Dört Zamanlı Altı Silindirli Dizel Motor Tasarımı (İCY)

T.C. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TASARIM ÖDEVİ DÖRT ZAMANLI ALTI SİLİNDİRLİ DİZEL MOTORU TASARIMI

DANIŞMAN Doç. Dr. Halit YAŞAR

HAZIRLAYAN Buğra BAYKUŞ - Gökhan ERŞAHİN - İbrahim Cihan YURTMAN G.0801.06140 - G.0801.06040 - G.0801.06076

ARALIK 2011

1

T.C. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TASARIM ÖDEVİ DÖRT ZAMANLI ALTI SİLİNDİRLİ DİZEL MOTORU TASARIMI

DANIŞMAN Doç. Dr. Halit YAŞAR

HAZIRLAYAN Buğra BAYKUŞ - Gökhan ERŞAHİN - İbrahim Cihan YURTMAN G.0801.06140 - G.0801.06040 - G.0801.06076

2

Önsöz İçten yanmalı motorlar, yakıtın motor içinde yanma odası adı verilen sınırlı bir alan içinde yakılması ile oluşan basıncın, piston denen parçayı hareket ettirmesi ile oluşan makinedir. Bu motorlara içten yanmalı motor adının verilmesinin sebebi, yanma olayının motor içerisinde gerçekleşmesindendir.Dıştan yanmalı motorlar da ise dışarıda yanma gerçekleştiğinden bunlara dıştan yanmalı motorlar denilmiştir. İçten yanmalı motorlarda yanma odasının motorun içine taşınmasıyla birlikte oldukça kompakt motorlar üretilebilmiştir ve otomobillerin oluşması sağlanmıştır. Yakıtların yanması ile oluşan ısı enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinelere motor denir. Enerji verimi, tüketilen yakıtın kimyasal enerjisinin üretilen mekanik enerjiye oranı olarak tanımlanır ise, modern turbo şarjlı motorların yaklaşık verimi %20 dir. İçten yanma termodinamik olayının teorik maksimum verimi %35 olduğu göz önüne alınırsa, geri kalan %15 lik enerji kaybı yakıtın sıkıştırılmasında, pistonların sürtünmesinde ve diğer işlemlerine gerçekleştirilmesine harcanır. Bu çalışmada; dört zamanlı dizel motorlarda tasarımın nasıl yapılacağı anlatılmıştır. Esas alınan parametreler ile motorun verimi arasındaki ilişkiler açıklanmış, ergonomi - verimlilik arası ilişkiler detaylandırılmıştır. Bu çalışmanın yapılması esnasında desteklerini esirgemeyen sayın hocamız aynı zamanda tez danışmanımız Doç. Dr. Halit YAŞAR’a, ailelerimize, arkadaşlarımıza ve son olarak bize piyasa bilgisi konusunda desteklerini esirgemeyen Varkut Motor Yenileme çalışanlarına teşekkürlerimizi bir borç biliriz.

i

İçindekiler 1.

MOTOR KARAKTERİSTİKLERİ.......................................................................... 1

1.1.

Motor Tipi.............................................................................................................. 1

1.2.

Motor Gücü ........................................................................................................... 1

1.3.

Devir Sayısı ............................................................................................................ 1

1.4.

Silindir Sayısı ......................................................................................................... 1

1.5.

Silindir Çapı........................................................................................................... 1

1.6.

Strok/Çap Oranı .................................................................................................... 1

1.7.

Ortalama Efektif Basınç ........................................................................................ 1

1.8.

Ortalama Piston Hızı ............................................................................................. 1

1.9.

Strok Hacminin Litresi Başına Güç ...................................................................... 1

2.

MOTOR ANA BOYUTLARININ HESABI ............................................................. 3

2.1. 2.1.1.

Kriterlerin Tespiti ................................................................................................. 3 Strok ve Strok - Çap Oranının Tespiti .............................................................. 3

2.1.1.1.

Strok Tespiti ................................................................................................... 3

2.1.1.2.

Silindir Çapı Tespiti ....................................................................................... 3

2.1.2.

Ortalama Efektif Basınç Tespiti ........................................................................ 4

2.1.3.

Efektif Güç – Strok Hacmi Oranının Tespiti .................................................... 6

2.1.4.

Efektif Güç Tespiti ............................................................................................. 6

2.2. 2.2.1.

Boyutlandırma ....................................................................................................... 8 Pistonun Boyutlandırılması ............................................................................... 8

2.2.1.1.

Piston Uzunluğu(L) ........................................................................................ 8

2.2.1.2.

Piston Yüzü Et Kalınlığı(h) ............................................................................ 9

2.2.1.3. Piston Yüzü Et Kalınlığının Mekanik Zorlanmalara Göre Kontrolü ................. 9 2.2.1.3.

Perno Mesafesi(LP) ........................................................................................10

2.2.1.4.

Perno Yuvaları(Yatakları) Arası Mesafe(a) .................................................10

2.2.1.5.

Piston Etek Uzunluğu(Le) .............................................................................10

2.2.1.6.

Piston Soğutulması ........................................................................................10

2.2.2.

Segman Boyutlandırılması................................................................................11

2.2.2.1.

Birinci Segman - Piston Yüzeyi Arası Uzaklık(S1) .......................................11

2.2.2.2.

Segman Yüksekliği(h) ...................................................................................11

2.2.2.3.

Segman Genişliği(a) ......................................................................................11

2.2.2.4.

Segman Sayısı(k+y) .......................................................................................11

ii

2.2.2.5.

Segman Yuvaları(Yatakları) Arası Mesafe(S2) ............................................12

2.2.2.6.

Segmanların Mukavemet Hesabı ..................................................................12

2.2.3.

Perno Boyutlandırılması ...................................................................................13

2.2.3.1.

Perno Dış ve İç Çapı, Uzunluğu ve Perno Gözleri Arası Mesafe .................13

2.2.3.2.

Perno Mukavemet Hesabı .............................................................................14

2.2.4.

Biyel Boyutlandırılması ....................................................................................15

2.2.4.1.

Biyel Boyu(L) ................................................................................................15

2.2.4.2.

Biyel Küçük Başı ...........................................................................................15

2.2.4.3.

