1. 1
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
GEMİ İNŞAATI VE DENİZCİLİK FAKÜLTESİ
GEMİ İNŞAATI VE GEMİ MAKİNELERİ MÜHENDİSLİĞİ
4 ZAMANLI DİZEL MOTOR TASARIM HESAPLAMALARI
110A2027
MERT CEYLAN
110A2050
UĞUR CAN
ANA MAKİNE TASARIMI
DANIŞMAN
PROF.DR. BAHRİ ŞAHİN
2. 2
ÖNSÖZ
Bu çalışmada öncelikle yardımlarını ve anlayışını esirgemeyen danışman hocamız Prof. Dr. Bahri
Şahin’e bu süre zarfında bizden yardımlarını esirgemeyen hocamız Yard. Doç. Dr. Güven
Gonca’ya, Makine Mühendisliği Bölümünden Rıfkı Çolak ve Erol Güler arkadaşlarımıza teşekkürü
bir borç biliriz.
Ocak 2015
Mert CEYLAN
Uğur CAN
3. 3
İÇİNDEKİLER
sayfa
ÖNSÖZ……………………………….…………………………………………………….…………………..…..………………………2
İÇİNDEKİLER……………………….……………………………………………………………………………………………………..3
KISALTMA LİSTESİ.…………….……………………………………………………………..………………….…………………….5
ŞEKİL LİSTESİ………………………………………………………………………….……….…………….……..…………………….7
ÇİZELGE LİSTESİ………………………………………………………………………………………………………………………….8
ÖZET……..………………………….…………………………………………………………..…………………………………………..9
BÖLÜM 1. GİRİŞ………………..…………………………………………………………..……..………………………………….10
1.1 Motorlar………………………….……………….…………………………………..………………………………………10
1.2 İçten Yanmalı Motorlar………………..………………………………………………………………………………..10
BÖLÜM 2. DİZEL MOTORLAR………………….……………………………………………………..…………….…………11
2.1 Dizel Motorların Tarihsel Gelişimi………………………….…………….……………..…………………………11
2.2 Dört Zamanlı Dizel Motorlar…………………………………………..…..…………………………………………13
2.3 Dizel Motorlar ile Benzinli Motorların Çalışma Prensipleri……………………………………………..15
2.4 Dizel Motorlar ile Benzinli Motorların Karşılaştırılması…………………………………………………..16
BÖLÜM 3. ANA DEĞERLER……..……………………………….……………….………………………………………………17
3.1 Genel Özellikler.………………….…………………………………………………………………………………………17
3.2 Ana Boyutlar………………..……………………………….…………………….…………………………………………17
BÖLÜM 4. MOTOR TERMODİNAMİK HESAPLAMALARI….…….……….….………………………………………18
BÖLÜM 5. MOTOR ELEMANLARININ BOYUTLANDIRILMASI………….……….…………………………………23
5.1 Silindir Gömlekleri………………………….………………………………….…………………….……………………23
5.2Pistonlar…….……………………………….……………………….…………………………………………………………25
5.3 Segmanlar……………………..……………………………….………………………………………..……………………29
5.4 Krank Mili…………………………..……………………………….…………………………………………………………31
5.5 Biyel…………………………………………….……………………………….……………….………………………………33
5. 5
KISALTMA LİSTESİ
ºC: Santigrat Derece
kW: KiloWatt
d/d: Devir/Dakika
mm: Milimetre
kg: Kilogram
g: Gram
R: İdeal Gaz Sabiti
Cp: Sabit Basınç Özgül Isısı
Cv: Sabit Hacim Özgül Isısı
kj: KiloJoule
K: Kelvin
k: İzentropik Sabit
P: Basınç
V: Hacim
T: Sıcaklık
m: Kütle
W: İş
η: Verim
r: Sıkıştırma Oranı
Q: Isı
kPa: KiloPascal
β: Kesme Oranı
cc: Santimetre küp
6. 6
KISALTMA LİSTESİ
Cm: Ortalama Piston Hızı
Pme: Ortalama Efektif Basınç
Pmi: Ortalama İndike Basınç
Pi: İndike Güç
Pf: Sürtünme Gücü
Pl: Litre Gücü
be: Özgül Yakıt Tüketimi
σi: İlgili Elemana Ait Normal Gerilme Değeri
Li: İlgili Elemanın Boyu
ti: İlgili Elemanın Kalınlığı
Fi: İlgili Elemana Etki Eden Kuvvet
di: İlgili Elemanın Çapı
7. 7
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa
Şekil 2.1 İlk dizel motor………….………………………………………………..………………….………………………12
Şekil 2.2 İlk dizel motor………………………………………………..…………………………………………….….……12
Şekil 2.3 Dört zamanlı motorda emme zamanı……………………………………….……………………………14
Şekil 2.4 Dört zamanlı motorda egzoz zamanı..………………………….…………………………………..…..14
Şekil 2.5 Dört zamanlı dizel motorda emme sıkıştırma yanma ve egsoz zamanları ………...…..14
8. 8
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa
Çizelge 3.1 Motorun genel özellikleri…………………………………………………….………………….…………17
Çizelge 3.2 Motorun ana boyutları……………………. ………………………………….……………………………17
9. 9
ÖZET
4 ZAMANLI DİZEL MOTOR TASARIMI
Mert CEYLAN
Uğur CAN
Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği
Danışman: Prof. Dr. Bahri ŞAHİN
10. 10
BÖLÜM 1
GİRİŞ
1.1 Motorlar
Farklı türdeki enerji formlarını mekanik enerjiye çeviren makinelere motor denir.
