motor tasarımına giriş

MOTORTASARIMINAGİRİŞ

GĠRĠġİçten yanmalı motorlar, Otto’nun 1876 ve Diesel’in 1897 yılında yaptığımotorlardan bu yana, 100 yılı aşkın bir süredir geliştirilerek kullanılmaktadırlar. Busüre içerisinde, söz konusu motorların ayrıntılarındaki geliştirmeler şaşırtıcı boyutlardaolduğu halde, temel yapılarında esaslı bir değişiklik olmamıştır. Günümüzün içtenyanmalı motorları, ayrıntılar üzerindeki tasarım çalışmalarının komple tasarıma göredaha uygulanabilir kabul edildiği bir düzeydedir. Ancak bu, somaki çalışmaların damutlaka böyle olacağı anlamına gelmez. Aksine, çağdaş ve başarılı tasarımçalışmalarının sürdürülmekte olması, en iyi sonucun hâlâ elde edilemediğinigöstermektedir.Yakıt ekonomisi, boyut, ağırlık ve fiyat gibi temel göstergelerin, çıkış gücü,güvenilirlik ve ömürle oranları yıldan yıla geliştirilmekledir. Çeşitli alanlardakullanılacak motorların seçiminde, bu motorların, iki veya dört zamanlı, benzinli veyadiesel, normal emişli veya süperşarjlı olmaları gibi önemli seçenekler, hâlâ geçerlidir.Öyleyse, başarılı bir içten yanmalı motor tasarımı, sahip olduğu ve çoğu günümüzde detam olarak cevaplanmamış veya anlaşılmamış problemlerinin çözümüyle yakındanilgilidir.6.2 TEMEL KARARLAR VE ÖN ANALİZBilindiği gibi tasarım, esas olarak, herhangi bir görevi yapabilmesi için,parçaların boyut, biçim, malzeme kompozisyonu ve parça düzenlemelerini önermeişlemidir. Şekil 6.1 'de, tipik bir tasarım akış diyagramı görülmektedir.Bir ürünün fonksiyon ve kalitesi hakkındaki tüketici raporları, bir yenidentasarımı gerektirebilir. Şekil 6.1'deki diyagramda, ürünün piyasaya sunulmasıkutusundan çıkan geri besleme halkası bunu belirtmektedir. Ticaret ve endüstriyelrekabet de, yeniden tasarımı sürekli zorlamaktadır. Bir diğer faktör de, patentgeliştirme çalışmalarıdır.İhtiyaç belirlendikten sonra, özellikleri dikkatle belirlenmelidir. Özellikler,müşterinin gerçekten ne istediğinin yeterince açık bir biçimde ifade edilmesidir.

Diyagramdaki bu alan, bazı mühendislik organizasyonlarınca "Tasarım ve performansözellikleri" olarak da belirtilmektedir.Özellikler belirlendikten sonra yapılacak çalışma, fizibilite çalışmasıdır.Fizibilite çalışmasının amacı, önerinin muhtemel başarı veya başarısızlığının teknik veekonomik açıdan tespitidir. Fizibilite çalışması yapacak kimselerin, iyi tasarımgeçmişine, mühendislik bilimleri, malzeme kullanımı, imalat yöntemleri ve satışbilgilerine sahip olmaları gerekmektedir. Projenin başarısı için çoğu kez özelliklerdedeğişiklik yapılmaktadır. Bu durum, Şekil 6.1' deki diyagramdaki geri besleme devresiile açıklanmışta".Yaratıcılık, yeni bir fikir veya kavramın üretilmesi için, değişik yeni ve/veyaeski fikirlerin sentezi biçiminde tanımlanmaktadır. Mühendis bu aşamada mucit vesanatçı olabilir. Burada tip sayı ve boyut sentezi ile, elde edilmesi amaçlanan makina,eleman ya da sistem, parçaların biçim ve sayıları ile boyutları, malzemeleri, ağırlıkları,dayanımları ve diğer özellikleri kararlaştırılır.Ön tasarım ve geliştirme aşamasında, makina veya sistemin değişik parçalarıarasındaki fonksiyonel ilişkileri ve tüm düzenlemeyi belirlemek için, makina veyasistemin ara bağlantılarını gösteren çizimler yapılır. Bu çizimlerde, amaçlanan tasarımıaçıklamak üzere, önemli boyutlar ve notasyonların yer aldığı görünüşler çizilir, çevrimdiyagramlarını içeren kinematik çalışmalar yapılır. Tüm istekler ve özellikler bu

ölümde nadiren başarılabildiğinden, Şekil 6.1'deki diyagramda, özellikler kutusunabir geri besleme devresi çizilmiştir.Ayrıntılı tasarım, imal edilecek veya satın alınacak tüm elemanların her biriningerçek anlamda boyutlandırılmasını içerir. Burada, her bir eleman için gerekligörünüşleri, ölçülerini, toleransları, malzemelerini, ısıl işlemleri (varsa), montaj içingerekli elemanları ve montaj numaralarını gösteren yapım resimleri hazırlanır.Çizimlerde, imalata ilişkin bilgiler tam olarak verilmelidir.Alt montaj ve montaj çizimleri, malzeme ve parça listeleri gibi tüm ayrıntılartamamlandıktan sonra, komple tasarım, imal edilmek üzere, prototip veya modelatelyesine gönderilir. Burada, gerekli parçalar imal edildikten ve Standard parçalar dapiyasadan satın alındıktan sonra, monte edilerek, değerlendirme ve denemeye hazırhale getirilir. Deney periyodundaki sonuçlar, ön tasarım ve ayrıntılı tasarım alanlarındadeğişiklik ve iyileştirmeleri öngören bilgiler verebilir. Bu olasılık, Şekil 6.1'dekidiyagramda, geribesleme devresi ile belirtilmiştir. Sürekli revizyonlar, tasarımmühendisi performans özelliklerinin sağlandığına kanaat getirinceye kadar sürer.İmalat için tasarım aşamasında, imalat için en iyi (genellikle en ekonomik)imalat yöntemlerine uyacak tasarım değişiklikleri dikkate alınır. Örneğin, imalatmühendisi, bir parçanın kalıpta kesme, dökme veya çekme yöntemiyle imal edilmeyeuygun olduğunu düşünebilir. Bu aşamada yapılması gereken bir başka çalışma da, bazıparçaların piyasadaki eşdeğerleriyle ve bazı malzemelerin de eşdeğerde tatmin ediciancak daha ucuz malzemelerle değiştirilebilme ihtimalinin araştırılmasıdır.İmalat için tasarım tamamlandığında, çizimler, ürünün piyasaya sunulmak üzereimali için imalat bölümüne gönderilir. İmalat sırasında karşılaşılan ve kolaylıkladüzeltilemeyen olumsuzluklarda genellikle ön tasarım ve geliştirme veya değişiklikiçin ayrıntılı tasarım aşamasına dönülür. Bu olasılık, Şekil 6.1'deki diyagramda, geribesleme devresi ile belirtilmiştir.6.3 PĠSTONLU ĠÇTEN YANMALI MOTORLARIN TASARIMESASLARIBu bölümde, geleneksel tipteki pistonlu içten yanmalı motorların tasarımesasları tartışılacaktır. Motor tasarım ve geliştirme çalışmalarım maliyeti oldukçayüksektir. Bu nedenle, yeni bir tasarım ve/veya geliştirme çalışmasının yapılıpyapılmayacağına, aşağıda sıralanan sorular cevaplandırıldıktan sonra kararverilmelidir.1. Yeni bir tasarım yapmanın gerekçeleri nelerdir?2. Motor hangi alanda kullanılacaktır?3. Hangi tür yakıt kullanılacaktır?4. Güç ve yakıt ekonomisi ihtiyacı ne kadardır?5. Bu ihtiyaçları en iyi karşılayan motor tipi hangisidir?3

6. Geliştirme çalışmasının tahmini süresi ne kadardır?7. Geliştirme çalışmasının tahmini maliyeti ne kadardır?8. İmalatın tahmini maliyeti ne kadardır?9. Geliştirme çalışmasının tahmin edilen sürede tamamlanacağı kabulü ile, bu süreiçerisinde, aynı alanda kullanımda olan motorlar da geliştirilmeye devamedileceğinden, yeni tasarım, kullanımdaki rakipleriyle rekabet edecek durumdaolabilecek midir?Yeni bir tasarım yapmanın gerekçeleriTasarım yapmanın gerekçesi halen piyasada bulunabilen motorların, motorunkullanılması öngörülen taşıt veya başka bir kullanım alanı için gerekli güç ihtiyacınıkarşılayamaması olabilir. Diğer taraftan, motor piyasada bulunsa bile, yeni tasarımın piyasadabulunabilenlerle rekabet edebileceği iddia edilebilir. Bu durumda, 9. soru bir miktarbelirsizliği içermektedir.Kullanım alanıMotorun kullanılacağı farklı alanlar için gerekli olan motorların özellikleri de farklıolacağından, tasarımda kullanım alanının göz önünde bulundurulması zorunludur. Belirli birhizmet alanına veya alanlar grubuna yönelik olmayan tasarımların başarılı olması mümkündeğildir.Yakıt türüÇok özel amaçlar dışında, kullanılacak yakıt, halen piyasada yeterli miktarda vemakul bir fiyatla bulunabilen türde bir yakıt olmalıdır. Benzin seçildiğinde, normal, süperveya kurşunsuz, diesel yakıtı seçildiğinde Dİ veya D2 tercihleri söz konusudur. Sıkıştırılmışdoğal gaz (CNG), sıvı petrol gazları (LPG) ve alkol gibi yakıtlar da, kullanıldığı bölgedebulunabilen diğer yakıtlarla karşılaştırıldığında, ucuz ve yeterli servis imkanlarına sahipiseler, tercih edilebilirler.Güç ve yakıt ekonomisi ihtiyacıBaşarılı bir şekilde tasarlanmış motorların, makul düzeylerde olmak üzere, güçağırlıkları ve üretim maliyetleri düşük, bakım ihtiyacı az, yakıt ekonomileri vegüvenilirlikleri iyi, ömürleri uzun olmalıdır. Ancak, bu özelliklerden bazılarınıniyileştirilmesi, diğerlerini olumsuz yönde etkilediğinden, kullanım amacına göre buözelliklerden hangilerinin öncelikli olduğu belirlenmelidir.Günümüz otomobillerinin boyutları küçülmekte, aerodinamik dirençleri ve ağırlıklarıazalmaktadır. Bu nedenle, eskiden kullanılmakta olan sekiz ve altı silindirli motorlarınyerini büyük oranda dört silindirli motorlar almıştır. Böyle olduğu halde bile, aynı birim taşıtağırlığı için daha güçlü motor veya aynı güç için daha hafif motor üretme çabalarısürdürülmektedir. Motorun güç ağırlığını azaltmak amacıyla, dökme demir yerinealüminyum kullanımı, volumetrik verimi yükseltmek üzere supap ve port tasarımı, çoksupaplı tasarımlar ve süperşarj gibi uygulamalar yapılmaktadır.•ı

Motor gücü belirlenirken aşağıdaki uyanların dikkate alınması yararlıgörülmektedir:1. Tasarlanan motor, özel bir neden yoksa, asla aynı amaçla kullanımda olanmotorlardan daha az güç verecek biçimde tasarlanmamalıdır.2. Motor, geliştirilebilir ve geliştirildiğinde daha fazla güç verebilir yapıdatasarlanmalıdır (örneğin, başlangıç tasarımında yeterli olan küçük çaplısupaplar, daha fazla güç ihtiyacı söz konusu olduğunda büyültülebilmelidir).3. Motor gücü, tasarıma karar verildiği andaki değil, motorun imalata hazırduruma geldiği andaki güç ihtiyacı göz önünde bulundurularak tespitedilmelidir.Yakıt ekonomisi her zaman arzu edilen bir özellik olmasına rağmen, motorunkullanım alanına göre, etkileyeceği diğer özellikler bakımından da değerlendirmeyapılmalıdır. Yakıt ekonomisi genellikle motorun özgül gücünü kötüleştirmektedir. Bunedenle, verilen bir güç için en ekonomik (verimli) motor, daha büyük, daha ağır vemuhtemelen daha pahalı bir motor olacaktır.Yakıt ekonomisi, motorun kullanım faktörü yükseldikçe daha önemli halegelmektedir. Kullanım faktörü (f u );(6.1)eşitliğiyle belirlenebilir. Burada;tır.ÖRNEK PROBLEM 6.1Anma gücü 100 kW olan motora sahip bir otomobil, günde iki saat ve ortalama20 kW güçle kullanılıyorsa, bu otomobilin kullanım faktörü kaçtır? Aynı otomobilin,günde dört saat ve ortalama 30 kW güçle kullanılması halinde kullanım faktörü neolur?5

Aynı otomobilin, günde dört saat ve ortalama 30 kW güçle kullanılması halindekullanım faktörü;0,0167 x 3 = 0,0501yani ilk duruma göre üç katı kadar aitmiş olacaktır.En uygun motor tipiİhtiyaca en uygun motor tipinin hangisi olduğu sorusunun cevaplanmasısayesinde, aslında birçok durumda kullanılan yakıt türü kararlaştırılır. Benzinmotorları, güç ağırlıklarının ve maliyetlerinin düşük, ivme yeteneklerinin yüksek,bakımlarının kolay olmasının yanı sıra, daha sessiz, titreşimsiz, egzoz dumansız veözellikle soğuk havalarda daha kolay çalışmaları, benzinin de daha az kötü kokuluolması gibi nedenlerle, otomobillerde ve 75 kW gücün altında güç gerektiren diğeralanlarda, çoğunlukla diesel motoruna tercih edilmektedirler.Büyük taşıtlar için gerekli olan gücü sağlamak üzere, daha büyük boyutlu motortasarlamak gerekmektedir. Ancak, geniş silindir ölçüsünün detonasyona olan olumsuzetkisi nedeniyle, büyük silindir çaplı buji ile ateşlemeli motoru tasarlamak son derecegüçtür. Bu nedenle, bazı doğal gaz yakıt kullananlar hariç, imal edilmiş ve silindir çapı150 mm'den daha büyük olan buji ile ateşlemeli motor sayısı, yok denecek kadar azdır.Bu yüzden, büyük güçleri gerektiren alanlarda, diesel motoru alternatifsiz halegelmektedir. Diesel motorunun buji ile ateşlemeli motor karşısındaki diğer önemli biravantajı da yakıt ekonomisidir.Uygun süperşarj kullanımı ile, diesel motorunun boyut ve ağırlığı, benzinlimotorla bir ölçüde rekabet edebilir düzeye gelmekte, ancak diğer olumsuzluklarıdevam etmektedir.Daha önce de belirtildiği gibi, düşük yakıt tüketimi ve düşük yakıt fiyatınınekonomik değeri, büyük oranda kullanım faktörüne bağımlıdır. Bu nedenle, kullanımfaktörü düşük olan hizmetlerde eğilim daha çok benzin motoru, kullanım faktörüyüksek olan hizmetlerde ise daha çok diesel motoru yönündedir. Bu yüzden, ticariolmayan otomobiller, küçük deniz botları, çim biçme makinaları, vb. kişiselhizmetlerde kullanılan araçlarda, buji ile ateşlemeli motorlar daha çokkullanılmaktadır. Ancak, yüksek yakıt fiyatları nedeniyle, diesel motorlu otomobillerinkullanım oranı da dikkate değer oranda altmıştır (1984 yılında Avrupa'da %17).Motorun iki zamanlı veya dört zamanlı olması konusunda uygun bir tercihyapmadan önce, iki zamanlı motorların yaygın olarak kullanılmakta olduğu iki alanadikkat etmek yararlı olabilir. Bu alanlar, küçük buji ile ateşlemeli motorların genelliklekullanıldığı motosikletler, deniz botu motorları, hafif portatif motorları, çim biçmemakinaları, ağaç testereleri, vb. ile ortadan büyük boylara kadar diesel ve gazmotorlarıdır. Küçük iki zamanlı buji ile ateşlemeli motorların tercih edilmesindegenellikle şu özellikler etkili olmaktadır:6

1. Düşük ilk maliyet,2. Düşük kullanım faktörü,3. Düşük güç ağırlığı.Bu motorların hemen hemen tamamı karterden süpürmelidir ve bu özelliğiyle, halen imaledilmekte olan en basit motor tipidir. Özgül güçleri, aynı boyutlardaki dört zamanlımotorlardan genellikle daha yüksek olduğundan, verilen bir güç için fiyat ve ağırlıklarıdaha düşüktür. Buna karşın, süpürme sırasındaki karışım kaybına bağlı olarak, yakıtekonomileri en az % 25 daha kötüdür. Bu nedenle, küçük iki zamanlı buji ile ateşlemelimotorlar daha çok, kullanım faktörünün düşük, yakıt ekonomisinin çok önemli olmadığıalanlarda tercih edilmektedirler. Bu motorların, kötü yakıt ekonomisine ek olarak diğerolumsuzlukları,rölanti ve hafif yüklerdeki düzensiz çalışmaları ile genellikle yağlamayağının yakıta karıştırılması nedeniyle fazla yağ tüketimleridir.İki zamanlı diesel uygulamasında karterden süpürme, diesel motorlarınınçalıştığı yüksek hava/yakıt oranlarının, bu sistemde düşük ortalama efektif basınçlarvermesi sebebiyle, çok uygun bulunmamaktadır. Ayrıca, silindir sayısı arttıkça dayapısal olarak karterden süpürme daha etkisiz hale gelmektedir. Bu motorlara birsüpürme bloweri eklenmesi durumunda, dört zamanlı normal emişli motora oranla,karterden süpürmeli motorla sağlanan fiyat avantajının çoğu veya tamamı yokolmaktadır. Ancak, bu uygulama sayesinde motorun bir miktar yakıt ekonomisi kaybıve hafif yük kaybı olmakla birlikte, aynı büyüklükteki dört zamanlı normal emişlimotora oranla özgül güçleri daha yüksek olmaktadır.Yaklaşık 300 mm silindir çapına kadar hem iki, hem de dört zamanlı dieselmotorları kullanılmakta iseler de, bu çaptan daha büyüklerde iki zamanlılarçoğunluktadır. Bunun ana sebebi, yaklaşık aynı piston hızı ve güçteki eşit büyüklüktekisilindirlerdeki basınçlar, iki zamanlı motorlarda dört zamanlı motorlara oranla dahadüşüktür. Bu nedenle, motor elemanlarındaki maksimum gerilmeler de iki zamanlımotorlarda daha düşük olmaktadır. Silindirler büyüdükçe, ısıl gerilmelerin önlenmeside giderek güçleştiğinden, silindir çapı arttıkça, müsaade edilen maksimum basınçlarazalmaktadır.İki zamanlı diesel motorlarının otomotiv alanında yaygın olmayışlarınınmuhtemel nedenleri şunlar olabilir:1. Dört zamanlı motor tasarımının deneyim geçmişi daha fazladır.2. Verimli süpürmeli iki zamanlı diesel motorlarının tasarımı, iyi hava kapasitelidört zamanlı motor tasarımına oranla daha fazla çaba gerektirmektedir.3. Karterden süpürmeli basit iki zamanlı diesel motorlarının dışında, iki zamanlımotorların tasarımı da en az dört zamanlı motor tasarımı kadar karmaşıktır.4. İki. zamanlı diesel motorlarının yakıt ekonomileri çoğunlukla kapasiteli dörtzamanlı rakiplerinden daha kötüdür.7

Soğutma sistemiMotor silindirlerinin soğutulması, önemli ölçüde kondüksiyonla olmak üzere,konveksiyon ve kısmen de radyasyonla olmaktadır. Benzer geometrideki sistemlerde,yüzey ile ısı taşıyıcı akışkan arasındaki ısı transferi, yaklaşık olarak;(6.2)c ve L 'nin verilen değerlerinde, ısı transfer katsayısı;s

ye bağımlı olarak değişmektedir. Bu ifadede yer alan büyüklüklerin, hava ve su ileilgili değerleri yerlerine yazıldığında, suyun soğutucu olarak avantajının, havaya oranlayaklaşık 175 kat olduğu sonucu ortaya çıkmaktadır.Hava ile soğutma sistemlerinde, havanın bilinen su ile soğutma sistemlerindekisuya oranla çok daha yüksek hızlarda (dört ile sekiz katı) ve düşük sıcaklıklarda(havanın sıcaklığı genellikle. 40°C 'den az, halbuki soğutma suyunun sıcaklığıgenellikle 80-90°C dolayında) kullanılması, ayrıca silindirin dışındaki soğutmayüzeylerini artırmak üzere (10 ile 125 kat arasında) finlerin eklenmesiyle, su ilesoğutmanın doğal avantajı hemen hemen ortadan kalkmaktadır. Ancak, yine de, benzerkoşullarda, hava ile soğutulan silindirlerin kritik bölgelerinin sıcaklıkları, su ilesoğutulan silindirlerinkinden daha yüksek olmaktadır.Yukarıda bahsedilen nedenlerle, silindir çapı arttıkça, hava ile soğutmagüçleşmektedir. Bu yüzden, silindir çapı 150 mm'nin üzerinde olan hava ile soğutulanmotor hemen hemen yoktur. Hava ile soğutma, finler için yeterli alan sağlayan karşıtsilindirli (boksör tipi) motorlar ile, radyatör ve soğutma sistemi için uygun yerinbulunmadığı bir veya iki silindirli motorlar için kısmen cazip olabilir. Çalışmalarısırasında yüksek hava hızlarının elde edilmesi nedeniyle, hava ile soğutmasistemlerinin doğal olarak en uygun olduğu motorlar, küçük uçak motorlarıdır. Ayrıca,küçük portatif ve sabit motorlar ile motosiklet motorları için uygun olduğusöylenebilir.Aşırı doldurma (süperşarj)Buji ile ateşlemeli motorlarda aşırı doldurma, özgül gücün yüksek olmasıistenen uçak motorları, lüks ve spor otomobiller, yarış otomobilleri ve büyük doğal gazmotorları gibi özel alanlarda uygulanmaktadır.Diesel motorlarında aşırı doldurma ise, diesel motorunun doğal uygunluğu veverim ve güç artışı sağlaması nedeniyle, düşük maliyetin küçük boyut ve düşükağırlıktan daha önemli görüldüğü bazı kullanım alanları dışında, giderek artan biruygulamadır. Günümüzde, otomobiller, kamyonlar, otobüsler, lokomotifler, orta vebüyük boy deniz taşıtları için üretilen diesel motorlarının hemen hemen tamamı aşırıdoldurmalıdır.Silindir sayısı ve boyutlarıSilindir sayısı ve boyutlarının belirlenmesi, her şeyden önce istenen çıkış gücünebağlıdır. Örneğin 2-3 kW'ın altındaki motorların hemen hemen tamamı, ilkmaliyetlerinin düşük olması ve 50 mm 'nin altındaki silindirlerin imalatındakigüçlükler nedeniyle, tek silindirlidir. Anma gücü arttıkça, küçük silindirlerin boyut,ağırlık ve geliştirilmiş motor balansı ile ilgili avantajları nedeniyle, motorun silindirsayısının artırılması gereğini işaret etmektedir. Silindir sayısı artırıldıkça, benzertasarımlar olması ve devir kısıtlaması olmaması koşuluyla, motorun boyutlarıküçülmekte ve ağırlığı azalmaktadır. Özetle, silindir sayısı ve boyutlarının seçiminin,düşük güç ağırlığı, yüksek litre gücü, makul titreşim düzeyi, imalat ve bakım fiyatı,9