Biyel Büyük Başı ...........................................................................................15

2.2.4.4.

Burç Kalınlığı(t) ............................................................................................15

2.2.4.5.

Biyel Küçük Başının Mukavemet Hesabı .....................................................16

2.2.5.

Krank Mili Boyutlandırılması ..........................................................................16

2.2.5.1.

Silindirler Arası Mesafe(LS) .........................................................................16

2.2.5.2.

Kol Muylusu Çapı(dk) ...................................................................................17

2.2.5.3.

Kol Muylusu Uzunluğu(lk) ............................................................................17

2.2.5.4.

Ana Muylusu Çapı(da) ..................................................................................17

2.2.5.5.

Ana Yatak Muylusu Uzunluğu(la) ................................................................17

2.2.5.6.

Krank Kolları Boyutlandırılması .................................................................18

2.2.5.7.

Krank Mili Mukavemet Hesabı ....................................................................18

3.

TASARIMIN MODELLENMESİ ...........................................................................21

3.1. 3.1.1.

Teknik Resimlerin Çizilmesi ................................................................................21 Motorun Teknik Resimlerinin Modellenmesi ..................................................21

3.1.1.1.

Piston Teknik Resminin Çizilmesi ................................................................22

3.1.1.2.

Perno Teknik Resminin Çizilmesi ................................................................23

3.1.1.3.

Segman Teknik Resminin Çizilmesi .............................................................24

3.1.1.4.

Biyel Kolu Teknik Resminin Çizilmesi .........................................................25

3.1.1.5.

Krank Mili Teknik Resminin Çizilmesi .......................................................26

3.1.1.6.

Silindir Kapağı Teknik Resminin Çizilmesi .................................................27

3.1.2. 3.1.2.1. 3.2. 3.2.1. 3.2.1.1.

Radyatör Teknik Resminin Modellenmesi .......................................................28 Radyatör Teknik Resminin Çizilmesi...........................................................29 İşlenmiş Görünümlerin ( Render) Elde Edilmesi ................................................30 Motorun İşlenmiş Görünümleri

.......................................................................31

Pistonun İşlenmiş Hali ..................................................................................31 iii

3.2.1.2.

Biyel Kolunun İşlenmiş Hali .........................................................................32

3.2.1.3.

Krank Milinin İşlenmiş Hali .........................................................................33

3.2.1.4.

Krank - Piston - Biyel Kolu Montajının İşlenmiş Hali .................................34

3.2.1.5.

Motor Montajının İşlenmiş Hali ...................................................................35

3.2.2. 3.2.2.1. 4.

Radyatörün İşlenmiş Görünümü .....................................................................36 Radyatörün İşlenmiş Hali .............................................................................36

TASARIMIN ANALİZ EDİLMESİ ........................................................................38 Piston Analizinin Yapılması .................................................................................38

4.1. 4.1.1.

Model Bilgisi .....................................................................................................38

4.1.2.

Malzeme Özellikleri ..........................................................................................39

4.1.3.

Mesh Bilgisi .......................................................................................................39

4.1.4.

Sonuçlar ............................................................................................................40 Biyel Kolunun Analiz Edilmesi ............................................................................41

4.2. 4.2.1.

Model Bilgisi .....................................................................................................41

4.2.2.

Malzeme Özellikleri ..........................................................................................41

4.2.3.

Mesh Bilgisi .......................................................................................................42

4.2.4.

Sonuçlar ............................................................................................................43

5.

KAYNAKLAR..........................................................................................................44

iv

1. MOTOR KARAKTERİSTİKLERİ Motor karakteristikleri seçimi Tablo. 1. ‘e göre yapılmıştır.

1.1.

Motor Tipi

Kamyon Motoru Avrupa Tipi, 4z, Dizel, Su Soğutmalı, Sıralı

1.2.

Motor Gücü

Pe = 140 Kw

1.3.

Devir Sayısı

n = 2500 dev/dak

1.4.

Silindir Sayısı

z=6

1.5.

Silindir Çapı

D = 100 - 140 mm

1.6.

Strok/Çap Oranı

 = 1,0742 – 1,20

1.7.

Ortalama Efektif Basınç

Pme = 6 – 7,5 bar

1.8.

Ortalama Piston Hızı

cm = 10 - 12 m/s

1.9.

Strok Hacminin Litresi Başına Güç

Pe/VH = 14 - 22 kW/lt

1

2

2. MOTOR ANA BOYUTLARININ HESABI 2.1.

Kriterlerin Tespiti

Strok ve strok-çap oranının alt-üst sınırlarının, ortalama efektif basıncın, efektif güç - strok hacmi oranının son olaraktan efektif gücün tespiti yapılır. Bu tespitler yapılırken her basamakta seçilen aralığa göre elemeler yapılır. Her adımda seçilen aralık referans alınarak kalan seçeneklere göre tekrar hesap yapılır. Hesaplar yapılırken; uzunluklar (m), basınç (bar), hız (m/s), güç (kw) ve hacimde (lt) alınmıştır. 2.1.1. Strok ve Strok - Çap Oranının Tespiti H .n 30.Cm  H 30 n

C m. 

H sınır 



,

30.10  0,15 m 2000 

H sınır 

H D

30.12  0,12 m  3000 ALT SINIR

ÜST SINIR

 sınır 

H üst 0,15   1, 0742  Düst 0,14 

 sınır 

ALT SINIR

2.1.1.1.

H alt 0,12   1, 20 Dalt 0,10  ALT SINIR

Strok Tespiti

H

30.Cm n

H11 

30.(Cm )1 30.(10,000)    H 12  H13  H14   0,120 m n 2500

H 21 

30.(Cm )2 30.(10, 667)    H 22  H 23  H 24   0,128 m n 2500

H 31 

30.(Cm )3 30.(11, 334)    H 32  H 33  H 34   0,136 m n 2500

H 41 

30.(Cm )1 30.(12,000)    H 42  H 43  H 44   0,144 m n 2500

2.1.1.2.