Motorlar temelde içten yanmalı ve dıştan yanmalı motorlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. İçten
yanmalı motorlarda; yanma olayı motor içerisinde gerçekleşirken dıştan yanmalı motorlarda
yanma olayı motorun dışında gerçekleşir. İçten yanmalı motorlarda yanma odasının motorun
içine taşınmasıyla birlikte oldukça kompakt motorlar üretilebilmiştir ve bu sayede
otomobillerin oluşması sağlanmıştır.
1.2 İçten Yanmalı Motorlar
Yakıtın yanma odasında yanmasıyla oluşan ısı enerjisine krank-biyel mekanizmasıyla hareket
enerjisine çeviren motorlara içten yanmalı motorlar denir.
İçten yanmalı motorlar temelde -pistonun bir çevrimi tamamlama aşamasına göre- iki zamanlı
ve dört zamanlı motorlar olarak ikiye ayrılmaktadırlar. Dört zamanlı motorlarda pistonun bir
çevrimi 4 aşamada tamamlanmaktadır. Daha yaygın kullanılan dört zamanlı motorlara nazaran
iki zamanlı motorlarda ise emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz olayları iki aşamada tamamlanır.
İki zamanlı motorlar imalat aşamasında daha ucuz olmalarına rağmen daha verimli olan dört
zamanlı motorlar günümüzde en çok kullanılan içten yanmalı motor tipidir.
11. 11
BÖLÜM 2
DİZEL MOTORLAR
2.1 Dizel Motorların Tarihsel Gelişimi
Dizel motorların çalışma prensibi ilk olarak 1824 yılında Fransız mühendis Nicholas Leonard
Sadi Carnot tarafından ortaya konuldu. “Carnot” çevriminide ortaya koyan Carnot’ un dizel
motoru çalışma ilkelerini aşağıdaki gibi sıralanabilir.
Yanmadan önce havanın sıkıştırılması: Carnot yanmanın atmosferik basınç yerine yüksek
basınçlarda yapılmasını ve yakıtın pistona sıkıştırma işlemi sonunda gönderilmesini önermiştir.
Günümüzde kullanılan enjektörler bu temel ilkenin ürünü olarak kullanılmaktadır.
Silindirlerin soğutulması: Çevrimin sürekliliği için silindir duvarların soğutulması gerekliliği
Carnot’un egzoz gazlarının ısılarından yararlanma düşüncesi ise uzun yıllar sonra gerçekleşme
fırsatı bulmuştur.
Carnot’un ölümünün ardından (1832),1892 yılında Prof. Dr. Rudolf Diesel havanın belirli bir
oranda sıkıştırılması sonucu oluşan sıcaklığın, yakıtın tutuşma sıcaklığından daha yüksek
olduğu makinesinin patentini aldı. Bu makinede yakıt, hava sıkıştırıldıktan sonra piston üst ölü
noktaya yaklaşırken püskürtülmekte, yanmanın etkisi ile de genişleme yapılması
sağlanmaktaydı. Dr. Diesel bu makinesinde Carnot çevriminin verimine ulaşma düşüncesi ile
makinesinde gerçekleşen çevrimi iki sabit sıcaklık (izotermal) iki sabit ısı (izentropik)
eğrisinden oluşan Carnot çevrimine uygun olarak, adyabatik genişleme ve sıkışma amacı ile
pistonları olabildiğince yalıttı.
Yüksek sıkıştırma basıncı ve soğutulmayan pistonlar nedeni ile söz konusu makine başarılı bir
şekilde çalışmadı. Bu makinede, Almanya’da petrol bulunmaması nedeniyle yakıt olarak toz
haline getirilmiş kömür kullanılmıştır.
İlk denemenin 3 yıl ardından 1895’te Dr. Diesel, dört zamanlı çevrime göre çalışan, sıkıştırma
sonu basıncı 30-40 atm olan piston duvarları su ile soğutulan, yakıtın yüksek basınçlı hava ile
birlikte silindire püskürtüldüğü ve termik verimi %24 olan makinesini tanıttı. Ardından Dr.
Diesel’in MAN firması ile yaptığı işbirliği sonucunda 1897 ‘de günümüzde kullanılan dizel
motorların ilk örneği üretildi.
13. 13
2.2 Dört Zamanlı Dizel Motorlar
4 zamanlı bir dizel motorun çalışma prensibi aşağıdaki gibidir.
Emme Zamanı
Piston üst ölü noktadan alt ölü noktaya doğru hareket ederken silindir içinde giderek büyüyen
hacim ve dolayısı ile oluşan vakumun etkisi ile birlikte, açılan emme subabından atmosfer
basıncındaki hava silindire emilmeye başlanır. Piston alt ölü noktaya ulaştıktan sonra üst ölü
noktaya doğru bir miktar hareket edene kadar emme işlemi devam eder.
Havanın silindire emildiği bu sürece emme zamanı adı verilir.
Sıkıştırma Zamanı
Piston bu zamanda alt ölü noktaya olan hareketini tamamlamış ve üst ölü noktaya doğru
harekete geçmiştir. Hem emme hem de egzoz subapları kapalı olduğundan sıkıştırmanın etkisi
ile birlikte piston içi basınç artmaya başlar.
Sıkıştırma işlemi yapılan bu sürece sıkıştırma zamanı adı verilir.
