MOTORLARDA GÜÇ VE VERİM
A-) GÜÇLER
A.l. Ön bilgiler
Motor güçlerinin neler olduğunu ve hesaplamalarına geçmeden önce hesaplamalarda kolaylık olması için bazı teknik bilimleri ve tanımlan hatırlamakta fayda vardır.
a-) Piston çapı ve kursu
Bir motorun ölçüleri, piston çapı ve kursu (A.Ö.N. ile Ü.Ö.N. arasındaki piston yolu) ile ifade edilir. Çeşitli hesaplamalarda piston çapı cm kursu ise cm veya
birimleri ile kullanılır.
b-) Kurs Hacmi
Pistonun A.Ö.N. dan Ü.Ö.N. ya kadar yaptığı harekette silindir içinde yaladığı hacme, kurs hacmi denir. Kurs hacmini hesaplamak için piston yüzey alam (A) ve kursu (L) bilmemize gerek vardır. Değişik yapıdaki pistonlarda bile piston yüzey alam bir daire olarak kabul edilir ve hatırlanacağı gibi şu formüllerle bulunur:
A = P * D2 / 4 ........................... cm2 (tam çap cinsinden)
A = P * r2 ........................... cm2 (yarı çap cinsinden)
Bir silindirin kurs hacmi:
Vh = P * D2 * L / 4 ............... cm3
Motorun toplam kurs hacmi:
Vt = P * D2 * Z / 4 ............... cm3
Örnek l:
Silindir çapı 108 mm, kursu 120 mm olan 4 silindirli Perkins -4.270 motorun toplam kurs hacmi ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
D =108 mm Vt = ? Vt = P* D2 * L * Z / 4
Çözüm:
Vt = 3.14* 10.82 * 12 * 4 / 4 = 4395 cm2 = 4.395 lt
c-) Ortalama İndike Basınç
Motorlarda güç hesaplaması yapılırken yanma sonunda meydana gelen en yüksek basınç dikkate alınmaz. Çünkü, bu basınç iş zamanında hacim büyümesi sonucunda hızla düşer. Bu nedenle motor gücünün hesaplanmasında ortalama indike basınç (Pmi) kullanılır. Bu basınç, motordan indikatör aletiyle elde edilen diyagramdan bulunur.
Çeşitli motorlarda yapılan deneyler sonunda ortalama indike basıncın şu değerler arasında olduğu saptanmıştır:
Benzin motorlarında ........................................... Pnıi 7-9 kg/cm2
Dizel motorlarında ............................................. Pmi 6-8 kg/cm2
İki zamanlı motorlarda ........................................ Pmi 3-5 kg/cm2
Ayrıca motor gücü, devir sayısı ve kurs hacmi bilinirse ortalama indike basınç şu formüllerle bulunabilir:
Pmi = 900 * Ne / n * Vt ....................................... dört zamanlı motorlar için
Pmi = 450 * Ne / n * Vt ....................................... iki zamanlı motorlar için
NOT: Bu formül, güç formüllünden çıkarılırken basınç kg/cm2 yerine kg/m2 ve hacim de dm3 yerine m3 alınır. Buna göre değerler yerine yazılır ve sadeleştirilirse dört zamanlı motorlarda 900 ve iki zamanlı motorlarda 450 rakamları bulunur.
Örnek 2:
62 beygir gücündeki 4 zamanlı perkins - 4.270 dizel motorunun kurs hacmi 4,4 litredir. Azami devri dev/dak olan bu motorun ortalama indike basıncı ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
Ne : 62 BG Pmi = ? Pmi = 900 * Ne / n * Vt
Vt = 4,4 it
n = 2000 dev/dak
N = 2000 dev/dak = 900*62 / 2000*4,4 = 6,34 kg / cm2
d) Motor Devirt Sayışı
Motor devir sayısı denince akla , krank milinin bir dakikadaki dönme sayısı gelir . Motorlarda devir sayısı belli bir devire kadar arttırılırsa güç yükselir. ancak yüksek devirlerde hareketli .parçalardaki sürtünme ve aşınma artar . Ayrıca piston ve biyelin atalet kuvvetleri de artar. Ayrıca piston ve biyelin atalet kuvvetleri de artar. Bu nedenle motor ve taşıtın ömrü bakımından devir sayısı belli bir değerde sınırlandırılmıştır ki bu devire REJİM HIZI denir.
e) Piston Hızı
Hareket eden her cismin bir hızı olduğu gibi, silindir içinde hareket eden pistonun da hızı vardır. Krank mili, kam mili gibi dairesel hareket yapan parçalarda hızın sıfır olduğu nokta olmamasına karşın, piston gibi doğrusal hareket yapan parçalarda hız , ölü noktalarda sıfırdır. Yaklaşık olarak kursun ortalarına doğru en yüksek değerine erişir. Bu nedenle hesaplamalarda ortalama piston hızı dikkate alınır.
Ortalama piston hızının hesaplana bilmesi için , motor devir sayısının ( n ) ve kursun (L) bilinmesi gerekir.
Vm = 2*L*n / 60 = L* n / 30 .................................. m/sn
Örnek 3:
Kursu 120 mm ve devir sayısı 2000 dev / dak olan bir dizel motorun ortalama piston hızı ne kadardır ?