Silindir Çapı Tespiti



H H  D D 

3

D11 

H11 0,12   0,112 m  1 1,07142

D12 

H12 0,12   0,1076 m  2 1,11428

D13 

H13 0,12   0,1037 m  3 1,15714

D14 

H14 0,12   0,1000 m  4 1, 20000

D21 

H 21 0,128   0,1195 m  1 1,07142

D22 

H 22 0,128   0,1149 m  2 1,11428

D23 

H 23 0,128   0,1106 m  3 1,15714

D24 

H 24 0,128   0,1067 m  4 1,20000

D31 

H 31 0,136   0,1269 m  1 1,07142

D32 

H 32 0,136   0,1220 m  2 1,11428

D33 

H 33 0,136   0,1175 m  3 1,15714

D34 

H 34 0,136   0,1133 m  4 1,20000

D41 

H 41 0,144   0,1344 m  1 1,07142

D42 

H 42 0,144   0,1292 m  2 1,11428

D43 

H 43 0,144   0,1244 m  3 1,15714

D44 

H 44 0,144   0,1200 m  4 1,20000

2.1.2. Ortalama Efektif Basınç Tespiti

 Pe .4  120000 . D2 .  H .z. n kW

Pme  120000

Pe VH .n  2

 .D .H .z 4

Pme11  120000.



Pme  Pa (105 Pa  1bar )

m2

m

d /d

140.4  Pme11  9, 47 bar  .(0,112)2 .0,12.6.2500

4

Pme12  120000.

140.4  Pme 21  10, 26 bar  .(0,1076)2 .0,12.6.2500

Pme13  120000.

140.4  Pme13  11, 05 bar  .(0,1037)2 .0,12.6.2500

Pme14  120000.

140.4  Pme14  11,88 bar  .(0,1000)2 .0,12.6.2500

Pme 21  120000.

140.4  Pme11  7,80 bar  .(0,1195)2 .0,128.6.2500

Pme 22  120000.

140.4  Pme 22  8, 43 bar  .(0,1149) 2 .0,128.6.2500

Pme 23  120000.

140.4  Pme 23  9,10 bar  .(0,1106)2 .0,128.6.2500

Pme 24  120000.

140.4  Pme 24  9, 78 bar  .(0,1067) 2 .0,128.6.2500

Pme31  120000.

140.4  Pme 31  6, 51bar  .(0,1269)2 .0,136.6.2500

Pme32  120000.

140.4  Pme 32  7, 04 bar  .(0,122)2 .0,136.6.2500

Pme33  120000.

140.4  Pme33  7,59 bar  .(0,1175)2 .0,136.6.2500

Pme34  120000.

140.4  Pme 33  8,16 bar  .(0,1133)2 .0,136.6.2500

Pme 41  120000.

140.4  Pme 41  5, 48 bar  .(0,1344)2 .0,144.6.2500

Pme 42  120000.

140.4  Pme 42  5,93 bar  .(0,1292) 2 .0,144.6.2500

Pme 43  120000.

140.4  Pme 43  6, 40 bar  .(0,112)2 .0,144.6.2500

Pme 44  120000.

140.4  Pme 44  6,87 bar  .(0,1200)2 .0,144.6.2500

5

Bu

Pme31 , Pme 32 , Pme 43 , Pme 44

değerlerden

haricindekiler

6  Pme  7, 5 aralığında

olmadıkları için uygun değildirler. 2.1.3. Efektif Güç – Strok Hacmi Oranının Tespiti

MPa m / sn   Pe P .C  me m VH 4.  H  m

kW / lt

Pe P .C P (0, 651).(11,334)  me31 m3   e  13,56 kW / lt VH 31 4.H 31 4.(0,136) VH 31 Pe P .C P (0, 704).(11,334)  me32 m3   e  14, 66 kW / lt VH 32 4.H 32 4.(0,136) VH 31 Pe P .C (0,640).(12,000) P  me 43 m 4   e  13,33 kW / lt VH 43 4.H 43 4.(0,144) VH 31 Pe P .C (0,687).(12,000) P  me 44 m 4   e  14,31 kW / lt VH 44 4.H 44 4.(0,144) VH 31 Bu değerlerden

Pe Pe P , haricindekiler 14  e  22 aralığında olmadıkları için VH 32 VH 44 VH

uygun değildirler. 2.1.4. Efektif Güç Tespiti Vh  D2 Pe  Pme .VH .n.i   Pe  P .(  . H . z ). n .i me  4 m d / sn  kW kPa

 1  i  2 (4 zamanlı motorlar için 

m2

 (0,122) 2  2500 1 Pe 32  704  . .(0,136).6  . .  Pe32  139,904 kW 4   60 2 Pe 44

 (0,120)2  2500 1  687  . .(0,144).6 . .  Pe 44  139,856 kW 4   60 2

6

Bu iki değerden Pe 32  139,904 kW tasarımı yapılan 140 kW lık motora en yakın olan değerdir.

Cm /

 1  1.07142

Cm1  10.000 m / s

H11  0.12 m D11  0.112 m pme 11  9.47 bar

H 21  0.128 m

Cm2  10.667 m / s D  0.1195 m 21

pme 21  7.8 bar

 2  1.11428 H12  0.12 m D12  0.1076 m pme12  10.26 bar

 3  1.15714 H13  0.12 m D13  0.1037 m pme13  11.05 bar

 4  1.20000 H14  0.12 m D14  0.1m pme14  11.88 bar

H 22  0.128 m

H 23  0.128 m

H 24  0.128 m

D22  0.1149 m

D23  0.1106 m

D24  0.1067 m

pme 22  8.43 bar

pme 23  9.1bar

pme 24  9.78 bar

H 32  0.136 m

Cm1  11.334 m / s

H 31  0.136 m

D32  0.122 m

D31  0.1269 m

pme 32  7.04 bar

H 33  0.136 m

H 34  0.136 m

pme 31  6.51bar

Pe kW  14.66 VH 32 lt

D33  0.1175 m

D34  0.1133 m

pme 33  7.59 bar

pme 34  8.16 bar

Pe kW  13.56 VH 31 lt

Pe32  139.904 kw H 44  0.144 m

H 41  0.144 m Cm1  12.000 m / s D  0.1344 m 41

pme 41  5.48 bar

H 43  0.144 m

D44  0.12 m

H 42  0.144 m

D43  0.1244 m

pme 44  6.87 bar

D42  0.1292 m

pme 43  6.40 bar

pme 42  5.93 bar

Pe kW  13.33 VH 43 lt

Pe kW  14.31 VH 44 lt

Pe44  139.856 kw

Tablo. 2. Ana boyut hesabı için Cm /  ye göre H , D, pme , Pe değerleri tablosu : Ortalama efektif basınç aralığına uymayanlar : Efektif güç - Hacmi aralığına uymayanlar : Efektif güç olarak uymayanlar : Seçimi yapılan motor boyutları Buna göre tasarımı yapılacak motorun değerleri aşağıdaki gibidir.

