Motor Konstrüksiyonu 2. Hafta Sunumu
advertisement
Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi MOTOR KONSTRÜKSİYONU-2.HAFTA Yrd.Doç.Dr. Alp Tekin ERGENÇ MOTORLARDA VERĠMLER Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi v : Gerçekteki taze dolgu miktarı ile silindire alınan .D VH .H (m3 ) 4 H : Strok 2 D : Silindir .Çapı VH .v (m3 ) taze dolgu oranıdır. MOTORLARDA VERĠMLER Vk Vy .Lmin Lmin Vk : m / kg Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi 3 Lger L ger L min silindire.giren .gerçek .hava.miktarı silindire.girecek . min imum.hava.miktarı VH . v : Vk Qi ĠĢ periyodundaki yakıt miktarı VH . v .H u . y Vk ( kJ ) MOTORLARDA VERĠMLER Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi W i Qi .i W i VH . v . y .Hu.i Vk (kJ ) VH . v . y .Hu.i 1 N i . .n.z Vk a P mi MOTORLARDA VERĠMLER Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi N m e Ni m Pme Pmi e i .m Efektif güç Ġndike güç Efektif basınç Ġndike basınç Efektif verim Pme .VH .n.z Ne (kW ) a Konstrüksiyon Parametreleri Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi 4-Stroklu motor Emme SıkıĢtırma AteĢleme GeniĢleme ĠĢ stroğu Egzoz Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Konstrüksiyon Parametreleri 2-stroklu motor Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Konstrüksiyon Parametreleri Wankel motoru Strok Sayısının Önemi Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi 1- EĢit ana boyutlar devir sayısında ve silindir adedinde teorik olarak 2 stroklu motorlar ile pratikte 1.6-1.7 kat daha fazla güç elde edilir 2- 2 stroklu motorların özgül ağırlığı 4 stroklu motorlara göre daha azdır. 3- 2 stroklu motorların yapımı 4 stroklu motorlara göre daha kolaydır. 4-Motor gürültüsü 4 storklu motorlarda daha azdır 5- 4 stroklu motorların mekanik verimi ve indike basıncı daha yüksektir. 6- 2 stroklu motorlarda özgül yakıt sarfiatı daha fazladır. (yanmamıĢ yakıt daha fazla) Güç ve Maksimum Yakıt Ekonomisi 1- HAFĠF MOTOR: Ağırlık baĢına güç fazla olacak 3- DÜġÜK MALĠYET : Üretimi kolay ve ucuz Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi 2- MAKSĠMUM YAKIT EKONOMĠSĠ : Ekonomi 4- GÜVENĠLĠRLĠK : Ġyi tasarlanmıĢ 5- SAĞLAMLIK : Ġyi kalitede üretilmiĢ 6- ÖMÜR : Uzun ömürlü olmalı Soğutma Yapısının Önemi Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi HAVA SOĞUTMALI - SU SOĞUTMALI Soğutma Sistemi Seçimi HAVA SOĞUTMALI SU SOĞUTMALI NEDEN SU ? Sadece vantilatör ve hava kanalları vardır. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi NEDEN HAVA ? Pompa,radyatör boru vs olmadığından, motor Aynı strok hacminde performansları su hava boĢluğu olması gerekir. Su Yük altında hava soğutmalı motor termik olarak zorlanırken, su soğutmalıda zorlanma soğutmalı ile aynıdır. GeniĢ atmosferik Ģartta kullanılır, antifiriz sınırı yüksek. Tozlu gereksinimi yok. AĢırı yük bölgesinde çalıĢtırılmıyor ise yönünden geniĢ soğutmalıda bu boĢluk azdır. yekpare ve daha hafif. aĢınma Hava soğutmalı motorda silindirlerin arasında avantajlı.