Verilenler İstenen Formül
L =120 mm Vm = ? Vm = L*n/30
n = 2000 d/d
Çözüm : Vm - 0,12 * 2000 / 30 = 8 m/s
Kurs ve devir sayısı arttıkça ortalama piston hızı da artar.
f) İş ve Güç
Tatbik edilen bir kuvvet etkisiyle cisimlerin yer değiştirmelerine iş denir. İş; itme ve çekme şeklinde olur.
İşin formülü :
İş = kuvvet * yol .......... birimi kgm ‘dir.
Güç mevzubahis olduğundan işin yapıldığı dikkate alınır yada diğer bir deyimle, birim zamanda yapılan işe güç denir.
Gücün formülü:
Güç = İş / zaman = kuvvet * yol / zaman ......... birimi kgm/s
Motorun iş yapma hızı beygir gücüyle ölçülür.
Beygir gücü (BG): bir saniyede yapılan 75 kgm ‘lik işe denir.
Beygir gücünün diğer güç birimleriyle karşılıkları:
l BG = 75 kgm/s
l BGS = Beygir saat = 75 * 3600 = 270000 kgm
İ BG = 0,736 kw
1 kw = l,36BG
l kcal = 427 kgm
l BGS = 632 kcal
A.2. İndike ( İç ) Güç, Tanımı ve Hesaplanması
Yakıtın ısı enerjisinin mekanik enerjiye dönüşmesini ilk basamağı silindirin içidir. Bu nedenle motor silindiri içinde meydana gelen güce iç güçtür.
Pratik çalışmalarımızda bizi ilgilendiren güç, faydalı güçtür. Ancak gücün ne olduğunu bilmemiz de fayda vardır. Çünkü, indikatör kuvvetleriyle yapılan ilmi deneyler, dizel motorlarını etkisini arttırmada bir hayli faydalı olmuştur. Böylece, enjektörler ve yanma duvarı çizimlerinde ve yapımlarında bir çok değişiklikler yapılmıştır.
İç gücün hesaplanabilmesi için, indikatör aletiyle çizilen diyagramdan faydalanarak ortalama iç basıncın bulunması gerekir. Ortalama iç basınç ve diğer değerlerle aşağıdaki formül kullanılarak motorun gücünü hesaplamak mümkündür.
Ni = Pmi * L * A * n * Z / 2 * 60 * 75 ........... BG (dört zamanlı motor için)
Ni = Pmi * A * n * Z / 60 * 75 ..................... BG (iki zamanlı motor için)
Burada:
Ni = İç güç ........................................................ BG
Pmi = Ortalama indike basınç............................... kg/cm2
L = Kurs ............................................................ m
A = Piston yüzeyin atanı..................................... cm2
n = devir sayısı .................................................. d/d
Z = Silindir sayısı............................................... adet
Örnek 4:
Dakikada 2800 devirle çalışan, 98 mm piston çaplı ve 127 mm kurslu 4 zamanlı, dört silindirli bir dizel motorun ortalama indike basıncı 6,6 kg / cm2 bu motorun iç gücü ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
Pmi = 6,6 kg/cm2 A = ? A = P*D2/4
n = 2800dev/dak Ni = ? Ni = Pmi * L * A * n * Z/2*60*75
D = 98 mm
L = 127 mm
Z = 4
Çözüm: A = 3,14 * 9,82 / 4 = 75,4cm2
Ni = 6,6 * 0,127 * 75,4 * 2800 * 4 / 2 * 60 * 75 = 78,6 PG
A.3. Fren Beygir Gücü (Faydalı Güç), Tanımı Ve Hesaplanması
Motorun krank mili ucundaki kasnak veya volandan bir fren düzeni ile ölçülen güce, FREN BEYGİR GÜCÜ denir. Bu güç , iç güçten % 25 kadar daha küçüktür. İkisi arasındaki bu fark, sürtünmelere ve su pompası, yağ pompası, yakıt pompası, şarj dinamosu vb. motorun çalışması için gerekli olan parçalara harcanan enerjiden ileri gelmektedir.
Güç ölçümünde kullanılan cihazlara genel olarak dinamometre denir. Ancak dinamometreler direk olarak gücü değil, gücün hesaplanmasına yarayan kuvveti veya torku (momenti) ölçerler.
Faydalı gücün bulunmasında kullanılan dinamometreler;
a) Prony freni,
b) Hidrolik dinamometre,
c) Elektrikli dinamometredir.
Bunlardan başka taşıtlar üzerindeki motor gücünü doğrudan doğruya ölçebilen şasi dinamometreleri de vardır. Ancak bu cihazlar, gücü tekerleklerden ölçerler. Bu nedenle vites kutusu , kardan mili ve diferansiyelde kayıplara uğrayan güç, motor volanından ölçülen güçten daha küçüktür.
a. Prony Freni İle Faydalı Gücün Ölçülmesi ve Hesaplanması
En eski ve en basit güç ölçme cihazıdır. Azami gücü 100 BG ne kadar ve devir sayısı da 1000 dev/dak geçmeyen motorlara uygulanabilir. Bu sistemde, Şekil-1 de görüldüğü gibi motor volanını saran frenleme şeridinin içinde sürtünme katsayısı yüksek frenleme pabuçları frenleme miktarını saptayan baskül ve bağlantı kolları vardır.