Yanma ve Genişleme Zamanı
Sıkıştırma zamanının sonuna doğru sıkıştırmanın etkisi ile birlikte basıncı ve sıcaklığı yükselen
havaya yakıt küçük tanecikler halinde püskürtülür. Silindire püskürtülen yakıt belirli bir
gecikme tutuşur ve yanma gerçekleşir. Püskürtme işlemi piston üst ölü noktayı geçtiğinde de
devam eder. Dolayısı ile bu yanma genişleyen bir hacim içinde gerçekleşmektedir. Yanmanın
etkisi ile birlikte sıcaklığı ve basıncı artan gazlar pistonu alt ölü noktaya doğru genişlemeye
zorlar. Bu sırada silindir içindeki hacim büyümektedir. Artan bu hacim nedeni ile iş yapan
gazların basınçları genişleme sonunda azalır.
Yanmanın ve genişlemenin gerçekleştiği bu zamana yanma ve genişleme zamanı adı verilir.
Egzoz Zamanı
Genişleme zamanının sonuna doğru egzoz subabı açılır ve silindir içinde basınçlı olarak
bulunan egzoz gazları egzoz subabından silindir dışına çıkar. Bu olaya serbest egzoz adı verilir.
Piston alt ölü noktaya ulaşınca yönü değişerek üst ölü noktaya doğru hareket etmeye başlar.
Bu sırada piston silindir içinde bulunan egzoz gazlarını süpürerek egzoz subabından dışarıya
atar. Bu olaya da süpürme adı verilir.
Genel olarak atık egzoz gazlarının silindir içinden atıldığı bu olaya Egzoz zamanı adı verilir.
14. 14
Şekil 2.3 Dört zamanlı motorda emme zamanı Şekil 2.4 Dört zamanlı motorda egzoz zamanı
Şekil 2.5 Dört zamanlı dizel motorda emme sıkıştırma yanma ve egzoz zamanları
EGZOZ ZAMANIEMME ZAMANI
15. 15
2.2 Dizel Motorlar ile Benzinli Motorların Çalışma Prensipleri
Teorik olarak dizel motor ve benzinli motorlar benzerdir. İkisi de yakıtlardan elde edilebilen
kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye çeviren içten yanmalı motorlar olarak tasarlanmıştır.
Üretilen bu mekanik eneji pistonları silindirlerin içinde yukarı-aşağı doğru hareket
ettirmektedir. Bu doğrusal hareket bir krank yardımıyla dairesel harekete dönüştürülerek
aracın ilerlemesini sağlayan tekerleklere iletilir.
Dizel ve benzinli motorların her ikisi de yakıtı bir dizi patlamayla enerjiye dönüştürür. Dizel ve
benzinli motorlar arasındaki temel fark bu patlamaları oluşturma biçimleridir. Benzinli
motorlarda benzin havayla karıştırılarak silindire alınır, pistonla sıkıştırılır, buji ile ateşlenerek
patlama oluşturulur. Dizel motorlarda içeri alınan hava sıkıştırılır daha sonra yakıt püskürtülür.
Çünkü sıkıştırılan hava ısınır böylece yakıt kendiliğinden tutuşur.
Dört zamanlı yanma döngüsü aşağıdaki gibi gerçekleşir;
Emme Stroku: Piston aşağı hareket ederken sübapların açılması havanın içeri alınması.
Sıkıştırma Stroku: Pistonu yukarı hareket eder ve havayı sıkıştırır.
Yanma Stroku: Piston en üst noktaya (üst ölü nokta) ulaştığında, uygun zamanda yakıtın
püskürtülmesi ve tutuşması, pistonun aşağı doğru hareketi.
Egzoz Stroku: Pistonun tekrar yukarı yönde hareket etmesi, oluşan yanma gazlarının
subapların açılmasıyla dışarı atılması.
Dizel motor, içten yanmalı bir motor tipidir.
Daha özel bir tanımla, dizel motor oksijen içeren bir gazın (genellikle bu atmosferik havadır)
sıkıştırılarak yüksek basınç ve sıcaklığa ulaşması ve silindir içine püskürtülen yakıtın bu sayede
alev alması ve patlaması prensibi ile çalışan bir motordur.
Bu yüzden benzinli motorlardan farklı olarak ateşleme için bujiye ve yakıt oksijen karışımını
oluşturmak için karbüratöre ihtiyaç yoktur.
16. 16
2.4 Dizel Motorlar ile Benzinli Motorların Karşılaştırılması
Gaz sıkıştırıldığında, sıcaklığı yükselir, dizel motorda, gazın bu özelliğinden dolayı yakıt,
kendiliğinden ateşlenir. Hava, dizel motorun silindiri içine çekilir ve bir piston tarafından,
kıvılcım ateşlemeli (benzinli) motorlardakinden çok daha yüksek (25 katı bulabilir) bir oranda
sıkıştırılır. Hava sıcaklığı 500-700 °C'a ulaşır. Piston hareketinin en tepe noktasında, dizel yakıt
yüksek basınçla geçerek yanma odasının içine püskürtülür, burada sıcak ve yüksek basınçlı
hava ile karışır.
Bu karışım hızla tutuşur ve yanar. Hızlı sıcaklık artışı ile yanma odası içindeki gaz genleşir, artan
basınç, pistonu aşağı doğru hareket ettirir. Biyel (piston) kolu vasıtasıyla oluşan bu itme krank
miline iletilip, krank milinden de dönme momenti elde edilir.
