İçten Yanmalı Motorun Çalışma Prensibi Nedir?
İçten yanmalı motorlar, yakıtın havayla karıştırılarak yanma odasında yakılmasıyla oluşan ısı enerjisini hareket enerjisine çeviren makinalardır. Yanma odasında meydana gelen patlamayla (yanmayla), yüksek basınç oluşur, bu basınç silindir içerisindeki pistonu aşağı iter. Pistonun bu aşağı itme hareketi (düz-doğrusal hareket), biyel kolu ve krank mili sayesinde dairesel (dönüş) hareketine çevrilir. Oluşan bu dönüş hareketi krank milinden volana, volandan şanzımana, şanzımandan şaft ve aks miliyle tekerleklere iletilir, böylece tekerlekler döner ve araç ilerlemeye başlar.
(Bakınız: Tüm Motor Parçaları)
(Bakınız: Tüm Sensörler)
Benzinli Motorda Çevrim ve 4 Zaman
Benzinli motorlarda 4 zamanlı olarak olarak çalışırlar ve motorun 4 zamanı tamamlaması bir "çevrim" olarak tanımlanır. Bir çevrimde krank mili 2 tur atar (720o) ve eksantrik mili ise bir tur atar (360o); Krank milinin triger (zaman) dişlisi, eksantrik dişlisinin yarısı kadar büyüktür. Bir çevrimde gerçekleşen 4 zaman: Emme zamanı, sıkıştırma zamanı, iş zamanı, egzoz zamanı. Motordaki bir çevrimin gerçekleşmesi için 4 zamanın gerçekleşmesi gerekir; her bir zamanın gerçekleşmesi için krank mili; yarım tur (180o) döner.
Emme Zamanı: Yanma odasına hava (hava+yakıt karışımının) alındığı zamandır. Emme supapları açıktır, pistonun alt ölü noktaya (AÖN) inişi sırasında oluşan alçak basınçla (vakum), emme işlemi gerçekleşir. Turbo benzinli direkt enjeksiyonlu motorlarda emme portundan sadece hava alınırken; atmosferik çok noktadan (MPI) enjeksiyonlu benzinli motorlarda hava+yakıt karışımı emilir.
Sıkıştırma Zamanı: Emme ve egzoz supapları kapalıdır ve silindirin içi hava sızdırmaz haldedir. Silindir içerisindeki hava+yakıt, pistonun üst ölü noktaya (ÜÖN) doğru hareket etmesi, hacmin azalması ile sıkıştırılır. Pistonun ÜÖN'ye çıkmasıyla sadece geriye çok küçük bir hacim (yanma odası hacmi) kalır, sıcaklık ve basınç artmıştır. Sırada, bujinin kıvılcım oluşturması vardır. Sıkıştırma zamanı sonunda benzinli motorlarda silindir içindeki sıcaklık 400-600 derece olurken, dizel motorlarda yüksek sıkıştırma oranı sebebiyle bu sıcaklık 600-900 dereceye çıkmaktadır. Benzinli motorlardaki 400-600 derecelik sıcaklık yakıtın tutuşturulması için yeterli gelmez, bu sebeple yanmanın başlatılması için kıvılcım oluşturan bujiler kullanılır. Dizel motorlardaysa oluşan 600-900 derecelik sıcaklık ve yüksek basınçla, yakıt kendiliğinden tutuşturulur (patlatılır).
(Bakınız: Motor Hacmi ve Sıkıştırma Oranı)
İş (Yanma) Zamanı: Yüksek sıcaklık ve basıntaki hava-yakıt karışımı, bujinin kıvılcım çakmasıyla yakılır-patlatılır. Bu sırada emme ve egzoz supapları kapalıdır. Yanma sonucu oluşan çok yüksek basınç, piston kafasına etki eder ve pistonu aşağıya alt ölü noktaya iter. Motorda dönme hareketi (güç ve tork) bu aşamada üretilir. Pistonun hareketi; biyel kolu, krank mili, kavrama, şanzıman-diferansiyel, aks millerinden sonra tekerleklere iletilir, böylece araç hareket eder, iş elde edilir. Bu zamanda üretilen güç, diğer pistonların hareketleri (zamanları) için de kullanılır. Örneğin diğer pistonun sıkıştırma için ihtiyaç duyduğu güç gibi. Silindirde yanma gerçekleştiğinde, benzinli motorlarda sıcaklık 2500 derece civarına, dizel motorlarda ise 2000 derece civarında çıkmaktadır. Yanma zamanında silindirde oluşan basınç 40-70 bar arasındadır.