7

H  0,136 m  136 mm

Pme  7,04 bar  704 kPa

D  0,122 m  122 mm

Cm  11,334 m / s

2.2.

Boyutlandırma

2.2.1. Pistonun Boyutlandırılması Pistonun ana boyutlandırılması Tablo. 3. ‘e göre yapılmıştır. Benzin Motoru Pistonun Ana Boyutları

Dizel Motoru

2 Zamanlı

4 Zamanlı

Piston Çapı (DP) [mm]

35 - 70

70 - 100

90 - 200

200 - 350

350 - 500

Piston Uzunluk Çap Oranı (L/DP)

0.8 - 1.2

0.8 - 1.3

0.8 - 1.2

1.16 - 1.54

1.5 - 1.8

Perno Yeri Sıkıştırma Yüksekliği (lp/DP)

0.5 - 0.7

0.7 - 1.0

1.0

4 Zamanlı

0.39 - 0.59 0.55 - 0.85

0.25 - 0.30 0.28 - 0.36 0.32 - 0.42 0.37 - 0.42

Perno Dış Çapı (dp/DP)

0.4 - 0.45

Piston Yüzü Et Kalınlığı (h/DP)

0.07 - 0.08 0.07 - 0.08 0.13 - 0.18 0.14 - 0.20 0.15 - 0.20

Perno Yatakları Arası Mesafe(a/DP)

0.25 - 0.40 0.30 - 0.40 0.32 - 0.42 0.36 - 0.42 0.38 - 0.42 0.65 - 1.0

Piston Etek Uzunluğu(LP/DP) 1.Segman - Piston Yüzeyi Uzaklığı (s1/DP) 1.Segman Yüksekliği [mm]

0.68 - 0.74 0.62 - 0.70

0.8 - 1.2

1.0 - 1.2

0.04 - 0.10 0.06 - 0.12 0.10 - 0.18 0.15 - 0.22 0.18 - 0.22 1.5 - 2.0

1.5 - 2.5

1.5 - 3.5

4-6

6 - 10

Tablo. 3. Pistona Ait İstatistiki Boyut Değerleri 2.2.1.1.

Piston Uzunluğu(L)

Piston uzunluk-çap oranı

L tablodan; Dp

L = <0,8-1,2> aralığındadır. Bu aralıkta 1,2 mm olarak seçildi. Dp

8

L L  1,2   1,2  L  146,4 mm Dp 122

2.2.1.2.

Piston Yüzü Et Kalınlığı(h)

Piston uzunluk-çap oranı

h tablodan; Dp

h = <0,13-0,18> aralığındadır. Bu aralıkta 0,15 mm olarak seçildi. Dp h h  0,15   0,15  h  18 mm Dp 122

2.2.1.3. Piston Yüzü Et Kalınlığının Mekanik Zorlanmalara Göre Kontrolü Bu kontrol yapılabilmesi için Pmax’a ihtiyaç vardır. Aşağıdaki kabullere göre; P1  1,5 bar

  16

T1  300 0 K

k  1,4

 P2   P2  k 1,4         16  1,5   P1  P2  Pmax  70 bar

D p  D0  122 mm ve Di  100 mm alındı. Piston tablası yarıçapı r 

Di 100   r  50 mm bulunur. 2 2

 = <200-300> aralığındadır. Bu aralıkta 200 MPa olarak seçildi. Pmax = 70 bar = 7000000 Pa = 7000 kPa = 7 MPa

9

hem  r

0,5. Pmax 0,5.7  50  hem  6,61 mm  200

h>hem olduğu için emniyetlidir. 2.2.1.3.

Perno Mesafesi(LP)

Lp = <0,55-0,85> aralığındadır. Bu aralıkta 0,80 mm olarak seçildi. Dp Lp L  0,80  p  0,80  Lp  98 mm Dp 122 2.2.1.4.

Perno Yuvaları(Yatakları) Arası Mesafe(a)

a = <0,32-0,42> aralığındadır. Bu aralıkta 0,37 mm olarak seçildi. Dp a a  0,37   0,37  a  45 mm Dp 122

2.2.1.5.

Piston Etek Uzunluğu(Le)

Bu uzunluk pistonun yağ segmanı ile alt ucu arasındaki mesafedir. Le = <0,62-0,70> aralığındadır. Bu aralıkta 0,66 mm olarak seçildi. Dp Le L  0,66  e  0,66  Le  80 mm Dp 122

2.2.1.6.

Piston Soğutulması

Bu hesap birim cm2 deki gücün hesaplanması ile bulunur. Alan hesabında toplam piston alanı alınır. Güç te motorun efektif gücüdür. Bu orandan çıkan değerin 0,2 ve 0,3 değerleri arasında olması durumunda soğutmaya gerek yoktur. Pe  Ap ,t

140 kW olduğundan bu tasarımda soğutmaya gerek yoktur.  0,2 2 (12,2) cm 2 . .6 4

10

2.2.2. Segman Boyutlandırılması Dizel motorların efektif güçleri daha yüksektir. Diğer yandan buji sistemi olduğu için kendiliğinden yüksek basınç ile tutuşma söz konusudur. Bunun içinde yüksek basınçlar ile çalışılmaktadır. Bu yüzden dizel motorlarda segman malzemesi olarak alaşımlı çelik kullanıldı. 2.2.2.1.

Birinci Segman - Piston Yüzeyi Arası Uzaklık(S1)

S1 = <0,10-0,18> aralığındadır. Bu aralıkta 0,14 mm olarak seçildi. Dp S1 S  0,14  1  0,14  S1  17 mm Dp 122

2.2.2.2.