Motorun süpürmesinde, egzoz gazını silindirin dışına atma ve taze hava çekme işlemi,
kapakçıklar (valf) veya giriş ve çıkış kanalları aracılığıyla yapılır. Dizel motorun kapasitesinin
tam olarak kullanılabimesi için içeriye alınan havayı sıkıştırabilecek turboşarjer kullanılması
gerekir; turboşarj ile havanın sıkıştırılmasından sonra bir ara soğutucu ile içeri alınan havanın
soğutulması ayrıca verimi arttırılır.
Çok soğuk havalarda, dizel yakıt koyulaşır, viskozitesi artar, balmumu kristalleri oluşur veya jel
haline dönüşür. Yakıt enjektörü, yakıtı silindirin içine etkili bir şekilde itemez ve bu yüzden
soğuk havalarda motorun çalıştırılmasını zorlaştırabilir. Dizel teknolojisinde bu zorluğu
yenmek için çeşitli önlemler geliştirilmiştir. Sıkça kullanılan bir uygulama, yakıt hattı ve yakıt
filtresini elektrikle ısıtmaktır.
Bazı motorlarda silindir içinde bulunan kızdırma bujileri denen küçük elektrikli ısıtıcılar,
çalıştırmak için silindirleri önceden ısıtırlar. Az sayıda motorda kullanılan başka bir teknolojide
ise, manifold içindeki rezistans telli ısıtıcılar, motor çalışma sıcaklığına gelinceye dek giriş
havasını ısıtır. Soğuk havalarda, motor uzun süreli (1 saatten daha fazla) kapatıldığında
kullanılan ve şehir cereyanı ile çalışan motor blok ısıtıcıları, aşınma ve çalıştırma zamanını
azaltmak için sıklıkla kullanılır.
Eski dizel motor sisteminin en önemli parçası hız kontrol ünitesidir; bu ünite yakıtın gelme
hızını kontrol ederek motorun hızını sınırlar. Benzin motorlarından farklı olarak dizel
motorlarda hava emme sübabı yoktur(burada kastedilen benzinli motorlardaki karbüratörün
içindeki kapış diyaframı ve hava emiş kelebeğidir), bu yüzden hız kontrol ünitesi olmazsa
motor fazla hızlanır. Eski tip hız kontrol üniteleri motordan bir vites sistemi ile yönlendirilir ve
böylece sadece motor hızıyla doğru ilişkili olarak yakıt sağlanırdı.
17. 17
BÖLÜM 3
ANA DEĞERLER
3.1 Genel Özellikler
Motorun genel özelliklerine ait bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Genel Özellikler
Model MTU 12V 2000 M94
Max. Nominal Güç 1432 kW
Max. Devir 2450 d/d
Bore/Stroke 125/156 mm
Silindir Sayısı 12 adet
Silindir Hacmi 2,23 litre
Top. Silindir Hacmi 26,76 litre
Silindir Çapı 125 mm
Stroke Boyu 156,00 mm
Çizelge 3.1 Motorun genel özellikleri
3.2 Ana Boyutlar
Motorun ana boyutlarına ilişkin bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Boyutlar
Uzunluk 2605 mm
Genişlik 1295 mm
Yükseklik 1295 mm
Ağırlık 3270 kg
Çizelge 3.2 Motorun ana boyutları
18. 18
BÖLÜM 4
TERMODİNAMİK HESAPLAMALAR
Gaz Sabiti, İzentropik Sabit ve Giriş Koşulları (R ve k) (𝐏𝟏, 𝐕𝟏, 𝐓𝟏)
R = Cp − Cv = 1,005 − 0,718 =
kj
kg. K
k =
Cp
Cv
=
1,005
0,718
= 1,4
P1 = 98,98 kPa
V1 = 2027,02 cc
T1 = 293 K
m =
P1 × V1
T1 × R
= 0,238592 g
Net iş (Wnet )
Wnet = m × Cp × T1 × rγ−1
× β − 1 −
1
γ
× βγ
− 1
Wnet = 0,238592 × 1,005 × 293 × 181,4−1
× 1,5 − 1 −
1
1,5
× 181,5
− 1
Wnet = 73,28 kJ
Teorik Termik Verim (𝜂t)
ηt= 1 −
1
rk−1
[
βk
− 1
k β − 1
]
ηt=1 − 1/18(1,4−1)
[
1,51,4−1
1,4× 1,5−1
]
ηt= 0,656
Giren Isı (𝐐 𝐠𝐢𝐫𝐞𝐧)
Qgiren =
Wnet
ηt
=
73,28
0,656
= 111,6269 kJ
19. 19
1-2 İzentropik Sıkıştırma Prosesi
V2 =
V1
r
=
2027,2
18
= 112,612 cc
P2 = P1 × rk
= 98,98 × 181,4
= 5661,467 kPa
T2 = T1 × rk−1
= 293 × 181,4−1
= 931,06 K
2-3 Sabit Basınç Prosesi
V3 = V2 × β = 112,612 × 1,5 = 168,92 cc
P3 = P2 = 5661,457 kPa
T3 = T2 +
Qin