Motor tam gazda ve yüksüz olarak en yüksek devire çıkarılır. Sıkma vidalan yavaş yavaş sıkılarak motor yüklenir. Motorun devri düşmeden çekebileceği en fazla yük baskülde bulunur. Saptanan değerler aşağıdaki formüle uygulanarak motorun faydalı gücü hesaplanır.
Ne = 2P * P * R * n / 60 * 75 ......................... BG
Burada :
Ni = Fren beygir gücü (faydalı güç) ...................................... BG
P = Baskülde okunan yük .................................................... Kg
R = Volan ekseni ile baskül ekseni arasındaki uzaklık ..... m
n = Motor devri .................................................................... d/d
2P = Volandaki moment ile baskül bağlantısındaki momentlerin
sadeleştirilmesinden kalan değer
60 = d /d ' yi d / sn 'ye çevirmek için
75 = sonucu beygir gücü cinsinden bulabilmek için
Bu formüldeki 2P / 60 * 75 değeri sadeleştirilip
2 * 3,14 / 60 * 75 = l / 716 olarak yerine yazılırsa Formül :
Ne = P * R * n / 716 ..................................................................... BG olur.
Örnek 5:
Dakikada 900 devirde çalışan bir motor prony freninde denenmektedir. Prony freninin kol uzunluğu 1,432 m , baskülde okunan yük 30 kg olduğuna göre bu motorun faydalı gücü ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
P = 30 kg Ne = ? Ne = P * R * n / 716
n = 900 d / d
R =1,432 m
Çözüm :
Ne = 30 * 1,432 * 900 / 716 = 54 BG
b. Hidrolik Dinamometreler
Bunlara su freni de denir. Çünkü bu dinamometrelerde devreden sıvı daima sudur. Hidrolik dinamometrelerde frenleme; motor volanına bağlanan bir rotor üzerindeki kanatçıkların, cihazın içine gönderilen suya çarpması sonucunda oluşur. Frenleme sonucunda oluşan moment miktarı saptanarak motorun gücü ölçülür. 3000 BG ne kadar olan motorların güçleri bu dinamometreler ile ölçülebilir.
c. Elektrikli Dinamometre ile Faydalı Gücün Ölçülmesi ve Hesaplanması
Bir çok laboratuarlarda motor gücün ölçülmesinde elektrikli dinamometreler kullanılır. Bu cihaz, güç ölçümü sırasında motor tarafından döndürülen bir elektrik dinamosu veya jeneratördür. Denemede dinamonun ürettiği akım miktarı; dinamoyu döndüren motor gücünün ölçülmesini sağlar.
Şöyle ki: Motor tam yükte iken dinamonun ürettiği akımın volt ve amperini ölçerek watt'ını ve kilowatt'ını buluruz.
Watt = E*I buradan Kwatt = E * I / 1000
Sonucu BG olarak bulmak için ;
l Kwatt = 1,36 BG olduğundan,
Ne = (E*I/1000)*1,36 ................................................. BG olur.
Örnek 6 :
Gücü ölçülecek bir motor, elektrik dinamosuna bağlanarak tam yükte çalıştırılmaktadır. Bu çalışma sonucunda dinamo 5000 volt ve 10 amperlik bir akım üretmektedir. Bu motorun faydalı gücü ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
E = 5000 volt Ne = ? Ne = (E*I/1000)*l,36
1= 10 amper
Çözüm:
Ne = (5000*10/1000)*1,36 = 68 BG
B. MOTOR VERİMLERİ
B.l. Verimin Tarifi
Verim, elde edilen sonuç ile bu sonucu elde etmek için harcanan çaba arasındaki oranı ifade eder. Başka bir deyimle, motordan alınan gücün verilen güce oranının yüzde olarak ifadesidir.
Verim daima % 100 den azdır. Çünkü, silindir içinde yakılan yakıtın ısı enerjisinin çoğu yanmadan sonra kaybolur.
B.2. Verim Çeşitleri
Verimler çeşitli şekilde değerlendirilirse de, konumuz ile ilgili olan başlıcaları şunlardır:
a) Mekanik verim
b) Termik verim
c) Hacimsel (volümetrik) verim
a. Mekanik verim:
Fren beygir gücünün (faydalı gücün ) iç güce oranı bize mekanik verimi verir. Bu ifade formüle edilirse
Mekanik verim = fren beygir gücü / iç güç h m = Ne / N, olur.
Mekanik verim piston üzerinden elde edilen gücün krank mili ucundan alıncaya kadar olan kaybım gösterir. Çünkü, silindir içinde yanan yakıtın meydana getirdiği iç güç, krank milinden faydalı güç olarak alınıncaya kadar bir çok mekanik kayıplara uğrar. Buna neden, silindir duvarlarına dayanan piston ve segmanların sürtünmeleri, yataklardaki sürtünmeler, supap sistemleri, su, yağ ve yakıt pompalan, bloverler ve aşırı doldurma düzenlerine yapılan harcamalardır. Bu kayıplar bazen sürtünme beygir gücü (Ns) olarak da ifade edilir.