ömür beklentisi ve motorun genel biçimi arasındaki uzlaşmaya bağlı olduğusöylenebilir.Silindir düzenlemesiSilindir düzenlemesi seçimindeki en önemli faktör, elde edilen motorunbiçiminin, kullanılacağı yere uygunluğu ile buradaki bakım ve onarımlarının kolayyapılabilmesidir. Örneğin, silindirleri krank milinin altında olan motorlar, deniz veotomobiller için hiç uygun değilken, ters V ve radyal motorlar, uçaklar için uygunolabilmektedir. Altı silindire kadar olan sıra tipi motorlar, basitlikleri ve bakımkolaylıkları nedeniyle tercih edilmektedirler. Altı silindirli sıra tipi motorlar, özelliklebalans ve titreşim bakımından tercih edilmektedirler. Altı silindirden fazla sıra tipimotorlarda, uzunluklarının diğer boyutlarına oranla fazla uzaması ve krank millerininburulma titreşimlerinin artması gibi problemler ortaya çıkmaktadır. Bu olumsuzluklararağmen, özellikle büyük gemiler, tekneye uygunluğu nedeniyle, 12 silindire kadar sıratipi motorlar imal edilmektedir.Sekiz silindirli V tipi motorların balansı çok iyidir, titreşim problemi yoktur vetasarımı da dengi motorlara kıyasla basittir. Özellikle, strok/çap oranı 1,0 den düşükolanlarda, otomobilin motor kompartımanına uymada hiç bir sorun çıkarmamaktadır.V-8 motorlar, motorun genel biçimindeki derli topluluk, düşük güç ağırlığı ve imalatfiyatı arasındaki iyi uyum nedeniyle, yüksek güçlü otomobillerde ve diğer bir çokalanda tercih edilmektedir. İki, dört ve altı silindirli V tipi motorların balansproblemleri bulunmaktadır. Bunlar daha çok, biçimsel olarak uygun görüldükleri,motosiklet ve küçük otomobillerde kullanılmaktadırlar.Boksör tipi (veya karşıt silindirli) motorlar, β = 180° açısıyla V tipi motorlarınözel bir durumu olarak değerlendirilebilirler. Ancak, V tipi motorlarda her krankla ikisilindir çalışırken, bu motorlarda genellikle her silindir için bir krank gerekmektedir.Bağımsız kranklar, silindirler arasında yeterli mesafe bırakılmasına imkan verdiğinden,bu motorlar hava soğutmalı motorlar için uygundurlar. Genellikle güç ağırlığınındüşük, uzunluğun kısa olmasının önemli olduğu alanlarda kullanılırlar. Otobüs vekamyonlarda, döşeme altı yerleştirmeye de uygundurlar. Otomotiv alanında çoğunluklaiki, dört ve altı silindirli boksör tipi motorlar kullanılmaktadır.Radyal motorlar, biçimlerinin hava soğutmaya uygunlukları, krank millerininve karterlerinin küçük olmasına bağlı olarak, güç ağırlıkları en düşük olan motorolmaları nedeniyle, çoğunlukla uçaklarda kullanılmaktadırlar.Geliştirme çalışmasının tahmini süresiİmal edilmekte olan motorlara benzer bir motorun geliştirme süresi, harcanacakçabanın yoğunluğuna, görev alacak personel in sayısına ve deneyimine, alman malîdesteğe, bu çalışmaya ayrılacak ekipmanlara ve geliştirilecek olan motorun yeni vedenenmemiş özelliklerinin düzeyine bağımlı olarak iki ilâ beş yıl arasında, hatta dahafazla olabilmektedir.10

Geliştirme çalışmasının tahmini maliyetiTasarımın "başarılı" veya "başarısız" olarak değerlendirilmesindeki en önemlifaktör fiyattır (istisnalar olabilir, ancak böyle durumlarda bile fiyat tamamen göz ardıedilemez). Maliyet tahmini, zaman, malzeme, personel ve geliştirme çalışmasınaayrılacak ekipmanlara bağımlıdır. Motorun imal edilmekte olan motorlara benzerliği veorganizasyon deneyimi arttıkça, tahminin doğruluk payı da artmaktadır. Bu konudadeneyimi olmayan organizasyonların, genellikle düşük tahmin yaptıkları ifadeedilmektedir.İmalat maliyetiGeliştirilen motorun kağıt üzerinde fonksiyonel olması, tüm tasarımçalışmasının sadece bir bölümüdür. Tasarımcının çalışmaları, ancak imal edilebilirolduğu zaman anlam kazanmaktadır. İmalatın buradaki anlamı, parçaların, rekabetedebilir bir maliyetle imal ve montajıdır. İmalat maliyetinin tahmini,- sadece tasarımayrıntılarına değil, aynı zamanda imalatın hızı ve metoduna da bağlıdır. Bu nedenletasarımcının, imalat yöntem ve makinalarını da iyi tanıyor olması şarttır. .Ancak böylebir tasarımcı uygun tasarım yapabilir, malzeme seçebilir, toleransları belirtebilir,montaj işlemlerini vb. dikkate alabilir. Montaj çizimleri yapıldıktan sonra, deneyimliimalatçılar imalat maliyetini oldukça doğru olarak tahmin edebilmektedirler.Rekabet değerlendirmesi açısından, "Satın alabiliyorsanız imal etmeyiniz"sözünün geçerlilik payı oldukça yüksektir. Bu nedenle, yeni bir tasarım çalışmasınabaşlamadan önce, halen imal edilmekte olan ucuz motorlar, çok ciddi olarak dikkatealınmalı, tasarıma karar verildiğinde ise, piyasadan temin edilebilecek Standard motorparçalarının yeniden tasarlanması ve imalinden kaçınılmalıdır.Yeni tasarımın, kullanımdaki rakipleriyle rekabet durumuYeni bir tasarım çalışmasını sürdürme konusunda son karan vermeden önce,tasarlanan motorun belirlenen kalitesi ile imal edilmekte olan rakiplerinin elde edilenkalitesini karşılaştırmak amacıyla, Şekil 6.2 'dekine benzer eğriler hazırlanmalıdır. Butür grafikler, yakıt ekonomisi, güç ağırlığı, litre gücü, kullanım ömrü, birim güçmaliyeti, gibi kalite ölçümleri için de uyarlanabilir.6.4 SĠLĠNDĠR SAYISININ, BOYUTLARIN VEDÜZENĠNĠN BELĠRLENMESĠBu aşamada tasarımcının, tasarımı yapılacak motor hakkında aşağıdaki bilgileresahip okluğu varsayılmaktadır:11

1. Hizmet tipi,2. Yakıt tipi,3. Anma gücü,3. Anma çevre koşulları,4. Buji ile veya sıkıştırma ile ateşlemeli olduğu,5. Normal emişli veya süperşarjlı olduğu,6. Devir sınırı,7. Aynı alandaki rakiplerine oranla vurgulanacak özel yetenekleri.Strok Hacmi, Toplam Strok HacmiStrok hacmi (Vh,), üst ve alt ölü noktalar arasında kalan silindir hacmidir ve(6.5)eşitliğiyle hesaplanabilir.Bir motorun toplam strok hacmi (V H ) ise, strok hacminin silindir sayısıylaçarpımına eşittir:Yanma Odasının Hacmi(6.6)12

Yanma odasının hacmi (V c ), piston üst ölü noktada iken, pistonun önünde kalansilindir hacmidir.Silindir Hacmi, Toplam Silindir HacmiSilindir hacmi (V t ), piston alt ölü noktada iken, pistonun önünde kalan silindirhacmidir.• V t = V h +V c (6.7)Toplam silindir hacmi (VT) ise, bütün silindirlerin silindirhacimlerinin toplamıdır.Sıkıştırma oranı(6.8)Sıkıştırma oranı (s), silindir hacminin, yanma odası hacmine oranıdır.(6.9)Sıkıştırma oranları, diesel motorlarında 16/1 - 24/1, benzin motorlarında 7/1 - 10/1arasındadır.• Strok/çap oranıMotor boyutlarına en çok etki eden faktör, piston strokunun (kursunun) silindirçapma oranıdır ve kısaca strok/çap oranı olarak ifade edilmektedir.(6.10)Burada;X : strok/çap oranı, H:piston stroku, D:silindir çapı,dır. Bu oranın seçim isabeti, amaçlanan hizmete uygun motor boyutlarının eldeedilmesinde son derece önemlidir. Strok/çap oranı (X);Dört zamanlı benzin motorlarında 0,6-1,1Dört zamanlı kamyon diesel motorlarında 0,9 -1,2Dört zamanlı orta hızlı diesel motorlarında 1,2 -1,4İki zamanlı düşük hızlı diesel motorlarında 1,8-2,213

arasındadır. Hız azaldıkça ve iki zamanlı motorlarda büyük oranlara yakın değerlerseçmek daha uygun olmaktadır.Silindir çapının hesaplanması(6.10) no'lu eşitlik, (6.6 no'lu eşitlikte yerine yazılırsa;(6.1.1)olur ve buradan silindir çapı eşitliği elde edilir:(6.12)Motor gücü ve ortalama efektif basınç değerlerinin bilinmesi halinde;(6.13)eşitliği de kullanılabilir.Ortalama piston hızıOrtalama piston hızı (c m ), bir motor devri süresince değişen piston hızlarınınortalamasıdır. Ortalama piston hızı, motorun devir sayısının devir/dakika olarakkullanılması halinde;eşitliğiyle belirlenebilir. Ortalama piston hızı, atalet kuvvetleri, yataklara gelen yükler,volumetrik verim, özgül yakıt tüketimi ve motorun ömrüne etki eden bir büyüklüktür.Aşınmaların az, motorun uzun ömürlü ve özgül yakıt tüketiminin düşük olması için,ortalama piston hızının düşük olması (5- 6 m/s kadar) arzu edilmektedir. Özgül gücünyükseltilmesi ise, daha yüksek ortalama piston hızlarıyla sağlanmaktadır. Ortalamapiston hızı (c m );Benzin motorlarındaOrta hızlı diesel motorlarındaİki zamanlı diesel motorlarındaarasındadır.10-17 m/s,10-11m/s,6 - 7 m/s,14

İndike Ortalama Basınçİndike ortalama basınç (Pm i ), silindir içerisinde çevrim süresince değişenbasınçların ortalamasıdır ve motorla ilgili hesaplamalarda kullanılan bir büyüklüktür.İndike ortalama basıncın hesaplanmasında, indikatör diyagramlarından yararlanılabilir,Şekil 6.3. İndike ortalama basınç (Pm i );(6.14)dir. Burada;A: Diyagram alanı, mm",L: Diyagram genişliği, mmm: İndikatör katsayısı, mm/kPa,dır.Ortalama Efektif BasınçOrtalama efektif basınç (P me ) de, tıpkı indike ortalama basınç (P mi ) gibi, motorlailgili hesaplamalarda kullanılan bir büyüklüktür ve aralarında;ilişkisi mevcuttur.(6.15)' Motor boyutlarına çok etki eden diğer bir faktör de ortalama efektif 'basınçtır:Ortalama efektif basınç (P me ) nin belirlenmesinde, çeşitli yollardan herhangi birikullanılabilir:(6.16)15

(6.17)(6.18)olur. Ortalama efektif basıncın belirlenmesinde;(6.19)eşitliğinden de yararlanılabilir. Burada;tür.Ortalama efektif basınç (P me );Otomobil dört zamanlı benzin motorlarında 7-10 bar,Otomobil dört zamanlı diesel motorlarında 5,5 - 6,5 bar,Kamyon dört zamanlı benzin motorlarında 8,5-10 bar,Kamyon iki zamanlı benzin motorlarında 6 - 7,5 bar.Kamyon normal emişli diesel motorlarında 6 - 9 bar,Kamyon süperşarjlı diesel motorlarında 9 - 11 bar,Kamyon intercoolerli diesel motorlarında ' 12-20 bar,'arasındadır.İn dike Güçİndike motor gücü P,;(6.20)eşitliğiyle hesaplanabilir. Burada;P mi : indike ortalama basınç, kPa, VH :toplam strok hacmi, m 3 , n : devirsayısı, 1/min,16

f : bir silindirde bir devirdeki çevrim sayısı, (dört zamanlıda 0,5, ikizamanlıda 1) dır.Efektif GüçEfektif motor gücü P 0 'de benzer şekilde;(6.21)eşitliğiyle hesaplanabilir. Burada;p me : ortalama efektif basınç, kPa, dır.Sürtünme Gücüİndike motor gücü (Pi) ile efektif motor gücü (P c ) arasındaki fark, sürtünme(kayıp) gücü (P t ) olarak adlandırılmaktadır.Sürtünme gücü;• (6.22)1. Segmanlar, yataklar ve motorun iş yapan diğer elemanlarındaki sürtünmelere bağlıkayıp güç ile2. Benzin otomatiği, su pompası, yağ pompası, yakıt pompası, soğutma vantilatörü veboşta çalışan jeneratörü çalıştırmak üzere harcanan gücün toplamıdır.Efektif motor gücü P e , laboratuarlar da ve standartlarla tamamlanmış koşullaraltında, dinamometre denilen cihazlarla ölçülmektedir. Bu standartlardan bazılarışunlardır:TS (Türk Standardı),ISO (Interational Standardizatıon Organisation - Uluslararası Standartlar Birliği),DİN (Deutsche Industrie Norm - Alman Endüstri Standardı),SAE (Society of Automotive Engineers - Otomotiv Mühendisleri Birliği),CUNA (Comissione tecnica di Unifıciazione nell' Automobile - Otomobil teknikStandartlar Birliği)Standartlarla tanımlanmış koşulların farklılığı nedeniyle, doğal olarak, bustandartlara göre ölçülen güçler arasında da farklılıklar bulunmaktadır. Örneğin, birmotorun DİN standardına göre ölçülen gücüne oranla, aynı motorun SAE standardınagöre ölçülen gücü, % 10...% 25, CUNA standardına göre ölçülen gücü, % 5...% 10daha yüksek olabilmektedir.17

Litre Gücü

Litre Gücü (AL) efektif motor gücünün, motorun toplam strok hacmine oranıdır.(6.23)Burada;VH: toplam strok hacmi (Vh, . z), litre,dır.Büyük litre gücü, daha küçük boyutlu motor fakat daha fazla güç demektir.Otomotiv motorlarının litre gücü değerleri;Kamyon diesel motorlarındaOtomobil diesel motorlarındaOtomobil benzin motorlarındaMotosiklet motorlarında(iki veya dört zamanlı)arasındadır.13-19 kW/l,20 – 25 kW/l,30-48 kW/l,20 - 25 kW/l,Güç Ağırlığı (veya kütlesi)Güç ağırlığı (Gp), motorun ağırlığının (G, kg olarak), motorun efektif gücüne(Pe) oranıdır.(6.24)Burada;G: motorun ağırlığı, kg,dır. Küçük güç ağırlığı, genellikle motorun devir sayısınınartırılmasıyla sağlanmaktadır. Otomotiv motorlarının güç ağırlığı değerleri;Kamyon diesel motorlarındaOtomobil benzin motorlarındaarasındadır.4-5,5 kg/k\W,yaklaşık 2 kg/kW,İyilik DerecesiBir motorun iyilik derecesi (η p ), motorun indike gücünün (P i ),makinanm gücüne (P p ) oranıdır.teorik (kusursuz)(6.25)Burada;

tır.İyilik derecesinin yükselmesi, motorun mükemmeleyaklaşmasının bir göstergesidir. İyilik derecesi;arasındadır.Otomotiv benzin motorlarında 0,4 - 0,7,Otomotiv diesel motorlarında 0,6 - 0,8İndike VerimBir motorun indike verimi(η i ) motorun indike gücünün(P i )birim zamandamotora yakıtla verilen ısıya (B . H u ) oranıdır.(6.26)Burada;B: yakıt tüketimi, kg/h,yakıtın alt ısıl değeri, kJ/kg,dır. İndike verim ayrıca;(6.27)eşitliğiyle de hesaplanabilir. Burada;η t :teorik termik verim,dir.Mekanik VerimBir motorun mekanik verimi (η m ) motorun efektif gücünün(P e ) indike gücüne(P i ) oranıdır.(6.28)Motorların mekanik verimleri % 80 dolayındadır.

Efektif VerimBir motorun efektif verimi (η e ), motorun efektif gücünün (P e ), birim zamanda motorayakıtla verilen ısıya (B . H u ) oranıdır.(6.29)Efektif verim ayrıca;eşitlikleriyle de hesaplanabilir.Efektif verim, en iyi koşullarda;arasında,dır.Otomotiv benzin motorlarında 0,25 - 0,30,Otomotiv diesel motorlarında 0,30 - 0,45,Boşta çalışma sırasında ise 0,0Özgül Yakıt Tüketimi(6 . 30 )Özgül yakıt tüketimi (b c ), elde edilen birim güç başına, saatte harcanan yakıtmiktarının göstergesidir.(6.30)Özgül yakıt tüketimi için ayrıca, efektif termik verimin;eşitliği, B için düzenlenip, yukarıdaki eşitlikte yerine yazılarak;(6. 31 )

(6.32)eşitliği elde edilebilir. Özgül yakıt tüketimi;benzin motorlarında 0,345 - 0,285 kg/kWh,

arasındadır.diesel motorlarında 0,285 - 0,190 kg/kWh,Volumetrik (hacimsel) verimVolumetrik (hacimsel) verim (η v ), silindire alman gerçek karışım kütlesinin,silindire alınması gereken teorik karışım kütlesine oranıdır:(6.33)(6.34)(6.35)ve bu nedenle;(6.36)eşitliğiyle hesaplanabilir. Burada;p s : silindirdeki dolgu yoğunluğu, kg/m ,p a : dış ortamdaki havanın yoğunluğu, kg/m\ T s :silindirdeki dolgu sıcaklığı, K,.T a : dış ortamdaki havanın sıcaklığı, K,P s : silindirdeki dolgu basıncı, bar,P a : dış ortamdaki havanın basıncı, bar,dır. Volumetrik verim (η v );arasındadır.Dört zamanlı motorlarda 0,7 - 0,9,İki zamanlı karterden süpürmeli motorlarda 0,5 : 0,7Karışımın Isıl DeğeriKarışımın ısıl değeri (H mix ), 1 m 3 serbest hava ile yakıt karışımının ısıl değeridir.Silindire alman karışımın alt ısıl değeri (H mix );(6.37)(6.38)

ÖRNEK 6.2Dört zamanlı bir otomobil motoru hakkında aşağıdaki bilgiler verilmiştir:Bu bilinenlere göre motorun ana boyutlarını hesaplayınız.ÇÖZÜMMotor, dört zamanlı bir otomobil motoru olduğundan, f = 0,5 tirkabulleri yapılacak olursa, silindir çapı;bulunur. Bu durumda strok;H = 0,8. 9,3 = 7,45 cmolacaktır.KONTROLPme t p m v H mix- 9/1, (sıkıştırma oranı, diesel motorlarında 16/1-24/1, otto motorlarında 7/1-10/1 arasındadır)22

k= 1,4 kabulü yapılırsa;olur. Ayrıca;kabulleri yapılmıştır.Benzin motorları genellikle zengin karışımlarla çalıştığından, λ asilindire alman karışımın alt ısıl değeri (H mix );1 dir. Bu durumda,elde edilir.Termodinamik bağıntılardan;yazılabilir. Burada;değerleri yerine yazılacak olursa;bulunur. Hesaplanan ve kabul edilen tüm bu değerler yerine yazıldığında;elde edilir.Devir sayısı, (6.4) no'lu eşitlikten yararlanarak elde edilen;

eşitliğiyle hesaplanabilir.c m için kontrol yapılabilir:Bulunan bu değer, bu motorlar için verilen ortalama piston hızı sınırları arasındadır veuygundur.ÖRNEK 6.3Dört zamanlı, buji ile ateşlemeli bir otomobil benzin motoru ile ilgili olarakaşağıdaki değerler bilinmektedir:P c = 88 kW, n P =5500 1/min, b c = 270 g/kWh,z = 6 D = 87 mm, H = 70 mm.Motorun;a) Litre gücünü,b) Ortalama efektif basıncını,c) Efektif termik verimini,hesaplayınız.ÇÖZÜMa)Litre gücü;dir. Motorun toplam strok hacmi;bulunur. Verilen ve hesaplanan değerler yerine yazılarak;24

ulunur.b) Ortalama efektif basınç;eşitliğinden;bulunur.c) Efektif termik verim.bulunur.

Motor parçalarının imalinde kullanılan malzemeler iki guruptadeğerlendirilebilir:1. Demir malzemeler,2. Demir dışı malzemeler.Demir malzemeler, adından da anlaşılacağı gibi, içerisinde esas olarak demirbulunan malzemelerdir. Dökme demir, dövme demir, saf karbonlu çelikler ve alaşımçelikleri, bu guruba örnek verilebilir.Demir dışı malzemeler ise, içerisinde demir olmayan malzemelerdir. Bakır vebakır alaşımları, alüminyum ve alüminyum alaşımları, yatak metalleri, bu gurupmalzemelerdir.7.2 METALLERĠN MEKANĠK ÖZELLĠKLERĠ7.2.1 DAYANIM ve GERĠLMEMotorun çalışması sırasında, her parçası üzerine çeşitli yükler etki etmektedir.Bu yüklerden dolayı, parçaların imalinde kullanılan malzemelerden belirli miktardadayanım istenmektedir. Dayanım, metalin, kararlı bir yük altında gerilmeye karşıgösterdiği dirençtir. Malzeme dayanımı demek, malzemenin uygulanan bir yükedirenci demektir. Gerilme ise. malzemeye uygulanan bir dış yüke karşı gösterdiği içreaksiyondur. Gerilme, parçanın deformasyonuna sebep olabilir. Gerilmenin bir çokçeşidi vardır. Bunlar;i. Çekme gerilmesi,2. Basma (sıkıştırma) gerilmesi,3. Kesme gerilmesi,4. Burulma gerilmesi,5. Birleşik gerilme (ör. çekme ve basma gerilimlerinin bileşimi),dir.2&

Gerilmenin Standard birimi N/m 2 dir Ancak, büyük bir değer olduğundan, dahaçok N/mm 2 veya kN/mm birimleri kullanılmaktadır.7.2.1.1 ÇEKME GERĠLMESĠÇekme kuvveti (yükü), parçayı çekmeye çalışan kuvvettir. Malzemenin buyüke karşı direncine "çekme gerilmesi" denir. Bir metalin dayanımını belirlemek için,Laboratuarda, özel bir çekme makinesinde, bu metalden yapılmış Standardboyutlardaki bir test parçasına, yavaşça artan bir yük uygulanır. Ölçme, parçakopuncaya kadar sürer. Uzama - gerilme eğrisi. Şekil 7. i "de görüldüğü gibidir.Bir parçaya herhangi bir yük uygulandığında, parçanın biçim ve boyutlarındadeğişimler olur. Çekme kuvveti uygulandığındaki boyut değişimine '"uzama" denir.Uzama miktarı, uzama oranıyla ifade edilir.Burada;ε: uzama oranı,ΔL: uzunluk değişimi (uzama), mm.L: orijinal boy, mm,dir.A noktasına kadar, parçaya uygulanan yük ile parçanın uzama miktarıorantılıdır. A noktasındaki gerilmeye, "sınır gerilme" veya "oransal gerilme" denir.A-B noktalan arasında uzama biraz artsa da, B ye kadar, uygulanan yük-2.7

Kaldırıldığında parça eski boyutlarına çabucak döner. Malzemenin bu davranışına'elastik davranış", B noktasına "'elastikiyet (akma) sınırı", o andaki gerilmeye de"'elastik gerilme" denir. Yani. malzeme B 'ye kadar elastik. B 'den sonra plastikmalzeme özelliği gösterir. B 'den sonraki yüklemelerde, uygulanan yük kaldırıldığındaparça artık eski boyutlarına dönemez. C noktasında kritik gerilmeye ulaşılır. Cnoktasına "dayanma sınırı", o andaki gerilmeye de "kritik gerilme" denir. B-Cnoktalan arasında, yük artmadığı halde, uzamada ani bir artış olur. D noktasındamaksimum gerilmeye ulaşılır. D noktasına "kopma sınırı", o andaki gerilmeye de'kopma (gerilmesi) dayanımı" denir. D noktasından sonra yük azaltılsa bile, parçauzayarak E noktasında kopar.Gerilmenin genel eşitliği;Burada;Gerilme., N/mm 2 ,F: Yük, N,A: Yüke direnen alan, mm 2 dir.Kopma dayanımı (maksimum dayanım) ise;(7.3)Burada;(T. • Kopma Dayanımı N/mm 2 .F max : Maksimum yük, N,A: Yüke direnen alan, mm 2dir.Yumuşak çeliğin maksimum kopma dayanımı, 400 N/mm 2 ,belirli bir çelik alaşımının ki ise 150 N/mm 2 kadardır.Yük değişimleri oluyor veya darbe yükleri uygulanıyorsa, bu değerler azalır.Uygulamada doğrudan yük altında çalışan parçalarda başarısızlık nadiren olmakta,kırılma genellikle malzeme yorulmasından kaynaklanmaktadır.Yorulma dayanımı, malzemelerin çevrimsel değişen yüklere karşıgösterdikleri direncin bir göstergesidir. Eğer yük, malzemeye tekrar tekrar uygulanırveya sürekli yön değiştirirse, malzemenin kopma dayanımı azalacaktır. Motorda da butür yükler altında çalışan birçok parça bulunmaktadır.

