İçten yanmalı motorlarda motor karakteristiklerinin elde edilmesi için motor deneyleri yapılması gerekmektedir. Motor deneylerinin yapıldığı platformlara motor freni adı verilir. Konu hakkında detaylı bilgi için bakabilirsiniz: Motor Deneylerinin Yapılışı ve Motor Freni Çeşitleri

 Motor frenlerinden elde edilen bilgiler devir (dev/dak), moment (Nm) ve güç (kW) değerleridir. Motor freninden veya alternatif başka yöntemlerden motorun yakıt tüketim değerleri hesap edilebilir. Elde edilen bilgiler doğrultusunda bilgisayar ortamında grafikler çizdirilerek motor karakteristikleri elde edilebilir.

 Bu yazımda %50 gaz kelebeği açıklığında deneyi yapılmış benzinli bir motordan elde edilen verilerle motor karakteristiğinin grafiklerle oluşturulduğu bir örnek gösterilecek ve motor karakteristik eğrileri yorumlanacaktır. Deney motor rejim sıcaklığına geldikten sonra yani motor suyu sıcaklığı 80 Celcius olduktan sonra yapılmıştır. Motor elektrik dinamometresiyle test edilmiştir.

 Deneyde kullanılan 1390 cm^3 hacimli benzinli motordan %50 gaz kelebeği açıklığında 2500 dev/dak’dan başlanarak 250 dev/dak artımlarla 4000 dev/dak’ya kadar ölçüm yapılmıştır ve toplamda 7 noktadan bilgi alınarak deney tamamlanmıştır.

 Motordan bilgisayar ortamında ölçüm numarasına göre elde edilen devire bağlı moment ve güç değerleri şöyledir:

 Deney ortamında yakıt tüketimi 1g/60kg hassaslıkta bir baskülle ölçülmüştür. Başlangıç ve bitiş süresi arasındaki yakıt miktarı ile yakıt tüketimi hesaplanmıştır. Ölçüm süresi ile yakıt tüketimi birbirine bölünerek ise yakıt tüketim debisi elde edilmiştir. Motorun efektif gücü bilindiğinden uygun denklemler kullanılarak efektif yakıt tüketimi hesap edilmiştir. Daha sonra ise grafikteki görselliğin güzel olması açısından grafikte kullanılan yakıt tüketim birimi verilmiştir. Yakıt tüketimiyle ilgili bu veriler aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

Önemli motor karakteristiklerinden birisi de ortalama efektif basınçtır. Bu değer deney ortamından elde edilen bilgiler arasında yer almaz ancak elde edilen bilgiler sayesinde bulunabilir. Deneyimiz için elde edilen ortalama efektif basınç değerlerinin nasıl hesaplandığı ve hangi değerlerin elde edildiği, ölçüm sırasına göre, aşağıda verilmiştir..

 Karakteristik eğriler için gerekli bilgiler sağlandıktan sonra Matlab programı yardımıyla motor karakteristik eğrileri çizdirilmiştir. Grafikte motor devrine bağlı olarak güç, moment, efektif yakıt tüketimi ve ortalama efektif basınç grafikleri yer almaktadır. (Resmin üzerine tıklayarak daha net görüntü elde edebilirsiniz.)

 Grafiğin matlab dosyası .fig uzantılıdır. Grafiği matlab ortamında görmek için dosyası indirebilirsiniz. İndirmek için tıklayınız.

 Motor deneylerinde karakteristikleri elde etmenin yanında grafiklerin yorumlanması da önem arz etmektedir. Aksi halde motor karakteristiğinin doğru olup olmadığı, dolayısıyla da motorun doğru çalışıp çalışmadığı anlaşılmamış olur. Bunun yanında karakteristik eğrilerin yorumu bilinmeden motor karakteristik eğrileri yanlış elde edilebilir.