Segman Yüksekliği(h)

Dizel motorlarda Kompresyon segmanı <3-4> mm Yağ segmanı

<5,5-6> mm aralığındadır.

Kompresyon segmanı 4 mm, yağ segmanı 6 mm seçildi. 2.2.2.3.

Segman Genişliği(a)

Dizel motorlarda Kompresyon segmanında <4-9,5> mm Yağ segmanında

<9-11> mm aralığındadır.

Kompresyon segmanı genişliği 5 mm, yağ segmanı genişliği 10 mm seçildi. 2.2.2.4.

Segman Sayısı(k+y)

Dizel motorlarda D < 130 mm için 3k+y k: Kompresyon segmanı y: Yağ segmanı Segman sayısı = 3.4+1.6 = 18

11

2.2.2.5.

Segman Yuvaları(Yatakları) Arası Mesafe(S2)

S2 = 0,065 mm olarak seçildi. Dp S2 S  0,065  2  0,065  S2  8 mm Dp 122

2.2.2.6.

Segmanların Mukavemet Hesabı

Ortalama radyal basınç hesabı yapılır.

m .E D Port  3 formülü ile bulunur. D  7,07.   1 a  D:Silindir çapı (mm) a:Radyal segman kalınlığı (mm) Port:Ortalama radyal basınç (MPa)

D   =<21,4-25,4> arası bir değerdir. a m:Segman ağzı açıklığı (mm), genelde silindir çapının %10-15’i kadardır. E:Segman malzemesinin elastisite modülüdür. <96000-100000> MPa arası bir değerdir. Bu tasarım seçilen değerler aşağıdaki gibidir.

D  122 mm a  5 mm D / a  122 / 5  24, 4 12,5 m  122.  m  15,25 mm 100 E  98000 MPa

15,25 .98000 Port  122  Port  0,14 MPa 3 7,07.  24,4  1

12

2.2.3. Perno Boyutlandırılması Pernonun çok zor koşullar altında çalıştığından “krom-nikel alaşımlı sementasyon çelikleri” kullanıldı. Perno boyutlandırılması Tablo. 4. ‘e göre yapılmıştır.

Silindir Çapı D [mm] 39 46 55 67 75 82 87 91 96 103 111

Benzin Motorları Perno dn [mm]

di [mm]

l [mm]

10 12 15 18 20 22 24 25 26 28 30

5 7 8 11 12 14 15 16 17 18 19

32 38 46 58 66 72 76 80 84 92 100

Silindir Çapı D [mm] 84 89 91 97 102 108 116 122 127 134 141

Dizel Motorları Perno dn [mm]

di [mm]

l [mm]

Aşırı Doldurmalı di [mm]

32 35 36 38 40 42 45 41 50 52 55

17 19 19 20 21 22 23 25 26 27 28

66 70 72 76 80 86 92 98 102 108 114

16 18 18 19 20 21 22 24 25 26 27

Tablo. 4. Perno Boyutları 2.2.3.1.

Perno Dış ve İç Çapı, Uzunluğu ve Perno Gözleri Arası Mesafe

Yapılan tasarımda silindir çapı 122 mm dir. Buna göre; da = 41 mm (Perno dış çapı) di = 25 mm (Perno iç çapı) Lp = 98 mm (Perno uzunluğu) Perno gözleri arası mesafe(bb): bb  25  ( D  70).

25 25  25  (122  70). 50 50

bb  51 mm Biyel küçük başının eni(b): b = bb – 5 = 51 – 5

b  46 mm 13

2.2.3.2.

Perno Mukavemet Hesabı

I - Yüzey basıncı kontrolü(F):

F  Pmax . .

D2 (0,122)2  70.102. .  F  81,82 kN 4 4

II - Perno ile biyel arasındaki yağ filminin yırtılmaması için buradaki basınç 50 MPa’dan küçük olmalıdır. Buna göre; F  50 MPa b  0,4  0,5  . D p olmalıdır. Bu tasarımda b  0, 45 alındı. d a .b 81,82.103  50 MPa olmalıdır.  36,34  50 41.54,9   da

b

olduğu için emniyetlidir. III - Pernonun dış çapının gaz kuvvetine göre de mukavemeti kontrol edilmelidir. Ölçülendirme Şekil. 1. ‘deki gibidir.

 t :Perno yuvasına gelen yüzey basıncı <40-60> MPa arası bir değeri vardır. Tasarımda 50 MPa seçildi. c:Perno yuvasının genişliği (mm)

2.c  L-a  2c=98-45  c=26,5 mm

da 

Fgaz 2.26,5.50



81,82.103  d a  30,87  41 2.26,5.50

olduğu için emniyetlidir.

Şekil. 1. Pernoya Etki Eden Kuvvetler

IV – Eğilme zorlanmasına göre kontrol:

 eğ ,em = 300 MPa alınmıştır. di  4 d a 4 

F .d a 81,82.103.41  4 414  0,8. eğ ,em 0,8.300

d i  40,95  41 olduğu için emniyetlidir.

14

2.2.4. Biyel Boyutlandırılması Tasarımda kullanılan biyel kolu parçalı ve düz şekildedir. Bu tarzda kollar sıra motorlar ve V motorlarda kullanılır. Biyel büyük başı doğrudan doğruya krank muylusuna bağlıdır. 2.2.4.1.



Biyel Boyu(L)

H r  2.L L

r:Krank milinin yarıçapı, H:Strok uzunluğu

 : Yüksek devirli dizel motorlarda

1 alınması uygundur. 4,5

H  r  68 mm 2 H r 1 1     68.  L  306 mm 2.L L 4,5 L r

2.2.4.2.

Biyel Küçük Başı

R0 = <1,20-1,30> aralığındadır. Bu aralıkta 1,25 mm olarak seçildi. r

İşlenmiş biyelde

R0  1,25  R0  68.1, 25  R0  85 mm r 2.2.4.3.