Darbe dayanımı ise, malzemelerin çok hızlı uygulanan yüklere karşı gösterdikleridirencin bir göstergesidir.ÖRNEK PROBLEM 7.16,4 mm çapındaki bir çubuğa. 12,2 kN’ luk çekme kuvveti uygulanmaktadır.Çubuktaki gerilmeyi bulunuz.ÇÖZÜM7.2.1.2 BASMA GERĠLMESĠBasma, çekmenin tersidir. Basma kuvveti (yükü), parçayı sıkıştırmaya çalışankuvvettir. Malzemenin bu yüke karşı direncine "basma gerilmesi" denir. Malzemelerinçekme ve basma kuvvetlerinin etkisi altındaki davranışı, elastikiyet sınırına kadar benzerözellikler göstermektedir. Çekme ve basma dayanımları, malzemelerin sürekli yüklere karşıgösterdikleri direncin bir göstergesidir.Basma kuvveti altında parçanın dağıldığı gerilmeye "basma (gerilmesi)dayanımı" denir. Ancak, dağılma (kırılma) noktası, kırılgan (örneğin dökme demir)malzemelerde sayısal olarak tespit edilebilirken, sünek malzemelerde belirlenmesi oldukçazordur ve kesin değildir. Basma dayanımı;(7,4)C : Basma gerilmesi. N/mm ,eşitliğiyle belirlenebilir. Burada;C : Basma gerilmeF t -: Kırma yükü, N,A: Yüke direnen alan, mmdir.7.2.1.3 KESME GERĠLMESĠKesme gerilmesi, malzemenin bir kesitine paralel fakat ters yönde etki eden ikikuvvetin, malzemenin bir bölümünü diğer bölümü üzerinde kaydırması sırasında oluşangerilmedir. Kesme gerilmesi, çekme, basma veya burulma yüklerinden dolayı

oluşabilir. Cıvatalar, pimler, miller gibi birçok parça, tam veyakısmi kesme gerilmesinin etkisinde kalmaktadır.Kesme gerilmesi (dayanımı);(7.5) eşitliğiyle belirlenebilir. Burada;dır.ÖRNEK PROBLEM 7.2Kesme dayanımı 207 N/mm" olan 6.3 mm kalınlığındaki bir levhaya, zımba ile 6.3mm çapında bir delik açılacaktır. Gerekli kuvveti hesaplayınız.ÇÖZÜM7.2.2 GÜVENLĠK KATSAYISIBir malzemenin güvenli çalışma gerilimi, kırılma riski olmaksızın göreviniyapabileceği gerilimdir ve genellikle malzemenin kopma geriliminin basit bir kesridir.Motor parçalan, malzemedeki maksimum gerilme, güvenli çalışma gerilimi denilenmiktarı geçmeyecek şekilde boyutlandırılmalıdır.Güvenlik katsayısı;(7.6)eşitliği ile hesaplanabilir. Burada;dir.Güvenlik katsayıları, piston ve biyellerde 9... 12 arasında alınır.

ÖRNEK PROBLEM 7.3Kopma gerilmesi 463,2 N/mm" olan çelik bir bağlantı çubuğu. 50 kN’ luk bir çekmeyükü iletecektir. Güvenlik katsayısı 6 olduğuna göre, çubuğun çapını belirleyiniz.ÇÖZÜMbulunur.7.2.3 ELASTĠKĠYET VE HOOK KANUNUHook Kanunu ’ na göre. uzama miktarı, onu doğuran gerilme ile orantılıdır.Çekme için bu oran, Young'un Elastikiyet Modülü adını alır.(7.7)(7.8)(7.9)Hook. Robcrt. (1635-1703). İngiliz gökbilimci ve matematikçi.^4

dır.Çizelge 7.1 Bazı malzemelerin elastikiyet modülleri.MalzemeÇelikDökme demirFosforlu bronzBakır PirinçElastikiyet modülü(N/mm 2 )207 000117 00096 00083 00069 0007.2.4 SÜNEKLĠKSüneklik (tel veya levha haline getirilebilirlik), soğuk haldeki metalinkırılmadan veya çatlamadan herhangi bir biçime getirilmesi veya çekilmesi özelliğidir.Şekil 7.2. Süneklik, örneğin, saç levhadan yapılan far gövdelerinin imalinde önemlidir.Cıvata malzemelerinin süneklik özelliklerinin de yüksek olması istenmektedir. Ancakbu özellik, ani yük etkisinde kalarak kırılması muhtemel olan diğer birçok metal parçaiçin de önemlidir.7.2.5 DÖVÜLEBĠLĠRLĠKDövülebilirlik. sünekliğe benzer biçimde tanımlanabilir. Ancak, uygulanankuvvet basma yüküdür. Yani dövülebilirlik, soğuk haldeki metalin, kırılmadan veyaçatlamadan, çekiçlenerek veya ekstrüzyonla (oda sıcaklığında basınç uygulamasıylabir kalıptan geçmeye zorlama. Şekil 7.3) plastik deformasyona müsaade etmeözelliğidir. Altın, alüminyum, bakır, ve kurşun, dövülebilirliği yüksek olan metallereörnek gösterilebilir. Süneklik , ve dövülebilirlik benzer özellikler gibi görünse de, aynı

metalde (örneğin, kurşunda) yüksek dövülebilirlik ve düşük süneklik özelliği bir aradabulunabilir.7.2.6 SERTLĠKSertlik, metalin aşıntıya ve çizilmeye karşı direncidir. Sertlik için en çok kabulgören tanım, bir" malzemenin plastik şekil değiştirmeye karşı direnme yeteneğidir,şeklindedir. Bu özellik, ovalama ve ezme yükü etkisi altındaki parçalar için, (ör.rulmanlı ve kayıcı yataklar, kamlar ve dişliler) çok önemlidir. Sertlik ölçümündeyaygın olarak kullanılan yöntemler, brinell, rockwell ve vickers yöntemleridir. Çizelge7.1 'de, bazı malzemelerin rockwell sertlikleri verilmiştir.Çizelge 7.1 Bazı malzemelerin rockwell sertlikleri.Rockvvell ölçeği Çentik açıcı uç Yük (kg) MalzemeRA Elmas koni (brale) 60 Çok sert metaller (ör. tungsten karbid)RB 1/16" çaplı bilye 100 Yumuşak metaller (ör. yumuşak çelik,bakır alaşımları)Rc Elmas koni (brale) 150 Sert metaller (ör. sertleştirilmiş çelik,ısıl işlem görmüş çelik alaşımı)RD Elmas koni (brale) 100 Çok sert metallerRE 1/8" çaplı bilye 100 Yumuşak metaller (ör. yatakmalzemeleri, magnezyum, alüminyum)

7.2.7 TOKLUKTokluk, metalin kırılmaya karşı direncidir.Tokluk aynı zamanda,Birmalzemenin kırılmadan önce enerji absorbe etme ve plastik şekil değiştirmeyeteneğidir", şeklinde de tanımlanmaktadır. Bu özellik, sertlikle karıştırılmamalıdır.Zira, sertlik ve ihmal edilebilecek düzeyde tokluk (ör. eğeler sert ve kırılgandır), birarada bulunabilir. Kırılmazlık veya kırılganlık değerleri, laboratuarlarda çoğunluklaizod darbe testi ile belirlenmektedir.7.3 MALZEMELER VE ÖZELLĠKLERĠ7.3.1 DÖKME DEMĠR VE ÇELĠKDökme demir ve çelik esas olarak ,demir ile karbon alaşımlarıdır ve içlerindemalzeme kalitesini geliştirmek amacıyla veya saflaştırılamadığı için, çok azmiktarlarda manganez, silisyum, kükürt ve fosfor da bulunabilmektedir. Dökme demirve çelik arasındaki temel fark, bünyelerindeki karbon miktarı ve karbonun biçimindenkaynaklanmaktadır. % 1,7 kadar karbon bulunuyorsa alaşım çelik, . % 1,7 'den fazlakarbon bulunuyorsa alaşım dökme demir olarak adlandırılmaktadır. Ancak, dökmedemir ile çelik arasında çok kesin bir çizgi de yoktur. % 1,7 değeri, geleneksel birsayıdır. Dökme demir ile çelik arasında, karbon miktarları dışında, iki aynı fark dahabulunmaktadır:1. Dökme demirin içerisindeki bazı karbonlar serbest grafit pullar halindedir. Bugrafit pullar dökme demire kendi kendini yağlama özelliği verir ve kırılganoluşunun da birinci sebebidir. Çelikte ise, karbon daima bitişiktir ve bu yüzdençelik hiçbir zaman grafit içermez.2. İmalat işlemlerinde dökme demir, çeliğe oranla daha çok doku bozukluğu gösterir.Bu da, dökme demirin, çeliğe oranla daha az dayanımlı ve az inceltilebilir olmasınaneden olmaktadır.7.3.2 DÖKME DEMĠRDökme demir, esas olarak demir, karbon ve silisyum ile, çok az miktarlardadiğer bazı elementlerden oluşan bir alaşımdır. Dökme demir aşağıdaki özellikleresahiptir:1. Sünekliği (tel ve levha haline getirilebilirlik) az ve kırılgandır,2. Çekme dayanımı düşük, basma dayanımı çok daha yüksektir (basma dayanımı,kopma dayanımının dört katı kadardır).Dökme demir, örneğin silindir gömleklerinde çok iyi bir yağlama yüzeyi sağlar,ucuzdur ve silindir bloğu gibi karmaşık biçimlerde bile dökülebilir. Dökme demir,

içerisinde bulunan karbonun birleşik veya serbest grafitik durumda olmasına bağlıolarak değişik özellikler gösterir ve değişik isimlerle anılır.7.3.2.1 GRĠ DÖKME DEMĠRBütün dökümlerin % 70...80 'i, gri dökme demirden yapılmaktadır. Koyu grigörünümünden dolayı bu adı almıştır. Gri dökme demir, içerisinde % 2...4 karbon, %1...3 silisyum, ve önemsiz miktarda manganez ve fosfor bulunan dökme demirdir.Karbonun çoğunluğu serbest grafit pullar halindedir. Şekil 7.4. Gri dökme demirinözelliklerini işte bu grafit pulların biçim, boyut ve dağılımı belirler.Gri dökme demir, yumuşak, kolay işlenebilir, iyi sönümleme özelliğine sahipfakat kırılgan ve düşük dayanımlı bir malzemedir. Aşınma, paslanma ve ısıya karşıdayanımı yüksek, ısıl genleşmesi düşüktür. Dökme demirlerin en ucuzudur. Buözelliklerinden dolayı, makine gövdelerinin, dişli kutularının ve motor bloklarınınyapımında yaygın olarak kullanılmaktadır.Gri dökme demirin kopma dayanımı 100...400 N/mm 2 , basma dayanımı400... 1400 N/mm 2 arasındadır.Gri dökme demirSfero dökme demirŞekil 7.4. Gri ve sfero dökme demirin karbon dokuları.7.3.2.2 BEYAZ DÖKME DEMĠRKırılan yüzeylerinin beyaz metalik görünümünden dolayı bu adı almıştır. Gridökme demirin elde edildiği işlemlerle elde edilmekte, fakat kompozisyonu, karbonunçoğunluğu birleşik biçimde (karbid - sementit) olan bir mikro yapı elde edilecekşekilde daha sıkı kontrol edilmektedir. Beyaz dökme demirin özelliklerini karbonunmikro yapı içerisindeki miktar ve biçimi ile, silisyum, manganez, fosfor ve diğer metalmiktarları, soğutma hızı ile ısıl işlemler belirler. Karbon sertliğini etkiler. Çok karbon,daha' sert demir demektir. Silisyum, demir karbid oluşumunu etkiler. Soğutma hızı,aşıntı direncini etkiler.35

Beyaz dökme demir, sert ve kırılgan bir malzemedir. Dökme demirler arasındaişlenmesi en zor olandır. Aşınma dayanımı yüksektir. Bu özelliğinden dolayı, fazlaaşıntıya maruz kalan parçaların yapımında kullanılmaktadır.7.3.2.3 SFERO DÖKME DEMĠRSfero dökme demir de, gri dökme demirle aynı ham malzemelerden fakat birfırında (kupol ocağı, hava veya elektrikli fırın) elde edilmektedir. Gri ve beyaz dökmedemirden farklı olarak, karbonun çoğunluğu tanecikler şeklinde ve geri kalanı dabirleşik biçimde olan bir mikro yapıdadır. Sfero dökme demir, içerisinde % 2,2...4,0karbon, % 1,8...2,8 silisyum, % 0,8 'e kadar manganez, en fazla % 0,1 fosfor ve enfazla % 0,03 kükürt bulunan dökme demirdir.Sfero dökme demir, düşük erime sıcaklığı, döküme elverişli akıcılık, iyisertleştirilebilirlik ve kırılganlık direnci özelliğine bir malzemedir. Bu özelliklerindendolayı, otomotiv alanında dişli kutularının ve motor bloklarının yapımında yaygınolarak kullanılmaktadır.Sfero dökme demirlerin kopma dayanımları 400...800 N/mm*,basma dayanımları ise 320... 1200 N/mm" arasındadır.7.3.2.4 DÖVÜLEBĠLĠR DÖKME DEMĠRDövülebilir dökme demir, uygun kompozisyondaki beyaz dökme demirden, ısılişlem yoluyla elde edildiğinden, ikinci derece dökme demir olarak dikkatealınmaktadır. Dövülebilir dökme demir, içerisinde % 2,2...2,7 karbon, % 1,0... 1,7silisyum, % 0,4...0,55 manganez, % 0,1...0,2 kükürt ve % 0,03...0,1 fosfor bulunandökme demirdir.Dövülebilir dökme demir, kolay işlenebilir, iyi sönümleme özelliğine sahip;sünek, paslanma direnci yüksek ve ısıl işlemden dolayı homojen dokulu birmalzemedir. Dökme demirlerin en işlenebilir olanıdır. Çelik döküme daha ucuz biralternatiftir. Bu özelliklerinden dolayı, otomotiv alanında (örneğin arka dingilkovanlarının yapımında) yaygın olarak, kullanılmaktadır.7.3.2.5 ALAġIM DÖKME DEMĠRLERAlaşım dökme demirler, içerisinde silisyum, nikel, krom, alüminyum, molibdengibi alaşım elementlerinin miktarları fazla olan dökme demirdir. Alaşım dökmedemirlerin üretimindeki temel amaç, yapısını ve özelliklerini değiştirerek, özelihtiyaçlara cevap verebilmesini sağlamaktır. Alaşım dökme demirler çoğunlukla,paslanmaya, aşınmaya ve ısıya direncini yüksek malzeme elde etmek için üretilirler.Paslanma direnci yüksek, yüksek silisyumlu tip alaşım dökme demirin içerisinde %36

14,0 'ten fazla silisyum, yüksek kromlu tip alaşım dökme demirin içerisinde % 20...30krom, yüksek nikelli tip alaşım dökme demirin içerisinde % 14...30 nikelbulunmaktadır.Alaşım dökme demirler de, çelik döküme daha ucuz bir alternatiftir. Yorulmadirençleri de daha yüksektir. Motor krank milleri, kam milleri bazen alaşım dökmedemirden yapılmaktadır.7.3.3 SAF KARBONLU ÇELĠKLERSaf karbonlu çelik, demir ve karbonun önemsiz miktardaki diğer bazıelementlerle yaptığı alaşımdır. Bu nedenle karbon, karbonlu çeliklerin özelliklerininbelirlenmesinde çok önemli bir rol oynar. '''Saf karbonlu" terimi, içerisinde özelolarak katılan alaşım elementleri bulunan çeliklerden, bu elementleri önemsizmiktarlarda kendiliğinden içeren çelikleri ayırt etmek amacıyla kullanılmaktadır.Tüm çeliklerin yaklaşık % 85 'i saf karbonlu çeliktir. Teknolojinin ihtiyacınıkarşılamak için günümüzde 130 çeşit kadar saf karbonlu çelik üretilmektedir. Safkarbonlu çelikler, esas olarak, içerisinde bulunan karbon yüzdesi ile belirlenmektedir.Karbon yüzdesi arttıkça, çeliğin dayanımı ve sertliği artmakta, inceltilebilirliği vedövülebilirliği azalmaktadır. Saf karbonlu, çelikler genellikle üç gruba ayrılmaktadır.Saf karbonlu çeliklerin kopma dayanımları, 275...550 N/mm 2arasındadır.7.3.3.1 DÜġÜK KARBONLU ÇELĠKLERDüşük karbonlu çelik (yumuşak çelik veya demir de denmektedir), bünyesinde% 0,08...0,35 arasında karbon bulunan çeliktir. En çok üretilen çelik grubudur. Düşükkarbon yüzdesi sebebiyle, sertleştirilemezler. Daha çok inşaatlarda, köprülerde vegemilerde kullanılırlar. Kolay kaynatılabilir, şekillendirilebilir ve sıcak dövülebilirler.Ancak, makinede işleme özellikleri zayıftır.7.3.3.2 ORTA KARBONLU ÇELĠKLEROrta karbonlu çelik, bünyesinde % 0,35...0,5 arasında karbon bulunan çeliktir.Daha yüksek karbon yüzdesi sebebiyle, sulama ile sertleştirilebilir ve tavlanabilirler.Ancak, en iyi mekanik özelliklere sahip olabilmeleri için, sertleştirilmeden önce,normalleştirilmeleri veya tavlanmaları gerekir. Bütün karbonlu çeliklerin en çokamaçlı olanıdır. Çünkü sertleştirilebilir, kaynak edilebilir ve makinede işlenebilirler.Daha çok sıcak dövme, yüksek dayanımlı döküm, krank milleri, makine parçalan vebirçok el takımının yapımında kullanılırlar.

7.3.3.3 YÜKSEK KARBONLU ÇELĠKLERYüksek karbonlu çelik, bünyesinde % 0,5 'ten fazla karbon bulunan çeliktir.Sertleştirilmeye en hazır çelik grubudur. Yüksek karbon yüzdesi sebebiyle,üretilmeleri zor, daha pahalı ve bu nedenle uygulama alanları sınırlı bir çeliktir.Makinede işlenmeleri ve kaynatılabilmeleri zordur. Daha çok, yayların, el takımlarınınve kesici takımların yapımında kullanılırlar.7.3.4 ÇELĠK ALAġIMLARIÇelik alaşımları, içerisinde özel olarak katılan alaşım elementleri bulunançeliklerdir. Çelik alaşımları tüm çelikler arasında küçük bir yüzde oluşturuyorsa da,modern teknolojideki önemleri dikkate değer orandadır.Çelik alaşımları;• Dayanım ve sertliğini artırmak, (böylece ağırlık/dayanım oranı azalmaktadır),• Mekanik özelliklerin dağılımını düzgünleştirmek,• Sıcaklık, paslanma ve aşıntı gibi, çevre faktörlerine karşı dayanımını artırmak,amaçlarıyla üretilmektedirler. Çelik alaşımları da, çelikler gibi üç gruptadeğerlendirilirler.7.3.4.1 DÜġÜK ALAġIMLI ÇELĠKLERDüşük alaşımlı çeliklerin bünyesinde de, düşük karbonlu çeliklerde olduğu gibi,% 0,08...0,35 arasında karbon bulunmaktadır. Bu çeliğin geliştirilmesinin esas amacı,özellikle hareketli parçaların ağırlık/dayanım oranını azalmaktır. Düşük alaşımlıçeliklerdeki temel alaşım elementleri, karbon, fosfor, molibden, manganez, silisyum,bakır, krom ve nikeldir. Fosfor, manganez, krom ve nikel, esas olarak dayanımıartırmak amacıyla kullanılır. Molibden, hem dayanımı, hem de sertleştirilebilirliğiartırmak amacıyla kullanılır. Bakır, atmosferik paslanmaya direnci artırmak için vesilisyum da oksitlenme önleyici olarak katılır. Çelikte kullanılan temel alaşımelementlerinin etkileri, Çizelge 7.2 'de verilmiştir. Kolay kaynak edilebilir, soğukdövülebilir ve makinede işlenebilirler.Düşük alaşımlı çeliklerin minimum kopma dayanımları350 N/mm 2 kadardır.

