Aşırı Besleme Sistemlerine Giriş -1

[thekillingroad]

Hayatımızın hemen her alanına girmiş olan motorlar ihtiyaçları karşılamak için gün geçtikçe geliştirilmiş ve güçlendirilmiştir. Mühendisler ve bilim adamları motorları geliştirmek ; insan ihtiyaçları doğrultusunda güçlendirmek için pek çok yönteme başvurmuşlardır.

Silindir sayısını artırmışlar. (3silindirli ,4silindirli ,5silindirli ,6silindirli ,8silindirli ,10silindirli ,12silindirli) Silindir dizilimleriyle oynamışlar. (Sıralı, V dizilimli, wankel dizilim...) Değişik motorlar imal etmeyi denemişler. (Wankel, Boxer...)

Günümüzün motorlu taşıtlarında kullanılan motorlardan elde edilen güçlere bakıldığında , gücün motor hacmiyle doğru orantılı olarak arttığını görmekteyiz. (Güncel örnekler: Renault’un kullandığı 1400cc 75bhp sıralı 4silindirli motor , Honda’nın kullandığı Dohc1600cc Vtec 110bhp sıralı 4silindirli motor ,Opel’in kullandığı Ecotec2000cc 136bhp sıralı 4silindirli motor...) Motor hacmi büyük motorlar ; yapımının zor olması , maliyetlerinin yüksek olması , konstrüksiyonlarının karmaşık olması gibi dezavantajlara sahiptirler. Ayrıca Dünya’daki petrol rezervlerinin hızla tükenmesi büyük hacimli motorların üreticiler tarafından tercih edilemez hale gelmesini sağlamıştır.

Tüm bu koşullar mühendisleri aşırı besleme sistemlerini kullanmaya yöneltmiş ve supercharger (süperşarj) , turbocharger (turboşarj) sistemlerini motorlarda kullanmaya başlamışlardır. Bu sistemler sayesinde daha yüksek güçleri düşük hacimli motorlardan elde etmek mümkündür. Aşırı beslemeli motorları üretmek büyük hacimli motorlara nazaran daha kolay ve ucuzdur. Ayrıca aynı güçteki büyük hacimli motorlardan daha az yakarak yakıttan tasarruf sağlarlar.

Atmosferik motorların çalışma basıncı , çalıştığı ortamın hava basıncıdır. Bu değer yaklaşık olarak 1atm civarındadır. Pistonun emme strokuna başlamasıyla oluşan vakum basıncıda bu basınca eşittir. Yani atmosferik motor silindir içerisine havayı 1atm’nin altında bir değerde alır. Aşırı besleme sistemlerinin amacıysa atmosferik motorların yanma odasına daha fazla sokmaktır. Turbocharger ve supercharger sistemleri yanma odasına daha fazla hava sokarak yakıtın tam ve yüksek verimle yanmasını sağlarlar. Turbocharger ve supercharger sistemleri aynı işi farklı yollarla yapan aşırı besleme sistemleridir.Bundan sonraki kısımlarda bu iki sistem hakkında bilgi verilecektir.




SUPERCHARGER(SÜPERŞARJ) VE TURBOCHARGER(TURBOŞARJ) NEDİR FARKLARI NELERDİR?

Aşırı besleme sistemlerinden olan supercharger ve turbocharger sistemleri aynı amacı farklı yollardan gerçekleştiren iki ayrı sistemdir. Bu iki sistemde pompa yada kompresör denilen ana elemandan oluşur. Salyangoz(Head unit) şeklindeki bu ana ünitenin amacı belli bir devirde döndüğünde ; üzerindeki pallerin yardımıyla ortamdan devriyle orantılı miktarda hava çekmektir. Turbocharger sisteminin salyangozu çift taraflıdır ; supercharger sistemlerinin ise genellikle tek taraflıdır.