Biyel Büyük Başı

Dizel motorlarda; dk = <0,56-0,72>.D ve lk = <0,40-0,60>.D aralığındadır. Bu aralıkta dk’nın katsayısı 0,64 ve lk’nın katsayısı 0,50 olarak seçildi. d k  0,64.122  78 mm (biyel büyük başıiç çapı) lk  0,50.122  61 mm (biyel büyük başıuzunluğu ) 2.2.4.4.

Burç Kalınlığı(t)

Burcun et kalınlığı perno çapının yaklaşık olarak

1 ’si kadardır. 12

t = <0,080-0,085>.dd aralığındadır. Bu aralıkta dd’nin katsayısı 0,080 alındı.dd perno dış çapıdır.

t  0,080.41  t  3,3 mm

15

2.2.4.5.

Biyel Küçük Başının Mukavemet Hesabı

Biyel küçük başının mukavemet hesabı yapılırken biyel küçük başına etki eden maksimum kuvveti bulmak gerekir. mh : Biyel kütlesinin %25’i ile perno, piston ve segmanların toplam kütlesidir.



İşlemler yapılırken mh = 2,5 kg alındı.

2. .n 60

r : Krank milinin yarıçapı Fh  mh .r0 . 2 (1   )   .2500  Fh  (2,5).(0,068).    30 

2

1   . 1    4,5 

Fh  14,24 kN

s : Biyel küçük başının et kalınlığı b : Biyel büyük başının genişliği bb : Perno gözleri arası mesafe

 em = 20 MPa alındı. b  bb  5  b  46 mm

 em 

Fh Fh 14, 24.103 s   s  7,7 mm 2.s.b 2. em .b 2.20.46

2.2.5. Krank Mili Boyutlandırılması 2.2.5.1. Silindirler Arası Mesafe(LS) Silindirler arası mesafe bulunurken Tablo. 5. ‘den faydalanılır. Motor Cinsi Gömleksiz Sıra Motor Gömlekli Sıra Motor V Motoru İki Zamanlı

Benzin (LS/D) 1.20 - 1.24 1.20 - 1.28 1.33

Dizel (LS/D) 1.25 - 1.30 1.47 - 1.55 1.40 - 1.70

Tablo. 5. Silindirler Arası Uzaklık Ls = <1,25-1,30> aralığındadır. Bu aralıkta 1,26 olarak seçildi. D Ls L  1,26  s  1,26  Ls  153 mm D 122 16

2.2.5.2.

Kol Muylusu Çapı(dk)

Kol muylusu çapı bulunurken Tablo. 6. ‘dan faydalanılır. Motor Cinsi

dk/D

lk/D

Benzin Motoru Dizel Motoru

0.60 - 0.70 0.56 - 0.72

0.45 - 0.65 0.60 - 0.70

Tablo. 6. Krank Muylusunun Boyutları dk = <0,56-0,72> aralığındadır. Bu aralıkta 0,64 olarak seçildi. D dk d  0,64  k  0,64  d k  78 mm D 122

2.2.5.3.

Kol Muylusu Uzunluğu(lk)

Kol muylusu uzunluğu bulunurken Tablo 6‘den faydalanılır. lk = <0,60-0,70> aralığındadır. Bu aralıkta 0,65 olarak seçildi. D lk l  0,65  k  0,65  lk  79,3 mm D 122

2.2.5.4.

Ana Muylusu Çapı(da)

Ana muylusu çapı bulunurken Tablo.7. ‘den faydalanılır. Motor Cinsi

da/D

la/D

Benzin Motoru Dizel Motoru

0.63 - 0.75 0.70 - 0.75 - 0.90

0.45 - 0.50 0.40 - 0.60

Tablo. 7. Ana yatak boyutları da = <0,69-0,76> aralığındadır. Bu aralıkta 0,725 olarak seçildi. D da d  0,725  a  0,725  d a  88 mm D 122

2.2.5.5.

Ana Yatak Muylusu Uzunluğu(la)

Ana yatak muylusu uzunluğu bulunurken Tablo 7 ‘den faydalanılır. la = <0,40-0,60> aralığındadır. Bu aralıkta 0,60 olarak seçildi. D

17

la l  0,60  a  0,60  la  53 mm D 122

2.2.5.6.

Krank Kolları Boyutlandırılması

Genişlik = <1,0-1,2>.D aralığındadır. Bu aralıkta 1,1 olarak seçildi. b = 1,1.122 = 134 mm Kalınlık = 0,24.D = 0,24.122 = 30 mm Geçiş = 0,08.D = 0,08.122 = 10 mm 2.2.5.7.

Krank Mili Mukavemet Hesabı

Krank mili, istatistik değerlere göre boyutlandırıldıktan sonra, önce eğilme ve burulma zorlanmasına göre kontrol edilir. Gereğinde motorun cinsine göre yatakların kayma yüzeylerindeki basınca göre de kontrol yapılır. Eğer motor yüksek dönme sayılı ise titreşim zorlanması olur, buna göre de kontrol yapılmalıdır. Krank mili, eğilme ve burulma gerilmelerinin etkisi altındadır. Ancak her iki gerilmenin maksimumu aynı anda olmaz. Hesaplarda emniyet bakımından her ikisinin de maksimum değeri, krank miline aynı anda etki ediyormuş gibi düşünülür. Bunun etkisi gerek hesapla gerekse deneysel olarak kontrol edilir. Kuvvet Hesabı: Pmax = 70 bar

Fmax 

 .D 2  .(0,122) 2 .Pmax  .70.102  Fmax  81,82 kN 4 4

Bu kuvvet iki bileşene ayrılır. Piston üst ölü noktadan yaklaşık 350 sonra da bu vaziyette;

Ft  0,4.Fmax  0, 4.81,82  Ft  32,73 kN

18

Fr Kuvveti Krankta İken Ft = 0 , Fr = - Fmax Çekme Gerilmesi:

z 

Fr b.h

Eğilme Gerilmesi:

b 

Fr .e b.h 2 6

 top   z   b b:134 mm bulunmuştu.(Genişlik) h:30 mm bulunmuştu.(Kalınlık) Lk:55 mm bulunmuştu.(Kol muylusu uzunluğu)