Çizelge 7.2 Çelikte kullanılan alaşım elementlerinin etkileri.7.3.4.2 ORTA ALAġIMLI ÇELĠKLEROrta alaşımlı çelikler, orta karbonlu çeliklerin verimli olarak görevyapamadıkları alanlarda, esas olarak sertleştirme yeteneğini geliştirmek amacıylaüretilirler. Orta alaşımlı çeliklerde, şekil bozunumu, artık gerilimler ve sertleştirmederinliği gibi, orta karbonlu çeliklerdeki sınırlayıcı faktörler giderilmiştir. Orta alaşımlıçeliklerdeki temel alaşım elementleri, nikel, molibden, vanadyum, krom, manganez vesilisyumdur. Nikel, çeliklerdeki en yaygın alaşım elementidir. Nikel, esas olaraktokluğu, dayanımı ve sünekliği artırmak amacıyla kullanılır. Yüksek oranlardakullanıldığında ısıya ve aside karşı direnci de artırır. Nikelli çelikler, takım, paslanmazçelik, dişli, rulman yatak ve diğer otomotiv ve makine parçalarının yapımındakullanılır. Molibden, sertleştirilebilirlik özelliğini ve şok direncini artırmak amacıylakullanılır. Molibdenli çelikler takım, dişli, rulman yatak ve çok sıcak buhar borularınınyapımında kullanılır.% 14 ' kadar manganezli çeliklerin, tokluk, aşıntı ve çizilmeyekarşı direnci yüksektir. İşlenmesi zor olduğundan, daha çok döküm yoluylaşekillendirilir. Silisyum, oksitlenme önleyiciliğinin yanı sıra, çeliğin magnetiközelliklerini de iyileştirir. Titanyum, çeliğin yüksek sıcaklıklardaki dayanımını

iyileştirmek amacıyla kullanılır. Vanadyum, çeliğin kopma dayanımını veelastikiyetini iyileştirmek amacıyla kullanılır. Bu nedenle vanadyum, yay, dişli veyüksek dayanımlı boru hatlarının yapımında kullanılır. Kükürdün yerine kullanılankurşun, çeliğin makinede işlenebilirliğini iyileştirmek amacıyla kullanılır.7.3.4.3 YÜKSEK ALAġIMLI ÇELĠKLERYüksek alaşımlı çeliklerin bünyesinde de, yüksek karbonlu çeliklerde olduğugibi, % 0,5 'ten fazla karbon bulunmaktadır. Sertleştirilmeye en hazır çelik grubudur.Yüksek karbon yüzdesi sebebiyle, üretilmeleri zor, daha pahalı ve bu nedenleuygulama alanları sınırlı bir çeliktir. Makinede işlenmeleri ve kaynak edilebilmelerizordur. Daha çok, yayların, el aletlerinin ve kesici takımların yapımında kullanılırlar.7.3.6 ALÜMĠNYUM VE ALAġIMLARIAlüminyum, demir olmayan metallerin en önemlisidir. En önemli özellikleri;hafifliği, dayanıklılığı, işlenebilirliği, ısı ve elektrik iletkenliği, oksitlenme direnci,magnetik ve zehirli olmayışı, ışık ve ısıyı yansıtması ve göze hoş gelen görünümüdür.Özellikle ağırlık/dayanım oranının düşüklüğü, paslanma direnci, ışığı yansıtma veanodik kaplamaya uygunluğu, alüminyumu otomotiv alanında çok kullanılan bir metalyapmıştır.Alüminyumun kopma 90...200 N/mm 2dayanımı arasındadırAlüminyumun karakteristikleri, alaşımlarıyla, ısıl işlemle ve soğuk işleme ilegeliştirilebilmektedir. Temel alaşım elementleri olan bakır, manganez, silisyum,magnezyum ve çinkonun etkileri çok önemlidir. Bu elementler, alüminyumun dökümkarakteristiklerini, işlenebilirliğini, sertleştirilebilirliğini, dayanımını ve oksitlenmedirencini iyileştirmek amacıyla, %1...20 arasında katılırlar. Bakır,sertleştirilebilirliğini, dayanımım, işlenebilirliğini ve oksitlenme direncini iyileştirmekamacıyla katılır. Ancak bakır, uzamasını azaltır ve fiyatını yükseltir. Manganez,oksitlenme direncini ve dayanımını iyileştirmek için kullanılır. Magnezyum makinedeişlenebilirlik karakteristiklerini iyileştirmek için kullanılır ancak, çabuk oksitlenmeproblemi çıkar. Silisyum, akıcılık ve gaz sıkılığım iyileştirir ve dökme alüminyumdakiçekme problemlerini azaltır. Çinko, yüksek dayanımlı alüminyum alaşımlardakullanılan ve makinede işlenebilirlik ve döküm karakteristiklerini iyileştirir.7.3.5 BAKIR VE ALAġIMLARIBakırın en önemli özellikleri; ısı ve elektrik iletkenliği, oksitlenme direnci, aşıntıdirenci yüksek sıcaklık performansı ve sünekliğidir. Kopma dayanımı 200-..370

N/mm kadardır ancak, alaşım yaparak, soğuk işlemle ve ısıl işlemle iyileştirilebilir. İyielektrik iletkenliği nedeniyle elektrik endüstrisinde, iyi ısı iletkenliği ve atmosferikoksitlenme direnci nedeniyle de, kimyasal ekipmanlarda, mutfak araçlarında, yakıtborularının yapımında, otomotiv radyatörlerinde, ısı eşanjörlerinde, yağ soğutuculardakullanılmaktadır. Bakırın aşıntı ve yüksek sıcaklık performansı, alüminyum vemagnezyumunkinden daha iyidir. Sünekliği nedeniyle de biçimlendirilmesi kolaydır.Temel alaşım elementleri çinko, kalay,, alüminyum, silisyum, nikel, manganez,berilyum, kurşun ve fosfordur.Bakır-çinko alaşımına "pirinç" denir. Alaşımdaki çinko miktarı % 5...40arasındadır. Pirinçler, sade, serbest kesilen ve çeşitli pirinçler olarak gruplandırılırlar.Dayanımını (300...700 N/mm 'ye kadar), sünekliğini. renk değişimini ve kurşunlabirlikte makinede işlenebilirliğini iyileştirmek için bakıra çinko katılır.İkinci önemli bakır alaşım grubu, bakır-kalay alaşımıdır ve "bronz" olarakadlandırılır. Kalay, bakırın dayanımını; işlenebilirliğini, sertlik ve sünekliğiniiyileştirmek için katılır, ancak fiyatını yükseltir. Bronzlar, düşük sürtünme katsayısı veağır yük altında çalışan, kurt dişliler, yatak burçları gibi parçaların yapımındakullanılırlar.Bakırın kopma dayanımı 200...370 N/mm 2Pirincin kopma dayanımı 300...700 N/mm 2 ,kadardır.7.3.7 KOMPOZĠT MALZEMELERİki veya daha fazla malzeme, eriyerek veya birbirine nüfuz ederek birbirinin içinetam olarak girmeksizin, özelliklerini koruyarak birleştirilirse, elde edilen yenimalzemeye "kompozit" denmektedir. Bu malzemenin yapısı özellikleri, diğerbileşiklerinkinden tamamen farklı olmaktadır. Kompoziti oluşturmak üzerebirleştirilen malzemelere "oluşturan" denmektedir. Oluşturanlar kendi özelliklerinikoruduklarından, kompozitin özellikleri oluşturanlar tarafından belirlenmektedir.Böylelikle, bir kompozit örneğin bir oluşturanının dayanımına, bir oluşturanınınhafifliğine, bir diğer oluşturanının kimyasal, ısıl ve elektriksel özelliklerine sahipolabilir. Kompozit malzemeler doğal (ağaç, deri, kemik, taş, vb.) veya insan yapımı(cam, çimento, vb.) olabilir. Şekil 7.5.Kompozitler;1. Lifli kompozit malzemeler,2. Katmanlı kompozit malzemeler,3. Parçacıklı kompozit malzemeler,olmak üzere üç grupta değerlendirilirler.

Şekil 7.5 Kompozit malzeme (sürtünmeli kavramalarda kullanılmakla olan ve serametalik adıverilen bu kompozitte. açık renkte görünen alanlar bakır ve alaşımlarını, gri alanlargrafit yongalarını, siyah alanlar da seramiği göstermektedir).Lifli kompozit malzemeler, biri lifli ve diğeri de tutucu olmak üzere, en az ikioluşturandan meydana gelmektedir. Dayanımları son derece yüksektir. Örneğin, camliflerin kopma dayanımları 2750...4800 N/mm 2 arasındadır. Hafifliğin önemli olduğuhavacılık ve otomotiv alanlarında kullanılmaktadırlar, Şekil 7.6.Şekil 7.6 Lifli kompozit malzemeden üretilmiş biyel.Katmanlı kompozit malzemeler, iki veya daha fazla sayıdaki benzer veya farklımalzeme katmanlarının birleştirilmesinden meydana gelmektedir. Sınırsız sayıdamalzeme bu yolla birleştirilebilir. Katmanlı kompozit malzeme üretmek için nedenlerçeşitlidir. Katmanlı kompozit malzemeler, dayanım/ağırlık oranım artırmak amacıyla,dayanıklı ve hafif malzemelerin birleştirilmesiyle üretilmektedirler. Hafifliğin önemli

olduğu uçaklarda ve denizaltılarda kullanılmaktadırlar. Aşıntı, paslanma, veısıl dirençleri yüksek, katmanlı kompozit malzemeler de üretilebilmektedir.Parçacıklı kompozit malzemeler, farklı boyutlardaki malzeme parçacıklarınınbir tutucu içerisinde birleştirilmesiyle meydana gelmektedir. Parçacıklı kompozitmalzemeye bilinen bir örnek, çakıl tanecikleriyle portland çimentonun oluşturduğu,bildiğimiz betondur. Çok sayıda farklı parçacıklı kompozit üretilebilir. Örneğin, metalpudralan plastik malzemeden bir tutucu ile bağlanarak, yatak malzemesiüretilmektedirler. Seramik parçacıklar metal tutucularla bağlanarak, metal kesicitakımlar, sıcak çekme kalıplan, vb. üretilmektedirler.7.3.8 YATAK METALLERĠMotorlarda kullanılan yatak metalleri, artan sertlik sırasına göre aşağıdaki gibisıralanırlar:1. Kurşun esaslı beyaz metaller, esas olarak kurşun ve onunla birlikte küçükoranlarda kalay, antimuan ve bakır alaşımlandır.2. Kalay esaslı beyaz metaller, % 90 'a kadar kalay ve onunla birlikte küçükoranlarda bakır, antimuan ve bazen kurşun alaşımlandır.3. Bakır-kurşun alaşımları, % 10...30 kadar kurşun ve geriye kalanı bakıralaşımlarıdır.4. Kurşun-bronz alaşımları, % 4...22 kadar kurşun, % 5...11 kadar kalay vegeriye kalanı bakır alaşımlandır.5. Fosfor-bronz alaşımları, bakır, kalay ve % 1 kadar fosfor alaşımlandır..7.4 ISIL ĠġLEMLERDemir esaslı metallerin çoğu. kızarıncaya kadar ısıtıldıktan sonra, hızlasoğutularak (genellikle suya daldırılarak) sertleştirilebilmektedirler. Bütün ısılişlemlerin %90 dan fazlası çeliklere uygulandığından, açıklamalar çelikle ilgili olarakyapılacaktır. Isıl işlemin sınırlan şunlardır:1. Çeliğin karbon içeriği yeterli olmalıdır. Karbon miktarı % 0,4 veya daha fazlaoluncaya kadar sertleşme hissedilmemektedir.2. Parça, uygun temperleme sıcaklığına ulaşıncaya kadar yeterli süre verilmelidir.3. Parça, yeterince hızlı soğutulmalı ancak soğutma, deformasyon veya kırılma olacakkadar da hızlı olmamalıdır.4. Malzemenin biçim ve boyutları, çatlama tehlikesi olmadan sulanacak durumdaolmalıdır.Sulama, dayanım ve sertliğin her ikisini de yükseltmekte ancak, sünekliğiniazaltmakta, tam olarak sulandığında ise, kırılganlığını son derece artırmaktadır.Uygulamada, parçaların sulamadan somaki tokluğunu geliştirmek, uygun dayanım,

sertlik ve sünekliktavı uygulanır.düzeyleri elde etmek için, uygun düzeyde temperleme7.4.1 TEMPERLEMETemperleme, sertleştirilebilir çeliklere uygulanan bir ısıl işlemdir. Parça, vişnerengine kızarıncaya kadar ısıtıldıktan sonra, suya daldırılarak soğutulursa, tamamısertleşir. Parça, daha sonra uygun temperleme sıcaklığına kadar ısıtıldıktan sonra,tekrar sulanır. Isıtılan parçanın rengi, temperleme sıcaklığının bir göstergesidir. Ancak,temperlemenin daha doğru yapılabilmesi için, uygun termometrelerin kullanılmasıgerekir. Temperleme sıcaklıktan, 300°C 'ye kadar çıkabilir. Yüksek temperlemesıcaklıkları, daha az sertlik fakat daha fazla tokluk demektir7.4.2 YÜZEY (KABUK) SERTLEġTĠRMEPiston pimi gibi bazı parçaların, aşıntıya dirençli olmaları için sert yüzeye,darbelere dayanıklı olmaları için de tok öze sahip olmaları istenmektedir. Buözelliklerin elde edilebildiği ısıl işleme, yüzey sertleştirme denmektedir.Yüzeyi sertleştirilecek parça, önce karbürlenir. Karbürleme, dış yüzeyisertleştirilecek olan parçanın karbonca zengin parçalarla temas halinde ısıtılarak, dışyüzeyindeki karbon miktarının artırılmasıdır. Isıtma işlemi, karbonla paketlenmişparçanın, hidrokarbon gazla dolu fırınlarda veya potasyum ve sodyum siyanürlübanyolarda da gerçekleştirilebilir, Şekil 7.7. Karbürlemede kullanılan malzeme

genellikle yumuşak çelik veya düşük karbonlu alaşım çeliğidir. Karbürleme için. toköz ve sert yüzeyden öze uyumlu geçiş sağlaması ve böylece sert kabuğun parçadansoyulması riskini azaltması nedeniyle, % 3...5 nikelli düşük karbonlu alaşım çeliğitercih edilmektedir. Bu işlem, parçanın özünü etkilemezken, dış yüzeyim yüksekkarbonlu çelik yapmaktadır. Parça, karbürlemeden sonra, bilinen ısıtma ve soğutmayöntemiyle sertleştirilir.7.4.3 NORMALLEġTĠRMENormalleştirme, çeliğin, sertleştirmede olduğu gibi, kızarıncaya kadarısıtıldıktan sonra, havada soğutularak yumuşatılması işlemidir. Normalleştirmegenellikle, çeliklerin makinede işlenebilirliğini geliştirmek amacıyla uygulanır. Çelik,işlendikten sonra, tekrar uygulanacak ısıl işlemler için de ideal özelliklerdedir.7.4.4 KONTROLLÜ TAVLAMAKontrollü (yavaş) tavlama, çeliğin, normalleştirmede olduğu gibi kızarıncayaveya biraz daha düşük sıcaklıklara kadar ısıtıldıktan sonra, hava yerine kum veyasönmüş kireç içerisinde, veya bir fırında, yavaşça soğutularak yumuşatılması işlemidir.Kontrollü tavlama, çeliklerin gerilimlerini gidermek, homojenleştirmek ve makinedeişlenebilirliğini geliştirmek amacıyla uygulanır. Kontrollü tavlamaya tabi tutulan çelik,işlendikten sonra, tekrar uygulanacak ısıl işlemler için de ideal özelliklerdedir.Yavaş normalleştirme, demir olmayan malzemelere de uygulanabilir. Örneğinbakır, kızarıncaya kadar ısıtıldıktan sonra, suya daldırılarak soğutulursa,normalleştirilmiş olur. Saf alüminyum, yaklaşık 350°C 'ye kadar ısıtıldıktan sonra, odasıcaklığına kadar soğutularak normalleştirilir. Kaynak edilen alüminyum alaşımlarıngerilimlerinin giderilmesi de, yaygın olarak uygulanan bir işlemdir.7.4.4 NĠTRÜRLEMENitrürleme de, yüzey sertleştirme gibi, ancak, sadece belirli çelik ve dökmedemirlere uygulanabilen bir sert yüzey elde etme işlemidir.Sertleştirilen yüzey, daha önce açıklanan yüzey sertleştirmedekinden daha ince,ancak daha serttir. Nitrürleme işlemi, parçanın, amonyak gazlı bir ortamda, 500°Ckadar sıcaklıkta ve 10 saat kadar süre tutulmasıyla gerçekleştirilir, Şekil 7.8. Nispetendüşük sıcaklık, nitrojenin alınmasını fakat karbonun alınmamasını sağlar. Metalinyüzeyi, esas sertleştirici eleman olan nitrojeni absorbe eder. Nitrürleme, dökme demirsilindir gömleklerinin, alaşım çeliğinden yapılan supapların saplarının, krankmillerinin, pompa millerinin yüzeylerinin sertleştirilmesinde kullanılır. Nitrürlenenyüzey oldukça temizdir. Yüzeydeki hafif grilik parlatılarak giderilebilir. Nitrürleme,

yüzey sertleştirmenin yanı sıra, parçaların paslanma direncini ve yorulma direncini deartırmaktadır.

YANMA ODASI, SĠLĠNDĠRBLOĞUve SĠLĠNDĠR KAPAĞININTASARIMI8.1 YANMA ODASININ TASARIMIYanma odası tasarımı, yanma sırasında açığa çıkan enerjinin oranına önemliderecede etki ettiğinden, motor performansının belirlenmesinde anahtar roloynamaktadır. Uygun bir yanma odası tasarımı, düşük vuruntu eğilimi, düşük gürültüdüzeyi, yüksek indike güç, yüksek termik verim, düşük zararlı emisyon düzeyi, yüksekvolumetrik verim, yeterli düzeyde supap soğutma ve yağlaması, ve düşük yüzey/hacimoranına sahip olmalıdır. Bunlardan bazıları birbirine zıt özelliklerdir. Örneğin, termikverimi artırmak amacıyla silindir yüzey sıcaklığını yükseltmek, yüzey ateşlemesinedeniyle motorun sert çalışmasına sebep olmaktadır. Tasarımda, yıllar boyu süregelengelişmeler ve kazanılan deneyimler dikkate alınmalı ve gerekli görülen değişiklikleronun üzerinde yapılmalıdır. Önceki yanma odasının modifikasyonu, imalatçı açısındanda iyi bir tasarım olarak görülmektedir.Bir motorun yanma odası, üstten silindir kapağı, emme ve egzoz supapları vebuji, alttan ise, piston ve üst kompresyon segmanı tarafından çevrelenmiştir. Yanmaodasının tasarımı sırasında bu yüzeylerin dikkate alınması gerekmektedir. Şekil 8.1buji ile ateşlemeli. Şekil 8.2'de ise sıkıştırma ile ateşlemeli motorlara ait çeşitli yanmaodası tipleri görülmektedir.Yanma odasının biçimi, benzin motorlarının vuruntu eğilimini dikkate değerölçüde etkilemektedir. Tasarıma göre gerekli oktan sayısında 8... 10 sayı farkolabilmektedir. Motorun mümkün olan en düşük oktan sayısı ile çalışmasıistenmektedir. Böyle bir motor, silindirde, sıkıştırma oranını artırarak vuruntu vegürültülü çalışmaya sebep olan karbon birikimine daha az duyarlıdır. Böyle birtasarımın bir başka özelliği de, oktan sayısını piyasada bulunan yakıtlarınkinin üzerineçıkarmadan, sıkıştırma oranının geliştirilmesine olanak vermesidir. Sıkıştırma oranınıartırmanın birçok yolu olabilir. Bunlardan biri, pistonun tepesini biraz yüksek yapmak,diğeri ise, silindir kapağı tasarımında küçük değişiklikler yapmaktır.

Diesel motorlarında kullanılan yanma odaları genellikle;1. Bölüntülü (ön odalı, türbülans odalı) yanma odaları,2. Bölüntüsüz yanma odaları (direkt püskürtmeli motorlar),gibi sınıflandırılmaktadır.Ön odalı yanma odaları, küçük boyutlu ve hızlı motorlarda yaygın olarakkullanılan yanma odası tiplerinden birisidir. Yanma odası iki bölümden yapılmıştır. Önoda denilen küçük bölme, esas yanma odasına birkaç küçük delikle irtibatlandırılmıştırve toplam yanma odasının % 25...40 4 ı kadardır. Yakıt ön odaya püskürtülmekte vekısmen yanan karışım ön oda tarafından ana yanma odasına ikinci bir enjektör gibipüskürtülmekte ve sağlanan iyi bir türbülansla yanma tamamlanmaktadır. Bu sisteminönemli avantajları, enjektör lülesinin hassasiyet gerektirmeyişi ve düşük enjeksiyonbasınçlarında (80... 120 bar kadar) başarıyla kullanılmalarıdır. Ön yanma odalı dieselmotorları daha yumuşak ve sessiz çalışırlar. Ancak, termik verimleri daha düşük, ilkharekete geçirilmeleri daha zordur (ısıtma bujisi kullanılır).Türbülans odalı yanma odaları da, yine ön odalı diesel motorlarında olduğu gibi,küçük boyutlu ve hızlı taşıt diesel motorlarında yaygın olarak kullanılan bir diğer yanmaodası tipidir. Yanma odası iki bölümden yapılmıştır. Türbülans odası denilen küçükbölme, esas yanma odasına teğetsel bir geçiş boğazı ile bağlanmıştır ve toplam yanmaodasının % 40...60 'ı kadardır. Sıkıştırma sırasında hava bu odaya dolarken de türbülansoluşturmaktadır. Yakıt bu odaya püskürtülmekte ve kısmen yanan karışım

ana yanma odasına akarken yine iyi bir türbülans sağlamakta ve yanma tamamlanmaktadır.Bu sistemin önemli avantajları da, ön odalıda olduğu gibi, enjektör lülesinin hassasiyetgerektirmeyişi ve düşük enjeksiyon basınçlarında (100... 125 bar kadar) başarıylakullanılmalarıdır. Türbülans odalı diesel motorları da yumuşak ve sessiz çalışırlar. Ancak,termik verimleri daha düşük, ilk harekete geçirilmeleri daha zordur (ısıtma bujisi kullanılır).Bölüntüsüz (direkt püskürtmeli) yanma odalarında daha çok çok delikli enjektörlerkullanılır ve enjektör genellikle yanma odasının tam ortasına yerleştirilir. Karışımınoluşturulmasında, emme kanal ve supaplarının uygun tasarımı ile, primer türbülanstanyararlanılmaktadır. Türbülans için, emme kanalları, silindir çapı doğrultusuna göre 15°...60°kadar yönlendirilmektedir. Egzoz kanalları da yine havanın kısa devre olmasını engellemekamacıyla 45°...60° kadar yukarıya doğru eğimli yapılırlar. Emme kanal ve supaplarının uyguntasarımı ile sağlanan türbülans, MAN modelinde olduğu gibi, piston ve yanma odasınaverilecek uygun biçimlerle güçlendirilebilir. Direkt püskürtmeli diesel motorları daha sertçalışırlar ancak, termik verimleri ve maksimum basınçlan, diğerlerine oranla daha yüksektir.Bu nedenle yüksek enjeksiyon basınçlan (175 bar kadar) gereklidir. İlk harekete geçirilmeleride daha kolaydır.

8.1.1 YANMA ODASI TASARIMINI ETKĠLEYEN FAKTÖRLERUygun bir yanma odası tasarımında, tasarımcının çözümlemesi gereken özelkoşullara ek olarak, sıkıştırma oranı, silindir çapı, türbülans, ezilme (bazı tip yanmaodalarında pistonun, sıkıştırmanın sonuna doğru bir kısım karışımı ezmesi), söndürme,volumetrik verim, supapların yeri ve boyutları, bujinin yeri ve yüzey/hacim oranı gibitemel etkenler bulunmaktadır. Yanma odasını tasarımında aşağıdaki faktörler dikkatealınmalıdır.8.1.1.1 TÜRBÜLANSTürbülans, silindire dolmakta olan çalışma maddesinin, silindiriçerisindeki dönme hareketidir. Şekil 8.3. Türbülansın etkisi, çayınıza şeker attığınızda,şekerin çayla çabukça karışması için kaşıkla çevirmenizin yaptığı etkiye benzemektedir.Şekil 8.3 Türbülans.Benzer şekilde, karışıma türbülans verilmesiyle, yakıt ile havanın çok daha homojenkarışması ve yanmanın da üniform olması sağlanmaktadır. Türbülans aynı zamanda,alev cephesinin karışımı daha çabuk katetmesini sağlamakta ve böylece vuruntuihtimalini de azaltmaktadır. Türbülans, emme supabının yanma odasının ortasındadeğil de kenara doğru kaçık yapılmasıyla veya supabın üzerine yönlendirme çıkıntısıeklenerek (bu durumda supabın dönmemesi sağlanmalıdır) sağlanabilir. Böylelikle,çalışma maddesi silindirin içine doğru, Şekil 8.3 'te görülen kırmızı oklarla gösterildiğigibi dönerek ilerleyecektir.