m×cp
T3 = 931,06 +
111,6269
0,238582 × 1,005
T3 = 1396,587 K
3-4 İzentropik Genişleme Prosesi
V4 = V1 = 2027,02 cc
T4 = T1 × βk
T4 = 293 × 1,51,4
T4 = 516,8867 K
P4 =
m × R × T4
V4
P4 =
0,238582 × 0,287 × 516,8867
2027,02
× 10000
P4 = 174,6125 kPa
20. 20
Çıkan Isı (𝐐çı𝐤𝐚𝐧)
Qçıkan = m × Cv × (T4 − T1)
Qçıkan = 0,238582 × 0,718 × (516,8867 × 293)
Qçıkan = 38,35384 kJ
Stroke Hacmi (Vs)
Vs =
π
4
d2
L
Vs =
π
4
×
1252
× 156
4000
= 1914,41cc
Toplam Stroke Hacmi (Vt)
Vt = 4 × Vs
Vt = 4 × 1914,41 = 7657,63cc
Bir Silindirin Kurs Hacmi (Vh)
Vh =
Vt
z
=
7657,63
12
= 638,14cc
Yanma Odası Hacmi (Vc)
Vc =
Vh
ε − 1
=
638,14
18 − 1
= 37,54cc
Ortalama Piston Hızı (Cm)
Cm = L × n = 156 ×
2450
30000
= 12,74 m/s
Ortalama Efektif Basınç (Pme)
Pme =
Cp
R
× P1 rk−1
β − 1 −
1
k
βk
− 1 × [
r
r − 1
]
Pme =
1,005
0,287
× 98,98 181,4−1
× 1,5 − 1 −
1
1,4 1,51,4 − 1
× [
18
18 − 1
]
Pme = 382,78 kPa
21. 21
Ortalama İndike Basınç ve İndike Güç
Pmi =
Pme
ηm
Pmi =
382,78
0,8
= 478,48 kPa
Pi =
Pe
ηm
Pi =
1432
0,8
= 1790 kW
Sürtünme Gücü
Pf = Pi − Pe = 1790 − 1432 = 358 kW
Litre Gücü (𝐏𝐋)
PL =
Pe
Vs
=
1432
26,76
× 1000 ≅ 748 kW/l
Mekanik Verim ( 𝛈 𝐦)
ηm = 0,8 Kabul edildi.
Hacimsel Verim ( 𝛈 𝐯)
ηv = 0,7 Kabul edildi.
İyilik Derecesi ( 𝛈 𝐩)
ηp = 0,6 Kabul edildi.
İndike Verim ( 𝛈𝐢)
ηi = ηp × ηt = 0,6 × 0,656 = 0,393
Efektif Verim ( 𝛈 𝐞)
ηe = ηm × ηp × ηt = 0,8 × 0,6 × 0,656 = 0,315
23. 23
BÖLÜM 5
MOTOR ELEMANLARININ BOYUTLANDIRILMASI
5.1 SİLİNDİR GÖMLEKLERİ
σem = 30
N
mm2
Kabul edildi.
σb = 85
N
mm2
Kabul edildi.
Etek kısmında boşluk 0,03 mm kabul edildi.
Etek ile segman bölgesi çapı etek kısmından 0,08 mm küçük alındı
∆rc = 0,09 mm kabul edildi.
Piston Boyu ( 𝐋 𝐩)
Lp = d × 1,2 = 125 × 1,2
Lp = 150 mm
Silindir Boyu ( 𝐋 𝐬)
Ls = L + Lp = 156 + 150
Ls = 306 mm
Silindir Kalınlığı ( 𝐭 𝐜)
tc =
d × (P2/1000)
2 × σem
tc =
125 × (5661,467/1000)
2 × 30
tc = 11,795 mm
24. 24
Su Ceketi Kalınlığı( 𝐭 𝐜𝐡𝐢)
tchi = 2,2 + 0,03 × d
tchi = 2,2 + 0,03 × 125
tchi = 5,95 mm
Bir Cıvataya Etki Eden Kuvvet (𝐅𝐛)
Silindir başına 6 adet cıvata olarak hesaplanmıştır.
Fb =
(P2/1000) × π × d2
4 × 6
Fb =
(5661,467/1000) × π × 1252
4 × 6
Fb = 11579,44152 N
Anma Çapı (𝐝 𝐛)
db = 1,25 ×
4 × Fb
π × σb
0,5
db = 1,25 ×
4 × 11579,44152
π × 85
0,5
db = 16,462 mm
Diş Dibi Çapı (𝐝 𝐛𝐫)
dbr =
db
1,25
=
16,462
1,25
dbr = 13,17 mm
25. 25
5.2 PİSTONLAR
Piston biyel mekanizması yanma zamanında oluşan yanmış gaz basıncını krank miline iletir.
Görevleri:
Emme zamanında silindirlere emilen hava yakıt karışımının sıkıştırılması, basınç ve sıcaklığının
yükseltilmesini sağlar.
Dört zamanlı motorlarda silindirlere hava-yakıt karışımının emilmesini ve yanma
sonunda meydana gelen egzoz gazlarının silindirlerden dışarı atılmasını sağlar.
Yanma sırasında meydana gelen işi piston biyel yardımıyla krank miline iletir.
Pistonları biyel ile doğrudan krank miline bağlı motorlarda biyelin eğimi nedeniyle gaz basınç
kuvvetinden gelen normal kuvveti üzerine alarak silindir duvarına aktarırlar.
Yanma odasını sızdırmayacak bir şekilde krank milinden veya üst karterden ayırırlar.
Yanma sırasında veya genişleme zamanının hemen başlangıcında kızgın gazların emdikleri
ısının bir bölümünü segmanlarıyla silindir ceketindeki soğutma suyuna aktarırlar.
İki zamanlı ters akım süpürmeli motorlarda, süpürme ve egzoz portlarını; doğru akımlı
motorlarda ise sadece süpürme portlarını açıp kapatırlar.
