Motor Deneyleri - Abdullah Demir
Transkript
Motor Deneyleri - Abdullah Demir
MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ Motorlarda Performans HAZIRLAYAN Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR Engine Performance Engine performance is an indication of the degree of success of the engine performs its assigned task, i.e. the conversion of the chemical energy contained in the fuel into the useful mechanical work. The performance of an engine is evaluated on the basis of the following : (a) Specific Fuel Consumption (b) Brake Mean Effective Pressure (c) Specific Power Output (d) Specific Weight (e) Exhaust Smoke and Other Emissions The particular application of the engine decides the relative importance of these performance parameters. Mean Effective Pressure: Mean effective pressure is defined as a hypothetical/average pressure which is assumed to be acting on the piston throughout the power stroke. Applied Thermal Engineering Engine Performance For Example: For an aircraft engine specific weight is more important whereas for an industrial engine specific fuel consumption is more important. For the evaluation of an engine performance few more parameters are chosen and the effect of various operating conditions, design concepts and modifications on these parameters are studied. The basic performance parameters are the following : (a) Power and Mechanical Efficiency (b) Mean Effective Pressure and Torque (c) Specific Output (d) Volumetric Efficiency (e) Fuel-air Ratio (f) Specific Fuel Consumption (g) Thermal Efficiency and Heat Balance (h) Exhaust Smoke and Other Emissions (i) Specific Weight Mean Effective Pressure: Mean effective pressure is defined as a hypothetical/average pressure which is assumed to be acting on the piston throughout the power stroke. Applied Thermal Engineering Motor Karakteristikleri Benzin motorlarda gaz kelebeğinin, dizel motorlarda pompa kramayerinin konumunun; ayrıca motor yağ ve soğutucu akışkan sıcaklıklarının sabit tutulduğu deney şartlarında krank mili devrine bağlı olarak güç, tork ve yakıt sarfiyatı değişimlerine motor karakteristikleri denir. BMW 2 liter diesel engine Temel Kavramlar Zaman veya Strok: Motorlarda, pistonun ÜÖN ile AÖN arasındaki hareketine “zaman” veya “strok" adı verilmektedir. Bu hareket dört zamanlı motorlarda krank mili açısı cinsinden 1800dir. Kardeş Çalışan Pistonlar: Silindirler içinde aynı yönde, aynı yükseklikte beraber hareket edip farklı zamanları yapan pistonlardır. Örnek olarak ÜÖN’dan AÖN’ya hareket eden iki pistondan biri emme, diğeri genişleme zamanındadır. Supap Bindirmesi: Dört zamanlı motorlarda egzoz zamanı sonu ve emme zamanı başlangıcında her iki supabın belli bir süre beraberce açık bulunmasına supap bindirmesi denir. Sente: Dört zamanlı motorlarda sıkıştırma zamanı sonunda ve genişleme zamanı başlangıcında piston ÜÖN’da bulunduğunda emme ve egzoz supaplarının kapalı kalmasına sente denir. Avans: Motorlarda yanmanın termodinamik bakımdan en uygun zamanda bitirilmesi için sıkıştırma zamanı sonlarında piston ÜÖN’ya gelmeden birkaç derece önce, dizel motorlarında püskürtmenin, benzin motorlarında buji kıvılcımının çakıp yanmanın başlatılmasına avans denir. Temel Kavramlar İndike (İç) güç: Motorun silindirleri içinden veya piston üzerinden alınan güce indike güç denir. İndike gücün ölçülmesi için silindirlerdeki maksimum yanma sonu basıncının basınç ölçerlerle ölçülmesi gerekir. Efektif (Faydalı) güç: Motorun krank mili yada volanından ölçülen güce efektif güç denir. Efektif gücün ölçülmesi için dinamometreler kullanılır. Verim: Elde edilen sonuç ile bu sonucu elde etmek için harcanan çaba arasındaki oranı ifade eder. Motorda alınan gücün verilen güce oranının yüzde olarak ifadesidir. Daima yüzde yüzden azdır. Mekanik verim: Motorun çıkışından alınan gücün piston üzerinden alınan güce oranıdır. Mekanik verim, silindir içerisinde yanmadan dolayı oluşan gücün krank milinden alınıncaya kadar ne kadar kayba uğradığını gösterir. Silindirde elde edilen güç, krank milinden alınıncaya kadar, başta sürtünme ve atalet kayıpları olmak üzere bir çok mekanik kayba uğrar. Motorun gücü; Ortalama efektif basınca, Strok hacmine Dönme sayısına bağlıdır. Motorlarda Performans Termik verim: Motorun, yakıtın yanmasından oluşan enerjiyi faydalı bir işe dönüştürebilme oranıdır. Yanma sonucunda oluşan ısı enerjisinin büyük bir kısmı soğutma, yağlama sistemi ve egzoz gazları ile dışarı atılır. Ancak geriye kalan ısı verimli işe çevrilebilir. Hacimsel (Volümetrik) verim: Emme zamanında silindire alınan havanın silindir hacmine oranıdır. Normal şartlarda bu verim %80 civarındadır. Motor devri arttıkça, supapların açık kalma zamanı azalacağından %50’ye kadar düşebilir. Özgül yakıt sarfiyatı: Motorun 1kWh başına harcadığı yakıt miktarına denir. Alt ısıl değer ve Üst Isıl Değer: Yanma tepkimelerinde bilinmesi gereken iki tanımlama alt ısıl değer ve üst ısıl değerdir. Alt ısıl değer, bir yanma tepkimesinde oluşan suyun buhar fazında olması