 Grafikteki her bir eğri için yapılabilecek yorumlar şöyledir:

1)Moment

 İçten yanmalı benzinli bir motorda gaz kelebeği %100 açıkken ancak belli bir devirde maksimum moment üretmekte, diğer devirlerde moment değeri düşmektedir. Momentin devirle değişimi veya atmosfer şartlarına göre değişimi volumetrik verim ile ilgilidir. Volumetrik verim silindir içindeki hava yoğunluğu ile atmosfer havasının yoğunluğu arasındaki ilişkiyi tanımlamaktadır. Bu iki yoğunluk değeri ne kadar birbirine yakınsa volumetrik verim değeri o kadar fazla olmaktadır. Volumetrik verimin artışı ise motordan elde edilen moment değerinin artmasını sağlamaktadır. Çünkü moment grafik eğrisi ile volumetrik verim eğrisi birbiriyle tamamen örtüşür.

 Klasik motorlar yaklaşık olarak 2500-4000 dev/dak’da maksimum moment verecek şekilde tasarlanmaktadırlar. (Bizim motorumuzda 3750 dev/dak maksimum moment değerinin yakalandığı devirdir). Bu devir aralığı en sık kullanılan motor devri olarak tespit edilmektedir ve her motorda aynı değildir.

 4 zamanlı benzinli motorlarda emme subabı AÖN’yı 20-40⁰ geçtikten sonra kapanır. Bununla içeriye giren havanın ataletinden yararlanmak ve egzoz gazını silindirden temizlemek amaçlanmaktadır. Ancak düşük motor devirlerinde bu volumetrik verim açısından (dolayısıyla moment üretimi açısından) kötü bir durum oluşturmaktadır. Zira düşük devirlerde silindir içinde oluşan vakum oldukça düşüktür ve emme subabının geç kapanması volumetrik verimi istendiği gibi arttırmamaktadır.

 Atmosferik motorlar ancak belli bir motor devrinde maksimum moment üretirler. Bu o motor devrinde içeriye maksimum dolgunun alındığını ifade etmektedir.

 Maksimum moment değerine ulaşıldıktan sonra motorun ürettiği moment değeri düşüş göstermektedir. Bunun sebebi yüksek motor devirlerinde emme, yanma ve egzoz zamanlarına ayrılan sürenin oldukça kısa olmasıdır. Emme süresinin azlığı içeriye istenen miktarda hava/yakıt karışımının alınmasına müsaade etmez. Sonuçta moment değeri düşüş gösterir.

 Deneyimizde %50 gaz kelebeği açıklığında moment değeri başlangıç devrimiz olan 2500 dev/dak’da maksimum değerine ulaşmıştır (63,27 Nm). Artan devir sayısı ile birlikte moment değeri düşüş göstermiştir. Bu beklenen bir sonuçtur.

2)Güç

 Güç, birim zamanda yapılan iş olarak tanımlanmaktadır. Güç devir sayısı ile momentin çarpılmasıyla analitik olarak bulunabilir (P=n.Md [W]). Bu ifadeye bakıldığında artan motor devri ile üretilen gücün artacağı düşünülebilir. Fakat gerçekte bu meydana gelmez.

 İçten yanmalı benzinli motorlarda güç belli bir devre kadar devir ile birlikte artış gösterir. Ancak belli bir motor devrinden sonra üretilen güç düşmektedir. Burada etkili olan, yüksek devirlerde sürtünme kayıplarının çok artmasıdır. (Sürtünme kayıpları motor devrinin karesi olacak şekilde artar.) Bu durum aşağıdaki grafiğe bakıldığında daha kolay anlaşılacaktır.

 Deneyimizde elde edilen güç 2500-4000 dev/dak aralıklarında ölçülmüştür. Benzinli motorların 700-8000 dev/dak aralığında çalışabildiği düşünülürse deney devirlerimiz orta değerlerdedir. Bu yüzden üretilen güç artan devir ile artmaktadır.

 Verileri detaylı bir şekilde incelediğimizde 2500 dev/dak’dan 3000 dev/dak’a kadar güç sürekli artış göstermiştir. 3000 dev/dak’da 18,26667 [kW] güç üreten motorumuz 3250 dev/dak’da 17,92667 [kW], 3500 dev/dak’da 18,38385 [kW] güç üretmiştir. Görüldüğü gibi artan devir ile gücün artması gerekirken 3250 dev/dak’da motor gücü düşüş göstermiştir. Daha sonra güç (tekrardan) artan devir ile birlikte artmıştır.