8.1.1.2 EZĠLMEEzilme, bazı tip yanma odalarında pistonun, sıkıştırmanın sonuna doğru bir kısımkarışımı sıkmasını, ezmesini ifade etmektedir. Şekil 8.1 'deki kama tipi yanmaodasında, ezilme alanı görülmektedir. Piston ÜÖN' ya yaklaşırken karışımın ezilmebölgesinden sıkılıp dışarıya itilmesi, bir türbülans veya düz kaynatma hareketioluşturarak karışımın daha da iyi karışmasına sebep olur.8.1.1.3 SÖNDÜRMEBilindiği gibi vuruntu, alev cephesi ulaşmadan karışımın sonunun sıcaklığınınçok artması nedeniyle kendiliğinden ateşlenmesi ve patlamasına bağlı olarak duyulansestir. Ancak bazı motorlarda, ısı kaybına bağlı olarak, karışımın sonu soğumakta vealev cephesi ulaştığında dahi tutuşma sıcaklığına ulaşamamaktadır. Şekil 8.1 'degörülen ezilme alanı, aynı zamanda söndürme alanıdır. Zira bu bölgede silindir vepiston birbirine çok yakın bulunmakta, bu metal yüzeylerin nispeten soğuk olmasınedeniyle karışımın sonundan ısı çekilmektedir.8.1.1.3 VOLUMETRĠK VERĠMMotor torku veya gücünün artırılabilmesi, silindire bir çevrimde veya birimzamanda daha fazla hava ve yakıtın alınması ve yakılmasına yani volumetrik verimininyüksek olmasına bağlıdır. Yanma odasının biçimi,volumetrik verimi etkileyen birçokfaktörden bir tanesidir. Diğerleri, manifold ve supap-port düzenlemeleri, supaplarınboyutu, biçimi, ve yeri, karışım hazırlama ve hava filtresi tasarımı ile egzoz borusu vesusturucudur.8.1.1.4 YANMA ODASININ BĠÇĠMĠYarı küresel yanma odalarının volumetrik verimi, geniş supapları ve ezilmeveya söndürme alanının yokluğu nedeniyle daha yüksek, ancak türbülansları dahadüşüktür. Buji, yanma odasının orta kısmına yerleştirilebilmekte ve böylece alevcephesinin kat edeceği mesafe azalmaktadır. Bütün bunlar, yüksek hızlarda yüksekperformans sağlamaktadır. Ancak, yan küresel yanma odalarının' düşük hızlarda sertçalışma ve vuruntu eğilimleri artmakta, tam gaz çalışmaları, supap mekanizmasıdüzenlemesi de kama tipi yanma odalarına göre daha karmaşık olmaktadır. Vuruntu,Şekil 8.4 'te açıklanmıştır.- Kama tipi yanma odaları, ezilme veya söndürme nedeniyle daha yüksek,türbülans sağlamaktadır. Buji, yanma odasının bir tarafına yerleştirildiğinden, alevcephesinin kat edeceği mesafe daha fazladır. Ancak, ezilme veya söndürme alanlarınınson karışımı soğutma etkisi ve yüksek türbülans, vuruntu ihtimalini azaltmaktadır. Bu

yüzden, kama tıpı yanma odalarındaki basınç artışı daha yavaş ve maksimum basınçlar, yarı küreselyanma odalarındakinden daha düşük olmaktadır. Bu ise, motorun daha düzgün çalışmasınısağlamaktadır.8.1.1.5 SUPAPLARIN BİÇİMİ VE YERİSupaplar yanma odasına, iyi soğutma, iyi yağlanma ve yeterli kalkma yüksekliği sağlayacakkonumda yerleştirilmelidir. Daha yüksek hacimsel verim için geniş olmalıdırlar. Ancak, iyi türbülansiçin, karışımın silindire yüksek hızla girmesi gerekmekte ve bu da supap portunun daraltılmasını,supapların daha küçük yapılmasını gerektirmektedir .8.1.1.6 BUJİNİN YERİBuji, yanma odasının orta kısmına yerleştirilmeli, alev cephesinin katedeceği mesafe fazlaolmamalıdır. İyi soğutma için, bujinin bağlandığı kısım su ceketlerine yakın olmalıdır. Eğer buji girendolgunun akış hattına yerleştirilirse, ilave soğutma sağlanabilir.8.1.1.7 YÜZEY/HACİM ORANIYüzey/hacim oranı, karışımın iyi yanması için önemli bir faktördür. Yüksek yüzey/hacim oranı,dumanlı yanmayı yanı egzoz gazlarındaki yanmamış hidrokarbonların miktarım artırmaktadır. Şekil 8.5'te görüldüğü gibi, küresel yanma odaları, uygulanabilir en yüksek yüzey/hacim oranına sahiptir ve bunedenle egzoz gazlarındaki yanmamış hidrokarbon miktarı en düşük yanma odası tipidir.

MOTORPARÇALARININTASARIM HESAPLARI8.1 GĠRĠġGeliştirilen motorun kağıt üzerinde fonksiyonel olması, tüm tasarımçalışmasının sadece bir bölümüdür. Tasarımcının çalışmaları, ancak imal edilebilirolduğu zaman anlam kazanmaktadır. İmalatın buradaki anlamı, parçaların, rekabetedebilir bir maliyetle imal ve montajıdır. İmalat maliyetinin tahmini, sadece tasarımayrıntılarına değil, aynı zamanda imalatın hızı ve metoduna da bağlıdır. Bu nedenletasarımcının, imalat yöntem ve makinelerini da iyi tanıyor olması şarttır. Ancak böylebir tasarımcı uygun tasarım yapabilir, malzeme seçebilir, toleransları belirtebilir,montaj işlemlerini vb. dikkate alabilir. Montaj çizimleri yapıldıktan sonra, deneyimliimalatçılar imalat maliyetini oldukça doğru olarak tahmin edebilmektedirler.Rekabet değerlendirmesi açısından, "Satın alabiliyorsanız imal etmeyiniz"sözünün geçerlilik payı oldukça yüksektir. Bu nedenle, yeni bir tasarım çalışmasınabaşlamadan önce, halen imal edilmekte olan ucuz motorlar, çok ciddi olarak dikkatealınmalı, tasarıma karar verildiğinde ise, piyasadan temin edilebilecek Standard motorparçalarının yeniden tasarlanması ve imalinden kaçınılmalıdır.İçten yanmalı motorlar, Çeşitli alanlarda kullanılacak motorların seçiminde, bumotorların, iki veya dört zamanlı, benzinli veya diesel, normal emişli veya süperşarjlıolmaları gibi önemli seçenekler, hâlâ geçerlidir. Öyleyse, başarılı bir içten yanmalımotor tasarımı. sahip olduğu ve çoğu günümüzde de tam olarak cevaplanmamış veyaanlaşılmamış problemlerinin çözümüyle yakından ilgilidir.8.2 SĠLĠNDĠR BLOĞUSilindir bloğu, piston-biyel-krank milinden oluşan mekanizma ile alternatör,marş motoru ve ateşleme sistemi gibi elemanları üzerinde taşıyan ana parçadır. Silindirbloklarının tasarımında, tasarlanan motorların güçleri ve kullanım yerleri dikkatealınır. Örneğin, sabit tesis veya büyük gemi motorlarının silindirleri tek tek, ikişer veyaüçerli bloklar halinde imal edilirler. Zamanlarına göre de motor silindirleri de

farklılıklar gösterirler. İki zamanlı motorların egzoz ve emme portları silindir bloğuüzerindedir. Dört zamanlı motorlarda supaplar silindir bloğunda veya kapakta olabilir.Otomotiv motorları genellikle tek blok olarak, gri dökme demir (ör. GG 25).dökme demir alaşımı veya alüminyum alaşımından, döküm veya basınçlı dökümyöntemiyle yapılmaktadır. Kamyon motorlarının silindir blokları çoğunlukla gridökme demirden yapılırken, özellikle küçük hacimli ve az zorlanan otomobilmotorlarının silindir blokları, daha hafif, işlenmesi kolay ve ısı iletkenliği fazla olanalüminyum alaşımından yapılmaktadır. Alüminyumun sıcaklığa, basınca vetitreşimlere karşı dayanımını artırmak için içerisine nikel, magnezyum, dökme demirve silikon katılmaktadır. Alüminyum alaşımlı bloklara çelik, dökme demir, kuru ve yaşgömlek takılarak, dayanımı yüksek silindir elde edilmektedir. Küçük hacimlimotorlarda alüminyum bloklar gömleksiz olarak kullanılırlar. Şekil 8.1'de bir motorunblok resmi görülmektedir.Şekil 8.1 Sıra tipi silindir bloğu.8.2.1 SĠLĠNDĠR GÖMLEKLERĠSilindir, pistona yataklık eden ve çalışma maddesinin çevrim boyunca olandeğişikliklerinin yer aldığı ortamdır. Pistonlu motorlarda, güç elde edilen yer silindirlerolduğundan, silindir boyutları ve sayısı motor gücüne direkt olarak etki etmektedir.Şilindirler çok değişken şartlarda, karışık gerilme ve sürtünme kuvvetleri altındaçalışmak zorundadırlar. Yüksek basınç, sıcaklık, aşınma ve paslanmadan etkilenmemesiveya en az seviyede etkilenmesi için, çalışma ortamlarına göre ideal boyutlarda veuygun malzemelerden imal edilmeleri gerekir.Motor bloklarının ömrünü uzatmak, imalini basitleştirmek ve maliyetinidüşürmek için, bloklar üzerine aynı silindir gömlekleri geçirilmesiyaygın bir

uygulamadır. Bu sayede blok ve silindirin farklı malzemelerden yapılabilmesisonucunda, silindirin aşırı zorlanmaya karşı dayanımı artırılmıştır. Ayrıca, herhangi birarıza durumunda bloğun komple değiştirilmesi yerine, sadece gömleğindeğiştirilmesiyle, motorun revizyonunun daha basit ve ucuz olarak yapılmasısağlanmıştır. Buji ile ateşlemeli motorlarda daha çok, blokla birlikte dökülen kurugömlekler kullanılırken, diesel motorlarında, ayrı parça olarak yapılan ve silindirbloğuna pres edilen kuru veya aşıntıya dayanıklı özel yaş gömlekler kullanılmaktadır.Silindir gömlekleri, aşıntı ve paslanmaları önlemek amacıyla, çelikten ve çoğunluklagri dökme demirden (% 14-15 Ni, % 6-7 Cu, % 2-4 Cr) santrifüj dökümle imaledilmektedir.Kuru gömlekler, boruya benzeyen ve motor bloğundaki silindirik yuvalarınasıkı geçirilerek veya döküm sırasında bloğa yerleştirilerek yerine sabitleştirilenelemanlardır. Kuru gömlek bloktaki yerine takılınca soğutma suyu ile temas etmez, ısıakışı gömlekten bloğun silindir duvarına ve oradan soğutma suyuna geçer. Aşınmaya,ısıya ve basınca dayanımını artırmak için, silindir bloğunda belirtilen katkı maddeleriilave edilmekte ve tav fırınlarında ısıl işlemle sertleştirilmektedir. Böylece, kompleblok yerine, sadece gömlekler daha kaliteli malzemeden imal edilerek, dayanımlarıyükseltilmiş olur.Kuru gömlek takılan bloktaki silindirik yuvalar gömlek çapından 0.02-0.05 mmdaha küçük yapılır. Bu ölçüye sıkılık payı denir. Kuru gömleklerin üst tarafından 5-8 mmyüksekliğinde ve gömlek dış çapından 2 - 4 mm daha büyük bir fatura vardır. Bloktada buna uygun yuva bulunur. Şekil 8.2'de kuru gömlek kesit resmi görülmektedir.Gömlekler büyüklüklerine göre 1-5 tonluk basınçla yerine çakılır. Kuru gömleğin üstyüzeyi, blok yüzeyi ile aynı hizada veya gömlek yüzeyi blok yüzeyinden 0.02 mmyüksek olmalıdır. Silindirlerde aşınmanın en aza indirilebilmesi için genellikle izlenenyol, silindir yüzeylerinin sertleştirilmesidir. Pres blok imalatından sonra sertleştirilmeişlemi yapılır ve gömlekler yerine takıldıktan sonra Standard ölçüsüne göre torna edilirve/veya honlanırlar.

Şekil 8.3’te ise bir yaş gömlek kesiti görülmektedir. Yaş gömlekler, silindirbloğundaki yuvasına kolayca takılacak şekilde imal edilmiştir. Yaş gömleğin dışyüzeyi soğutma suyu ile temas halindedir. Isı akışı direkt olarak gömlekten soğutmasuyuna geçer. Yaş gömlekler genellikle, aşınmaya, ısıya ve basınca dayanıklımalzemelerden püskürtme döküm olarak imal edilirler. Motorun çalışması sırasındayaş gömleğin aşağı yukarı kaymasını önlemek ve sızdırmazlığı sağlamak içingömlekteki faturaya silindir kapağı tarafından basma kuvveti uygulanır. Alt kısımdaise, sızdırmazlık contaları bulunmaktadır. Bu nedenle gömlek yüzeyleri blok yüzeyi ileaynı düzlemde olmalı veya kapağın daha iyi basması için gömlek yüzeyleri blokyüzeyine göre 0.05-0.10 mm daha yüksek olmalıdır. Ayrıca, bloktaki bütün gömlekyüzeyleri aynı hizada olmalıdır.8.2.2 SĠLĠNDĠRLERĠN BOYUTLANDIRILMASIMotor torku veya gücünün artırılabilmesi, silindire bir çevrimde veya birimzamanda daha fazla hava ve yakıtın alınması ve yakılmasına bağlıdır. Silindire alınanyakıt-hava karışımının miktarı, emme ve egzoz işlemlerinin veriminin yanı sıra,silindirin büyüklüğüne ve motorun devrine de bağlı olduğundan, motorun silindirhacmi ya da devri arttıkça motorun gücü de artacaktır. Bu nedenle, daha önce debelirtildiği gibi, silindir tasarımı yapılmadan önce, bir motorun nerede kullanılacağı,gücünün ne olması gerektiği, maksimum devri belirlenir. Diğer bazı değerler de tablove grafiklerden alınarak, önceden bulunmuş formüller yardımıyla silindir boyutlarıhesaplanır.

Toplam silindir uzunluğunun hesaplanabilmesi için, benzinli veya dizel motorlarındapiston ve silindir blok ölçüleri dikkate alınmalıdır. Çünkü, piston alt ölü noktada iken. pistongövdesi silindir içinde kalmaktadır. Toplam silindir boyu:L S = H + L P (8.1)Burada;L s : Toplam silindir boyu. mm.H : Kurs, mm.L p : Piston boyu. mmdir.8.2.3 SĠLĠNDĠR KALINLIĞININ HESAPLANMASISilindirlerin aşınmaya, yüksek basınca ve sıcaklığa dayanabilmesi, ayrıca silindirduvarından soğutma suyuna ısı akışının ideal olması için, silindir duvarı uygun malzemedenve uygun kalınlıkta imal edilmelidir. Silindir malzemelerinin seçiminde, mekanik ve ısılyüklenmelere dayanma özelliği ile. o malzemenin ısı iletkenliği dikkate alınır. Silindirkalınlığı, bütün bu koşullar göz önünde bulundurularak hesap edilir. Silindir duvarkalınlığının hesaplanması için, maksimum yanma sonu basıncının ve silindir malzemesininemniyet gerilmesinin bilinmesi gerekir.Silindirler, uzunlamasına çatlaklar oluşturan çevresel gerilmeye maruzdur. Silindirkalınlığının belirlenmesinde;(8.2) eşitliği kullanılabilir. Burada;dir. Silindir ölçüleri. Şekil 8.4 'de verilmiştir.Silindir gömleklerinde müsaade edilen emniyet gerilmeleri ( o s );Çelik malzeme için : 100-150 N/mm 2Dökme demir malzeme için : 30-60 N/mm 2kadardır. Çelik gömlek kullanıldığında, kalınlığı 2 mm 'den az olmamalıdır.

Faturaların yüksekliği, silindirlerin büyüklüğüne göre değişir. Fatura yüksekliği5-8 mm ve genişliği 2-4 mm arasındadır.ÖRNEK PROBLEM 8.1Dökme demir silindir için, ilave ısıl gerilmeler de dikkate alınarak, emniyetgerilmesi 25 N/mm 2 alınırsa, maksimum yanma basıncı. 5,85 N/mm ise, 115 mmsilindir çapı için. silindir kalınlığı;olmalıdır. Bu durumda, silindir gömleğinin kalınlığı 4 mm ise, bloktaki silindirkalınlığı 10 mm olacaktır.

8.2.4 SĠLĠNDĠR KAPAĞISilindir kapakları, yanma odasının bir bölümünü oluşturmakta, dört zamanlımotorlarda, supapları. enjektörleri, bujileri, emme ve egzoz kanallarını ve soğutmasuyu kanallarını üzerinde bulundurmaktadır. Şekil 8.5 . Günümüzde, iyi ısıl iletkenlikve hafiflik avantajları nedeniyle, hemen hemen bütün benzinli ve diesel otomobilmotorlarının ve hava ile soğutulan bütün motorların silindir kapakları alüminyumalaşımından (ör. % 4 Cu, % 2 Ni, % 1,5 Mg, % 92,5 Al) yapılmaktadır. Su ile soğutmalıdiesel kamyon motorlarının silindir kapaklan ise, gri dökme demirden yapılmaktadır. İyiyorulma dayanımı özelliği için. dökme demir alaşımları, nikel, krom ve molibdenkatkılardan en az ikisini içermelidir.Küçük motorlar için silindir kapak kalınlığı 5 mm. 'den azolmamalıdır. Düzgün bir plakaya benzetilerek, silindir kapağının kalınlığıhesaplanabilir.(8.3)Burada;dir.Silindir çapı 150 mm 'ye kadar olan motorların kapakkalınlığının belirlenmesinde aşağıdaki yaklaşık eşitlikler de kullanılabilir:

enzin motorları için;t cb =0,9Diesel motorları için;t ch = 1,5 + 0,09 DSu ceketi kalınlığı ise, her tür motor için;t chj = 2,2 + 0,03 DAlüminyum alaşımı kullanıldığında, yukarıda belirlenen kalınlıklara 2-3 mm ilaveedilmelidir.ÖRNEK PROBLEM 8.2Bir motorda;D =115 mmP max = 5,85 N/mm 2 ,b = 130 N/mm 2 , olduğuna göre, silindir kapağınınkalınlığım belirleyiniz.ÇÖZÜMt ch = 0,434D√= 0.434 x 115 √8.2.5 SĠLĠNDĠR KAPAK CIVATALARISilindir kapak cıvataları (veya saplamaları) genellikle krom nikelli çeliktenyapılmaktadır. Silindir kapak cıvatalarına gelen kuvvet;Fb = F gmax /n b (8.4)dir. Burada;Fb : bir cıvataya gelen eksenel kuvvet, N,F g max : silindirdeki maksimum gaz kuvveti, Nnb : bir silindire düşen cıvata sayısı.

olur. Buna göre silindir kapak cıvatasının anma çapı;dır.Bir cıvatanın eksenel çekme gerilmesi;(8.5)ve diş dibi kesit alanı;(8.6) olduğundan, bu eşitliklerden yararlanarak diş dibi çapıve anma çapı (d b ) belirlenebilir:(8.7)(8.8)d bd brBurada;dbr: diş dibi çapı, mm,db: anma çapi. mm,dir.ÖRNEK PROBLEM 8.3Bir motorda;D =115 mm,P max = 5,85 N/mm 2 ,ab= 130 N/mm 2= 6 olduğuna göre, silindir kapak cıvatasının anma çapını belirleyiniz.n bÇÖZÜM: Bir civataya gelen gaz kuvveti ;

= 1,2bulunur. M12 civata kullanılabilir.8.3 PĠSTONLARPiston, silindir içinde iki ölü nokta arasında hareket ederek zamanları meydana getirenve çalışma maddesinin silindire alınmasını, sıkıştırılmasını, yanma sonucunda silindirdemeydana gelen gaz kuvvetini biyel yardımı ile krank miline ileterek gücün oluşmasını ve arıkgazların silindirden atılmasını sağlayan önemli bir parçadır.Piston, yanma zamanında meydana gelen yüksek sıcaklığa dayanabilmek' ve busıcaklık karşısında şekil değiştirmeden, sıkışıp kaynamadan görevine devam edebilmelidir.Ayrıca piston, yanma sonunda meydana gelen yüksek basınca da dayanabilmeli, uzun süresıcaklık ve basınç altında normal şeklini koruyabilmelidir. Bunun için, pistonun yeteri kadarkaim ve ısı iletimi iyi malzemeden yapılması gerekmektedir. Bununla birlikte, ataletkuvvetlerini yenerek, ölü noktalan kolayca aşabilmesi için mümkün olduğu kadar hafifolmalıdır. Birbirine zıt bu özelliklerin piston üzerinde toplanabilmesi için. pistonmalzemelerinin özenle seçilip şekillendirilmesi gerekir. Motorlu araçlarda kullanılanpistonlar;a. Gri dökme demirb. Yumuşak dökme çelikc. Alüminyum alaşımd. Krom nikelli çelikgibi malzemelerden, genellikle döküm veya pres döküm yöntemiyle imal edilmektedir.Gri dökme demirden yapılan pistonlar aşınmaya dayanıklı olmakla beraber, gri dökmedemire az miktarda çelik katıldığı zaman, dökme yumuşak çelik elde edilir ki, dayanıklılığı,aşınmaya karşı direnci ve nispeten hafifliği nedeniyle, piston yapımında tercih edilmektedir.Alüminyum alaşımdan yapılan pistonlar hafif olduklarından bu pistonlarla motor dahadengeli çalışmaktadır. Ayrıca alüminyumun ısı iletme yeteneği fazla olduğu için, ısıyıbünyelerinde tutmadan geçirirler, bu nedenle daha düşük sıcaklıklarda çalışırlar. Alüminyumalaşımdan yapılan pistonların genleşme katsayısı fazla olduğu için, bu tip pistonlarda,silindirle piston arasında, dökme demir pistonlara nazaran daha fazla boşluk verilir.Alüminyum alaşımdan yapılan pistonlar termik işlemlere tabi tutulduktan sonra elektrolitikişlemler uygulanarak piston yüzeyinde 0.0005 mm kalınlığında alüminyum oksit tabakasımeydana getirilir. Bu tabaka pistonun aşınmaya karşı direncini artırdığı gibi, piston yüzeyinindaha iyi yağlanmasını da sağlar. Piston yüzeyinin aşınmaya karşı direncinin artmlması için

uygulanan diğer bir yöntem ise, piston yüzeyinin kalay veya benzeriyumuşak malzemelerle kaplanmasıdır.Piston yapımında genellikle iki değişik alüminyum alaşım kullanılmaktadır.Bunlar;1. AlaşımAlüminyum % 78.00-86.00Silisyum % 11.25-15.00Nikel % 1.00-3.00Demir (en fazla) % 1.30Bakır % 0.50-1.50Magnezyum % 0.70-1.30II. Alaşımdır.Alüminyum % 90.00-92.00Bakır % 3.75-4.25Nikel % 1.80-4.25Magnezyum % 1.20-1.70Demir (en fazla) % 1.00Silisyum (en fazla) % 0.70Diğer katkılar (en fazla) % 0:208.3.1 PĠSTONUN YAPISIPiston başlan genellikle düz, bombeli ve bazı dizel motorlannda çanakbiçiminde yapılmaktadır. Aynca piston başını takviye etmek, gaz basıncına karşıdirenci artırmak için. pistonun iç kısmına takviye kollan yapılmıştır. Bu takviye kollan,piston başmdaki ısmm segmaniar yoluyla silindir cidarma ve soğutma suyunailetilmesine de yardım eder.Piston etek başlangıcının hemen altında bulunan piston pim yuvalan pistonpimine yataklık eder. Alüminyum alaşımdan yapılan pistonlarda, pime dik eksende,mümkün olduğu kadar boşaltılmış ve motorun çalışması sırasında pistonun pimyönünde genleşip büzülmesi sağlanmıştır.Piston başında segman yuvalan bulunmaktadır. Kompresyon segman yuvalandüz olduğu halde, yağ segman yuvalannda yağ akıtma delikleri mevcuttur.

Pistonun tepesi yanan karışımın yüksek sıcaklıklarıyla karşı karşıyadır. Busıcaklıklar. Şekil 8.6 'daki grafikte de görüldüğü gibi, motorun tasarım özellikleri veçalışma koşullanna bağlı olarak, piston tepesinin ortasında 250...340°C, etek kısmındaise, 100..125°C 'ye kadar ulaşmaktadır. Bu nedenle, pistonun segman bölgesi, etekkısmından daha küçük çaplı yapılırlar.Şekil 8.6 Hafif metal pistonda çalışma sırasındaki sıcaklık dağılımı.Piston eteğinin yüksek sıcaklıklar karşısında genleşmesini azaltmak, dayanımınıartırmak ve deformasyonunu önlemek için, segman bölgesinin hemen alt iç kısmına,Şekil 8.7, Şekil 8.8 ve Şekil'8.9 'da, görüldüğü gibi, döküm sırasında bir takviye vedenge şeridi yerleştirilmektedir.