Lk  e  27,5 mm 2 F 81,82.103 z  r    z  20 MPa b.h 134.30 F .e (81,82.103 ).27,5 b  r 2    b  111 MPa b.h 134.30 6 6 e

 max   top   z   b   top  20  111   top  131 MPa Ft Kuvveti Krankta İken Eğilme Gerilmesi

b 

Ft .e h.b 2 6

19

Kayma Gerilmesi:

Ft



2 .b.h 3

Burkulma Gerilmesi: Ft .e F .e   t 6,7  t 2 2 .h.b 2 .b.h 2 9 9    

 t 0,1 

Max1

b 



Max2

(32,73.103 ).1   b  0,36 MPa 30.134 2 6

32,73.103    12,21 MPa 2 .134.30 3

 t 0,1 

 t 6,7 

(32,73.103 ).27,5   t 0,1  7,52 MPa 2 2 .30.134 9 (32,73.103 ).27,5   t 6,7  33,58 MPa 2 .134.302 9

 max   top   b     t 0,1   t 6,7  0,36  12,21  7,52  33,58  max  53,67 MPa

20

3. TASARIMIN MODELLENMESİ 3.1.

Teknik Resimlerin Çizilmesi

3.1.1. Motorun Teknik Resimlerinin Modellenmesi Teknik resim, mühendisler arasındaki iletişimi en kolay ve en doğru şekilde sağlaması açısından büyük öneme sahip teknik bir alfabedir. Temelde doğrular ve eğrilerin çeşitli şekillerde bir araya gelmesiyle oluşan teknik resim, yapılması istenen konstrüksiyon ve tasarımın kâğıt üzerinde tanımlanması sanatıdır. Teknik resim, tasarımdan üretime, pazarlamadan kullanıma kadar bir ürünün başından geçen her aşamada ilgili kişilere yol gösterir. Teknik resim, ürünün malzemesini, nasıl imal edileceğini, boyutlarını, toleranslarını, yüzey kalitesini, sertlik değerlerini, ısıl işlemini vb. tüm imalat yöntemlerini daha sonrasında ürünün montajını, taşınmasını ve hatta kullanımını belirli kurallar ve standartlar çerçevesinde anlatır. Daha önceleri çeşitli takımların (cıvata, somun ve sembol şablonları, aydınger kağıdı, iletki(minkale), gönyeler, kurşun kalemler, silgiler, resim kâğıtları, çini mürekkebi, resim masası, resim tahtası, cetvel, daire şablonu, pistoleler (yay cetvelleri), yazı şablonları, rapido takımı, T cetveli (85 veya 100 cm), pergel takımı vs.) yardımıyla el ile çizilen teknik resimler, gelişen teknolojiye ayak uydurmuş ve günümüzde büyük bir oranda bilgisayarlarda CAD (Computer-Aided Design) programları yardımıyla çizilmektedir.

21

3.1.1.1.

Piston Teknik Resminin Çizilmesi

Resim. 1. Piston Teknik Resmi 22

3.1.1.2.

Perno Teknik Resminin Çizilmesi

Resim. 2. Perno Teknik Resmi 23

3.1.1.3.

Segman Teknik Resminin Çizilmesi

Resim. 3. Segman Teknik Resmi

24

3.1.1.4.

Biyel Kolu Teknik Resminin Çizilmesi

Resim. 4. Biyel Kolu Teknik Resmi

25

3.1.1.5.

Krank Mili Teknik Resminin Çizilmesi

Resim. 5. Krank Mili Teknik Resmi

26

3.1.1.6.

Silindir Kapağı Teknik Resminin Çizilmesi

Resim. 6. Silindir Kapağı Teknik Resmi

27

3.1.2. Radyatör Teknik Resminin Modellenmesi Radyatör, ısı eşanjörlerinin bazı tipleri için kullanılan genel bir terimdir. Radyatörler otomobil, binalar ve elektronikte kullanılırlar. İçten yanmalı bir motorla çalışan otomobillerde, radyatör soğutma sıvısının pompalandığı silindir ve motor bloğu boyunca dolaşan soğutma kanalları ile bağlantılıdır. Bu sıvı genelde etilen glikol (antifriz) ile karıştırılmış sudur. Akışkan, radyatörden motora kapalı bir sistem içinde hareket eder, bu hareketi esnasında motor parçaları üzerindeki ısıyı radyatöre taşır. Radyatör, genelde aracın ön tarafındaki ızgaralı bölüme monte edilmiştir. Soğuk hava bu ızgaralardan geçerek radyatörü soğutur.

28

3.1.2.1.

Radyatör Teknik Resminin Çizilmesi

Resim. 7. Radyatör Teknik Resmi

29

3.2.

İşlenmiş Görünümlerin ( Render) Elde Edilmesi

Render, (bilgisayarda) çizilmiş olan modeli veya modelleri bilgisayar tarafından işlemektir. Görüntünün ham halinin, bilgisayar tarafından işlenmesi de denebilir. Bu işlemi gerçekleştirmek için çeşitli bilgisayar yazılımlarına ihtiyaç duyulur. Render işlemi, mimarlık, bilgisayar oyunları, simülatörler, sinema ve televizyon gibi sektörlerde ağırlıkla kullanılır. Bunların dışında bilgisayarla tasarım yapılan bütün sektörlerde gerçekleştirilen bir işlemdir. Render işlemi, bilgisayarın işlemcisine çok fazla yük bindirdiğinden uzun sürebilir ve yüksek performanslı bir bilgisayara gerek duyulabilir. Kullanılan işlemci hızı ve adeti render süresini etkiler. Bazı yardımcı programlar ile birden fazla bilgisayarın ortak çalışması sağlanabilmektedir.

30

3.2.1. Motorun İşlenmiş Görünümleri 3.2.1.1.

Pistonun İşlenmiş Hali

Resim. 8. Pistonun Render Görüntüsü

31

3.2.1.2.

Biyel Kolunun İşlenmiş Hali

Resim. 9. Biyel Kolunun Render Görüntüsü

32

3.2.1.3.

Krank Milinin İşlenmiş Hali

Resim. 10. Krank Milinin Render Görüntüsü

33

3.2.1.4.

Krank - Piston - Biyel Kolu Montajının İşlenmiş Hali

Resim. 11. Krank - Piston - Biyel Kolu Montajının Render Görüntüsü(Açılı)

Resim. 12. Krank - Piston - Biyel Kolu Montajının Render Görüntüsü(Dik) 34

3.2.1.5.