Mekanik verim motorun kullanılmasıyla ilgilidir. Örneğin, motorun bakımı, yağlama durumu, yükü ve soğutma suyunun sıcaklığı mekanik verilere etki eder. İki zamanlı motorların mekanik verimleri, dört zamanlı motorların mekanik verimlerinden biraz daha azdır.
Örnek 7:
Belirli bir devirde 70 fren beygir gücü veren bir motor, yakıtsız olarak aynı devirde döndürülmek istendiğinde 30 beygir gücüne gerek duymaktadır. Bu motorun mekanik verimi ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
Ne = 70FBG Ni = ? Ni = Ne+Ns
NS = 30BG hm=? hm= Ne/Ni
Çözüm:
Ni = 70 + 30 = 100 BG
hm = 70/100 = %70 olur.
b. Termik verim
Termik verim; yakıtın yanması sonucunda oluşan ısı enerjisine karşılık, motorun bu enerjiyi faydalı iş haline sokma oranıdır.
Yanma sonunda oluşan ısı enerjisinin büyük bir kısmının soğutma ve yağlama sistemi ile, yanmış egzoz gazları tarafından motordan uzaklaştırıldığını biliyoruz. Bu nedenle ancak geriye kalan ısı motorlardan güce dönüşe bilir. Örneğin bir dizel motorun ısı dağılımı şöyledir:
Silindirde yanan yakıtın oluşturduğu ısı miktarını 100 kabul edersek,
Fren beygir gücü (faydalı güç)......................................... 37
Soğutma suyu kaybı........................................................... 27
Egzoz gazları kaybı............................................................ 28
Sürtünmelerle kaybolan..................................................... 08
Termik verimin formülle ifadesi;
Termik verim = Faydalı güç (Kcal olarak) / yakıtın verdiği ısı (Kcal olarak)
ht = Ne * 632 / B * Hu olur.
Burada:
Ne = Faydalı güç ................................................................................
.... BG
632 = 1 BGS'nin Kcal olarak eş değeri ....................................................
B = Motorun l saatte harcadığı yakıt miktarı ....................................... kg
Hu = Yakıtın yanma ısısı.......................................................................... Kcal/kg
Not: Motorinin yanma ısısı 10000 ile 10500 Kcal / kg' dır.
c. Hacimsel Verim
Aşın doldurma olmayan bir motorda, emme zamanında silindire alınan havanın hakiki hacminin pistonun silindirde boşalttığı hacme oranı hacimsel verimi verir.
Hacimsel verimin formülle ifadesi:
Normal şartlarda silindire alınan hava hacmi
Hacimsel verim = ----------------------------------------------------------
Pistonun silindirde boşalttığı hacim
Genellikle çalışan normal devirle çalışan dört zamanlı motorların hacimsel verimi % 80 civarındadır. Motorun devri yükseldikçe, supapların açık kalma zamanı kısalacağından bu verim %50 'ye kadar düşer.
B.3. Özgül Yakıt Sarfiyatı
Motorun bir beygir saat başına harcadığı yakıt miktarına, özgül yakıt sarfiyatı denir. Formülü:
be= 1BG * 632 / Hu * hg ................................................ gr / BGS
Burada:
be = Özgül yakıt sarfiyatı............................................................. gr / BGS
632 = l beygir saatin Kcal olarak ısı eş değeri
Hu = Akıtın yanma ısısı ............................................................... Kcal / kg
hg = Genel tesir derecesi (harcanan yakıtın)
Motorun yük durumuna göre değişen özgül yakıt sarfiyatı, en doğru olarak fren denemelerinde saptanır. Örneğin, tam gazdaki özgül yakıt sarfiyatı yarım gazdakünden daha azdır. Aşağıda çeşitli motorlar için deneyler sonucunda bulunan özgül yakıt sarfiyatları görülmektedir.
MOTOR TIPI
ÖZGÜL YAKIT SARFİYATI
Benzin motoru
Binek Arabası
250 - 300gr/BGS
Yük Arabası
240-350gr/BGS
Dizel motoru
Binek Arabası
220gr/BGS
Yük Arabası
160-200gr/BGS
B.4. Silindire Her Çevrimde Püskürtülen Yakıt Miktarı
Motorun fren beygir gücü Ne, özgül yakıt sarfiyatı be olduğuna göre;
Bütün silindirlere l saatte püskürtülen yakıt: Ne, be .................................. gr.
Motorun devri dakikada olduğundan,
Bütün silindirlere l dakikada püskürtülen yakıt: Ne * be / 60 ..................... gr.
Motor l dakikada
devir yaptığından ve dört zamanlı motorlarda iki devirde bir püskürtme olduğundan,
Bütün silindirlere bir çevrimde püskürtülen yakıt: Ne * be / 60 * (n / 2 ).... gr.
Bir silindire bir çevrimde püskürtülen yakıt ise,
Gç = Ne * be / 60 * (n / 2) * Z = Ne * be/ 30 * n * Z......................... gr olur.
Burada:
Gç = Silindire her çevrimde püskürtülen yakıt.............................................. gr.
Ne = Motorun fren beygir gücü .................................................................... BG
be = Özgül yakıt sarfiyatı .............................................................................. gr/BGS
n = Motor devri ................................................................................
............ d/ d
Z = Silindir sayısıdır.