(AĢırı yükte aĢınma fazla) Su ceketi olmadığından silindir ve silindir kafası arası montaj daha basit. ortamda motorlarda çalıĢan soğutma hava etkisi soğutmalı azalırken su soğutmalıda söz konusu olmaz. Sulu soğutma sistemi motor gürültüsünü büyük oranda azaltmaktadır. İYM.TERMODİNAMİK HESABINDA KABUL EDİLEN ŞARTLAR •Silindirdeki iş gazı (yakıt-hava karışımı artı yanma ürünleri) özgül ısısı sıcaklığa bağlı olarak değişen, aralarında reaksiyona girmeyen ideal gazlar karışımıdır. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi •İçten Yanmalı Motorların (İYM) gerçek çevrimin termodinamik hesabı aşağıdaki şartlar dahilinde yapılır •İdeal çevrimlerde olduğu gibi, yanma veya ısı giriş süreci: benzin motorlarında sabit hacimde (V=const); dizel motorlarında ise kısmen sabit hacim (V=const), kısmen de sabit basınçta (p=const) zaman faktörü göz önüne alınmadan gerçekleştiği kabul edilir. •Sıkıştırma ve genişleme süreçlerindeki ısı kayıpları politropik süreçlerin istatistik olarak belirlenmiş üs değerleri (n1 ve n2) ile, yanma süreci ısı kayıpları (ısı iletimi ve yanma ürünleri disosyasyonu nedeniyle) ise tecrübi olarak belirlenmiş olan ısı kullanım katsayısı (ξZ) ile hesaba katılmış olurlar. Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi TERMODİNAMİK HESAPLARDA VERİLMİŞ OLAN VE SEÇİLEN PARAMETRELER Termodinamik hesabın amacı: •Motordan talep edilen Ne efektif güç ve Me döndürme momentini alabilmek için Esas Boyutlarının (D Silindir Çapı ve S Piston Stroku) belirlemek •Esas Boyutlar belli ise motordan alınabilecek Ne efektif gücü ve Me efektif momenti belirlemektir. Verilenler: •Motor tipi •Efektif güç Ne, kW (veya slindir çapı D ve piston stroku S, mm); •Nominal devir sayısı n, dak-1; •Kullanılacak yakıt (benzin, dizel yakıtı, LPG vs.). •Hesap sonuçlarının iyi olması için istenilen motor tipine uygun benzerprototip motor (en son, geliĢmiĢ teknoloji ile üretilen bir motor olmalı) seçilmiĢ olması önemlidir. Prototip motor baz alınarak aĢağıdaki parametreler seçilir: 1. SıkıĢtırma oranı ε; 2. Hava fazlalık katsayısı (HFK) λ; 3. Volümetrik verim ηv; 4. Silindir sayısı ί; 5. AĢırı doldurma basınç oranı π = pk/po; 6. Piston ortalama hızı wp, m/s HESAPLANAN PARAMETRELER Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi • • • • • YAKIT Motorun termodinamik hesabını kolaylaĢtırmak için yakıt-hava karıĢımında yakıt 1 kg olarak kabul edilir. Motor yakıtları değiĢik hidrokarbon karıĢımlarından ibarettir ve element bileĢimleri ile gösterilirler. Sıvı yakıt için: C + H + O = 1 kg (1) Burada C, H ve O – sırasıyla karbon, hidrojen ve oksijenin 1 kg yakıttaki kütlesel kesirleridir. Yakıtın element kütlesel kesri belli ise, alt ısıl değeri Hu, kJ/kg aĢağıdaki formul ile hesaplanır: Hu = [33,91 C + 125,6 H – 10,89 (O – S) – 2,51 (9 H + W)].103 (2) Burada S, W – yakıtta kükürt ve su buharı kütlesel kesirleridir. • ĠĢ Gazı Emme ve sıkıĢtırma süreçlerinde iĢ gazları olarak silindirde yakıt-hava karıĢımı (benzin motorlarında) veya sadece hava (dizel motorlarında); yanma, geniĢleme ve egzoz süreçlerinde ise yanma ürün