Piston çapı 8 cm olsun, piston alanı yaklaşık A= 50 cm2 olur. (A= (π . d2)/4)
Bir silindirde yanma basıncı 40 bar olduğunda (40 bar=40kg/cm2 ), P=40kg/cm2
Paskal kanununa göre, P=F/A formülü uygulanır ve yanma zamanında bir pistonun üzerine uygulanan kuvvet bulunabilir. Buna göre
P=F/A ise, F=PxA olur. F= 40kg/cm2 x 50cm2 =2000kg, yani 2 ton olur. (2000kg=20.000N)
Egzoz Zamanı: İş zamanı sonunda alt ölü noktaya inen piston, egzoz supaplarının açılmasıyla beraber üst ölü noktaya doğru çıkar, silindir içerisindeki egzoz gazları egzoz kanallarından egzoz manifolduna büyük bir hız ve basınçla süpürülür. Egzoz gazının yüksek basınç ve akış hızından, turbo şarj kullanılarak fayda sağlanır.
İçten Yanmalı Motorun Verimliliği Nedir?
Yakıtın yanmasıyla elde edilen enerjinin yaklaşık olarak ancak %40-45’i kullanılabilir hareket enerjisi olarak alınabilmektedir. Enerjinin geri kalan %30’u egzoz gazlarıyla, geriye kalan %30’ise soğutma ve ısının yayılması yoluyla kaybolmaktadır.
(Bakınız: Tork ve Güç Nedir?)
(Bakınız: Dizel Motorlar ve Dizel Araçlar)
(Bakınız: Motoru Kesiciye Sokmak - Redline ve Rölanti Devri)
İçten Yanmalı ve Dıştan Yanmalı Motorların Farkı
Eğer yanma olayı ve hareketin üretilmesi aynı yerde oluyorsa, buna içten yanmalı motor denir. Örneğin: benzinli, dizel motorlarda silindirin içinde hem yanma hem hareket oluşuyor.
Eğer yanma olayı ve hareketin üretilmesi ayrı yerlerde meydana geliyorsa, buna dıştan yanmalı motorlar denir. Örneğin: Buharlı trenlerde, yanma kazanlarda meydana gelir, basınçlı buhar depolanır ve başka bir yerdeki silindirlere gönderilir, hareket burada oluşur.
İçten Yanmalı Motorlar Zamanlarına Göre Nasıl Sınıflandırılır ?
İçten yanmalı motorların zamanları:
*2 zamanlı motorlar (Bakınız: İki Zamanlı Motorlar)
*4 zamanlı motorlar (Bakınız:Motor Parçaları ve Görevleri)
olarak sınıflandırılmaktadırlar.
Otomobil ve ticari araçlarda kullanılan içten yanmalı motorlar 4 zamanlı motorlardır. Küçük motosikletlerde, çim biçme makinalarında, ağaç kesme motorlarında 2 zamanlı benzinli motorlar kullanılmaktadır.
Benzinli motorlar otto çevrimine göre, dizel motorlar dizel çevrimine göre çalışır. Binek ve ticari araçlarda kullanılan benzinli veya dizel motorlar, 4 zamanlı motor prensibine göre çalışır.
Binek Araç Nedir?
Kişisel yolcu taşımacılığı için kullanılan araçlara binek araç denir. Yani aracınız seyahat etmek için, şahsi olarak ulaşımınızı sağlamak için kullanıyorsanız, bu amaca hizmet eden araçlara binek araç denir. Eskiden daha çok benzinli motora sahip olan binek araçlar, dizel motor teknolojisindeki gelişmeler ve ekonomik sebeplerden dolayı müşteri talebindenki artışla, dizel motorlu binek araçların sayısı oldukça artmıştır. Otomobiller tipik bir binek araçtır.
Ticari Araç Nedir?
Adından da anlaşılacağı üzere, malzeme, yük, yolcu taşımak için kullanılan motorlu araçlara ticari araç denir. Kamyonlar, tırlar, otobüsler, minibüsler tipik ticari araç örnekleridir. Ticari araçlardan çok fazla yük (insan veya eşya) çekmesi beklendiğinden, ticari araçlarda yüksek çekiş kuvvetine (tork) sahip dizel motorlar kullanılmaktadır.
Hafif Ticari Araç Nedir?
Hem ticari, hem de hususi (kişisel seyehat) için kullanılabilen motorlu araçlara, hafif ticari araçlar denir. Aracın ruhsatında, hangi amaçla kullanılacağı belirtilmek zorundadır. Örneğin, pick up kamyonetler, fiat doblo veya ford connect (torneo), minibüsler gibi araçlar, hafif ticari araç tipleridir. Hafif ticari araçlarda da genellikle dizel motor kullanılmaktadır.