A-) GÜÇLER
A.l. Ön bilgiler
Motor güçlerinin neler olduğunu ve hesaplamalarına geçmeden önce hesaplamalarda kolaylık olması için bazı teknik bilimleri ve tanımlan hatırlamakta fayda vardır.
a-) Piston çapı ve kursu
Bir motorun ölçüleri, piston çapı ve kursu (A.Ö.N. ile Ü.Ö.N. arasındaki piston yolu) ile ifade edilir. Çeşitli hesaplamalarda piston çapı cm kursu ise cm veya
birimleri ile kullanılır.
b-) Kurs Hacmi
Pistonun A.Ö.N. dan Ü.Ö.N. ya kadar yaptığı harekette silindir içinde yaladığı hacme, kurs hacmi denir. Kurs hacmini hesaplamak için piston yüzey alam (A) ve kursu (L) bilmemize gerek vardır. Değişik yapıdaki pistonlarda bile piston yüzey alam bir daire olarak kabul edilir ve hatırlanacağı gibi şu formüllerle bulunur:
A = P * D2 / 4 ........................... cm2 (tam çap cinsinden)
A = P * r2 ........................... cm2 (yarı çap cinsinden)
Bir silindirin kurs hacmi:
Vh = P * D2 * L / 4 ............... cm3
Motorun toplam kurs hacmi:
Vt = P * D2 * Z / 4 ............... cm3
Örnek l:
Silindir çapı 108 mm, kursu 120 mm olan 4 silindirli Perkins -4.270 motorun toplam kurs hacmi ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
D =108 mm Vt = ? Vt = P* D2 * L * Z / 4
Çözüm:
Vt = 3.14* 10.82 * 12 * 4 / 4 = 4395 cm2 = 4.395 lt
c-) Ortalama İndike Basınç
Motorlarda güç hesaplaması yapılırken yanma sonunda meydana gelen en yüksek basınç dikkate alınmaz. Çünkü, bu basınç iş zamanında hacim büyümesi sonucunda hızla düşer. Bu nedenle motor gücünün hesaplanmasında ortalama indike basınç (Pmi) kullanılır. Bu basınç, motordan indikatör aletiyle elde edilen diyagramdan bulunur.
Çeşitli motorlarda yapılan deneyler sonunda ortalama indike basıncın şu değerler arasında olduğu saptanmıştır:
Benzin motorlarında ........................................... Pnıi 7-9 kg/cm2
Dizel motorlarında ............................................. Pmi 6-8 kg/cm2
İki zamanlı motorlarda ........................................ Pmi 3-5 kg/cm2
Ayrıca motor gücü, devir sayısı ve kurs hacmi bilinirse ortalama indike basınç şu formüllerle bulunabilir:
Pmi = 900 * Ne / n * Vt ....................................... dört zamanlı motorlar için
Pmi = 450 * Ne / n * Vt ....................................... iki zamanlı motorlar için
NOT: Bu formül, güç formüllünden çıkarılırken basınç kg/cm2 yerine kg/m2 ve hacim de dm3 yerine m3 alınır. Buna göre değerler yerine yazılır ve sadeleştirilirse dört zamanlı motorlarda 900 ve iki zamanlı motorlarda 450 rakamları bulunur.
Örnek 2:
62 beygir gücündeki 4 zamanlı perkins - 4.270 dizel motorunun kurs hacmi 4,4 litredir. Azami devri dev/dak olan bu motorun ortalama indike basıncı ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
Ne : 62 BG Pmi = ? Pmi = 900 * Ne / n * Vt
Vt = 4,4 it
n = 2000 dev/dak
N = 2000 dev/dak = 900*62 / 2000*4,4 = 6,34 kg / cm2
d) Motor Devirt Sayışı
Motor devir sayısı denince akla , krank milinin bir dakikadaki dönme sayısı gelir . Motorlarda devir sayısı belli bir devire kadar arttırılırsa güç yükselir. ancak yüksek devirlerde hareketli .parçalardaki sürtünme ve aşınma artar . Ayrıca piston ve biyelin atalet kuvvetleri de artar. Ayrıca piston ve biyelin atalet kuvvetleri de artar. Bu nedenle motor ve taşıtın ömrü bakımından devir sayısı belli bir değerde sınırlandırılmıştır ki bu devire REJİM HIZI denir.
e) Piston Hızı
Hareket eden her cismin bir hızı olduğu gibi, silindir içinde hareket eden pistonun da hızı vardır. Krank mili, kam mili gibi dairesel hareket yapan parçalarda hızın sıfır olduğu nokta olmamasına karşın, piston gibi doğrusal hareket yapan parçalarda hız , ölü noktalarda sıfırdır. Yaklaşık olarak kursun ortalarına doğru en yüksek değerine erişir. Bu nedenle hesaplamalarda ortalama piston hızı dikkate alınır.
Ortalama piston hızının hesaplana bilmesi için , motor devir sayısının ( n ) ve kursun (L) bilinmesi gerekir.
Vm = 2*L*n / 60 = L* n / 30 .................................. m/sn
Örnek 3:
Kursu 120 mm ve devir sayısı 2000 dev / dak olan bir dizel motorun ortalama piston hızı ne kadardır ?