Piston Tepesi Kalınlığı (𝐭 𝐭)
tt = d × 0,07 = 125 × 0,07
tt = 8,75 mm
Piston Tepesi Radyal Kalınlığı (𝐭 𝐭𝐬)
tts = d × 0,08 = 125 × 0,08
tts = 10 mm
Piston Üst Çapı(𝐃 𝐩)
Dp = d − 0,03 + 0,08 = 125 − 0,11
Dp = 124,89 mm
26. 26
Piston Tepesi İç Çapı (𝐃𝐭)
Dt = d − [2 × ∆rc + tts ]
Dt = 125 − [2 × 0,9 + 10 ]
Dt = 103,2 mm
Piston Etek Uzunluğu (𝐋 𝐬)
Ls = Dp × 0,7
Ls = 124,89 × 0,7
Ls = 87,423 mm
Ateş Seti Yüksekliği (𝐋 𝐟)
Lf = 0,078 × Dp + 1
Lf = 0,078 × 124,89 + 1
Lf = 10,74142 mm
1.Set Yüksekliği (𝐋 𝟏)
L1 = 0,048 × Dp
L1 = 0,048 × 124,89
L1 = 5,894 mm
2.Set Yükseliği (𝐋 𝟐)
L2 = 0,031 × Dp
L2 = 0,031 × 124,89
L2 = 3,871 mm
1.Kompresyon Yükseliği (𝐋 𝐜𝟏)
Lc1 = 0,04 × Dp
Lc1 = 0,04 × 124,89
Lc1 = 4,9956 mm
27. 27
2.Kompresyon Yükseliği (𝐋 𝐜𝟐)
Lc2 = 0,045 × Dp
Lc2 = 0,045 × 124,89
Lc2 = 5,62 mm
Pim Çapı (𝐝 𝐨)
do = d × 0,28
do = 125 × 0,28
do = 35 mm
Pim Boyu (L)
L = d × 0,85
L = 125 × 0,85
L = 106,25mm
Pistondaki Pim Yatağı Uzunluğu (c)
c =
L
4
c =
106,25
4
c = 26,5625 mm
Piston Boyu (L)
L = Dp + 15,5
L = 124,89 + 15,5
L = 140,39 mm
Piston Açısal Hızı (𝛚)
ω =
2450
30
π
ω = 256,5634 rad/s
28. 28
Piston Yüzü Et Kalınlığının Mekanik Zorlamalara Karşı Kontrolü
h = d × 0,15
h = 125 × 0,15
h = 18,75 mm
hem = [
(P2 × 0,5 × 0,001)
200
]0,5
×
d
2
hem = [
(5661,467 × 0,5 × 0,001)
200
]0,5
×
125
2
hem = 7,435 mm
h > hem koşulu sağlandığı için emniyetlidir.
29. 29
5.3 SEGMANLAR
Görevleri:
Sıkıştırma ve yanma stroku esnasında piston ile silindir arasından krank haznesine hava yakıt
karışımı ve yanmış gazın kaçmasına engel olurlar.
Piston kenarlarını ve silindir duvarlarını yağlayan yağın yanma odasına girmesini engeller.
Piston ısısını silindir duvarına aktararak pistonun soğumasına yardımcı olurlar.
D<130mm olan dizel motorlarda 3k+y bağıntısına uygun olacak sayıda segman bulunmaktadır.
Burada “k” kompresyon segmanı sayısı ve “y” yağ segmanı sayısını temsil eder.
Segman sayısı 3 × 4 + 1 × 12 = 24 adet segman bulunmaktadır.
Yağ Segmanı Yuva Yüksekliği (𝐋 𝐨𝐢𝐥)
Loil = 0,055 × Dp
Loil = 0,055 × 124,89
Loil = 6,869 mm
Segmanların Dış Yarıçapı (𝐫𝐨)
ro =
Dp
2
ro =
124,89
2
ro = 62,445 mm
1. Kompresyon Segmanı Yüksekliği (𝐡 𝟏)
h1 = Lc1 − 0,025
h1 = 4,9956 − 0,025
h1 = 4,97 mm
30. 30
2. Kompresyon Segmanı Yüksekliği (𝐡 𝟐)
h2 = Lc2 − 0,02
h2 = 5,62 − 0,02
h2 = 5,6 mm
Yağ Segmanı Yüksekliği (𝐡 𝟑)
h3 = Loil − 0,02
h3 = 6,869 − 0,02
h3 = 6,849 mm
Segmanları Radyal Kalınlığı (a)
a = Dp × 0,1
a = 124,89 × 0,1
a = 12,489 mm
Segmanların Ağız Açıklığı (m)
m = Dp × 0,1
m = 124,89 × 0,1
m = 12,489 mm
Segmanların İç Yarıçapı (𝐫𝐢)
ri =
d
2
− a
ri =
125
2
− 12,489
ri = 50,011 mm
Segman Yuvaları Arası Mesafe (𝐒 𝟐)
S2 = d × 0,065
S2 = 125 × 0,065
S2 = 8,125 mm
31. 31
5.4 KRANK MİLİ
Görevleri:
Aracın tekerleklerini döndürmek için gerekli kuvvet, piston kollarının aşağı yukarı hareket
ederek krank milini döndürmeleriyle meydana getirilir.
Krank mili pistonlardan bir yük alır ve yüksek hızda döner. Bu yüzden, genellikle yüksek aşınma
direncine sahip yüksek oranlı karbon çeliğinden edilirler.