Motor Montajının İşlenmiş Hali

Resim. 12. Motor Montajının Render Görüntüsü(Normal)

Resim. 12. Motor Montajının Render Görüntüsü(Şeffaf) 35

3.2.2. Radyatörün İşlenmiş Görünümü 3.2.2.1. Radyatörün İşlenmiş Hali

Resim. 13. Radyatörün Render Görüntüsü(Önden)

36

Resim. 14. Radyatörün Render Görüntüsü(İzometrik)

37

4. TASARIMIN ANALİZ EDİLMESİ Bir malzeme üzerine bir yük uygulandığında, deforme olur. Eğer malzeme ideal elastik bir malzeme ise, yük kaldırıldığında deformasyon yok olur. Elastik deformasyon uygulanan yük ile doğru orantılı ve gecikmeksizin olur. Fakat bazı malzemelerde, örneğin polimerlerde, deformasyon doğrusal değildir ve gecikmeli gerçekleşir. Elastik davranışın zıttı yapışkan davranıştır. Yapışkanlık sıvıların bir davranış biçimidir. İdeal yapışkan bir malzemede deformasyon hızı yük ile doğru orantılıdır. İdeal yapışkan bir malzemede orantı sabit, gerinim zamana bağımlıdır. Polimer gibi bazı malzemeler, hem elastik hem de yapışkanlık davranışı gösterirler ve bu tür malzemenler viskoelastik malzemeler olarak adlandırılır.

4.1.

Piston Analizinin Yapılması

4.1.1. Model Bilgisi Kütle:1,58 kg Hacim: 590 cm3 Yoğunluk: 2,71 gr / cm3 Ağırlık: 15,8 N Uygulanan Kuvvet: 81,9 kN

Resim. 15. Piston Model Bilgisi

38

4.1.2. Malzeme Özellikleri Model Tipi: Doğrusal Elastik İzotropik

6061 - ALAŞIMLI ALÜMİNYUM MEKANİK ÖZELLİKLERİ Temper -

Akma Mukavemeti (MPa) min - max

Çekme Mukavemeti MPa) min - max

Uzama (%50) min max

Sertlik (brinel) min - max

0 T4 T6

55 110-140 240-270

125 180-235 260-310

26 16-21 8..12

40-30 65 90-95

Tablo. 8. 6061 Alaşımlı Alüminyum Mekanik Özellikleri Varsayılan Hata Kriteri: Max von Mises Stres Akma Mukavemeti: 5,51 Pa Gerilme Mukavemeti: 1,24 Pa 4.1.3. Mesh Bilgisi Tip: Son Kullanılan

Katı Standart

Geçişi göster:

Kapalı

Otomatik balon ekle

Kapalı

Orta Noktalar

4 Noktalar

Boyut

8.37683 mm

Tolerans

0.418841 mm

Mesh

Yüksek

Toplam hücreler

18965

Toplam:

11039

Maksimum En boy oranı

6.1565

En-Boy oranı < 3 olan elemanların %

97

En-Boy oranı > 10 olan elemanların %

0

Şekli bozulmuş elemanların (Jakoben) %

0

Tablo. 9. Pistonun Mesh Bilgisi

39

Resim. 16. Pistonun Mesh Yapılmış Hali 4.1.4. Sonuçlar İsim

Tip

Stress

Max von Mises Stres

Minimum 578463 N/m^2 Düğüm: 16187

Maksimum 2.68364e+008 N/m^2 Düğüm: 15932

Tablo. 10. Pistonun Analiz Sonuçları

Resim. 17. Pistonun Analiz Edilmiş Hali

40

4.2.

Biyel Kolunun Analiz Edilmesi

4.2.1. Model Bilgisi Kütle: 2 kg Hacim: 279 cm3 Yoğunluk: 7,20 gr / cm3 Ağırlık: 20 N Uygulanan Kuvvet: 81,9 kN

Resim. 18. Biyel Kolu Model Bilgisi 4.2.2. Malzeme Özellikleri Model Tipi: Doğrusal Elastik İzotropik Gri Dökme Demir Özellikleri Elastisite Modülü Rupture Çekme Basınç Dayanıklılık Brinell (GPa) ASTM Kayma Sınırı Dayanımı Dayanımı Sertlik Numarası Modülü (MPa) (MPa) (MPa) H_b (MPa) Gerginlik Burulma 20

152

572

179

66,2-96,5

26,9-38,6

68,9

156

Tablo. 11. Gri Dökme Demirin Mekanik Özellikleri 41

Varsayılan Hata Kriteri: Mohr - Coulomb Stres Gerilme Mukavemeti: 1,51 Pa 4.2.3. Mesh Bilgisi Tip:

Katı

Son Kullanılan

Eğrilik tabanlı ağ

Orta Noktalar

4 Noktalar

Maksimum eleman boyutu

0 mm

Minimum boşluk boyutu

0 mm

Mesh

Yüksek

Toplam hücreler

14785

Toplam:

8657

Maksimum En boy oranı

3.8289

En-Boy oranı < 3 olan elemanların %

99.5

En-Boy oranı > 10 olan elemanların %

0

Şekli bozulmuş elemanların (Jakoben) % 0

Tablo. 12. Biyel Kolunun Mesh Bilgisi

Resim. 19. Biyel Kolunun Mesh Yapılmış Hali

42

4.2.4. Sonuçlar İsim

Tip

Stress

Max von Mises Stres

Min 0.718914 N/mm^2 (MPa) Düğüm: 10407

Maks 96.5061 N/mm^2 (MPa) Düğüm: 14340

Tablo. 13. Biyel Kolunun Analiz Sonuçları

Resim. 20. Biyel Kolunun Analiz Edilmiş Hali

43

5. KAYNAKLAR [1] YAŞAR, H. “Motor Konstrüksiyonu Ders Notları” , Sakarya Üniversitesi [2] ÇEVİK, İ. “Motor Tasarımı Ders Notları” , Sakarya Üniversitesi [3] http://tr.wikipedia.org/ [4] Solidworks Tutorial, Dassault Systemes

44