Verilenler İstenen Formül
L =120 mm Vm = ? Vm = L*n/30
n = 2000 d/d
Çözüm : Vm - 0,12 * 2000 / 30 = 8 m/s
Kurs ve devir sayısı arttıkça ortalama piston hızı da artar.
f) İş ve Güç
Tatbik edilen bir kuvvet etkisiyle cisimlerin yer değiştirmelerine iş denir. İş; itme ve çekme şeklinde olur.
İşin formülü :
İş = kuvvet * yol .......... birimi kgm ‘dir.
Güç mevzubahis olduğundan işin yapıldığı dikkate alınır yada diğer bir deyimle, birim zamanda yapılan işe güç denir.
Gücün formülü:
Güç = İş / zaman = kuvvet * yol / zaman ......... birimi kgm/s
Motorun iş yapma hızı beygir gücüyle ölçülür.
Beygir gücü (BG): bir saniyede yapılan 75 kgm ‘lik işe denir.
Beygir gücünün diğer güç birimleriyle karşılıkları:
l BG = 75 kgm/s
l BGS = Beygir saat = 75 * 3600 = 270000 kgm
İ BG = 0,736 kw
1 kw = l,36BG
l kcal = 427 kgm
l BGS = 632 kcal
A.2. İndike ( İç ) Güç, Tanımı ve Hesaplanması
Yakıtın ısı enerjisinin mekanik enerjiye dönüşmesini ilk basamağı silindirin içidir. Bu nedenle motor silindiri içinde meydana gelen güce iç güçtür.
Pratik çalışmalarımızda bizi ilgilendiren güç, faydalı güçtür. Ancak gücün ne olduğunu bilmemiz de fayda vardır. Çünkü, indikatör kuvvetleriyle yapılan ilmi deneyler, dizel motorlarını etkisini arttırmada bir hayli faydalı olmuştur. Böylece, enjektörler ve yanma duvarı çizimlerinde ve yapımlarında bir çok değişiklikler yapılmıştır.
İç gücün hesaplanabilmesi için, indikatör aletiyle çizilen diyagramdan faydalanarak ortalama iç basıncın bulunması gerekir. Ortalama iç basınç ve diğer değerlerle aşağıdaki formül kullanılarak motorun gücünü hesaplamak mümkündür.
Ni = Pmi * L * A * n * Z / 2 * 60 * 75 ........... BG (dört zamanlı motor için)
Ni = Pmi * A * n * Z / 60 * 75 ..................... BG (iki zamanlı motor için)
Burada:
Ni = İç güç ........................................................ BG
Pmi = Ortalama indike basınç............................... kg/cm2
L = Kurs ............................................................ m
A = Piston yüzeyin atanı..................................... cm2
n = devir sayısı .................................................. d/d
Z = Silindir sayısı............................................... adet
Örnek 4:
Dakikada 2800 devirle çalışan, 98 mm piston çaplı ve 127 mm kurslu 4 zamanlı, dört silindirli bir dizel motorun ortalama indike basıncı 6,6 kg / cm2 bu motorun iç gücü ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
Pmi = 6,6 kg/cm2 A = ? A = P*D2/4
n = 2800dev/dak Ni = ? Ni = Pmi * L * A * n * Z/2*60*75
D = 98 mm
L = 127 mm
Z = 4
Çözüm: A = 3,14 * 9,82 / 4 = 75,4cm2
Ni = 6,6 * 0,127 * 75,4 * 2800 * 4 / 2 * 60 * 75 = 78,6 PG
A.3. Fren Beygir Gücü (Faydalı Güç), Tanımı Ve Hesaplanması
Motorun krank mili ucundaki kasnak veya volandan bir fren düzeni ile ölçülen güce, FREN BEYGİR GÜCÜ denir. Bu güç , iç güçten % 25 kadar daha küçüktür. İkisi arasındaki bu fark, sürtünmelere ve su pompası, yağ pompası, yakıt pompası, şarj dinamosu vb. motorun çalışması için gerekli olan parçalara harcanan enerjiden ileri gelmektedir.
Güç ölçümünde kullanılan cihazlara genel olarak dinamometre denir. Ancak dinamometreler direk olarak gücü değil, gücün hesaplanmasına yarayan kuvveti veya torku (momenti) ölçerler.
Faydalı gücün bulunmasında kullanılan dinamometreler;
a) Prony freni,
b) Hidrolik dinamometre,
c) Elektrikli dinamometredir.
Bunlardan başka taşıtlar üzerindeki motor gücünü doğrudan doğruya ölçebilen şasi dinamometreleri de vardır. Ancak bu cihazlar, gücü tekerleklerden ölçerler. Bu nedenle vites kutusu , kardan mili ve diferansiyelde kayıplara uğrayan güç, motor volanından ölçülen güçten daha küçüktür.
a. Prony Freni İle Faydalı Gücün Ölçülmesi ve Hesaplanması
En eski ve en basit güç ölçme cihazıdır. Azami gücü 100 BG ne kadar ve devir sayısı da 1000 dev/dak geçmeyen motorlara uygulanabilir. Bu sistemde, Şekil-1 de görüldüğü gibi motor volanını saran frenleme şeridinin içinde sürtünme katsayısı yüksek frenleme pabuçları frenleme miktarını saptayan baskül ve bağlantı kolları vardır.