Krank milleri pistondan aldıkları doğrusal hareketi biyel yardımıyla döner süreli dairesel
harekete çevirir ve bu hareketi volan ve kavramaya iletir.
Silindirler Arası Mesafe (𝐋 𝐬)
Ls = d × 1,22
Ls = 125 × 1,22
Ls = 152,5 mm
Krank Muylusu Uzunluğu (𝐋 𝐤)
Lk = d × 0,65
Lk = 125 × 0,65
Lk = 81,25 mm
Krank Muylusu Çapı (𝐝 𝐤)
dk = d × 0,64
dk = 125 × 0,64
dk = 80 mm
Köşelerdeki Geçiş Yarıçapları (p)
p = d × 0,05
p = 125 × 0,05
p = 6,25 mm
32. 32
Ana Yatak Uzunluğu ( 𝐋 𝐚)
La = d × 0,48
La = 125 × 0,48
La = 60 mm
Ana Yatak Çapı (𝐝 𝐚)
da = d × 0,7
da = 125 × 0,7
da = 87,5 mm
Krank Kolları Kalınlığı (𝐛 𝐚)
ba = d × 1,15
ba = 125 × 1,15
ba = 143,75 mm
Krank Kolları Genişliği (𝐛 𝟏)
b1 = d × 0,23
b1 = 125 × 0,23
ba = 28,75 mm
33. 33
5.5 BİYEL
Görevleri:
Biyel kolu pistonla krank milini birleştirir ve piston kuvvetini krank miline aktarır. Piston
pimine bağlanan piston kolunun üst ucuna pim yuvası, krank kol muylusuna bağlanan alt
ucuna ise yatak yuvası denir. Biyeller pistonun yanmış gaz basıncı etkisi ile silindirde yaptığı
düz hareketi, krank milinde dairesel harekete dönüşmesine yardım eder.
λ =
r
L
Dizel motorlarda
1
4,5
olarak kabul edilir.
Biyel Küçük Başı İç Yarıçapı (r)
r =
da
2
r =
87,5
2
r = 43,75 mm
Biyel Küçükbaşı Dış Yarıçapı (𝐑 𝟎)
R0 = r × 1,25
R0 = 43,75 × 1,25
R0 = 54,6875 mm
Biyel Büyük Başı İç Çapı (𝐝 𝐤)
dk = d × 0,65
dk = 125 × 0,65
dk = 81,25 mm
Biyel Büyük Başı Uzunluğu (𝐥 𝐤)
lk = d × 0,5
lk = 125 × 0,5
lk = 62,5 mm
34. 34
Biyel Boyu (L)
L = r × 4,5
L = 43,75 × 4,5
L = 196,875 mm
Biyelin Gövde Genişliği (h)
h =
2 × R0
2
h =
2 × 54,6875
2
h = 77,34 mm
Biyelin Gövde Kalınlığı (b)
b =
h
1,5
b =
77,34
1,5
b = 51,56 mm
Biyel Kolunun Profil Ebatları (𝐭 𝟏, 𝐭 𝟐)
t1 = h × 0,2
t1 = 77,34 × 0,2
t1 = 15,47 mm
t2 = b × 0,2
t2 = 51,56 × 0,2
t2 = 10,31 mm
35. 35
5.6 PERNO
Perno Dış Çapı (𝐝 𝐚) tablodan
da = 47 mm
Perno İç Çapı (𝐝𝐢) tablodan
di = 25,5 mm
Perno Boyu (𝐋 𝐩)
Lp = d × 0,8
Lp = 125 × 0,8
Lp = 100 mm
Perno Yuvaları Arası Mesafe (a)
a = d × 0,4
a = 125 × 0,4
a = 50 mm
Perno Mukavemeti Hesabı
Yüzey Basıncı Kontrolü
F = Pmax × π ×
d2
4
F = 5661,567 × π ×
0,1252
4
F = 69,47665 kN
Perno ile biyel arasındaki yağ filminin yırtılmaması için buradaki basınç 50 Mpa’dan küçük
olmalıdır. Buna göre;
F
da×b
< 50 MPa olmalıdır.
69476,65
47×51,56
= 28,67MPa < 50MPa eşitliğini sağladığı için emniyetlidir.
36. 36
Eğilme Zorlaması Kontrolü
σeğ,em = 300MPa alınmıştır. di < da şartını sağlamalıdır.
di = da
4
−
F × da
0,8 × σeğ,em
4
di = 474 −
69,47665 × 47
0,8 × 300
4
di = 46,9997 mm < 47 mm şartını sağladığı için emniyetlidir.
37. 37
5.7 SUPAPLAR
Supap, yay yardımıyla gergin tutulup yatağın düzlemine dik olarak gidip gelme hareketi
yaparak bir akışkanın geçişini ayarlamaya yarayan kapağa denir.