Piston tepesinden piston eteğine ısı iletimini azaltmak ve eteğin ısıl genleşmelersonunda silindirde sıkışmasını önlemek amacıyla, etek kısmına Şekil 8.10 dagörüldüğü gibi. T veya nvtersUsd biçiminde bir yarık açılmaktadır.

Şekil 8.1 1 "de. buji ile ateşlemeli motorlara ait. çeşitli pistontasanmlan görülmektedir.Şekil 8.11 Tipik buji ile ateşlemeli motor pistonları.8.3.2 PĠSTON ÖLÇÜLERĠNĠN BELĠRLENMESĠPistonlar, üst yüzeyi ile yanma odasının bir yüzeyini oluşturmakta vepistonlardan çok güç mekanik ve ısıl koşullarda aşağıdaki görevleri yerine getirmesibeklenmektedir:1. Basınç enerjisini mekanik enerjiye çevirmek,2. Silindirin krank haznesi tarafındaki yüzeyini oluşturmak,3. İki zamanlı motorlarda emme ve egzoz portlarmın açılış ve kapanışlarınıkontrol etmekPistonlann, bu görevleri üstlenebilmesi için, aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir:1. Salınım yapan kütle atalet kuvvetlerinin az olması için, hafif olmalıdır,6?

2. Piston tepesi rıjit, piston pimi yuvası yumuşak, etek kısmı elastik olmalıdır,3. Segman bölgesinde, segmanların çarpmasıyla kırılmalara engel olmakiçin, dayanıklı olmalıdır,4. Özellikle piston tepesinde, ısıl dayanımı yüksek olmalıdır,5. Aşırı sıcaklık farklarını önlemek üzere ısı iletimi iyi olmalıdır.6. Küçük boşluk toleransları için ısıl genleşmeler az olmalıdır.Pistonlar genellikle dökme demir veya alüminyum alaşımlarından yapılmaktadır.Otomobil motorlarının pistonları genellikle alüminyum-silisyum alaşımlarındanyapılmaktadır. En çok kullanılan piston alaşımı. Al Si 12 Cu Ni dir. Piston ölçülerine ilişkinnotasyon. Şekil 8.12 'de verilmiştir.Radyal eğilme gerilmesi (ob r ) 'nin belirlenmesinde;(8.9)

eşitliği kullanılabilir. Burada;dır.D i Piston tepesinin iç çapı. mm.P max : Maksimum yanma basıncı. N/mm't t : Piston tepesinin kalınlığı, mm.Piston yükü ile ilgili bir değer de özgül piston tepesine etki eden güçtür.(8.10)Burada;dir.Pratik olarak, özgül piston tepesi gücü, 0,0015...0,0045 kW/mm 2 arasındaalınmaktadır.Piston ölçülerinin ortalama değerleri. Çizelge 8. Tde verilmiştir.Çizelge 8.1 Piston ölçülerinin ortalama değerleri.

8.4 SEGMANLARPistonla silindir arasında boşluk bulunması zorunlu olduğundan, pistonlar gazlarısilindirde yalıtamazlar. Segmanların görevi, silindirdeki basınçlı gazların kartere kaçmasınıengellemek ve piston başındaki ısıyı silindir gömleğine iletmektir. Segmanlar yükseksıcaklıklarda ve oldukça değişen yükler altında çalışırlar. Segmanlar aşınma kalitesinin iyiliğive yaylanma özelliklerini çalışmaları sırasında karşılaştıkları sıcaklıklarda korumalarınedeniyle, dökme demir, dökme demir alaşımı veya alaşımlı çelik malzemelerden imaledilirler. Segmanlar o şekilde imal edilirler ki. gerilimsiz yani serbest durumda iken daireseldeğildirler. Görev yapacak konumda iken, silindir yüzeyine Şekil 8.13 4 te görülen radyalbasınçları uygularlar.Segmanlar, Şekil 8.14 'de görüldüğü gibi, kompresyon segmanı ve yağ segmanı olmaküzere iki grupta sınıflandırılırlar.Segmanların temel imalat ölçüleri, silindir çapının radyal segman kalınlığına oranı,serbest durumdaki segman ağız aralığının radyal segman kalınlığına oranı ve segmangenişliğidir.Segman tasarımı;• Segmanlarla silindir yüzeyi arasındaki sürtünmeyi ölçülebilir düzeyde artırmadan silindiryüzeyine uygulanacak ortalama segman basıncının belirlenmesi.• Segmanın çevresel basınç eğrisinin çizilmesi,• Pistona takılı ve çalışma durumunda iken, segman ağzının karşısındaki kesitte meydanagelen gerilmenin belirlenmesi,• Montaj boşluklarının tanımlanması.konularını içermektedir.

Segman ağız aralığı, genellikle 0.010, 0,015 D kadar alınır.Segman yuvası aksiyal boşluk 0.05 mm kadardır.Kompresyon segmanlarının sayısı ve aksiyal yükseklikleri Çizelge 8.2 'deverilmiştir.Çizelge 8.2 Kompresyon segmanlarının sayısı ve aksiyal yükseklikleri.Motor tipiTaşıt benzin motorlarıTaşıt diesel motorlarıSegmanadedi2 - 33 -5Aksiyal yükseklik(mm)2 - 3.52,5-57.5 PĠSTON PĠMLERĠPiston pimleri, piston kuvvetini biyele aktaran elemandır. Piston pimleri nitrürlüçelikten sertleştirilerek yüzeyi düzgün işlenmiştir.Piston pimlerinin boyutlandırılmasında kullanılan notasyon, Şekil 8.15 'teverilmiştir. Pimlerin boyutlandırılmasında aşağıdaki yaklaşık değerler kullanılabilir:

DıĢ çap;Benzin motorları içinDiesel motorları içind 0d 00,28 D0.4 DPim boyu (her iki tip motor için) L 0.85 DPiston pimlerinin dış çap hesabında yeni bir yaklaşım, müsaade edilenbasıncının dikkate alınmasıdır.Burada;Fmax- Yanmaya bağlı maksimum gaz kuvveti, N,P max : Silindirdeki maksimum gaz basıncı. N/mm'D : Piston çapı, mm,c : Pistondaki pim yatağı uzunluğu, mmdir. Bu durumda piston piminin dış çapı;(8.11)(8.12)

(8.13)olacaktır. Pistonda iki adet pim yatağı bulunduğundan;(8.14)alınabilir. Piston pimi yüzey basıncı 40...60 N/mm" arasında olmalıdır. Eğilmekontrolü:(8.15)olmalıdır. Burada;f : eğilme miktarı, mm,fmax : maksimum eğilme miktarı, mm, (Şekil 8.16 'den alınacaktır),a : gaz kuvvetlerinin etki noktaları arasındaki mesafe, mm,E : çeliğin elastikiyet modülü,I : pimin düzlemsel atalet momenti,k : düzeltme faktörü,dır.b : biyel pim yatağının genişliği, ( L/2),Ovallik kontrolü:(8.16Ortalama pim yarıçapı : r =İ L : pimin uzunlamasına kesitinde düzlemsel atalet momenti,(8.17)

Şekil 8.16 Piston pimleri için müsaade edilen maksimumeğilme ve ovallik değerleri.Eğilme gerilimi;(8.İ8)Ovalleşme ile ilgili eğilme gerilimi:(8.19)Her iki gerilme birlikte tek bir gerilme ile ifade edilebilir:(8.20)

ÖRNEK PROBLEM 8.4Bir benzin motoru ile ilgili olarak aşağıdaki değerler verilmiştir.P = max 50bar = 5 N/mm 2 ,D = 80 mmBu motorda kullanılabilecek piston piminin boyutlarını belirleyiniz.ÇÖZÜM:"1. Pim çapıd o = 0,28 . 80 = 22,4 mm2. Pim boyuL = 0,85 .80-69 mm Pim çapı diğer yoldan, 40 N/mm 2yüzey basıncı için;2c = 69/2 = 34,5 mmEğilme kontrolü:= 0,04 mmŞekil 8.16. 'da, f max = 0 ; 045 mm olduğundan, ff max

'tır. Ovallik kontrolü:

Şekil 8.16 dan, Δd max = 0.028 mm olduğundan, bulunan değer fazladır (Δddurumda, iç çap 15 mm yerine 14 mm alınmalıdır.Δd max ). Bu8.6 BĠYELLERBiyel, pistonu kranka bağlar ve piston üzerine gelen gaz kuvvetini krank milineiletmeye yarar. Pistonun doğrusal hareketini, ana milde dairesel harekete dönüştürür.Biyele piston kolu da denmektedir. Genellikle bugünkü motorlarda piston kollan ( I )şeklinde yapılmıştır. Biyeller gerilme dayanımları 600...700 N/mm 2 olan yan sertkarbonlu çelikten veya krom-nikelli çelikten yapılmaktadır. Ani darbeler karşısındaeğilmeye, burulmaya dayanıklıdır. Pres altında, kalıp içinde dövülerek yapılırlar. Şekil8.17 'de, piston-biyel mekanizması görülmektedir.Şekil 8.17 Pistonlu, pimli, segmanlı ve kusinetli komple biyel (piston kolu).

8.6.1 BĠYEL AYAĞIBiyel ayağı (küçük taraf) genellikle Şekil 8.18 'de de görüldüğü gibi iki tiptir:1. Biyel piston pimi üzerinde serbest: Biyel ayağı içerisine preste sıkı olarak bronz birburç geçirilir.2. Piston pimi biyel ayağında sabit: Pim, yatak içinde dönemeyecek şekilde biyele sıkıgeçirilir. Bazılarında ise bir cıvata ile sabitleştirilmiştir. Bu durumda, pimepistondaki pim yuvası yataklık eder.Biyel ayağında piston pimi ve burcu motor çalışırken sıçrayan yağlarla ve biyeldekiyağ deliğinden gelen yağla yağlanır. Biyel ayağı deliği ile burç deliğinin aynı hizadaolmasına önem verilmelidir. Burçlarda yağ boşluğu 0.007 mm-0.012 mm arasındaolmalıdır.Şekil 8.18 Biyel ayağı tipleri.8.6.2 BĠYEL BAġIBiyel başı(büyük taraf)genellikle iki parçadanibarettir ve içerisindekusinet adı verilen ikiparçalı yatak bulunur,Şekil 8.19. Biyel başıkrank muylusuüzerinde çalışır. Krankmuylusuna biyelbaşının çeliği temasetmez. Biyel başıyuvasındaki iki parçalıyatak temas eder.Yatak yumuşak malzemelerden yapılmıştır. Biyel başı yatağını sıkan cıvata vesomunları yüksek dayanıklı çelikten yapılmıştır. Gerilmelere dayanıklıdır, uzamakatsayısı yüksek olan çeliktir. Cıvata somunları uygun torkta sıkılmalıdır.

Şekil 8.19 Komple biyel kesitiBiyel başı yatak yuvalan oval ve konik olmamalı silindirik olmalıdır. Ovallik vekoniklik miktarı 0.05 mm 'yi geçmiş ise mutlaka kep ağızlarından alınarak yuvalarstandart ölçüde taşlanmalıdır.Biyel başı ile krank muylusu arasındaki gezinti boşluğu motorun çalışmasına çokfazla etki eder. Motorun sıkışmasına sebep olabilir. Bu nedenle gezinti miktarı sentillekontrol edilmeli, gerekirse yatak veya biyel kolu değiştirilmelidir.8.6.3 BĠYELĠN BOYUTLANDIRILMASIBiyel boyu, krank biyel oranı (X) ile belirlenebilir. Günümüz motorlarında buoran λ 1/3,4 kadardır.Biyel, çekme, basma ve eğilme gibi farklı zorlamalarla karşılaştığından, Şekil8.20 'de de görüldüğü gibi, dört kesitte incelenecektir.Biyel başındaki A - A kesitinde, çekme gerilmesi;

Şekil 8.20 Biyel boyutlarının belirlenmesi.(8.21)B - B kesitindeki eğilme gerilmesi;(8.22)Biyelin en dar yeri olan C - C kesitindeki basma gerilmesi;(8.23)Biyel başındaki D - D kesitindeki eğilme gerilmesi de;

D (8-24)Burada;F 04 : Pistonun ÜÖN'da oluşan maksimum atalet kuvveti, N,F 0 4 = m 4 r2 (l+ ),F BJ : Piston ve biyelin O.Ö.N.'da oluşan maksimum atalet kuvveti, N,F BJ = (m 4 + m 3 )r2 (l+ ),A A : A-A kesitinin alanı, mm 2 ,r s, r b : Küçük ve büyük taraftaki .kuvvet aralıkları, mm,M bB : B-B kesitinin eğilme kesit modülü mm 3 ,M b i): D-D kesitinin eğilme kesit modülü mm 3dir.Biyel başındaki E - E kesitinde iki adet biyel cıvatasına uygulanan çekmegerilmesi;ve diş dibi kesit alanı;(8.25)(8.26)olduğundan, bu eşitliklerden yararlanarak diş dibi çapı (db r ) ve anma çapı (db)belirlenebilir:(8.27)

Burada;d br • diş dibi çapı, mm,d b : anma çapı, mm, dir.Çekme gerilmesi ( t ), yüksek hızlı motorlar için müsaade edilen 50 N/mm 2 değerindenfazla olmamalıdır.

Biyel burcunun kalınlığı;(8.28)kadardır. Şekil 8.21 .Bulunan değere en yakın ölçüdeki Standard burç seçilir.Şekil 8.21 Biyel burcunun kalınlığı.8.7 KRANK MĠLLERĠMotorun ana milidir, Şekil 8.22. Krank milleri, gerilme dayanımları 800...900N/mm' olan ıslah çeliğinden dövülerek yapılırlar. Bir seri tornalama işlemleriylebiçimlendirildikten sonra aşınma, burulma ve eğilmeye karşı dayanıklılığını artırmakamacıyla ısıl işlemler uygulanarak muylu yüzeyleri sertleştirilir. Son olarak muylulartaşlanıp parlatılarak Standard ölçülerine getirilir.Şekil 8.22 Dört silindirli bir motorun krank mili.

Krank milinin görevleri şunlardır:1. Pistondan biyel yardımıyla aldığı doğrusal hareketi dairesel harekete çevirir ve arkaacuna flanş yardımıyla bağlanan volan aracılığıyla motor gücünü kavramaya verir.2. Güç zamanı dışında, biyel ve pistona hareket verir.3. Üzerindeki kasnak ve/veya dişli yardımıyla su pompasına ve kam miline hareketverir.Bir krank milinde en az iki ana muylu ile bir veya iki krank bulunur, biyellerkrank kollan arasında bulunan muylulara bağlanır. Biyel muylularının karşısınayerleştirilen karşı ağırlıklar biyel muylularında meydana gelen merkezkaç kuvvetleridengelemek içindir.Bazı krank millerinin biyel muylularında oyuklar vardır. Bu sayede muylu ağırlığıdüşürülerek merkezkaç kuvvetler de o oranda azaltılır.Krank milleri blokta bulunan ana yataklara ana muylular yardımıyla bağlanır. Esasolarak krank milinin iki ucunda ana muylu olmakla beraber motorun silindir sayısına vemodeline göre orta kısmında da bir veya daha fazla ana muylu bulunabilir. Krank miliana muylularından birinin iki yan yüzü temiz işlenmiştir. Kılavuz muylu denilen bumuyluya yaslanma yüzeyli kılavuz yatak kusinetleri takılır ve krank milinin eksenelgezintisi bu yatak yardımıyla sınırlandırılır.Biyel yatakları basınçlı yağ ile yağlanan motorlarda ana muylulardan biyelmuylularına Şekil 8.23'de görüldüğü gibi çapraz yağ delikleri açılmıştır.Şekil 8.23 Krank mili.

Bir krank milindeki ana muylularla biyel muyluları, muylu çapları vegenişlikleri, motorun silindir sayısına, motorun gücüne ve modeline göre değişik biçimve ölçülerde yapılabilir.8.7.1 KRANKTA MEYDANA GELEN GERĠLMELER ve BOYUTLANDIRILMASlKrank milinin boyutlandırılmasına ilişkin notasyon Şekil 8.24 'de verilmiştir.Şekillerde, a: ana muylular arasındaki mesafeyi, a/2: ana muylu ile kol muylusuarasındaki mesafeyi, w x : krank kolu eksenel kalınlığı, w y : krank kolu genişliğini, d: anamuylu çapını ve j x 'te ana muylu boyunu göstermektedir.Şekil 8.25 Krank miline gelen yükler.

Krank mili ölçülerinin ortalama değerleri. Çizelge 8.3"te verilmiştir.Çizelge 8.3 Krank mili ölçülerinin ortalama değerleri.Boyutlar Benzin motorları Diesel motorlarıKol muylusu çapı (d) 0,6 D 0,7 DAna muylu çapı (d) 0,68 D 0,75 DKol muylusu uzunluğu (j cx )' 0.3 D 0,3 DAna muylu uzunluğu (j mx ) 0,32 D 0,35 DKrank kolu kalınlığı (w x ) 0,28 D 0,3 DKrank kolu genişliği 0,72D 0.79DMuylu çapı.(8.29)Burada;d : Ana muylu ve kol muylusu çapı,M d : Maksimum ortalama döndürme momenti,cm: Burulma emniyet gerilmesi (kırılma dayanımı 500 N/mm" olan çelik için,s, = 30 N/mm" alınır),dır.Kol muylusundaki eğilme gerilmesi:(8.30)yazılırsa;(8.31)olur. Burada;F G : Maksimum gaz kuvveti, N,a : Ana muylular arasındaki mesafe, mm,d : Kol muylusunun çapı, mm,dir.Krank kolundaki eğilme gerilmesi;

(8.32)yazılırsa;(8.33)olur. Burada;F (; : Maksimum gaz kuvveti, N,j x : Kol muylusunun uzunlusu, mm,w x : Krank kolunun eksenel kalınlığı mm,w y : Krank kolunun genişliği, mm,dir.8.8 SUPAP MEKANĠZMASI VE SUPAPLARSupap mekanizmasının parçalan şunlardır, Şekil 8.26;

1. Supaplar2. İtici çubuklar3. İticiler3.1 Mekanik iticiler3.2 Hidrolik iticiler4. Supap yaylan5. Külbütör tertibatı6. Kam mili7. Kam mili hareket mekanizması8.8.1 SUPAPLARMotorlarda her silindir için biri emme, diğeri de egzoz olmak üzere en az ikisupap bulunur. Ancak, Şekil 8.27 'de görüldüğü gibi, günümüzde dört supapuygulaması yaygınlaşmaktadır. Emme supapları, emme zamanında açılarak, tazekarışım veya havanın silindire alınmasını, egzoz supapları ise, egzoz zamanındaaçılarak, yanmış egzoz gazlarının silindirden atılmasını sağlarlar. Supaplar, yay tablasıve supap başı bakımından değişik şekillerde yapılırlar. Günümüzde en çok kullanılansupap tipi, mantar başlı ve tırnaklı olandır. Supapların darbe tesirlerini azaltmak için,supap tablası oyularak hafifletilir. Büyük çaplı supapların içerisi oyularak sodyumdoldurulmuştur. Supap otuma yüzeyleri, 30, 45, 60 derece olarak taşlanır. Gaz akışınınçok önemli olduğu uygulamalarda, otuma yüzeyi açılan 30 hatta 15 derece olabilir. 60derecelik oturma yüzeylerinde daha az karbon birikintisi görülür, ancak, yeterli gazgeçiş yüksekliğini sağlayabilmek için, supapların daha fazla kalkması gerekir. 45derece oturma yüzeyinin özellikleri 30 ve 60 derecelerdeki özelliklerin arasında yeralmaktadır. Bu nedenle, otomotiv uygulamalarınnda çoğunlukla her iki supabın yüzeyaçıları da 45 derecedir. 45 derecenin bir avantajı da işleme kolaylığıdır.Şekil 8.27 Dört silindirli ve 16 supaplı bir motorunsilindir kapağının alttan görünüşü.

Supaplar genellikle austenitik çelikten dövülerek yapılır. Bazı yüksekperformanslı motorların egzoz supapları ise, yüksek kromlu ve manganezli paslanmazçelikten yapılarak, oturma yüzeyleri tungsten-kobalt kaplanır. Tam yüktekiçalışmalarda, supap tablasında sıcaklıklar egzoz supaplarında 800°C 'ye, emmesupaplarında 500°C 'ye kadar yükselebilmektedir. Bu nedenle, genel olarak,kullanılacak çeliğin kopma geriliminin 800 °C 'de 20 kg/mm" den aşağı düşmemesiistenir. Ayrıca egzoz gazlarının etkisi altında paslanmamalıdır. Egzoz supaplarıkrom-kobaltlı özel çelikten, silisyum volframlı özel çelik ya da krom-nikelli çeliklerdenyapılırlar. Supap tablasından sapa doğru ısı iletimini iyileştirmek amacıyla, tabladanitibaren sapın içerisine açılan oyuğa, 2/3 oranında metalik sodyum doldurulur. Sodyumyaklaşık olarak 98°C'de erimektedir. Çalışma sıcaklıklarında sıvılaşan sodyum, boşlukiçerisinde aşağı yukarı akarak, ısıyı sıcak supap başından daha soğuk olan sapbölgesine taşır.Supap sapının kılavuz içerisinde yapışmasını önlemek üzere, sap üzerine karbonkazıyıcı çevresel bir oyuk açılır. Bir başka yöntem de supapların yuvasında dönmelerisağlanır.8.8.2 SUPAP YUVASI (BAĞA)Egzoz supabı gibi, egzoz supabının yuvası da, egzoz portundan geçen egzozgazlarının yüksek sıcaklıklarının etkisi altındadır. Bu nedenle, genellikle ısı direnciyüksek alaşımlı çeliklerden yüzük biçiminde yapılarak, yuvalarına sıkı geçirilirler. Sertve ısı dirençlerinin yüksek olması nedeniyle, blok veya silindir kapağı malzemelerineoranla daha uzun ömürlü olurlar. Aşındıklarında veya biçimleri bozulduğunda,değiştirilebilirler. Supabın bağaya oturduğu yüzeyler, bazı motorlarda, oturmayıiyileştirmek amacıyla supap yüzey açısından Î4...1 derece daha büyük açılı, yani 45derece için, 45 ⁄ ... 46 derece yapılır.İyi bir tasarımda baga yükseklikleri 1,5.....2,5 mmkadar küçük olabilir.8.8.1 GAZ KANALLARI (PORTLAR) VE SUPAP ÖLÇÜLERİPort tasarımı, supap boyutlan ve açılma miktarı, silindir kapağı ve manifoldkonfigürasyonları gibi faktörlere bağımlıdır. Şekil 8.28'de, iyi bir örnek görülmektedir.Gazların geçişi için yeterli alarmı bulunmasının gerekliliği yanında, supap sapınınsıcak egzoz gazlan ile temas yüzeyini azaltmak üzere, boğaz derinliği port çapının 0,75'inden fazla olmamalıdır. Akışa direnç göstermemesi için, akış kanalı da en az port kadargeniş olmalıdır.Paralel konumlu supaplarda supap tablası çaplan;

Şekil 8.28 İyi bir port tasarımı.Supap sapı çaplan;Yüksek hızlı motorlarda: d stDüşük hızlı motorlarda: d st0,25...0,35 d0,15...0,25 dSupap oturma yüzeyinin genişliği:1,5...2,5 mmkadardır.Supap tablası çapının port çapma oranı: 1,15/1Supabın maksimum kalkma yüksekliği, geçiş kesit alanının port alanına eşitolması gerektiği düşüncesinden hareketle, Şekil 8.29'un yardımıyla;vealınarak;h max d 0 / 4 ... d 0 / 6(8.34)eşitliğiyle belirlenebilir.Pratikte, maksimum kalkma yükseklikleri, h max = do/6... do/4 arasındadır.Ortalama gaz hızı (c gm ), silindirdeki hacimsel debi ile supap geçiş kesitindekihacimsel debinin eşit olması gerektiği ilkesinden yararlanılarak;