Motor tam gazda ve yüksüz olarak en yüksek devire çıkarılır. Sıkma vidalan yavaş yavaş sıkılarak motor yüklenir. Motorun devri düşmeden çekebileceği en fazla yük baskülde bulunur. Saptanan değerler aşağıdaki formüle uygulanarak motorun faydalı gücü hesaplanır.
Ne = 2P * P * R * n / 60 * 75 ......................... BG
Burada :
Ni = Fren beygir gücü (faydalı güç) ...................................... BG
P = Baskülde okunan yük .................................................... Kg
R = Volan ekseni ile baskül ekseni arasındaki uzaklık ..... m
n = Motor devri .................................................................... d/d
2P = Volandaki moment ile baskül bağlantısındaki momentlerin
sadeleştirilmesinden kalan değer
60 = d /d ' yi d / sn 'ye çevirmek için
75 = sonucu beygir gücü cinsinden bulabilmek için
Bu formüldeki 2P / 60 * 75 değeri sadeleştirilip
2 * 3,14 / 60 * 75 = l / 716 olarak yerine yazılırsa Formül :
Ne = P * R * n / 716 ..................................................................... BG olur.
Örnek 5:
Dakikada 900 devirde çalışan bir motor prony freninde denenmektedir. Prony freninin kol uzunluğu 1,432 m , baskülde okunan yük 30 kg olduğuna göre bu motorun faydalı gücü ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
P = 30 kg Ne = ? Ne = P * R * n / 716
n = 900 d / d
R =1,432 m
Çözüm :
Ne = 30 * 1,432 * 900 / 716 = 54 BG
b. Hidrolik Dinamometreler
Bunlara su freni de denir. Çünkü bu dinamometrelerde devreden sıvı daima sudur. Hidrolik dinamometrelerde frenleme; motor volanına bağlanan bir rotor üzerindeki kanatçıkların, cihazın içine gönderilen suya çarpması sonucunda oluşur. Frenleme sonucunda oluşan moment miktarı saptanarak motorun gücü ölçülür. 3000 BG ne kadar olan motorların güçleri bu dinamometreler ile ölçülebilir.
c. Elektrikli Dinamometre ile Faydalı Gücün Ölçülmesi ve Hesaplanması
Bir çok laboratuarlarda motor gücün ölçülmesinde elektrikli dinamometreler kullanılır. Bu cihaz, güç ölçümü sırasında motor tarafından döndürülen bir elektrik dinamosu veya jeneratördür. Denemede dinamonun ürettiği akım miktarı; dinamoyu döndüren motor gücünün ölçülmesini sağlar.
Şöyle ki: Motor tam yükte iken dinamonun ürettiği akımın volt ve amperini ölçerek watt'ını ve kilowatt'ını buluruz.
Watt = E*I buradan Kwatt = E * I / 1000
Sonucu BG olarak bulmak için ;
l Kwatt = 1,36 BG olduğundan,
Ne = (E*I/1000)*1,36 ................................................. BG olur.
Örnek 6 :
Gücü ölçülecek bir motor, elektrik dinamosuna bağlanarak tam yükte çalıştırılmaktadır. Bu çalışma sonucunda dinamo 5000 volt ve 10 amperlik bir akım üretmektedir. Bu motorun faydalı gücü ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
E = 5000 volt Ne = ? Ne = (E*I/1000)*l,36
1= 10 amper
Çözüm:
Ne = (5000*10/1000)*1,36 = 68 BG
B. MOTOR VERİMLERİ
B.l. Verimin Tarifi
Verim, elde edilen sonuç ile bu sonucu elde etmek için harcanan çaba arasındaki oranı ifade eder. Başka bir deyimle, motordan alınan gücün verilen güce oranının yüzde olarak ifadesidir.
Verim daima % 100 den azdır. Çünkü, silindir içinde yakılan yakıtın ısı enerjisinin çoğu yanmadan sonra kaybolur.
B.2. Verim Çeşitleri
Verimler çeşitli şekilde değerlendirilirse de, konumuz ile ilgili olan başlıcaları şunlardır:
a) Mekanik verim
b) Termik verim
c) Hacimsel (volümetrik) verim
a. Mekanik verim:
Fren beygir gücünün (faydalı gücün ) iç güce oranı bize mekanik verimi verir. Bu ifade formüle edilirse
Mekanik verim = fren beygir gücü / iç güç h m = Ne / N, olur.
Mekanik verim piston üzerinden elde edilen gücün krank mili ucundan alıncaya kadar olan kaybım gösterir. Çünkü, silindir içinde yanan yakıtın meydana getirdiği iç güç, krank milinden faydalı güç olarak alınıncaya kadar bir çok mekanik kayıplara uğrar. Buna neden, silindir duvarlarına dayanan piston ve segmanların sürtünmeleri, yataklardaki sürtünmeler, supap sistemleri, su, yağ ve yakıt pompalan, bloverler ve aşırı doldurma düzenlerine yapılan harcamalardır. Bu kayıplar bazen sürtünme beygir gücü (Ns) olarak da ifade edilir.