durumunda açığa çıkan ısı enerjisidir. Üst ısıl değer ise, bir yanma tepkimesinde oluşan suyun sıvı fazında olması durumunda açığa çıkan ısı enerjisini tanımlamaktadır. Yani üst ısıl değer, buharlaşma ısısı dahil olmak üzere açığa çıkan toplam ısı enerjisidir. Temel Kavramlar www.consumerenergycenter.org Temel Kavramlar www.sankey-diagrams.com Temel Kavramlar www.sankey-diagrams.com Typical fuel energy distribution in an internal combustion engine Power distribution in an automobile during city driving. C.M Taylor, Automobile engine tribology—design considerations for efficiency and durability, Wear Volume 221, Issue 1, October 1998, Pages 1–8 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043164898002531 Temel Kavramlar Hava fazlalık katsayısı (λ): Birim miktardaki yakıt için kullanılan hava miktarının, teorik tam yanma için gerekli minimum hava miktarına oranıdır. λ = Sisteme sürülen gerçek hava miktarı/Teorik hava miktarı Yakıt fazlalık katsayısı (φ): Birim miktardaki hava için kullanılan yakıt miktarının, teorik tam yanma için gerekli minimum yakıt miktarına oranıdır. Φ = Sisteme sürülen gerçek yakıt miktarı/Teorik yakıt miktarı Dizel Motorlarda Hava Yakıt Oranı (A/F): Dizel motorlarda daima λ>1 büyüktür. Bazı Kavramlar Hava Yakıt Oranı (A/F): Genellikle kütlesel olarak ifade edilir ve bir yanma işleminde hava kütlesinin yakıt kütlesine oranı diye tanımlanır. Stokiyometrik oran: (λ= 14,7/1) Benzin motorlu otomobillerin optimum emisyon kontrolünün ve yakıt ekonomisinin hava/yakıt oranının yaklaşık 14.7/1 olduğu zaman sağlanacağı bulunmuştur. Hava/yakıt karışımı stokiyometrik değerlerin altında veya üzerinde olduğu zaman bu durum sensör tarafından algılanarak geri beslenme sinyali üretilir. Volumetric efficiency – diesel engine Automotive Science and Mathematics, Allan Bonnick, 2008 Torque vs. engine speed Specific fuel consumption vs. engine speed Automotive Science and Mathematics, Allan Bonnick, 2008 Motor Karakteristikleri Tork ve Performans Eğrisi Motor kodu BJB Motor hacmi 1896 cm³ Silindir başına supap 2 Silindir çapı 79.5 mm Strok 95.5 mm Sıkıştırma oranı 18 : 1 Maks. güç 77 kW 4000 d/d’de Maks. tork 250 Nm 1900 d/d’de Motor işletim sistemi Egzoz gazı sonrası iyileştirme: EDC 16 Egzoz gazı devridaimi ve oksidasyon katalizatörü Egzoz emisyon standartı EU 3/EOBD Devir (rpm) Motor gücü, belli bir düzeye kadar dev/dak ile orantılı olarak artar. Çünkü dev/dak yükseldikçe zaman başına düşen iş miktarı artırılır. Ancak, belirli bir değerin üzerinde dönemeyen dinamik parçalar nedeniyle, dev/dak ve güç çıkışında sınırlamalar vardır. Caddy 2004 Bir dizel motorun performans eğrileri Üstten kamlı benzinli bir motorun tipik performans eğrileri Characteristic curves of diesel engine variables Automotive Science and Mathematics, Allan Bonnick, 2008 Motor Karakteristikleri Automotive Handbook, 2002 Ortalama Efektif Basınç: Motorun gerçek çevrimdekine eşdeğer bir Pe gücü vermesi için bir strok boyunca pistona etkimesi gereken sabit basınçtır. Motor Karakteristikleri W'yi (Watt) temsil eden SI birim sisteminde 1 PS PS: Pferdestärke yaklaşık 735.4 W'tır. Bu nedenle, 100 PS = 73.5 kW veya 100 kW = 136 PS'dir. Bir beygir gücü (hp), 75 kg'lik ağırlığı bir saniyede 1 m çekmek için gereken güçtür. Kia, 2007 Motor Karakteristikleri 4 çeşit beygir gücü (hp, horse power) tanımı vardır. Bunlar; uluslararası, metrik, su ve elektriktir. Bunların arasında çok küçük farklar vardır. 1hp (international/uluslararası) : 745,699872 W 1hp (electrical/elektrik) : 746 W 1hp (water/su) : 746,043 W 1hp (metric/metrik) : 735,4988 W Motor Karakteristikleri Motor gücü ve torku Okuma Parçası: Temel motor performansı, motor gücü ve torku gibi iki ana faktör ile temsil edilir. Genellikle, motor performansının en önemli bileşeni beygir gücü (hp) de denilen çıkıştır (güçtür). Beygir gücü, belirli bir sürede yapılan iş miktarını gösteren iş verimliliğidir. Bu konsept, İngiltere'de buhar makinesini icat eden James Watt tarafından önerildi. Bir beygir gücü (hp), 75 kg'lik ağırlığı bir saniyede 1 m çekmek için gereken güçtür. Beygir gücü (HP) için daha sıkça kullanılan bir kısaltma Almanca "Pferdestärke" kelimesinden türeyen PS'dir. Motor gücü günümüzde kW cinsinden belirtilir. W'yi (Watt) temsil eden SI birim sisteminde 1 PS yaklaşık 735.4 W'tır. Bu nedenle, 100 PS = 73.5 kW veya 100 kW = 136 PS'dir. Teknik özelliklerde bazen kW/devir biriminden önce (Net) veya (Brüt) gibi ek kelimeler görebilirsiniz. Brüt değer, motor araçtan sökülmüş olduğu zamanki saf motor gücüdür. Net değer ise, motor araca takılı olduğu zamanki motor gücüdür. Benzinli motorda, net değer brüt değerden %15 daha azdır. Bu, şanzımandan, lastiklerden, vb gelen sürtünme kayıplarından kaynaklanır. Eğer belirtilmediyse, daha büyük olan değer brüt değerdir. Motor gücü, bir zaman işlevidir. Motor gücü, dev/dak ile orantılı olarak artar, çünkü dev/dak yükseldikçe zaman başına düşen iş miktarı artırılır. Ancak, belirli bir değerin üzerinde dönemeyen dinamik parçalar nedeniyle, dev/dak