Şekil 8.29 Supap ölçüleri.c gm Cos γ d o h max = c m D2/4ve buradan elde edilen;(8.35)eşitliğiyle hesaplanabilir. Burada;c gm .: Supap aralığındaki gaz hızı, m/s,γ : Oturma yüzeyinin eğimi, °,h max -Supap kalkma yüksekliği, m,c m : ortalama piston hızı(c m = H n / 30), m/s,H : Strok, m,D : Silindir çapı, m.dir.c gm değerleri;arasındadır.Emme supaplarında 60...90 m/sEgzoz supaplarında 80... 120 m/sOrtalama gaz hızı eşitliği sadeleştirilerek, supap açılma alanı için;

A v =d o h Cos γeşitliği yazılabilir.8.8.2 KAMLARKam. dönme hareketini doğrusal harekete çeviren bir makina elemanıdır. Kamüzerinde bir veya daha fazla yüksek nokta bulunur ve kendisi ile sürekli temashalindeki itici, kam döndükçe kendisinden uzaklaşır ve kendisine yaklaşır. Esas olarakkamlardan oluşan mile kam mili denmektedir. Otomotiv kam milleri, krank milininyansı hızda dönerler ve emme ve egzoz supaplarının açılıp kapanmalarını kontroletmek üzere kullanılırlar. Kam mili üzerinde ayrıca, besleme pompasına, yağpompasına, distribütöre veya yakıt enjeksiyon pompasına hareket veren eksantrik vedişliler de bulunmaktadır. Kam milleri, üst kartere veya silindir kapağının üstüneyerleştirilmektedir. Şekil 8.26.Supap mekanizmasındaki elemanların hareketi, kamın çevresel yüzeyi, yaytaşanını ve hız olmak üzere, üç faktöre bağımlıdır. İdeal olarak, supap çabuk açılmalı,yeterli derecede açık kalmalı ve çabucak kapanmalıdır. Ancak, açılma sırasında supapmekanizması elemanlarının aşın yüklenmelerinden kaçınmak için, fazla ivmedenkaçınılmalıdır. Aynı zamanda, supap tam açık konuma yaklaşırken de aşınyavaşlamadan kaçınılmalıdır. Ayrıca, kapanma konumuna yaklaşırken, kolaykapanmayı sağlamak için, yavaşlama ivmesi yeterince fazla olmalıdır. Gürültüsüzçalışma da bir başka beklentidir. Hızlanma ve yavaşlama ivmeleri kam profilininfonksiyonudur. Düzgün supap hareketi için, ivme eğrisinde keskin değişimlerolmamalıdır. Keskin değişimler, darbe yüklerinin oluşmasına sebep olmaktadır.Günümüzün yüksek hızlı motorlarında. Şekil 8.3 'de görülen harmonik kamdiyagramlarından (yer değiştirme, hız ve ivme) yararlanılmaktadır.8.8.2.1 ĠTĠCĠNĠN KALKMA EġĠTLĠKLERĠİtici, 1. daire yayma teğet iken; kam açısı ı = O dan, ımax' a değişir. İticininbu bölgedeki yer değiştirme miktarı;S f1 =b ı (1 -Cos ı )(8.37)eşitliğiyle hesaplanabilir.İtici, 2. daire yayma teğet iken; kam açısı 2 = ı max 'tan, 0 'a değişir. İticininbu bölgedeki yer değiştirme miktarı;(8.38)

Şekil 8.30 Harmonik kam eğrileri.olur. (8.37) ve (8.38) no'lu eşitliklerin yardımıyla. Şekil 8 .30'dagörülen harmonik kamyolu eğrisi çizilebilir.İtici hızlan ise, yer değiştirme eşitliklerinin zamana göre birinci türevleridir.Buradan:(8.39)(8.40)c : Kam milinin açsal hızı ( ),b 1 , b 2 : merkezler arası mesafeleri Şekil 8.31 ‘ de dir.

İtici ivmeleri ise, hız eşitliklerinin zamana göre birinci türevleridir.Buradan;(8.41)(8.42)yazılabilir. Şekil 30 daki hız ve ivme grafikleri bu eşitliklerle çizilebilir.Bazı durumlarda ivmenin, yolun fonksiyonu olarak belirlenmesi de gerekebilir. Bununiçin ivme eşitliği yeniden düzenlenerek;eşitlikleri elde edilebilir.Kam tepesinin r 2 yarıçapı;(8.43)(8.44)r 2 = r + h f - b 2 (8.45)ve b 1 merkez mesafesi ;h f : kamın tepesinin temel dairesine uzaklığı(8.46)eşitlikleriyle bulunabilir, r, yarıçapı ise;dir.α 1max ve α 2max açılarının hesaplanmasında ise;(8.47)eşitliklerinden yararlanılabilir.(8.48)

8.8.2.2 KAM ÖLÇÜLERĠNĠN BELĠRLENMESĠÖlçülerin belirlenebilmesi için. bilinmesi gereken kam ölçüleri şunlardır:• Supap zaman açısı. 9, (° krank açısı olarak).• Supabın maksimum kalkma yüksekliği,h max• Külbütör manivela oranı, r r .• Motorun devir sayısı, n.Şekil 8.2 Kam çizimi.8.32 Ön Rampalı Kam Çizimi

Belirlenmesi gereken kam ölçüleri ise;• Kamdaki supap hareket bölgesi açısı, (° kam açısı cinsinden).• Supap boşluğu, h vc ,• İticilerin yay kuvvetinin etkisi altındaki kabul edilebilir en büyük yavaşlamaivmesi. a 2max , (a 2max 500… 1500 mm 2 )• Kamın temel dairesi çapı, 2r,dir.Kam açısıdönme açısı: Kamın, supabın açılmaya başlaması ile tam açılması arasındaki(8.49)Burada;x: zaman sayısı, (dört zamanlı motorlar için 4, iki zamanlı motorlar için 2)Maksimum itici kalkma yüksekliği;h f = r r (h max + h vc ) r r l ' (8.50)2= - 0 olduğunda, yavaşlama ivmesi en büyük değerine ulaşır. Yani, bu andaitici kamın tam tepe noktasına temas etmektedir. Kam tasarımında önceki deneyimlerinsonucu olarak, Ia 2max I 1500m/s 2 alınır. Kamın orta nokta ölçüsü, şu şartı sağlamalıdır:b 2

Supapların simetrik kanılarda, külbütör manivelasının kapalı duruma geldiğiandaki oturma hızlan, Cı max < 0,8 m/s olmalıdır. Yüksek hızlar, supap sıçramalarına,dolaysıyla, supap ve supap yuvasının zarar görmesine sebep olur.3. KontrolKam ile itici yüzeylerinin aşınmaması için aralarındaki yüzey basıncı 200N/mm 2 den fazla olmamalıdır.ÖRNEK PROBLEM 8.5Harmonik emme kamı tasarlanacak olan dört zamanlı bir motor hakkındaaşağıdaki değerler bilinmektedir:Em.A.A.= 40°,,Em.K.G.= 40°,Supap kalkma yüksekliği, h max = 6 mm»Külbütör manivela oranı, r r = 1, Motor devirsayısı, n= 5000 1/min.ÇÖZÜMAşağıdaki değerler kabul edilmiştir:Supap boşluk açısı, f1= 10° kam açısıSupap boşluğu, h vc = 0,2 mm.Maksimum yavaşlama ivmesi, a = 2max - 1000 m/s 2 ,Temel dairesi yarıçapı, r = 15 mm.1. Kam açısı;75° kam açısı2. Maksimum itici kalkma yüksekliği hf;h f =r r (h max + h vc )h f = 1 (6 + 0,2) = 6,2 mm3. b 2 orta nokta mesafesi;

eşitliğinden yararlanılarak hesaplanabilir.Motorun açısal hızı;Kamın açısal hızı. motorun açısal hızının yansı olduğundan:cdeğerler yerine yazılarak;bulunur.4. r 2 yarıçapı;5. b ı orta nokta mesafesi;bulunur.6. rı yarıçapı;r, = b 1 + r= 15,5 + 15-30,5 mm7. α ımax açısı;

Buradan;vebulunur.1. KontrolBu değer, h vc 'den büyük olduğundan, bulunan supap boşluk açısı değeri doğrudur.2. KontrolCı< C 1max olmalıdır.c 1 = 262 . 15,5 Sin 10 = 706 mm/s = 0.7 m/s0,7 < 0,8 olduğundan, hesaplamalar uygundur. Kam tasarlanabilir.8.8.3 SUPAP YAYLARISupap yaylarının görevleri şöyle özetlenebilir:1- Supap mekanizmasındaki hareket eden parçaların sürtünme ve atalet momentleriniyenerek, supapları istenilen zamanda kapatmak,2- Supapların açılması esnasında kam mili ile itici arasında devamlı teması sağlamak,3- Emme esnasında silindirde meydana gelen alçak basıncın teshindeki egzoz supabınıbelirli bir basınçta kapalı tutmak,4- Supap duruş şekline göre, gerektiğinde supap ve iticilerin ağırlığım taşımaktır.Supap yaylan, yukarıdaki görevleri yaparken yeterince gerilim uygulamalı, ancakbu gerilim, supap ve supap mekanizması elemanlarının fazla aşınmasına sebep olacakkadar da fazla olmamalıdır. Yaylar, çok değişik hız ve sıcaklıklarda gerilimim korumalı,ayrıca doğal frekansı, maksimum çalışma hızından yeterince yüksek olmalıdır. Eğerolmazsa, belirli kritik hızlarda yay dalgalanması oluşur ve supap mekanizmasınınelemanları kam çevresini izleyemez. Bu durum aynı zamanda, supap mekanizmasınınelemanlarına ağır darbe etkisi uygulayarak, hızla aşınmalarına ve hatta motor hasarınasebep olabilir. Yay dalgalanmasını önlemenin yolu, küçük çaplı

yay teli kullanmak, sarım sayısını ve sarımlar arasındaki mesafeyi artırmaktır. Yerkısıtlaması nedeniyle, tasarımcılar yukarıdaki özellikleri gerçekleştirmek için. sarımaralıkları değişik yaylar veya iç içe geçmiş iki hatta üç yay kullanmaktadır. Şekil 8.30.Şekil 8.30 Supap, supap yayı ve tespit elemanları.Supabın mekanizma ile birlikte herhangi bir durumdaki etki kuvveti;Burada;F v; Yay etki kuvveti, N,m ef : Supap mekanizmasının eşdeğer kütlesi, kg.a v : Supabın yavaşlama ivmesi, m/s ,dir.Supap mekanizmasının eşdeğer kütlesinin hesaplanması.(8.52)mef = mı + m 2 + m 3 +r ra (m 5 +m 6 )I 12(8.53)Burada;m e f: Supap mekanizmasının eşdeğer kütlesi, kg,mı : Supabın kütlesi, kg.

dir.m 2 : Supap yayının kütlesi, kg,m. 3 : Supap yay tablasının kütlesi, kg,m 5 : Supap itici çubuğunun kütlesi, kg.m 6 : Supap iticisinin kütlesi, kg.a, max - Maksimum yay ivmesi, m/s 2 ,I ra : Külbütör manivelasının kütle atalet momenti, kgm 2 .Iı : Külbütör manivelasının supap tarafının uzunluğu, m.r ra : Manivela oranı (r ra 1).Yay boyutlarının hesaplanması:Dairesel kesitli tellerden sarılarak elde edilen supap yaylarında, kuvvet ile yayınesnemesi arasında doğrusal bir ilişki bulunmaktadır. Supabın mekanizma ile birliktekapanma kuvveti hesaplandıktan sonra, supap açılma yüksekliği Şekil 8.31 "dekidiyagramdan belirlenebilir.Tel Çapı;(8.54)Burada;d w : Tel çapı, m,D s : Yay sarım çapı, mFmax : maximum yay kuvveti, NGerçek burulma gerilmesi;

(8.55)Burada;Ön gerilim kuvveti F min in yardımıyla da minimum burulma gerilmesi belirlenebilir;(8.56)Bu aşamada. Şekil 8.32 'nin yardımıyla dayanım kontrolü yapılabilir.Şekil 8.32 Supap yayının sürekli dayanım kontrol grafiği.Sarım Sayısı(8.57)Burada;(8.58)

f maX : Maksimum yay yolu (yayın serbest ve tanı basılmış konumlan arasındaki ölçü farkı), m,G Kesilme elastikiyet modülü. N/mm 2 , (yay çeliği için. G = 83 000 N/mm 2 ), dir.Bulunan sarım sayısı, üst tam sayıya yuvarlanır. Yayın her iki tarafına bükmeler için 1 veya 1,5sarım eklenir.Uygulamada supap yaylarında, aktif sarım sayıları ı = 5...8, uç ekler 2..3 sarım olmak üzere,toplam 7….11 sarım bulunmaktadır.Tam deformasyonda sarımlar arasında 0.3 mm 'den fazla boşluk olmalıdır.Son olarak, yay titreşim frekansının da belirlenmesi gerekir.Burada;n s : yayın dakikadaki titreşim sayısı, l/mm.d w : Yayın tel çapı, mm,D s : Yayın helezon çapı, mmi : sarım savısı, dır.ÖRNEK PROBLEM 8.6Aşağıda verilen bilgilere göre, dört zamanlı bir motor için supap yayı boyutlarını belirleyiniz.Supap kalkma miktarı : 6 mmSupabın ivmelenme sırasındaki kalkma miktarı : 4 mm.Maksimum yavaşlama ivme kuvveti : 500 N,Minimum yavaşlama ivme kuvveti : 300 N,Motorun devir sayısı : 83 l/s (5000 1/min),Ortalama helezon çapı : 35 mmÇÖZÜM' Şekil 8.31 'in yardımıyla maksimum ve minimum yay kuvveti değerleri belirlenebilir. Şekildekitanıtım çizgisi, supap kalkma yüksekliğine bağımlı yavaşlama ivme kuvvetlerinin değişim değerlerinin% 20 fazlası ile işaretlenmiştir. Buna göre, supabın tam açık ve tam kapalı olduğu durumlardaki yaykuvvetleri:olmaktadır.F max = 600 N,F min .= 300N,Tel.Çapı;

dur. T = 500 N/mm" kabulü ile birlikte, değerler yerine yazılırsa;alınabilir.Maksimum burulma gerilmesi için;veMinimum burulma gerilmesi;Gerilim değişimi;bulunur. Değerler, Şekil 8.32 'nin yardımıyla kontrol edildiğinde, kabul edilebilir sınırlar arasındadır.Sarım Sayısıvedeğerler yerine yazılırsa;bulunur. Uç kısımlar için 2 sarım eklenirse, sarım sayısı 5 olmalıdır.

Yayın titreşim frekansı;

KRANK MİLİNİN BOYUTLANDIRILMASIKrank milleri, tek parça halinde, kesme dayanımları 480...890 N/mm 2olan sade karbonlu çelikten veya kesme dayanımları 340...515 N/mm 2 olannikel veya krom molibdenli alaĢım çeliğinden dövülerek veya bazen dedökülerek yapılfrlarKrank millerine pratikte uygulanmıĢ olan ölçülerBoyutlarBenzin Diesel motorlarımotorlarıBiyel muylusu çapı (d cj ) 0,55...0,68 D 0,56...Q,72DAna muylu çapı (d mj ) 0,6...0,7 D 0,7...0,8 DBiyel muylusu uzunluğu (j cx ) 0,25...0,40 D 0,28...0,46 DAna muylu uzunluğu (j mx ) 0,27...0,42 D 0,30...0,48 DKrank kolu kalınlığı (w x ) 0,25...0,30 D 0,30...0,35 DSeçilen ölçülerin kontrolü:Kol muylusundaki eğilme gerilmesi;yazılırsa;F G : Maksimumgaz kuvveti, Na : Ana muylular arasındaki mesafe, mmd cj : Kol muylusunun çapı, mmKol muylusundaki güvenli eğilme gerilmesi bj = 70...100N/mm 2 'yi geçmemelidir.

Krank kolundaki eğilme gerilmesi;F G : Maksimum gaz kuvveti,N j x : Kol muylusunun uzunluğu,mmw x : Krank kolunun kalınlığı, mmw y : Krank kolunun geniĢliği, mmKrank kolundaki güvenli eğilme gerilmesigeçmemelidir.bw = 70...90 N/mm 3 'yiKrank millerinin tasarımı sırasında dikkat edilmesi gereken özellikler• Krank muylu çapı en az 0,6 D olmalıdır. Ana muylu çapı krank muyluçapından bir miktar daha fazla olmalıdır.• Santrifüj krank yükleri dengelendiğinde, ana muylu uzunluğu 0,3 djkadar az olabilir.• Muylu bindirmesi krankın dayanımını yükseltir. Kavislendirme deyeterli olmaktadır. Ancak, kavis yarıçapı en az 0,05 dj olmalıdır.• Muylularda bilinçsizce yapılacak boĢaltmalar, dayanımı azaltır.• Krank mili mümkün olduğu kadar, deliksiz ve kama kanalsız yapılmalı,özellikle yüksek gerilmelerin olduğu bölgelerde vidalı delikaçılmamalıdır. Ayraca, tüm deliklere pah kırılmıĢ olmalıdır, ölçülerin çokkısıtlı olmadığı durumlarda döküm kranklar tatminkar bir alternatifolarak görülmektedir.

BĠYEL BOYUTLARININ BELĠRLENMESĠBiyel ayağındaki A - Akesitinde, çekme gerilmesiB - B kesitindeki eğilme gerilmesiBiyelin A - A kesitindeki çekmegerilmesi değerleri, 30...50 N/mm 2 arasındaalınmaktadır.Biyelin B - B kesitindeki eğilmegerilmesi değerleri, 40...60 N/mm 2 arasındaalınmaktadır.Biyelin en dar yeri olan C - C kesitindeki basma gerilmesi;Biyelin C -C kesitindeki basmagerilmesi değerleri, 90...110 N/mm 2arasında alınmaktadır.Biyel baĢının D - D kesitindeki eğilme gerilmesi de;Biyelin D - D kesitindeki eğilmegerilmesi değerleri, 25...35 N/mm 2arasında alınmaktadır.Fo4." Pistonun ÜÖN'da oluĢan maksimum atalet kuvvetiFBJ: Pistonve biyelin Ü.Ö.N.'da oluĢan maksimum atalet kuvvetiA A : A-A kesitinin alanı, mm 2r S r b : Küçük ve büyük taraftaki kuvvet aralıkları, mmM bB . B-B kesitinin eğilme kesit modülü, mm 3MbD: D-D kesitinin eğilme kesit modülü, mm 3

Biyel gövdesi kesitinin boyutlarına ilişkin temel oranlar

'.'Dikdörtgenin eğilme kesit modülüM b = 0,167 bh 2NötrekseniE - E kesitinde iki adet biyel cıvatasına uygulanan çekme gerilmesi;diĢ dibi kesit alanıanma çapı (d b ) =1,25 dbrÇekme gerilmesi ab yüksek hızlı motorlar için müsaade edilen 50N/mm 2 de üzerinden fazla olmamalıdır.Piston ve biyeller için seçilen güvenlik katsayıları,9...12 arasındadır.Biyel burcunun kalınlığı;Biyelin boyutlandırılmasına iliĢkin temel ölçüler

YARDIMCISĠSTEMLER10.1 MANĠFOLDLARManifold tasarımı motor performansını önemli ölçüde etkilediğinden, manifoldlar üzerindeözenle çalışılması gereken elemanlardır.Şekil 10.1l de, yaygın olarak kullanılmakta olan üç tip emme manifolduyerleşimi görülmektedir. Bazı sıra tipi motorlarda, emme ve egzoz manifoldlan silindir kapağının aynıtarafında.Şekil 10.1 Üç tip emme ve egzoz manifoldu yerleşimibazılarında ise ayn taraflardadır. V tipi motorların emme manifoldları ise, motorun üzerinde ve her ikisilindir kapağının arasındadır. Benzin motorlarında emme manifoldu, karışımı silindirlere olabildiğinceaynı biçimde ve en akışa az direnç göstererek dağıtmalıdır. Bu özellikleri sağlaması-için;1. Manifold kolları simetrik yani karıştırıcıdan silindire kadar mümkün olduğu kadar eşit boy ve kesitalanında olmalıdır.