Mekanik verim motorun kullanılmasıyla ilgilidir. Örneğin, motorun bakımı, yağlama durumu, yükü ve soğutma suyunun sıcaklığı mekanik verilere etki eder. İki zamanlı motorların mekanik verimleri, dört zamanlı motorların mekanik verimlerinden biraz daha azdır.
Örnek 7:
Belirli bir devirde 70 fren beygir gücü veren bir motor, yakıtsız olarak aynı devirde döndürülmek istendiğinde 30 beygir gücüne gerek duymaktadır. Bu motorun mekanik verimi ne kadardır?
Verilenler İstenen Formül
Ne = 70FBG Ni = ? Ni = Ne+Ns
NS = 30BG hm=? hm= Ne/Ni
Çözüm:
Ni = 70 + 30 = 100 BG
hm = 70/100 = %70 olur.
b. Termik verim
Termik verim; yakıtın yanması sonucunda oluşan ısı enerjisine karşılık, motorun bu enerjiyi faydalı iş haline sokma oranıdır.
Yanma sonunda oluşan ısı enerjisinin büyük bir kısmının soğutma ve yağlama sistemi ile, yanmış egzoz gazları tarafından motordan uzaklaştırıldığını biliyoruz. Bu nedenle ancak geriye kalan ısı motorlardan güce dönüşe bilir. Örneğin bir dizel motorun ısı dağılımı şöyledir:
Silindirde yanan yakıtın oluşturduğu ısı miktarını 100 kabul edersek,
Fren beygir gücü (faydalı güç)......................................... 37
Soğutma suyu kaybı........................................................... 27
Egzoz gazları kaybı............................................................ 28
Sürtünmelerle kaybolan..................................................... 08
Termik verimin formülle ifadesi;
Termik verim = Faydalı güç (Kcal olarak) / yakıtın verdiği ısı (Kcal olarak)
ht = Ne * 632 / B * Hu olur.
Burada:
Ne = Faydalı güç ................................................................................
.... BG
632 = 1 BGS'nin Kcal olarak eş değeri ....................................................
B = Motorun l saatte harcadığı yakıt miktarı ....................................... kg
Hu = Yakıtın yanma ısısı.......................................................................... Kcal/kg
Not: Motorinin yanma ısısı 10000 ile 10500 Kcal / kg' dır.
c. Hacimsel Verim
Aşın doldurma olmayan bir motorda, emme zamanında silindire alınan havanın hakiki hacminin pistonun silindirde boşalttığı hacme oranı hacimsel verimi verir.
Hacimsel verimin formülle ifadesi:
Normal şartlarda silindire alınan hava hacmi
Hacimsel verim = ----------------------------------------------------------
Pistonun silindirde boşalttığı hacim
Genellikle çalışan normal devirle çalışan dört zamanlı motorların hacimsel verimi % 80 civarındadır. Motorun devri yükseldikçe, supapların açık kalma zamanı kısalacağından bu verim %50 'ye kadar düşer.
B.3. Özgül Yakıt Sarfiyatı
Motorun bir beygir saat başına harcadığı yakıt miktarına, özgül yakıt sarfiyatı denir. Formülü:
be= 1BG * 632 / Hu * hg ................................................ gr / BGS
Burada:
be = Özgül yakıt sarfiyatı............................................................. gr / BGS
632 = l beygir saatin Kcal olarak ısı eş değeri
Hu = Akıtın yanma ısısı ............................................................... Kcal / kg
hg = Genel tesir derecesi (harcanan yakıtın)
Motorun yük durumuna göre değişen özgül yakıt sarfiyatı, en doğru olarak fren denemelerinde saptanır. Örneğin, tam gazdaki özgül yakıt sarfiyatı yarım gazdakünden daha azdır. Aşağıda çeşitli motorlar için deneyler sonucunda bulunan özgül yakıt sarfiyatları görülmektedir.
MOTOR TIPI
ÖZGÜL YAKIT SARFİYATI
Benzin motoru
Binek Arabası
250 - 300gr/BGS
Yük Arabası
240-350gr/BGS
Dizel motoru
Binek Arabası
220gr/BGS
Yük Arabası
160-200gr/BGS
B.4. Silindire Her Çevrimde Püskürtülen Yakıt Miktarı
Motorun fren beygir gücü Ne, özgül yakıt sarfiyatı be olduğuna göre;
Bütün silindirlere l saatte püskürtülen yakıt: Ne, be .................................. gr.
Motorun devri dakikada olduğundan,
Bütün silindirlere l dakikada püskürtülen yakıt: Ne * be / 60 ..................... gr.
Motor l dakikada
devir yaptığından ve dört zamanlı motorlarda iki devirde bir püskürtme olduğundan,Bütün silindirlere bir çevrimde püskürtülen yakıt: Ne * be / 60 * (n / 2 ).... gr.
Bir silindire bir çevrimde püskürtülen yakıt ise,
Gç = Ne * be / 60 * (n / 2) * Z = Ne * be/ 30 * n * Z......................... gr olur.
Burada:
Gç = Silindire her çevrimde püskürtülen yakıt.............................................. gr.
Ne = Motorun fren beygir gücü .................................................................... BG
be = Özgül yakıt sarfiyatı .............................................................................. gr/BGS
n = Motor devri ................................................................................
............ d/ d
Z = Silindir sayısıdır.