ve güç çıkışında sınırlamalar vardır. Bu nedenle maksimum güç çıkışı dev/dak ile gösterilir, örneğin 6000 dev/dak'ta 100 kW gibi. Tork (Moment), motorun döndürme kuvvetini ifade eder ve yaygın kullanılan birimi “Newton Metre” (Nm)’dir. Motor Karakteristikleri Pistonu iten kuvvetin artması, yanma odasındaki basınca bağlıdır. Bu basınç; ana hatları ile motorun devrine, sıkıştırma oranına, silindir içerisine alınan yakıt-hava karışımının miktarına ve yanma verimine bağlıdır. Bu kuvvetin artışı, krank miline uygulanan torku arttırır. Motor torku, devir yükseldikçe belli bir devire kadar artar ve bu devirden sonra, motor devri arttırılmaya devam edilirse tork azalmaya başlar. Bunun nedeni, hacimsel verimin azalmasıdır. Yani yüksek devirlerde motorun nefes alma kabiliyeti düşer. Motor torku ile tekerlek torku arasındaki fark; dönüştürme oranlarından kaynaklanmaktadır. Araçlarda motorun bir tekerleğe ilettiği tork, lastikle zemin arasındaki sürtünme kuvvetiyle, tekerlek yarıçapının çarpımına eşittir. Dolayısıyla, bu tork ne kadar büyük olursa; araç o kadar hızlı ivmelenebilir ve seri manevralar yapabilir. Tabii; lastiğin zeminle arasında oluşturabileceği azami sürtünme kuvvetinin aşılmaması, yani patinaja yol açılmaması kaydıyla. Ortalama Efektif Basınç: Motorun gerçek çevrimdekine eşdeğer bir Pe gücü vermesi için bir strok boyunca pistona etkimesi gereken sabit basınçtır. Önemli notlar: 1. Motor gücü, ortalama efektif basınç ve motor devrine bağlı olarak değişir. 2. Ortalama efektif basınç, efektif güç için krankın sürekli çevrilmesini sağlayan ve motor torku ile doğru orantılı olan bir büyüklüktür. Brake mean effective pressure The brake mean effective pressure (bmep) may be obtained from the brake power curve of the engine as follows: bmep = brake power in kW×1000 ÷ l*a*n Nm. In this equation, l = length of engine stroke in metres, a = cross-sectional area of the cylinder bore in square metres, and n = the number of working strokes per second. When bmep is plotted against engine speed, the curve produced is the same shape as the torque curve because torque is related to bmep. Engine performance data such as specific fuel consumption, and its relationship to bmep, at a given engine speed, may be shown in graphical form as in Figure. Here the engine is run at constant speed, on a dynamometer, and the air–fuel ratio is varied. The main point to note here is that maximum bmep is developed when the mixture is rich. The minimum fuel consumption occurs when the air–fuel ratio is slightly weaker than the chemically correct air–fuel ratio of 14.7:1 for petrol. Brake mean effective pressure vs. sfc at constant engine speed Automotive Science and Mathematics, Allan Bonnick, 2008 Çap Strok Oranı Motor dizaynında; Güç Dönme sayısı Silindir sayısı ve tertibi İki ya da dört zamanlı oluşu gibi etkenler göz önüne alınarak; Motorun ana boyutları olan silindir çapı (D) ve strok (H) belirlenir. Kısa strok: Kısa strok, yüksek güçlü ve yüksek yüklü motorlar için kullanılır. Strok/çap oranı 1'den daha azdır. Bu da strokun çaptan daha küçük olduğu anlamına gelir. Uzun strok: Uzun strok, yüksek bir motor torku elde etmek için kullanılır. Strok/çap oranı 1'den daha yüksektir. Bu da strokun çaptan daha büyük olduğu anlamına gelir. Kare strok: Strok/çap 1'dir. Bu da strokun çapa eşit olduğu anlamına gelir. Kia, 2007 Çap Strok Oranı Toyota Strok-çap oranı, motorun boyutlarını (yani uzunluğunu, genişliğini ve yüksekliğini etkiler. Strok-çap oranı, sıkıştırma oranını etkiler. Strok-çap oranı, sıkıştırma hacminin yüzey alanının (Ac), sıkıştırma hacmine oranını da etkiler. Bu oran ısının soğutma ortamına geçişini tanımlar. Bunun için Ac/Vc’nin mümkün mertebe küçük olması istenir. Strok-çap oranı, krank mili titreşimlerini etkiler. Aynı strok hacminde strok-çap oranı ne kadar küçük ise, krank mili titreşimi o kadar büyük olur. Çap, Strok ve Hacim Kia, 2007 Sıkıştırma Oranı 1. Üst ölü nokta (ÜÖN) 2. Yanma odası hacmi (Vc) 3. Kurs (Strok) (s) 4. Piston kursu hacmi (Vh) 5. Alt ölü nokta (AÖN) 4 zamanlı dizel motorlar genel olarak 12 ile 26, benzinli motorlar ise 8 ile 11 arasında bir sıkıştırma oranına sahiptir. Sıkıştırma oranı artarsa, motorun verimliliği ve gücü de artar. Sıkıştırma oranı belirli bir seviyeye kadar arttırılabilir, çünkü güç daha fazla arttırılamaz. Yoksa, sıkıştırma oranı belirli sınırları aştığından motor zarar görebilir. Compression ratio (usually abbreviated to CR) where is the compression ratio, Vh is the cylinder swept volume (cm3), and Vc is the combustion space clearance volume (cm3). M.J. Nunney, “Light and Heavy Vehicle Technology”, Fourth edition, 2007 Motorlarda Sürtünme Classification of Mechanical Losses Internal combustion engines involve mechanical losses due to relative motions among the components such as Piston, crank and valve trains or bearings. A mechanical efficiency of internal combustion engine (ICE) is 0% at idling and about 90% at high operating load. P M V Subbarao, “Estimation of Mechanical