Slayt 1 - yarbis - Yıldız Teknik Üniversitesi
advertisement
Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi MOTOR KONSTRÜKSİYONU-2.HAFTA Yrd.Doç.Dr. Alp Tekin ERGENÇ MOTORLARDA VERİMLER Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi v : Gerçekteki taze dolgu miktarı ile silindire alınan .D VH .H ( m 3 ) 4 H : Strok 2 D : Silindir .Çapı VH .v (m3 ) taze dolgu oranıdır. MOTORLARDA VERİMLER Vk Vy .Lmin Lmin Vk : m / kg Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi 3 Lger L ger L min silindire .giren .gerçek .hava .miktar ı silindire .girecek . min imum .hava .miktar ı VH . v : Vk Qi İş periyodundaki yakıt miktarı VH . v .H u . y Vk ( kJ ) MOTORLARDA VERİMLER 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 VERİMLER Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi N m e Ni m Pme Pmi e i . m Efektif güç İndike güç Efektif basınç İndike basınç Efektif verim Pme .VH .n.z Ne (kW ) a Konstrüksiyon Parametreleri Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi 4-Stroklu motor Emme Sıkıştırma Ateşleme Genişleme İş 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- Eşit 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. (yanmamış yakıt daha fazla) Güç ve Maksimum Yakıt Ekonomisi 1- HAFİF MOTOR: Ağırlık başına güç fazla olacak 3- DÜŞÜK MALİYET : Üretimi kolay ve ucuz Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi 2- MAKSİMUM YAKIT EKONOMİSİ : Ekonomi 4- GÜVENİLİRLİK : İyi tasarlanmış 5- SAĞLAMLIK : İyi kalitede üretilmiş 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 boşluğu olması gerekir. Su Yük altında hava soğutmalı motor termik olarak zorlanırken, su soğutmalıda zorlanma soğutmalı ile aynıdır. Geniş atmosferik şartta kullanılır, antifiriz sınırı yüksek. Tozlu gereksinimi yok. Aşırı yük bölgesinde çalıştırılmıyor ise yönünden geniş soğutmalıda bu boşluk azdır. yekpare ve daha hafif. aşınma Hava soğutmalı motorda silindirlerin arasında avantajlı.(Aşırı yükte aşınma fazla) Su ceketi olmadığından silindir ve silindir kafası arası montaj daha basit. ortamda motorlarda çalışan 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, gelişmiş teknoloji ile üretilen bir motor olmalı) seçilmiş olması önemlidir. Prototip motor baz alınarak aşağıdaki parametreler seçilir: 1. Sıkıştırma oranı ε; 2. Hava fazlalık katsayısı (HFK) λ; 3. Volümetrik verim ηv; 4. Silindir sayısı ί; 5. Aşırı 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 kolaylaştırmak için yakıt-hava karışımında yakıt 1 kg olarak kabul edilir. Motor yakıtları değişik hidrokarbon karışımlarından ibarettir ve element bileşimleri 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 aşağıdaki 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. • İş Gazı Emme ve sıkıştırma süreçlerinde iş gazları olarak silindirde yakıt-hava karışımı (benzin motorlarında) veya sadece hava (dizel motorlarında); yanma, genişleme ve egzoz süreçlerinde ise yanma ürün bileşimleri kullanılmaktadır. • Yakıt-hava karışımı (veya hava) miktarı 1 kg yakıtın tam yanması için gerekli teorik hava miktarı kütlesel ve hacimsel olarak aşağıdaki formullerle hesaplanır: o 0.123 83 C 8H 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 karışımındaki gerçek hava miktarı: o kg hava/kg yakıt L Lo kmol hava/kg yakıt. Taze dolgu yakıt-hava karışımı 1 kg yakıt artı havadan oluştuğu 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) oluşan 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 bileşim miktarı Stokiyometrik yakıt-hava karışımının (λ = 1) tam yanma ürünleri: karbon dioksit CO2, su buharı H2O ve azot N2 bileşimleridir. Fakir yakıt-hava karışımı ( 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 karışımı (λ < 1) kullanıldığında iş gazları tam yanma ürünlerinin (CO2, H2O, N2) yanısıra eksik yanma ürünleri: karbon monoksit CO ve hidrojen H2 bileşimlerinden oluşmaktadır: 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 karışımın kimyasal moleküler değişim katsayısı μo Makina Müh. Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi •Yanma sırasında bağıl hacim değişimi, yanma ürünleri mol miktarının yakıt-hava karışımı mol miktarı oranına eşit olan, yakıt-hava karışımının 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 İş karışımının (Ma = M1 +Mr) gerçek moleküler değişim katsayısı μ ( M 2 M r ) /( M1 M r ) veya ( o r ) /(1 r ) şeklinde hesaplanır ve aşağıda gösterilen sınırlar arasında değişmektedir: (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.
