etkisi olmamaktadır. Fakat yükün artışı ile silindir cidar sıcaklıkları artar.Tr 'de yükselir buna karşın gr düşer. Bu faktörler göz önünde bulundurularak, dizel motorlarında yük artınca ηv de önemsiz bir düşüş meydana gelir. Otto motorlarında yükün düşmesi ile gaz kelebeği kapanır, bunun etkisi ile P1 azalır, gr artar, ΔT düşer bunun sonucunda ηv düşer.

Volumetrik verime etki eden faktörler 9- HAVA FAZLALIK KATSAYISININ (λ )ETKİSİ Dizel motorlarında volumetrik verim aynı zamanda λ 'ya da bağlıdır. λ 'nın düşmesi aynı zamanda motor gücünün artması demektir, dolayısıyla dolgu içeriye girerken ısınır ve özgül ağırlığı azalır bağlı olarak silindire giren hava kütlesi azalır ηv düşer. Otto motorlarında λ sabittir. Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü

Volumetrik verime etki eden faktörler B- KONSTRÜKTİF FAKTÖRLER 1- EGZOZ SUPABI KESİTİNİN ETKİSİ Egzoz supabı kesiti mümkün olduğu kadar büyük olmalıdır. Çünkü egzoz supap kesiti büyüdüğü zaman egzoz sisteminin direnci azalır ve Pr düşüşü sonucu volumetrik verim artar Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü 2- EMME SUPABI KESİTİNİN ETKİSİ Emmedeki sürtünme kayıplarını azaltmak için supap kesiti büyük yapılır ve volumetrik verim artar. Supabın açık kalma süresi arttırılmak için beklemeli VVT-i kam profili kullanılır.

Volumetrik verime etki eden faktörler 3- EMME ZAMANLAMASININ ETKİSİ Emme supapının avansla açılıp gecikme ile kapanması sonucunda emme süreci uzamakta ve silindire giren dolgu miktarı artmaktadır. (Dolayısıyla volumetrik verim artar.) 4- EGZOZ ZAMANLAMASININ ETKİSİ Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Egzoz supapının avansla açılıp gecikme ile kapanması egzoz sürecini uzatmakta bu şekilde silindir içersindeki egzoz gazları en iyi şekilde süpürülmüş olmaktadır( Volumetrik verim artar) C-YAKIT FAKTÖRÜ Yakıtın cinsi buharlaşma ısısı volumetrik verime etki eder. Benzinli motorlarda yakıt hava karışımı silindire emilmektedir bu karışımın içindeki yakıtın bir kısmı zerrecikler halinde kısmı buhar halindedir. Yakıt zerrecikleri silindir içinde buharlaşır ve çektiği buharlaşma ısısı ile çeperleri soğutur dolayısıyla silindire daha fazla yakıt hava karışımı emilecektir. Volumetrik verim artacaktır.

Volumetrik verime etki eden faktörler • Benzinin buharlaşma ısısı 70-80 kcal/kg • Etil alkolün buharlaşma ısısı 270 kcal/kg • Metil aklolün buharlaşma ısısı 280 kcal/kg (Yakıtın buharlaşma ısısı arttıkça volumetrik verim artar.) Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Benzin içerisine alkol katılarak iç soğutma yapılır ve volumetrik verim arttırılır. Performans motorlarında (Yarış araçları) %30-40 oranında metil alkol konularak volumetrik verim 0,76 mertebesinden 0,83'e arttırılır.

Volumetrik verime etki eden faktörler Volumetrik verimin güce etkisi Pme ve Vh sabitse Ne devir sayısı ile lineer olarak artar, fakat devir arttıkça volumetrik verim düşeceğinden (emme kayıpları dolayısıyla) güç eğrisinde yüksek devirlerde bir düşüş olur. Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü

Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü SIKIŞTIRMA SÜRECİ SIKIŞTIRMA SÜRECİ ( Prosesi) İçten yanmalı pistonlu motorlarda gerçek sıkıştırma süreci emme supabın kapanmasından (emme supabı AÖN’dan sonra bir gecikme ile kapanır ) yanmanın başlamasına kadar (yanma ÜÖN’dan önce bir avansla başlar) geçen süre olarak tanımlanır. Bu tanıma göre derece krank mili açısı olarak sıkıştırma süreci , sıkıştırma strokundan daha küçüktür. Çalışma çevriminin karakterine ve karışım oluşturma şekline bağlı olarak sıkıştırma sürecinden beklenenler farklıdır. Otto çevrimine göre çalışan ,yani kıvılcım ateşlemeli motorlarda , sıkıştırma sonu sıcaklığı ,vuruntu olmaması için, yakıtın kendi-kendine tutuşma sıcaklığını geçmeyecek şeklinde olmalıdır. Sıkıştırma sonu sıcaklığı yaklaşık olarak yakıtın kendi-kendine tutuşma sıcaklığından 200 0 C kadar daha düşük olmalı. Bu üst sınır sıcaklık değerini aşmamak için sıkıştırma oranı düşük tutulur. Anlaşılacağı gibi sıkıştırma oranın yakıtın özelliklerine, karışımın kalitesine, taze dolgu ile silindir cidarları arasındaki karşılıklı ısı iletimine ve yanma odası konstrüksyonu gibi faktörlere bağlıdır. Dizel motorlarda ise motorun problemsiz ve sessiz çalışması için ,sıkıştırma sonu sıcaklığı yakıtın kendi-kendine tutuşma sıcaklığından 200 - 300 0 C kadar daha yüksek olmalı. Ayrıca dizel motorlarında yakıt-hava karışımın daha iyi karışmasını ve buna bağlı olarak daha iyi yanma sağlamak için sıkıştırma sürecinde taze dolguya türbülanslı hareket kazandırılır. Sıkıştırma sonucunda taze dolgu sıcaklığı T1 den T 2 ’ye yükselir ,bunun sonucunda yanma oldukça yüksek bir sıcaklıktan başlar ki bunun sonucundada yanma sonu sıcaklığı ve ortalama yanma sıcaklıkları artar. Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Silindir iç basıncı P1 ’den P 2 ’ye yükselir. Bunun sonucunda daha fazla genişleme ve birim hacimden daha fazla iş elde edilir.

Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü SIKIŞTIRMA SÜRECİ GERÇEK İÇTEN YANMALI PİSTONLU MOTORLARDA SIKIŞTIRMA SÜRECİ BOYUNCA ; Taze dolgu ve silindir cidarı arasında sürekli ısı iletimi (konveksiyon ve radyasyon), -Piston,segmanlar ve silindirler arasında oluşan gaz kaçakları, nedeni ile taze dolgu kütle kaybı, Yakıtın buharlaşması ve ÜÖN’dan önce kısmen yanması, Pistonun ÜÖN’ya doğru hareketi boyunca silindir yüzey alanının sürekli değişmesi ,gibi olaylar bu süreci karmaşık bir hale getirirler ve proses ideal çevrimlerde kabul edildiği gibi adyabatik olarak gerçeklenmez. Sıkıştırma başlangıcında taze dolgu sıcaklığı silindir cidarın ortalama sıcaklığından daha düşük olduğundan silindir cidarlarından gaza doğru ısı akışı Q1olur ve bunun sonucunda gazın sıcaklığı ve basıncı sıkıştırma sonucu olması gereken değerden biraz daha yüksek olur. Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü

Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü SIKIŞTIRMA SÜRECİ SIKIŞTIRMA ORANI VE DÜZELTİLMİŞ ( GERÇEK) SIKIŞTIRMA ORANI Motorlarda toplam silindir hacmi V T ’nin sıkıştırma sonu hacmi V o ’a oranına sıkıştırma oranı denir ve ε ile gösterilir. Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü V T - Silindir toplam hacmi H V - Silindir strok hacmi Vo - Sıkıştırma sonu hacmi dir. Dört stroklu motorda gerçek sıkıştırma prosesi emme supabın , iki stroklu motorda ise süpürme ve egzoz pencerelerin kapanmasından sonra başlar. Bu nedenle gerçek sıkıştırma oranı dağıtım organların kapanmasından sonra oluşan silindir toplam hacminin sıkıştırma sonu hacmi Vo ’a oranı şeklinde tanımlanır. Buna düzeltilmiş sıkıştırma oranı denir ve ε d ile gösterilir .

Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü SIKIŞTIRMA SÜRECİ Düzeltilmiş sıkıştırma oranın belirlenmeden önce pistonun krank açısı α ve krank yarıçapı r’nin fonksyonu olarak ÜÖN’ya olan mesafesi x’in hesabı: x = ( r + l) – ( r.cosα + l.cosβ ) = r( 1- cosα ) + l ( 1- cosβ ) olur Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü r /l= λ ( biyel oranı ) olarak tanımlanır ve λ = (1/3 -1/4,8) dir. Buna göre x = r ( 1- cosα +1/λ( 1- cosβ )) olur BC = L.sinβ = r.sinα sinβ = λ .sinα

Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü SIKIŞTIRMA SÜRECİ cosβ = (1− sin 2 β ) 1/2 veya cosβ = (1− λ2 sin 2 α )1/2 Binom açınımına göre Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü cosβ ≅ 1 – ½ λ2 sin 2 α olur. Bunu yerine koyarsak x = r( 1 - cosα + λ/2 sin2α) formülde α krank açısı pistonun ÜÖN’dan AÖN’ya doğru hareketine göre alınır. Emme supabı kapanma x’ ise, emme supabı kapandığı anda pistonun ÜÖN’ya uzaklığı;

Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü SIKIŞTIRMA ORANI Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Müh. Bölümü Burada parantez içersindeki terim a ile gösterilir ve doldurma katsayısı denir. Gerçek veya düzeltilmiş sıkıştırma oranı ;