Losses in An Engine”, Mechanical Engineering Department Major Components of IC Engine Friction Crank shaft friction Reciprocating friction Valve train friction Auxiliary component friction Pumping losses Pompalama kayıpları: Emme zamanında dolguyu silindire ve egzoz zamanında da yanma artıklarını silindirden atmak için gerekli işe pompalama kaybı denmektedir. Supap zamanlamasının pompalama kayıplarına önemli derecede etkisi vardır. Dolgu değişiminde, sadece supap sisteminin değil, aynı zamanda emme ve egzoz kanalları boyutlarının da, özellikle motor devrine ve yüküne bağlı olarak işletme koşullarını büyük ölçüde etkiler. P M V Subbarao, “Mechanical Losses in An Engine”, Mechanical Engineering Department Distribution of Fuel Power P M V Subbarao, “Mechanical Losses in An Engine”, Mechanical Engineering Department Distribution of Mechanical Losses P M V Subbarao, “Mechanical Losses in An Engine”, Mechanical Engineering Department Friction: Measurement Methods Measurement of FMEP from IMEP Direct Motoring Tests Willans Line Morse Test imep - indicated mean effective pressure fmep - friction mean effective pressure P M V Subbarao, “Estimation of Mechanical Losses in An Engine”, Mechanical Engineering Department Morse testi Motor fren gücünün indike güçten daha küçük olmasına sebep olan güç kayıplarının temel nedenleri; motor yataklarındaki, supaplardaki, pistonsegman ve silindirlerdeki sürtünme kayıplarıdır. Morse testi, sürtünme kayıpları ve aynı zamanda çok silindirli bir motorun indike gücü için yaklaşık değerler sağlayan bir motor testidir. Morse testi, bir dinamometrede sabit motor devrinde yürütülür. Testin birinci fazında tüm silindirler ateşlediğinde motorun fren gücü kaydedilir. Devamında bir silindirin ateşlemesi devre dışı bırakılır ve dinamometrenin yükü; motoru, tüm silindirlerde ateşlemenin olduğu durumdaki hıza getirilmesi için ayarlanır. Sonra fren gücü kaydedilir. The Morse test is applicable only to multicylinder engines. In this test, the engine is first run at the required speed and the output is measured. Then, one cylinder is cut out by short circuiting the spark plug or by disconnecting the injector as the case may be. Under this condition all other cylinders ‘motor’ this cut-out cylinder. The output is measured by keeping the speed constant at its original value. The difference in the outputs is a measure of the indicated horse power of the cut-out cylinder. Thus, for each cylinder the ip is obtained and is added together to find the total ip of the engine. Morse test Reading Text Frictional losses in the engine bearings, the valve train and the piston and piston rings are the main causes of the power loss that makes the brake power of an engine smaller than the indicated power. The Morse test is an engine test that give an approximate value for the frictional losses and which also provides an approximate value for the indicated power of a multi-cylinder engine. The Morse test is conducted at constant engine speed on a dynamometer. The first phase of the test records the brake power of the engine when all cylinders are firing. Subsequently, one cylinder is prevented from firing and the dynamometer load is adjusted to bring the engine up to the same speed as it was when all cylinders were firing, the brake power then being recorded. The difference between brake power with all cylinders working and that obtained when one cylinder is cut out is the indicated power of the cylinder that is not working. This procedure is repeated for each of the cylinders and the indicated power for the whole engine is the sum of the power of the individual cylinders. Dinamometre Testleri Testing Commonly Measured Parameters 1. Torque 2. Speed 3. Fuel Consumption 4. Emissions 5. Temperatures (head, exhaust, coolant) Occasionally Measured Parameters 1. Combustion Pressure 2. Ignition Timing 3. Dynamics (accelerations, vibrations, stress) 4. Knock 5. Intake/Exhaust Pressures 6. Valve Lift 7. Acoustics Note: These parameters can be measured manually or automatically. Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University Science Malaysia, June 26-2008 Motor deneyleri genel olarak a) Bir motorun; yapımcı firmanın garanti ettiği karakteristik özellikleri gerçekleyip gerçeklemediğinin kontrolü, b) Motorları geliştirme çalışmalarında; çeşitli yapısal (konstrüktif) ve işletme özelliklerinin motor karakteristikleri üzerindeki etkilerinin belirlenmesi, amaçları ile yapılır. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuv arfoyleri/lab18.pdf Motor Deneyleri Motor Deneyleri Bu amaçlarla; motorların istenen bazı işletme büyüklüklerinin sabit tutulabildiği ve istenen bazı büyüklüklerin değiştirilebildiği bir deney düzeneğine bağlanmaları ve çalıştırılmaları gerekir. Böylece motor çeşitli koşullar altında çalışırken gerekli bilinmeyen büyüklükler ölçülür. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf Motor Deneyleri Motor Deneylerinde Çeşitli Büyüklüklerin Ölçülmesi: 1. Motorun yüklenmesini ve döndürme momentinin ölçülmesini sağlayacak bir yükleme elemanı, 2. Devir sayısını ölçmeye yarayan bir takometre, 3. Yakıt tüketimini ölçmeyi sağlayan bir ölçekli kap, 4. Hava debisini ölçmeye yarayan bir orifıs veya lüle ve bir sıvılı manometre düzeneği, 5. Soğutma suyunun debisini ölçmeye yarayan bir lüle ve manometre veya rotametre düzeneği, 6. Egzoz gazlarının sıcaklığını ölçmeye yarayan bir termokupl termometre ve göstergesi, 7. Emme havası giriş, soğutma suyu giriş ve çıkış sıcaklıklarını ölçmeye yarayan termometre ve göstergeler bulunan bir deney sistemi kullanılmalıdır. Motor Deneyleri Rotametre: Rotametre; içinden debisi ölçülecek olan sıvının aktığı, düşey konik bir silindir ve silindir içinde hareket edebilen bir topaçtan oluşur. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf Motor Deneyleri İndikatör diyagramı: Silindir içindeki basınç değişimini gösteren indikatör diyagramı günümüzde elektronik yollarla duyarlı bir şekilde belirlenebilmektedir. Elektronik yöntemle indikatör diyagramının belirlenmesinde, silindir içindeki basınç değişimi bir transducer ile elektrik sinyallerine dönüştürülmekte, daha sonra bu sinyaller bir amplifikatörde yükseltilerek bir bilgisayara aktarılabilmekte veya bir osiloskoba gönderilebilmektedir. Basıncın krank açısına veya silindir hacmine göre değişimi osiloskobun ekranında gözlenebilmekte, istenirse fotoğrafı da çekilebilmektedir. Bu yolla çeşitli motor karakteristiklerinde yapılacak değişikliklerin indikatör diyagramı üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenebilmekte, ayrıca indikatör diyagramı ile teorik hesaplama yöntemlerinin doğruluk derecesi kontrol edilebilmektedir. Transducer: Bir sinyali istenilen sinyale çeviren etkin devre elemanıdır. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf Egzoz gazları: Egzoz gazları çeşitli kimyasal, optik veya değişik yollarla analiz edilerek motor karakteristiklerinin egzoz gazları ve dolayısı ile yanma üzerindeki etkileri incelenebilmektedir. Motor Deneyleri Sıcaklık dağılımları: Değişik motor elemanları üzerine yerleştirilen elektronik termometrelerle sıcaklık dağılımının, ısıl yüklerin çeşitli karakteristiklere bağlı olarak nasıl değiştikleri incelenebilmektedir. Gaz akışı olayları: Motorların emme ve egzoz kanallarındaki gaz akışı olayları ve silindir içindeki gaz hareketleri; kızgın tel anemometresi veya laserdoppler anemometresi yardımı ile deneysel olarak incelenebilmektedir. Böylece motorların emme ve egzoz donanımlarının ve yanma odalarının geliştirilmesine çalışılmaktadır. Anemometre, rüzgar/hava hızını ölçen alettir. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf Motor Deneyleri Motor Deneyi Çeşitleri: Motorlar uygulamada çoğunlukla ya taşıtlarda ya da stasyoner olarak (generatörlerde veya inşaat makinelerinde) kullanılmaktadır. Bu kullanım alanlarına göre motorlardan beklenen özellikler farklı farklıdır. Örneğin; bir taşıt motoru sabit gaz durumunda motor yüküne göre belirli bir alt ve üst devir sayısı aralığında çalışmalı ve bu aralıkta özellikleri bilinmelidir. Öte yandan bir santral motoru; üretilen elektriğin belirli bir frekansta olması için, sabit devir sayısında çalışmalıdır. Motorların bu farklı tür çalışma koşullarına uygun olarak, motor deneyleri de farklı olabilir. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf Motor Deneyleri 1. Taşıt Motorları Deneyleri: Bu amaçla motor çalıştırıldıktan sonra; bir taraftan gaz arttırılırken, araç bir su freni veya jeneratör aracılığı ile yavaş yavaş yüklenir. Gaz kolu istenen konuma getirildiğinde motor uygun şekilde yüklenerek en düşük devirde kararlı çalışması sağlanır. Bu yük altında motorun devir sayısı en düşük (minimum) devir sayısıdır. Daha sonra yük yavaş yavaş azaltılarak motorun devir sayısının artması sağlanır. Her adımda; devir sayısı, döndürme momenti,… gibi motorun istenen karakteristikleri ölçülür. Her hızdaki ölçüm yapılırken motorun en az 1 dakika kararlı olarak çalışması gerekir. Böylece, belirli gaz konumunda, en düşük devirden en yüksek devire kadar motorun karakteristikleri belirlenmiş olur. Benzer işlemler istenirse değişik gaz konumlarında da yinelenir. Ölçülen değerler kullanılarak efektif güç, ortalama efektif basınç, özgül yakıt tüketimi, efektif verim vb. gibi çeşitli teknik büyüklükler hesaplanır. Daha sonra hesaplanan bu değerler devir sayısına bağlı olarak eğriler şeklinde veya performans eğrileri biçiminde çizilir. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf Motor Deneyleri 2. Motorların Geliştirme Deneyleri: Motorları geliştirme çalışmalarında; motor belirli bir gaz konumunda çalışırken sıkıştırma oranı, ateşleme avansı, yakıt-hava oranı vb. gibi teknik özelliklerden biri değiştirilir. Örneğin her sıkıştırma oranında yükleme ayarlanarak motorun devir sayısının sabit kalması sağlanır. Her adımda gerekli büyüklükler ölçülür. Elde edilen sonuçların değerlendirilmesi ile sıkıştırma oranının motorun çeşitli teknik özelliklerini nasıl etkilediği ve en uygun sıkıştırma oranının ne seçilmesi gerektiği belirlenmiş olur. 3. Stasyoner Motor Deneyleri: Elektrik santralleri, şantiye ve inşaatlar gibi alanlarda kullanılan stasyoner motorların yükleri en düşük değerden başlamak üzere yavaş yavaş arttırılır ve her yükleme durumunda gaz ayarlanarak devir sayısının sabit kalması sağlanır. Böylece sabit devir sayısında çeşitli yüklerde motorun karakteristik değerleri belirlenir ve daha sonra gerekli işlemler yapılarak istenen büyüklükler hesaplanır. Ölçülen veya hesaplanan bu değerler motor gücüne bağlı eğriler şeklinde değerlendirilir. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf Motor Deneyleri 1. Taşıt Motorları Deneyleri: Taşıtlarda, motorun ürettiği güç, güç aktarma organları (kavrama, dişli kutusu, diferansiyel ve akslar) tarafından tekerleklere iletilir ve taşıtın hareketini sağlar. Taşıtların kalkış ve duruşlarında ve çeşitli yol koşularındaki hareketlerinde gerekli döndürme momentleri ve devir sayıları farklı farklıdır. Motorun, taşıtın çalışma koşullarına uyum sağlayabilmesi için, değişik gazlarda ve devir sayılarında çalışması gerekir. Bu nedenle taşıt motorları, sabit gaz durumlarında değişik devir sayılarında denenir. Taşıt motorlarının değişik hızlarda denenebilmesi için; tam gaz, 3/4 gaz, 1/2 gaz, 1/4 gaz gibi istenen gaz durumlarında en düşük ve en yüksek hızların aralığında çalıştırılmaları gerekir. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf Motor Deneyleri Bu düzeneklerde gerekli büyüklüklerin ölçülmesi ve hesaplanması: 1. Yükleme Elemanları ve Momentin Ölçülmesi: Motor deneylerinde üretilen gücü yutan ve yüklemeyi sağlayan başlıca iki tür yükleme elemanı kullanılır. 1.1. Jeneratör ile Yükleme (Elektrik Dinamometresi): Motorun mili bir jeneratöre bağlanırsa, motorun ürettiği güç elektrik enerjisine çevrilmiş olur. Bu elektrik enerjisi paralel bağlı dirençlerde ısıya dönüştürülerek harcanabilir. Anahtarlarla kumanda edilen dirençlerden istenilen kadarı devreye sokularak motorun yükü ayarlanmış olur. Elektrik dinamometresinin rotoru denenecek motorun miline, statoru ise bir dengeleme düzeneğine bağlanmıştır. Dinamometre (Jeneratör) çalışırken, yani elektrik üretirken statorda bir zıt elektromotor kuvvet oluşur ve stator rotorun dönme yönünde dönmek ister. Motorun mekanik gücü veya dinamometreden çekilen elektriksel güç arttıkça, etki eden döndürme momenti de büyür. Demek ki statorda bu şekilde oluşan moment; motor milindeki döndürme momentine eşittir. Dinamometrenin statoruna etki eden bu moment bir dengeleme sistemi ile dengelenebilir ve ölçülebilirse, motorun döndürme momenti belirlenmiş olur. Bu amaçla stator, iki ucundan serbestçe dönmesine olanak sağlayan yataklar üzerine oturtulur. Öte yandan statora etki eden moment, bir ucu moment koluna bağlı ve diğer ucu yere sabit olarak tutturulmuş bir yaylı terazi ve moment koluna asılan ağırlıklar tarafından dengelenir. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf Motor Deneyleri 1.2. Su Freni ile Yükleme Motor deneylerinde yükleme ve moment ölçümü için uygulanan en yaygın yöntemlerden biri de su freni (hidrolik fren)dir. Hidrolik frenlerde genellikle sıvı olarak su kullanılır. Su frenleri motor yüküne bağlı olarak çeşitli tiplerde yapılmakta ise de çalışma ilkeleri tümünde aynıdır. Su freni motor miline bağlı olarak dönen özel kanatlı bir rotor ve rotoru çevreleyen, yataklar üzerine oturtulmuş bir statordan oluşur. Statorun iç tarafında da kanatlar olabilir ve statora elektrik dinamometresindeki gibi bir moment ölçme düzeneği eklenir. Motor; rotoru çevirmeye başladığında, rotorun kanatları suyu dışa doğru fırlatır ve çevrede girdap hareketleri yapan bir su tabakası oluşur. Böylece girdap, dönme hareketleri ve radyal hareketler gibi karmaşık hareketler yapan su bir taraftan ısınarak motorun ürettiği mekanik enerjiyi yutarken, öte yandan motorun döndürme momentine eşit bir momentle su freninin statorunu çevirmeye çalışır. Stator iki ucundan rulmanlı olarak yataklanmıştır ve üzerine etki eden momentin etkisi ile dönmek ister. Statora eklenen yaylı bir ölçme düzeneği ile hem statorun dönmesi sınırlanır, hem de motorun söz konusu döndürme momentine karşı gelen ve moment koluna etki eden kuvvet ölçülür. Deneyden önce J koluna asılan, bilinen ağırlıkların moment etkilerinden yararlanılarak, motor dururken transducer’in kalibrasyonu yapılır. Su freninin içindeki su zamanla ısınacağı için sürekli olarak değiştirilmelidir. Frenin içindeki su miktarı arttıkça yutulan enerji de artar. Su girişine yerleştirilen ayarlanabilir bir A vanası ile, su miktarı ve sonuçta motorun yüklenmesi istenilen şekilde ayarlanır. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf Motor Deneyleri www.directindustry.com Motor Deneyleri www.directindustry.com Motor Deneyleri www.dynesystems.com Motor Deneyleri www.dynesystems.com Motor Deneyleri www.sciencedirect.com Dinamometre A Dynamometer is a LOAD device It applies a load to an engine so we can test the performance of the engine under a variety of circumstances (Power, Speed) Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University Science Malaysia, June 26-2008 Dinamometre Testleri Reading Text: A Dynamometer is load device used to measure an engines torque and speed. We often measure Fuel Consumption, Emissions and other parameters as well. A dynamometer can also be used to control the speed of the engine by varying the load placed on the engine. Dynos are often used to test different engine designs at the same load settings (Torque and Speed) for comparison purposes. We want to test the engine under conditions similar to the actual conditions (speed, torque) in the field, or even “simulate” an actual drive cycle with the dynamometer Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University Science Malaysia, June 26-2008 Dinamometre Testleri Dynamometers There are 2 basic kinds of dynamometers: Absorption Dynamometers: These are devices that absorb the mechanical power from the test engine. Transmission Dynamometers: These are basically torque measurement devices placed in a power transmission link (ie. a shaft). They can be used to measure torque and speed, and thus power. All Absorption Dynamometers share some basic features: The shaft is connected to a Rotor housed in a Stator. There is some form of coupling (mechanical, hydraulic, aerodynamic, electromagnetic) between the Rotor and Stator. Equal and opposite torques are induced on the Rotor and Stator: Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University Science Malaysia, June 26-2008 Dinamometre Testleri Comparison of Dyno Designs Frictional: Oldest design. Hard to control. Wear on Various Dyno Designs There are many different designs used in dynamometers. Here are the most common ones: 1. Frictional 2. Hydraulic 3. Generator 4. Eddy current 5. Fan 6. Vehicular 7. Motored Dynos frictional surfaces is a problem. Hydraulic: Highest power in smallest package (pump). Generator: Inexpensive and easy to control. Fairly large for a given power. Eddy current: Easiest to control. Low Inertia and bearing losses. Fan: Very inexpensive. Needs careful calibration. Less accurate. Vehicular: Requires measurement of vehicle mass. Ignores air drag. Good for vehicular studies. Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University Science Malaysia, June 26-2008 Dynamometer Automotive Engineering - Powertrain, Chassis System and Vehicle Body Edited by David A. Crolla, 2009 Dinamometre Testleri Engine Dynamometer Couples directly to the engine No gearbox or transmission Engine speed = Dyno speed A Dynamometer may also be coupled to the output of a transmission or gear box. Speed and Torque of the engine and dyno are different by the gear ratio (Speed ↓, Torque ↑). Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University Science Malaysia, June 26-2008 Dinamometre Testleri Bearings The body of the dynamometer must be free to rotate, so it is supported on bearings. Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University Science Malaysia, June 26-2008 Load Cell Mounting The rotation of the dynamometer housing is resisted by a load cell which measures the force. The Load cell should be loaded in only one direction (ie. axially) to avoid biasing the output. Generally the load cell is mounted so the force is perpendicular to the axis of the shaft. Dinamometre Testleri Torque Measurement Torque is almost always measured with a strain gage instrumented “load cell” or force transducer. This is a mechanical member which undergoes significant strain with an applied force. Load Cell mounts via ball-joint ends Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University Science Malaysia, June 26-2008 Durability is usually expressed as a minimum time or vehicle mileage before the occurrence of any major type of structural failures (e.g., wear-out). For example, a B10 durability life is the expected life (e.g., 20,000 hours or one million miles) at which 10% of the population fails. A B50 durability life is the expected life at which 50% of the population fails. A durability specification of B10 life at one million miles (or equivalent number of engine hours) represents that 10% of the engine population will fail within one million miles. The equivalent reliability specification can be stated as the reliability is 90% or the probability of failure is 10% at one million miles. Engine durability testing is the most important development work to validate the design after the prototype is available. Typical engine durability tests include full-load test in the lab, over-fueling test, loadcycle tests, field test in vehicles, etc. Engine durability testing Motor dayanıklılık testi (Engine durability testing) B10 olarak tanımlanan dayanaklılık ömrü (B10 durability life) beklenen ömürdür. B10, 20.000 saatlik ya da 1 milyon millik çalışma anlaşılır. 