 3250 dev/dak’da görülen düşüş pratikte ve teorikte beklenmeyen bir durumdur. Motor gücünde görülen bu düşüşün sebebi deney düzeneğinden kaynaklanmaktadır. Test yapılırken düzenek motor devrini sabit tutmaya çalışırken motora farklı fren kuvvetleri uygulamaktadır. Böylece motorun gücü ani olarak değişmekte ve ölçüm sonuçları bu şekilde çıkmaktadır.

 Tüm bu sebeplerin yanında hiçbir ölçüm cihazı bizlere kesin sonuçlar vermez. Elde ettiğimiz tüm veriler hep belli hata paylarıyla veya ortalama hesaplarıyla bulunmaktadır. Bu sebeple bu dalgalanmanın olması fren düzeneğinin hatasından kaynaklanmış olabilir. Ancak güç grafiğini sayısal yöntemler kullanarak 2. dereceden elde ettiğimizde bu dalgalanma görülmemektedir.

3)Efektif Yakıt Tüketimi

 Güç ve moment dışında, motorun devir sayısına bağlı olarak özgül yakıt tüketimi de aynı grafik üzerine işlenmektedir. Özgül yakıt tüketimi eğrisinin önemli bir özelliği, doğrudan doğruya motorun tesir derecesini yani motor verimini vermesidir. Çünkü yakıt yandığı zaman belirli miktar enerji vermekte diğer taraftan enerji karşılığı motordan iş alınmaktadır.

 Özgül yakıt tüketimi; tüketilen enerji miktarının, motordan alınan enerji miktarına oranını belirtmektedir. Oysaki bir motorun tesir derecesi (verimi), motordan alınan enerjinin tüketilen enerjiye oranı şeklinde tanımlanmaktadır. O halde tesir derecesi ile özgül yakıt tüketimi arasında ters bir ilişki bulunmaktadır.

 Genel motor karakteristiğine bakıldığında görüldüğü gibi yakıt tüketimi (diğer değerlerde olduğu gibi) belli bir devirde minimum olmakta, azalan veya artan devirle yakıt tüketimi artmaktadır.

 Deney verilerimizden elde ettiğimiz grafiğe baktığımızda sonuçların beklediğimiz gibi çıktığını görürüz. 2750 dev/dak’da motorumuzun yakıt tüketimi minimum olmaktadır. Artan devir ve azalan devirle birlikte yakıt tüketimi artış göstermektedir. Motor verimi ile yakıt tüketimi arasında ters bir ilişki olduğunu yukarıda belirtmiştik. O halde aldığımız 7 ölçümde motorumuzun en verimli şekilde çalıştığı ölçüm 2. ölçümdür. (2750 dev/dak)

4)Ortalama Efektif Basınç

 Ortalama efektif basınç, motorun gerçek çevrimdekine eşdeğer bir Pe gücünü vermesi için bir strok boyunca piston üzerinde etkili olması gereken sabit basınç değeri olarak tariflenmiştir.

 Diğer bir tarife göre çevrimden elde edilen net gücün strok hacmine bölünmesidir. Bu tarife göre her bir çevrimden elde ettiğimiz net güç azaldıkça ortalama efektif basınç azalacak, elde ettiğimiz net güç arttıkça ortalama efektif basınç artacaktır.

 Motorlarda maksimum momentin elde edildiği durumda volumetrik verimin maksimum olduğunu belirtmiştik. Volumetrik verimin maksimum olmasıyla içeriye maksimum dolgu alınır ve böylece maksimum moment elde edilir. Elde edilen maksimum momentin sebebi dolgunun oluşturduğu maksimum basınçtır. Buradan hareketle 2500 dev/dak’da elde ettiğimiz maksimum momenti, maksimum ortalama efektif basınç takip etmektedir.

 Grafiğimizde ortalama efektif basıncın deney ölçümlerinde artan devirle azaldığı görülmektedir. Buna dayanarak silindir içine alınan dolgudan elde edilen net işin artan devirle azaldığı söylenebilir.

Adem ORUZ

10 Ekim 2015