Kullanılan Yakıt Türüne Göre İçten Yanmalı Motorlar
Günümüzde en yaygın kullanılan motor yakıtları göz önüne alındığında:
-Benzinli Motorlar: Benzin veya lpg yakabilir.
-Dizel Motorlar: Mazot yakarlar
-Doğal Gazlı (CNG’li) Motorlar: Sıkıştırılmış doğal gazla çalışırlar (Belediye otobüsleri)
Hava Besleme Sistemine Göre İçten Yanmalı Motorlar
*Atmosferik Motorlar: Emme manifolduna ve oradan da yanma odasına havanın gönderilmesinde, turbo şarj (aşırı besleme) kullanılmayan, havanın atmosfer basıncı ve pistonun vakum etkisiyle emişin yapıldığı motor tipidir. Benzinli ve dizel atmosferik motorlar yaygın olarak kullanılırken, atmosferik dizel motorlar artık üretilmemektedir. Atmosfer basıncı 1 bardır.
*Turbo Şarjlı Motorlar: Havanın emme manifolduna ve yanma odasına gönderilmesinde, atmosfer basıncına ilave olarak, bir egzoz turbo şarjı veya süper şarjın kullanıldığı, havanın basınçlandırılarak yanma odasına gönderildiği motor tipidir. Turbo şarj, hem benzinli motorlarda hem de dizel motorlarda kullanılmaktadır. Günümüzde neredeyse tüm dizel motorlar artık turbo şarjlıdır. Benzinli motorlardaysa, atmosferik benzinli motorlar hala en yaygın motor tipidir. Turbo şarjlı, yani aşırı beslemeli motorlar, çok daha yüksek motor gücü, çekiş sunarken; daha düşük yakıt tüketimi, daha düşük egzoz emisyonları elde edilmektedir. Bununla beraber daha maliyetli bir sistemdir.
(Bakınız: Turbo Şarj ve Turbolu Motorlar)
Araçlarda Kullanılan Motor Tipleri
*Sıra Tipi Motorlar: Silindirler düz ve sıralı olarak dizilmiştir. 3,4,5,6 silindirli sıra tipi motorlar kullanılmaktadır. 4 silindirli sıra tipi motorlar en yaygın kullanılan motor tipidir. 4 silinirli sıra tipi motorların en çok tercih edilme sebebi, motor bölmesine çok rahat sığabilmeleridir. Motor silindir sırası her zaman krank kasnağının olduğu taraftan başlar. Ateşleme sırası 1-3-4-2 olan bir motorda, 1-4 ve 2-3 kardeş silindirdir.
*V Tipi Motorlar: Birbiriyle açı yapacak şekilde iki ayrı silindir bloğunun tek bir gövdede birleştirilmesi ve tek bir krank milini döndürmesiyle oluşur. İki ayrı silindir bloğu seti olarak bir birlerine genelde 60° veya 90° bazı motorlarda (vw) 15° (Vr tipi motorda) açıyla konumlandırılmışlardır. Daha az sarsıntı, daha yüksek kompresyon, daha az krank mili sürtünmesi ve sıra tipi motor gibi az yer kaplaması avantajlarıdır. 6, 8, 12 silindirli motorlar otomobillerde kullanılmaktadır.
*Boxer Tipi Motorlar (Boksör Motor): Boxer motorlarda silindir ve pistonlar yatay olarak bir birlerine zıt yönde çalışmaktadırlar. İki silindir seti arasında 180° derecelik açı vardır. Boxer motorların en yaygın kullanımı Subaru ve Posche (boxster firmalarının araçlarında görülmektedir.
*W Tipi Motorlar: İki ayrı V tipi motorun bir birine yaklaşık 70 derece açıyla birleştirildikleri motor tipidir, yani çift V motorun bulunduğu çok silindir sayısına sahip yüksek performans motorlarıdır. Örneğin; 6 silindirli 2 adet V tipi silindir bloğu, tek krank kutusunda W harfi biçiminde birleştirilmiştir. 12 silindirli sırat tipi bir motordan çok daha az yer kaplaması en büyük avantajıdır. Bu tip motorlarda her iki silindir bloğu için ayrı arı motor kontrol ünitesi (ecu) kullanılır, yani 2 tane motor kontrol ünitesi vardır, üniteler bağlı bulundukları silindir bloğunu yönetirken, birbirleriyle senkronize çalışırlar.