Supap İç Çapı (𝐝𝐢 𝐞𝐦𝐦𝐞
, 𝐝𝐢 𝐞𝐠𝐳𝐨𝐳
)
diemme
= d × 0,42
diemme
= 125 × 0,42
diemme
= 52,5 mm
diegzoz
= diemme
× 0,9
diegzoz
= 52,5 × 0,9
diegzoz
= 47,25 mm
Supap Yuvasının Dış Çapı (𝐝 𝐞𝐦𝐦𝐞, 𝐝 𝐞𝐠𝐳𝐨𝐳)
demme = diemme
× 1,26
demme = 52,5 × 0,42
demme = 66,15 mm
degzoz = diegzoz
× 1,26
degzoz = 47,25 × 1,26
degzoz = 59,535 mm
Supap Tijinin Çapı (𝐝 𝐬 𝐞𝐦𝐦𝐞
, 𝐝 𝐬 𝐞𝐠𝐳𝐨𝐳
)
dsemme
= diemme
× 0,18
dsemme
= 52,5 × 0,18
dsemme
= 9,45 mm
dsegzoz
= diegzoz
× 0,22
dsegzoz
= 47,25 × 0,22
41. 41
SONUÇLAR
Bu projede 4 zamanlı dizel motorların tarihsel gelişimi incelenerek benzinli motorlar ile dizel
motorlar arasındaki farklar tespit edilmiş ve dizel motorların çalışma prensipleri araştırılmıştır.
Ardından MTU’ya ait 12V 2000 M94 model dizel motorun ana değerleri alınarak termodinamik
hesaplamalar yapılmış, motor elemanları boyutlandırılarak mukavemet hesaplamaları
yapılmıştır.
42. 42
KAYNAKLAR
[1] 12V 2000 M94 Model Dizel Motor:
http://www.mtu-online.com/fileadmin/fm-dam/mtu-global/technical-info/operating-
instructions/neu_17_08_2012/en/MS150061_03E.pdf
[2] Prof. Dr. Selim Çetinkaya, Motor Tasarımı Ders Notları, Gazi Üniversitesi Makine
Mühendisliği Bölümü
http://www2.aku.edu.tr/~abaydir/dosyalar/motortasarimi/MotorTasarimi-
SelimCetinkaya.pdf
[3] Sercan Orhan (2006). BMW 316i M40 B16 Motor Hesabı. Lisans Tezi, Karabük
Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü:
https://tr.scribd.com/doc/93836681/Motor-Tasarim
[4] H.N. Gupta (2009). Fundamentals of Internal Combustion Engines
[5] Prof. Dr. Adnan Parlak (2001). Bir Dizel Motorunda Sıkıştırma Oranı Artışının
Performansa Etkisi
[6] MTU 12V 2000 M94 Dizel Motor Veri Sayfası:
http://www.mtu-online.com/fileadmin/fm-dam/mtu-global/technical-info/operating-
instructions/neu_17_08_2012/en/MS15018_01E.pdf
[7] İbrahim Cihan Yurtman (2011). Dört Zamanlı 6 Silindirli Dizel Motor Tasarımı. Tasarım
Ödevi, Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü:
https://tr.scribd.com/doc/76840204/Dort-Zamanl%C4%B1-Alt%C4%B1-Silindirli-Dizel-
Motor-Tasar%C4%B1m%C4%B1-%C4%B0CY
[8] Doç. Dr. Halit Yaşar, Motor Konstrüksiyonu Ders Notları, Sakarya Üniversitesi Makine
Mühendisliği Bölümü:
http://ebs.sakarya.edu.tr/?upage=fak&page=drs&f=254&b=990&ch=1&yil=2015&lang=tr&di
saridan=1&InKod=66858&dpage=hft
[9] Prof. Dr. Selim Çetinkaya, Motor Dinamiği Kitabı
[10] B. Gordon (1999). Design and Simulation of Four Stroke Engines
[11] Dizel Motorların Çalışma Prensibi :
http://www.calismaprensibi.com/dizel-motorlar-nasil-calisir.html
43. 43
[12] Dizel Motorlarda Dört Zaman:
http://www.otobil.net/blog/genel/4-zamanli-dizel-motorlar-teknik-dokuman-bolum-1/
[13] Gemi Dizel Makineleri:
http://www.rayhaber.com/wp-content/uploads/Gemi-Dizel-Motorlar%C4%B1-2.pdf
[14] Motor Güç Hesaplamaları:
http://www.olymposdesign.com/tr/makaleler/guc-hesaplamalari-motor-reduktor
[15] Dizel Motorların Yakıt Sistemleri:
http://hbogm.meb.gov.tr/modulerprogramlar/kursprogramlari/motorlu_araclar/moduller/di
zel_motorlarin_yakit_sistemleri1.pdf
[16] Motorlarda Temel Kavramlar
http://www.sahakk.sakarya.edu.tr/documents/motorun%20temel%20kavramlari.pdf
[17] Eres Söylemez (2000). Makine Teorisi
http://www.makted.org.tr/kaynaklar/mekanizma_teknigi_konu_anlatimi/index.htm
*18+ Piston Krank Biyel Mekanizması:
http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/moduller_pdf/Piston%20Biyel%20Krank%20
Mekanizmas%C4%B1.pdf
[19] Sıkıştırma ile Ateşlemeli Motorlar:
http://www.abdullahdemir.net/wp-content/uploads/2013/03/SAM_MOTOR-
PAR%C3%87ALARI_P%C4%B0STON-B%C4%B0YEL-KRANK-VE-KAM-M%C4%B0L%C4%B0.pdf
44. 44
ÖZGEÇMİŞ
KİŞİSEL BİLGİLER
Ad Soyad
: Uğur CAN
Doğum tarihi ve yeri : 23/07/1993 / Dernbach
Yabancı dil : English
E-posta : ugurr.can93@gmail.com
KİŞİSEL BİLGİLER
Ad Soyad
: Mert CEYLAN
Date of birth and place : 13/02/1993 / Bayrampaşa
Yabancı dil : English
E-posta : mertceylan1302@gmail.com