10 ifadesinden bu ömürde üretilen motorlardan %10’nun başarısız olabileceğini göstermektedir. B50 ise belirtilen ömürdeki motorlardan %50’sinin başarısız olabileceği anlamına gelir. Diesel engine system design, Woodhead Publishing Limited, 2011 Temel Bazı Kavramlar Kütlesel ve Hacimsel debi Dr. M. Azmi AKTACİR-2010-ŞANLIURFA, Harran Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Kütlesel Debi Ölçme Düzeni Belirli bir zaman aralığında akan akışkanın kütlesinin tartılarak tespiti en basit ve en hassas yöntemdir. Atmosferik şartlarda buharlaşmayan sıvılar için oldukça kolay bir yöntem olmasına rağmen buharlaşabilen sıvı ve gazlar için bu yöntemi kullanırken özel önlem alınmalıdır. Dr. M. Azmi AKTACİR-2010-ŞANLIURFA, Harran Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Hacimsel debi ölçme düzeni Belirli bir zaman aralığında akan akışkan, hacmi belirlenebilen bir kapta toplanarak veya hacmi belirli bir kaptan, belirli zaman aralığında bu akışkanın kullanılması ile hacimsel debi bulunur. Hacimsel debi ölçümü, kütlesel debi dışında pratikte kullanılan diğer bir yöntemdir. Dr. M. Azmi AKTACİR-2010-ŞANLIURFA, Harran Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Rotametre: Rotametre; içinden debisi ölçülecek olan sıvının aktığı, düşey konik bir silindir ve silindir içinde hareket edebilen bir topaçtan oluşur. Termokapl: Kısaca Isıl çiftdir. Sıcaklık algılamaya yarayan bir sensördür. Bu sensörler termal potansiyel farkını elektriksel potansiyel (Voltaj) ya da mV değerinde elektriksel potansiyelleri termal potansiyel olarak algılayabilirler. Termokupllar -200 °'den 2320 °C'ye kadar çeşitli proseslerde yaygın olarak kullanılır. Thermocouples are the most popular temperature sensors. They can measure a wide range of temperatures. The main limitation is accuracy, system errors of less than 1°C can be difficult to achieve. How they work In 1822, an Estonian physician named Thomas Seebeck discovered (accidentally) that the junction between two metals generates a voltage which is a function of temperature. Thermocouples rely on this Seebeck effect. Although almost any two types of metal can be used to make a thermocouple, a number of standard types are used because they possess predictable output voltages and large temperature gradients. http://makina.ktu.edu.tr/dosyalar/lisans/laboratuvarfoyleri/lab18.pdf Seebeck effect / Seebeck Etkisi: 1821’de Seebeck, kapalı bir devre iki aynı metalden oluştuğunda ve metallerin farklı sıcaklıklarda iken devreden elektrik akımının aktığını keşfetmiştir. Tel uçlarının bükülerek veya lehimlenerek meydana getirildiğini kabul edelim; bu tellerin birisi bakır, diğeri demir olsun. Bir ucu, oda sıcaklığında tutulurken diğeri daha yüksek bir sıcaklıkta ısıtılırsa sıcak uçta bakırdan demire, soğuk uçta ise demirden bakıra bir akım üretilir. http://elektroteknoloji.com/blog/seebeck-etkisi-nedir/ http://www.engadget.com/2008/10/09/researchers-say-spinseebeck-effect-could-lead-to-new-batterie/ Strain-Gage (Gerilim Ölçer) Sensörler Günümüzde teknolojinin ilerlemesi ile sensör teknolojileri de önem kazanmıştır. Bunlardan biri de Strain-Gage sensörleridir. Pek çok ismi vardır. Gerilim ölçerler, gerilim pulu ve şekil değişikliği sensörleridir. Strain-Gage Nedir? Temel çalışma prensibi olarak, direnç değişiminden yararlanarak boy değişimin elektriksel bir sinyal olarak algılanmasına dayanır. Asıl olarak strain gauge'ler özel olarak üretilmiş elektriksel dirençlerdir. Transducer: Bir sinyali istenilen sinyale çeviren etkin devre elemanı. Transduser, elektronikte bir enerji türünü başka bir enerji türüne çeviren aygıttır. Dr. Horizon Gitano-Briggs, Dynamometry and Testing of Internal Combustion Engines –Seminar; University Science Malaysia, June 26-2008 Reading Text What is the difference between an AC motor and a DC motor? / July 29, 2011 | Q&A While both A.C. and D.C. motors serve the same function of converting electrical energy into mechanical energy, they are powered, constructed and controlled differently. 1 The most basic difference is the power source. A.C. motors are powered from alternating current (A.C.) while D.C. motors are powered from direct current (D.C.), such as batteries, D.C. power supplies or an AC-to-DC power converter. D.C wound field motors are constructed with brushes and a commutator, which add to the maintenance, limit the speed and usually reduce the life expectancy of brushed D.C. motors. A.C. induction motors do not use brushes; they are very rugged and have long life expectancies. The final basic difference is speed control. The speed of a D.C. motor is controlled by varying the armature winding’s current while the speed of an A.C. motor is controlled by varying the frequency, which is commonly done with an adjustable frequency drive control. 2 1.Saeed Niku. Introduction to Robotics: Analysis, Control, Applications. 2nd ed. John Wiley & Sons, Inc., 2011. Page 280 ↩ 2.Robert S. Carrow. Electrician’s technical reference: Variable frequency drives. Delmar Thomson Learning, 2001. Page 45 ↩ Published by Ohio Electric Motors: http://www.ohioelectricmotors.com/what-is-the-difference-between-an-ac-motor-and-a-dcmotor-673#ixzz2ezsrNvI3