2. Her bir karıştırıcı boğazındaki emme işlemi aralıkları eşit olmalıdır. .3. Kabul edilebilir sürtünme kaybı ve küçük akış kesitleriyle en yüksek akış hızları sağlanmalıdır.Ayrı emme boruları veya port veya silindir yakıt enjeksiyon sistemlerinin kullanıması durumunda,yüksek hız ihtiyacı azalmakta ve basınç kaybı ihmal edilebilir düzeye inmektedir.Dört zamanlı motorlar, yüksek geri basınç oluşmadığı sürece, egzoz sistemi tasarımına daha azduyarlıdır. Şekil 10.1 'de, yaygın olarak kullanılmakta olan üç tip egzoz manifoldu yerleşimigörülmektedir.10.2 ATEġLEME SĠSTEMLERĠBurada, ateşleme sisteminin ayrıntılarına girilmeyecek, sadece bazı önemli özelliklerinedeğinilecektir. Günümüz otomotiv motorlarında, platinli ve elektronik olmak üzere iki tip ateşlemesistemi kullanılmaktadır. Platinli ateşleme sistemlerinin egzoz emisyon standartlarını karşılayamamasısebebiyle, 1970 'lerin başından itibaren, elektronik ateşleme sistemleri giderek daha çok kullanılmayabaşlanmıştır.Ateşleme sistemleri, bu alandaki uzmanlar tarafından sağlandığından, tasarımcıya herhangi birproblem çıkarmamaktadır. Dikkat edilmesi gereken iki önemli nokta, yanma, vuruntu, güvenilirlik vebakım açısından, bujinin yeri ve tipidir. Kullanılması düşünülen sistemin tasarımı ilgilendiren boyutları,ilgili sistemden alınabilir.10.3 YAKIT SĠSTEMLERĠMotorun silindirlerine yanıcı karışımı sağlayan yakıt sistemleri de, ateşleme sistemleri gibi;,/bualandaki uzmanlar tarafından sağlandığından, ayrıntılarına girilmeyecek, sadece bazı önemliözelliklerine değinilecektir. Günümüz otomotiv motorlarında, karbüratör veya yakıt enjeksiyonsistemleri olmak üzere, iki tip yakıt sistemi kullanılmaktadır. Karbüratörlü ölçme sistemlerinin egzozemisyon standartlarını karşılayamaması sebebiyle, 1980 'lerin başından itibaren, otomobillerin çoğunda,ateşleme, yakıt ölçme ve diğer ilgili sistemleri kontrol etmek üzere, EEC (electronic engine control -elektronik motor kontrol) sistemi, yakıt ölçümü için de EFI (electronic fiıeL injection -elektronik yakıtenjeksiyonu) kullanılmaya başlanmıştır.Yakıt enjeksiyon sistemlerinden en iyi sonucun elde edilmesi genellikle, enjektörün yeri,tasannu ve zamanlaması konularında belirli bir deney süresini gerektirmektedir.10.3.1 YAKITIN VERDĠĞĠ ENERJĠMotorun faydalı (efektif) işinin ısı eşdeğeri;Qe=Pe (10.1)eşitliği ile belirlenebilir. Burada;Q s : güce dönüşen ısı, kj/s,-P e : fren gücü, kW, tır.Yakıtla sağlanması gereken ısı,

sonucunda sağlanan ısı aynı zamanda:(10.2) eşitliğiyle hesaplanabilir. Yakıtın, yanma odasında yakılmasıolduğundan, kullanılması gereken yakıt debisi;olacaktır. Burada;(10.3)m f : yakıt debisi, kg/s,Q : toplam ısı, kJ/s,H u : yakıtın alt ısı değeri, kJ/kg dır.Karbüratörlü motorlarda motorun hava debisi;(10.4)ve burada;d v : ventüri boğazının çapı, m,Cv : ventüri boğazındaki ortalama hava hızı, m/s,1 silindirli motorlarda Cv 75 m/s,2 veya 3 silindirli motorlarda Cv 100 m/s,4 veya daha çok silindirli motorlarda Cv 120 m/s,dir. Debi, motor hacmi cinsinden yazılırsa; \(10.5)olur. Burada;D . silindir çapı, m,H : strok, m,n : motor devri, 1/min,f: bir devirdeki iş zamanı sayısı, (dört zamanlı motorda 0,5, iki zamanlıda 1),z : silindir sayısı.dır.(10.4) ve (10.5) no'lu eşitliklerin yardımıyla ventüri boğazının çapı hesaplanabilir:(10.6)Hava ve yakıtın debileri;(10.7)(10.8)eşitlikleriyle hesaplanabilir. Eşitliklerde;

(10.9)(10.10;ve(10.11)(10.12)dir. Burada;a: havanın yoğunluğu, kg/m 2 ,r: yakıtın yoğunluğu, kg/m 2 .P 3 : atmosfer basıncı, Pa.P s : en dar kesitteki hava basıncı. Pa dırM a = λ (a/f) teo .m j . ■ (10.13)olduğu da dikkate alınarak düzenleme yapılacakolursa, ana meme çapı için;(10.14)eşitliği yazılabilir. Burada;C v : ventüri debi katsayısı, (C v 0,8),C mj : ana meme debi katsayısı, (C m j 0,85),A. : hava fazlalık katsayısı, (λ 0,9),(a/f) min : teorik hava/yakıt kütle oranı, (( a/f ) min 0,9),a : havanın yoğunluğu, (0,9 bar ve 10°C "de 1,1 kg/m 3 ),r : yakıtın yoğunluğu, (benzin için 740 kg/m'), tür.Yaklaşık değerler yerine yazıldığında,olmakta ve pratik olarak;eşitliği kullanılmaktadır.Diesel motorlarının enjeksiyon sistemindeki yakıt debisi;(10.15)eşitliğiyle hesaplanabilir. Burada;C; ;enjektör çıkışındaki akış katsayısı, « 0,6,Aj: toplam çıkış alanı, m", c nı ; ; çıkış hızı,m/s,

(10.16)r : yakıtın yoğunluğu, (diese! yakıtı için =* 830...850 kg/m 3 ),Pi : enjeksiyon basıncı, Pa,P e : silindirdeki dolgunun basıncı, Pa, dır.(10.15) ve (10.16) eşitlikleri, A i için düzenlenecek olursa:(10.17)olur.Bu durumda, enjektör meme deliğinin (veya deliklerinin) çapı;(10 18)dır.olacaktır. Burada;Z h :enjektör çıkışındaki delik sayısı,Diesel motorlarının enjeksiyon sistemindeki yakıt debisi;dir. Burada;m' ; motorun bir iş zamanında bir silindirine püskürtülmesi gereken yakıtmiktarı;(10.19)t i : püskürtme süresi;olduğundan, yakıt debisi eşitliği;(10.21)olacaktır. Burada;b s : özgül yakıt tüketimi, g/kWh,f : bir devirdeki iş zamanı sayısı, (dört zamanlı motorda 0,5, iki zamanlıda 1),z : silindir sayısı,i : krank açısı cinsinden enjeksiyon açısı, radyan, dır.

ÖRNEK PROBLEM 10.1Direkt enjeksiyonlu, dört zamanlı bir diesel motoru hakkında, aşağıdaki değerler bilinmektedir:P c = 200 kW,n e = 3000 1/min,b e = 230 g/kWh, z = 4,; = 20° krank açısı, tam gazda. P c = 60 bar,P, = 300 bar, r, = 850 kg/m 3Altı delikli (z h = 6) bir enjektör için delik çapını hesaplayınız.ÇÖZÜMYakıt debisi;deliklerin toplam kesit alanı;ve bir deliğin çapı;Bir silindire bir çevrimde hacimsel olarak püskürtülen yakıt miktarı;(10.22)eşitliğiyle hesaplanabilir. Püskürtülen yakıt hacminin, pompa plancırının yer değiştirme hacmine oranı"sevk verimi''' .(η d ) olarak bilinmektedir.Uygulamada, sevk verimleri, η= 0,7...0,9 arasında değişmektedir.Geri dönüş yakıtı, aşın yük ve soğuk havalarda güvenilir ilk hareket gereksinimleri dikkatealmak üzere, pompanın tam kapasitesi;(10.24)alınmaktadır. Pompa plancırının strok çap oranına x pı denirse;

(10.25)Bu durumda, pompanın ana boyutları belirlenebilir;buradan;'(10.26)(10.27)olur.Uygulamada, pompa plancırının strok çap oranı; x pi = 1,0... 1,7 arasında değişmektedir. Ancak, plancırçapı 5 mm 'den az olmamalıdır. Normal emişli motorlarda,0,065...0,08 arasındadır.ÖRNEK PROBLEM 10.2Örnek 10. T’ deki motor için gerekli yakıt enjeksiyon pompasının plancır çapını ve strokunu hesaplayınız.ÇÖZÜM•Yakıt debisi;Örnekte, sevk verimi η d = 0,8, komple sevk miktarı v p = 3 v d , plancırm strok/çap oranı x pi = 1,0 kabuledilmiştir. Bu durumda;ve

1 Ü.4 SOĞUTMA SĠSTEMLERĠPistonlu içten yanmalı motorlarda, yanma odasında iş yapan gazların sıcaklıkları, zamana bağlıolarak o kadar hızlı değişmektedir ki, soğutma olmasa bile, gazların silindirdeki genişlemelerine bağlıolarak soğumaları, egzoz ve radyasyon ısı kayıpları nedeniyle, yüzey sıcaklığı hiçbir zaman maksimumçevrim sıcaklığına ulaşamaz. Ancak, bu sıcaklıklar bile çok yüksektir ve maksimum çevrimsıcaklıklarının yapısal özelliklerle sınırlandırılmış olması gerekmektedir. Bu yüzden pistonlu içtenyanmalı motorlar her zaman soğutma sistemleri ile donatılarak, silindir, piston, supap ve diğer' ilgiliparçaların sıcaklıkları kontrol edilir.Çizelge 10.1 'de, pistonlu içten yanmalı motorlarda yakıttan elde edilen enerjinin, yaklaşıkyüzdelerle nerelere harcandığına ilişkin bir örnek görülmektedir.Soğutma, silindir içerisindeki gaz sıcaklığının, silindir yüzey sıcaklığının üzerine çıktığı zamankiısı akışı ile gerçekleşmektedir.Pratikte, soğutucu yeterince hızlı bir şekilde devridaim yapmalı ve böylece motordan geçişisırasındaki sıcaklık artışı, sıvı soğutmalılarda 10...15°C ve havaÇizelge 10.1 Pistonlu içten yanmalı bir motorda ısı dengesisoğutmalılarda 20...40° C 'yi geçmemelidir. Düşük soğutucu sıcaklığının tek avantajı, sıcak yüzeylerinsıcaklıklarının düşmesi ve hacimsel verimin artmasıdır. Diğer yandan, soğutucu sıcaklığının düşmesi ile,silindir gömleği kayıpları, ısıl gerilimleri ve eğer varsa, radyatör boyutları artacaktır. Sıvı ile soğutmayapıldığında soğutucu sıcaklığı genellikle kaynama sıcaklığının altında tutulmaktadır. Modemuygulamalarda ise, soğutma sistemi içerisindeki kaynama noktasını yükseltmek için, basınçlı soğutmasistemleri kullanılmaktadır. Radyatör kapasitesinin küçültülmesi gereken durumlarda, yüksek kaynamanoktalı sıvılar kullanılmaktadır.Taşıt motorlarının su ceketlerinden dolaşacak yeterli düzeyde su ile, suyun belirli bir zamaniçerisindeki geçiş miktarı, giriş ve çıkış sıcaklıklarını ölçebilecek bir düzenlemenin yapılmasıgerekmektedir.Şekil 5.2 "de, basit bir soğutma suyu düzenlemesi görülmektedir. Bu düzenlemede, soğutmasuyunun sadece hızı değiştirilebilen bir pompa yardımı ile devridaim yapması sağlanmıştır.Radyatörün kapasitesi, pompanın kontroluna da bağlı olarak arzu edilen su sıcaklığına uygun düzeydeolmalıdır. Gerektiğinde, hızı değiştirilebilen bir vantilatör kullanılarak radyatörün de soğutulmasısağlanabilir.Modem taşıt motorlarında, çabuk ısınmayı sağlamak ve motor sıcaklığım kontrol etmek için,tormostatik kontroller düzenlenmektedir. Soğutma suyu sıcaklığı, kaynama noktasının hemen altındaiken motor verimi maksimumdur. Sıcak çalışma aynı zamanda yakıtın yoğunlaşmasını azaltarak, emme

manifoldundaki dağıtımını kolaylaştırmakta, özgül yakıt tüketimini ve silindir aşıntısını daazaltmaktadır Motorun çabucak ısıtılması, maksimum gücün mümkün olan en kısa zamandaüretilebilmesine ve yağlama yağının viskozitesini düşürerek, piston sürtünmesinin azalmasına, mekanikverimin artmasına sebep olur.Şekil 5.2 Basit bir soğutma suyu düzenlemesiSoğutma suyu sıcaklığının 20°C 'den 90°C 'ye kadar yükseltilmesi ile, güçte % 10 dolayında birartış olmaktadır. Bu kazancın çoğu, piston sürtünmesindeki azalmadan dolayı olmaktadır, İmalâtçıların,piston tasarımı, piston basınçları ve piston hızı ile yakından ilgilenmelerinin nedeni de budur. Motorunısınması sonucu, içeriye alman karışımın kütlesinin azalması nedeniyle olan kayıp ile, güçteki kazançkısmen birbirini dengelemektedir. Ortalama efektif basınç, % 3 kadar azalmaktadır. Sonuç olarak, sıcakçalışan bir motorun güç ve verimindeki net kazanç, % 5...% 8 dolayındadır.Son zamanlardaki içten yanmalı motor denemeleri, motoru yüksek sıcaklıkta çalıştırıp, düşükviskoziteli yağlama yağlan kullanmak ve sürtünme kayıplarını azaltarak maksimum gücü elde etmekyolundadır. Sıcaklık nedeniyle hacimsel verimdeki azalmayı en az düzeyde tutmak amacı ile: soğukhavanın motor haznesi dışından motora alınması için düzenlemeler yapılmış ve böylece daha büyükkütledeki oksijen alınması ile güçte % 15 kadar bir artış sağlamıştır.10.6 SOĞUTMA SUYU KAPASĠTESĠSilindir yüzeylerinden, kapağından ve diğer parçalardan soğutma suyuna geçen ısı şu formüllehesaplanabilir:(10.28)Burada:O w : soğutma suyuna geçen ısı, kj/'s,m w : soğutma suyu debisi, kg/s,

dır.t 1 : giriş sıcaklığı, °C,t 2 : çıkış sıcaklığı, °C,Cp : soğutma suyunun özgül ısısı, 4,187 kJ/kg °CSoğutma ile kaybedilen ısı, motorun tipi, ısıl verimi ve yakıt türüne bağlı olarak değişmeklebirlikte, yaklaşık olarak sisteme verilen ısının % 28 i kadardır. Buna göre soğutmanın aldığı ısı:(10.29)dolayında olacaktır. Burada;Q w : soğutma suyuna geçen ısı, kj/s,0.28: soğutmaya kaybedilen ısı yüzdesi,b e : özgül yakıt tüketimi, g/kWhH u : yakıtın alt ısı değen, kJ/kg P e :efektif güç, kW tır.ÖRNEK PROBLEM 10.230 kW gücündeki bir benzin motorunda, soğutma suyu sıcaklıklarının girişte 15°C, çıkışta 80°Colması gerekiyorsa ve motorun özgül yakıt tüketimi 310 g/kWh ise, soğutma suyunun debisi ne olmalıdır?10.5 YAĞLAMA SĠSTEMLERĠBilindiği gibi, motor yağlama sisteminin amacı, sürtünme ve aşınmayı azaltmak, aşınmayoluyla açığa çıkan parçacıkları kartere indirmek ve çalışan parçalan bir ölçüde soğutmaktır. Basınçlıyağlama sisteminde bulunan genellikle dişli tip bir yağ pompası, karterde bulunan yağı bir süzgeç veemiş borusu üzerinden emerek, bir yağ kanalından yağ filtresine basar, Şekil 10.5. Yağ basıncınınayarlanması, pompa gövdesindeki bir basınç supabı aracılığıyla sağlanır. Bu supap, sistem üst basıncınaerişildiğinde yağ deposuna dönüş kanalını açar.Yağ filtreleri;

a) Kısmi akışlı (bypass) filtreler,b) Tam akışlı filtreler,olmak üzere iki tiptir. Kısmı akışlı (bypass) filtreli sistemlerde, pompadan çıkan yağ iki kola ayrılır.Kollardan birinden akan yağ filtreden geçerken, diğerinden akan yağ doğrudan doğruya motoragönderilir. Şekil 10.5 'te görülen sistem, kısmı akışlı filtreli bir sistemdir. Tam akışlı filtrelerde ise,motora pompalanan yağın tamamı filtreden geçer. Tam akışlı filtrelerde, filtrenin tıkanmasıdurumundaki akışı sağlamak üzere, bir bypass valfı bulunur.Yağ filtreleri genellikle kapalı bir muhafaza içerisindeki kağıttan yapılmış, yıldız şeklindekatlanan bir filtre elemanından oluşmaktadır ve değiştirilebilirler. Filtre edilen yağ, filtreden ana yağkanalına ulaşır.Motorun hareket eden parçalan, basınçla veya püskürme yoluyla yağlanır. Silindir bloğundakiyatay ana yağ kanalı (galerisi), deliklerle krank milinin ana yataklarına bağlanmıştır. Bir kısım yağ,yatak yağ boşluklarından geçerek hareketli parçalara püskürtülürken, bir kısmı da ana ve biyel muylusuarasındaki deliklerden geçerek biyel muylusuna ulaşır. Biyel üzerindeki bir delikten fışkıran bir miktaryağ, silindir yüzeylerini yağlar. Birçok motorun biyelinde bulunan boydan boya bir delikten geçen yağ,piston ve silindirler için ilave bir yağlama sağlar. Yağ, aynı zamanda, yatay ana yağ kanalından ayrılandüşey bir kanal (galeri) dan geçerek kam miline ulaşır ve kam mili boyunca açılmış olan deliktengeçerek kam mili yataklarını ve supap mekanizmasının diğer elemanlarını yağlar. Yağlama göreviniyapan yağ, tekrar kartere dökülür.Şekil 10.5 Basınçlı yağlama sistemiGerekli yağ debisi, motorun boyutları, hızı ve diğer bazı tasarım faktörlerine bağımlıdır. Önemlisorulardan biri, pistonların yağ ile soğutulmasının gerekli olup olmadığıdır. Ancak, aşıntı ve güvenlikgibi gerekçelerle, tasarım pompa kapasiteleri teorik değerleri ikiye katlamalıdır.Motorun yağlama yağı debisi, motordan yağ tarafından uzaklaştırılan ısı miktarı (O o) ileilişkilidir. Isı analizi sonuçlarına göre bu ısı miktarı, yakıtla sağlanan ısının % 1,5...% 3.0 'ü kadardır.

(10.30)eşitliği ile belirlenebilir. Burada:Q yakıtla sağlanan ısı ( Q = m f H u ) kJ/s dırYağlama yağı ile taşman ısının tanımlanmış değerlerinde, yağ debisi;ve burada;(10.31)V os : yağ debisi. m 3 /s,o : yağın yoğunluğu, ( 900 kg/m 3 ),C,, : yağın ortalama özgül ısısı, ( 2,094 kJ/kgK),T 0 : yağın motorda dolaşması sırasındaki sıcaklık değişimi, ( 10... 15 K), dir.Sistemdeki yağ basıncını kararlı düzeyde tutabilmek için, yukarıda belirlenen debi değerinin ikikatı alınır:V OS = 2 V O(10.32)Yağ kaçakları nedeniyle, yağ pompasının sevk verimi (η od ) de dikkate alındığında, pompanıntasarım yağ debisi;DFDD(10.33) olacaktır.Uygulamada, yağ pompası verimleri. η od = 0.6...0.8 arasında değişmektedir.Pompayı döndürmek için gerekli güç (P op ) ise;(10.34)P op : tasarım pompa gücü, kW,V od : tasarım yağ debisi. m 3 /sP omax • sistem yağ basıncı. Pa.η mp : pompanın mekanik verimi, dir.Uygulamada genellikle:sistem yağ basınçları, P = om:lx 3p...7 bar.yağ pompalarının mekanik verimleri. η od = 0.6...0.8karter yağ kapasiteleri 3...7 litre kadardır.10.6 POZĠTĠF KARTER HAVALANDIRMA SĠSTEMLERĠMotorun, pistonun karterdeki gazlara harcayacağı sıkıştırma işini azaltmak, kartere kaçanyanmamış karışım ve yas buharlarının atmosfere atılmadan tekrar motora dönmesini sağlamak üzere,

pozitif karter havalandırma (positive crankcase ventilation - PCV) sistemlerinin kullanılması yasalzorunluluktur. Sekil 10 6 'da, bövle bir sistem görülmektedir.10.7 MARġ SĠSTEMĠMarş sistemi, motorun ilk harekete geçirilmesini sağlayan marş motoru ve ona kumanda edensistemden oluşmaktadır. Motorun ilk harekete geçirilebilmesi için, buji ile ateşlemeli motorlarda 60...100 1/min, diesellerde 80...200 1/mın kadarlık bir devir yeterli olabilmektedir. Volan dişlisinin diş sayısı,marş motorunun pinyon dişlisinin diş sayısının 10/1-...20/1 katı kadardır. Pinyon dişlilerinin diş sayılarıgenellikle 9, 10, 11 dır. Örneğin, marş motorunun şaftı ile krank mili arasında 15/1 kadarŞekil 10.6 Pozitif karter havalandırma (PCV) sistemiredüksiyon olması durumunda, marş motoru 3000 1/min hızla döndüğü zaman krank mili 200 1/min hızladönecektir ki bu da motoru ilk harekete geçirmek için yeterlidir. Motor çalıştıktan sonra pinyon dişlivolandan mutlaka ayrılmalıdır. Ayrılmayacak olursa, motorun 3000 1/min hızla dönmesi halinde, 15/1oranından dolayı, marş motoru 45000 1/min hızla dönmek zorunda kalacaktır ki, bu da marş motorunudağıtmak için yeterlidir. Marş sistemleri de bu konudaki uzmanlar tarafından tasarlanmakta veüretilmekte olduğundan, tasarımcının yapması gereken iş yalnızca tasarımını yaptığı motora uygun birsistemi seçmektir.Marş motorunun uygulaması gerekli moment, Nm olarak;ve burada;F c : sıkıştırma strokunda. ÜÖN 'ya 25° kala pistona etki eden gaz kuvveti, N, c m: ortalama piston hızı, m/s, co : açısal hız, rad/s, dir.(10.35)(10.36)

(10.36)olacaktır. Burada,n s : marş motorunun krank milini çevirme devir sayısı, ( 100 1/min), dir.Taşıtlarda genellikle 12 V 'luk sistemler kullanıldığından, seçilecek marş motoru da doğalolarak, 12 V seri sargılı DC motor olacaktır.Marş motorunun verimi rj s ile irade edilirse, bataryanın sağlaması gerekli güç;Pb=P/n s (10.37)olacaktır. Marş sırasında 12 V 'luk bataryanın gerilimi, V smotorunun çekeceği akım (I b ), amper olarak;10 V 'a düşmektedir. Buna göre, marşIb = Pb/ V s (10.38)dir. Batarya kapasitesi, bu akımı yeterli bir süre sağlayabilecek düzeyde (ör. 15...20 dakika) olmalıdır.Otomotiv alanında 5 ... 200 Ah'e kadar kapasitelerde aküler kullanılmaktadır.10.8 CONTALARConta ve yalıtıcılar, bütün motorlarda kullanılan ve çok önemli fonksiyonlar üstlenenparçalardır. Şekil 10.7'de, altı silindirli bir motorda kullanılan çeşitli contalar görülmektedir. Conta veyalıtıcı tasannu, başarılı motor tasarımı için önemlidir.Silindir kapak contaları, silindir bloğu ve kapak arasında yanma odasını ve su geçiş kanallarınıuygun biçimde yalıtmak üzere kullanılırlar. Otomotiv buji ile ateşlemeli motorlarında kullanılan silindirkapak contaları genellikle bakır-asbest tiptedir. Silindir çapı 150 mm 'den küçük bazı diesel motorlarındada aynı tıp contalar kullanılmaktadır. Silindir çapı 150 mm 'den büyük ve bazı küçük diesel motorlarında,her yanma odasını yalıtmak için, bakır, alüminyum veya yumuşak çelikten metal halka tipi contalarkullanılmaktadır. Ayrıca, silindir bloğu ve kapak arasındaki su geçiş kanallarını yalıtmak üzere de,neoprene veya benzeri sentetik lastik yumuşak contalar kullanılır.Şekil 10.7 Altı silindirli bir motorda kullanılan çeşitli contalar

Contaların görevlerini başarıyla yapması, yüzeylerin düzgünlüğüne, contanın her yerinin yeterlive aynı oranda sıkıştırılmasına ve dolaysıyla silindir kapak cıvatalarının yerleştirilme düzenine bağlıdır.Yaş gömleklerde ve diğer su geçişlerindeki yalıtım için, genellikle sentetik lastik O-ringlerkullanılmaktadır. O-ring kullanımında dikkat edilmesi gereken özellik, lastiklerin kolaylıklasıkıştırmaması nedeniyle, oyuk kesit alanının ringin kesit alanından hafifçe büyük yapılması gerektiğidir.O-ringlerde yalıtım, kesitin biçim bozulması ile başarılmaktadır. O-ringler, uygun seçim ve takmahalinde, hareketsiz parçalar arasındaki statik yalıtım için çok elverişlidir.Su pompalan, şaftlar gibi hareketli parçalar arasındaki yalıtım için O-ringler uygun değildir. Bukısımlardaki yalıtım için, yağ keçesi olarak adlandırılan ve uzman firmalarca üretilen, radyal dudaklıesnek yalıtıcılar kullanılmaktadır. Metal bir muhafazaya yerleştirilmiş olan esnek yalıtıcı çevresel dudak,dönen parçaya sürekli temas ederek yalıtımı sağlar. Dudağın dönen parçaya temasına yardımcı olmaküzere bu yalıtıcıların içerisinde bazen bir yay da kullanılır.Krank haznesinin iki ana elemanının civatalandığı bölgelerdeki yalıtım için, birbiriyle temaseden yüzeylerin düzgünlük ve doğruluğu çok önemlidir. Krank milinin krank haznesinden dışarıyaçıktığı kısımlarda, bir yağ fırlatma diski ile birlikte, yumuşak conta veya helisel geri dönüş kanalıkullanılır.Mantar, asbest, keçe, kağıt, vb. malzemelerden yapılmakta olan yumuşak contalar, karter, supompalan, külbütör kapaklan, marş motorları, vb. çevresinden olabilecek yağ sızıntılarını önlemekamacıyla kullanılmaktadır. Bu contalar, yüksek basınç veya yüksek sıcaklık olan bölgelerdeki yalıtımiçin uygun değildir.