bileĢimleri kullanılmaktadır. • Yakıt-hava karıĢımı (veya hava) miktarı 1 kg yakıtın tam yanması için gerekli teorik hava miktarı kütlesel ve hacimsel olarak aĢağıdaki formullerle hesaplanır: o 0.123 83 C 8 H O kg hava/kg yakıt 1 Lo 0, 208 (C / 12 H / 4 O / 32) kmol hava/kg yakıt (3) (4) HESAPLANAN PARAMETRELER • Hava fazlalık katsayısı ( , • Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi veya L / Lo) belli ise yakıt-hava karıĢımındaki gerçek hava miktarı: o kg hava/kg yakıt L Lo kmol hava/kg yakıt. Taze dolgu yakıt-hava karıĢımı 1 kg yakıt artı havadan oluĢtuğu için kütlesel (m1) ve mol (M1) miktarı m1 1 1 o M1 m1 L m1 Lo y • • (5) y kg/1kg yakıt (6) kmol/1kg yakıt (7) Termodinamik hesaplarda gazlar kural olarak, kütlesel değil, hacimsel (mol) miktarı ile gösterilirler. Taze dolgu M1 artı artık gazlardan Mr (egzoz sürecinde atılamayan yanma ürünleri) oluĢan iş karışımı miktarı: M a M1 M r kmol/kg yakıt Artık gazların miktarı artık gazlar katsayısı M a M1 r M1 M1 (1 r ) r M r M1 kmol/1kg yakıt (8) ile hesaplanır: (9) HESAPLANAN PARAMETRELER λ ≥ 1 iken: Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Yanma ürünlerin bileĢim miktarı Stokiyometrik yakıt-hava karıĢımının (λ = 1) tam yanma ürünleri: karbon dioksit CO2, su buharı H2O ve azot N2 bileĢimleridir. Fakir yakıt-hava karıĢımı ( λ > 1) kullanıldığında yukarıda sıralananların yanısıra artık oksijen O2 de vardır. Buna göre sıvı yakıtın yanma ürün miktarı M 2 MCO2 M H2O MO2 M N 2 , C 12 H 2 ( 0,208) Lo kmol/kg yakıt (10) M CO2 C / 12 M H 2O H / 2 (11) M O2 0,208( 1) Lo M N 2 0,792Lo Zengin yakıt-hava karıĢımı (λ < 1) kullanıldığında iĢ gazları tam yanma ürünlerinin (CO2, H2O, N2) yanısıra eksik yanma ürünleri: karbon monoksit CO ve hidrojen H2 bileĢimlerinden oluĢmaktadır: M 2 MCO2 M H 2O MCO M H 2 M N 2 C 12 H 2 0,792Lo kmol/kg yakıt (12) HESAPLANAN PARAMETRELER M CO 2 Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi M CO2 M H 2O C 1 2 0,208 Lo 12 1 K 1 0,208 Lo 1 K H 1 2K 0,208 Lo 2 1 K kmol/kg yakıt (13) Burada M H2 2K 1 0,208 Lo 1 K M N 2 0,792Lo k M H 2 / MCO 0,45 0.50 - sabit büyüklük olup yanma ürünlerindeki hidrojen miktarının karbon monoksit miktarı oranına bağlıdır. HESAPLANAN PARAMETRELER o M 2 / M1 (14) Yakıt-hava karıĢımın kimyasal moleküler değiĢim katsayısı μo Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi •Yanma sırasında bağıl hacim değiĢimi, yanma ürünleri mol miktarının yakıt-hava karıĢımı mol miktarı oranına eĢit olan, yakıt-hava karıĢımının kimyasal moleküler değişim katsayısı μo büyüklüğü ile tanımlanır: 1 iken o 1 1 H / 4 O / 32 0,208(1 ) Lo 1 / m y Lo 1 / m y (15) ise o 1 H / 4 O / 32 1 / m y (16) Lo 1 / m y ĠĢ karıĢımının (Ma = M1 +Mr) gerçek moleküler değişim katsayısı μ ( M 2 M r ) /( M1 M r ) veya ( o r ) /(1 r ) Ģeklinde hesaplanır ve aĢağıda gösterilen sınırlar arasında değiĢmektedir: (17) Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi HESAPLANAN PARAMETRELER Benzin motorlarında (λ = 0,85÷0,96) μ = 1,05÷1,12 Diesel motorlarında (λ = 1,4÷1,8) μ = 1,01÷1,05.