Turbocharger sistemlerinin salyangozunun çift taraflı olmasının nedeni ; bir tarafının türbin diğer tarafınınsa pompa görevi yapmasıdır. Türbin kısmı eksoz manifoldunan tahrik alarak belli bir devre ulaşır ; aynı mil üstüne yataklanmış pompa kısmıysa türbin tarafının mile ilettiği tahrikle belli bir devre ulaşarak ortamdan hava emişini sağlar ve emme manifolduna yollar. Böylece turbocharger sistemiyle yanma odasına aynı birim zaman aralığında atmosferik motordan daha fazla hava sokulmuş olur.

Supercharger sistemlerinde ise eksoz manifoldundan tahrik alınmaz. Bu sistemler doğrudan krank milinden tahrik alırlar. Krank milinden aldıkları tahrik kullanılan ara iletim elemanına göre değişir. Bu ara iletim elemanları;

* Dişli çark sistemleri
* Kayış-kasnak sistemi
* Zincir-kasnak sistemi olabilir

Bu iki aşırı besleme sistem tahrik oluş şekillerinin farklılıklarından dolayı ; aynı motor hacmi ve malzemeye sahip Otto(benzinli) veya Diesel(dizel) motorlarda farklı güç katkısında bulunurlar. Turbocharger sistemleri eksoz gazını kullanmasından dolayı motorun gücünden çalmaz ; ancak supercharger sistemleri doğrudan krank milinden tahrik olduğundan motora sağladığı gücün bir kısmını harcar. İki sisteminde kullanıldıkları yer ve koşullara göre avantaj ve dezavantajları mevcuttur.


Turbocharge sistemlerinde kullanılan çarkların görünüşü:



Turbocharge sistemlerinde kullanılan ana ünitenin(Head unit) şematik gösterimi:




Turbocharge sisteminin motora uygulanışının şematik gösterimi:




** Yukarıdaki bilgiler -sc0rge- nickli üyemiz Aşkın OKAR tarafından hazırlanmıştır. Otomobil ve modifikasyon sektöründe son derece popüler olan bu kavramlar hakkında bilgilerini bizimle paylaştığı için kendisine teşekkür ediyoruz.

*** Metnin yayın hakları Club Modifiyem ®'e aittir. Tamamının veya bir kısmının izinsiz yayınlanması yasaktır.

[thekillingroad]

AŞIRI DOLDURMA SİSTEMLERİ


GİRİŞ:

Atmosferik motorlarda(havanın silindire motorun kendi vakum basıncıyla alındığı motorlar) hava veya hava yakıt karışımı silindirlere pratik olarak pistonun Ü.Ö.N’dan A.Ö.N’ya olan hareketi sırasında oluşan emme ile alınır. Bu emme işlemi sırasında giren hava veya karışım miktarı emme manifoldunun ve subapının direnci , kesit daralma ve genişlemesi gibi konstrüktif sebepler yanında , silindirlere hava veya hava yakıt karışımının dolması için(müsaade edilen) subapın açık kalma süresinin kısalığı , silindirin içersinin sıcak olması , eksoz sonunda artık gazların kalması nedeniyle silindirin giriş şartlarında alabileceği maksimum değere ulaşamaz.

AŞIRI DOLDURMA:

Silindirler içine atmosferik motorlardan daha fazla hava gönderme işine aşırı doldurma denir.
İçten yanmalı motorlarda elde edilen güç:
1) Belirli bir zamanda silindire alınan hava miktarına,
2) Bu havanın silindirde tamamının kullanılmasına ,
3) Motor iş çevriminin termik verimine ,
4) Püskürtülen yakıtın miktarına bağlıdır.
Silindire alınan havanın artırılmasıyla daha fazla yakıt yakabilme imkanı doğacağından motorun gücü arttırılabilir.Eğer motor kendi emme stroku içinde , istenen güce uygunyakıtı yakacak yeterli havayı temin etmiyorsa , bu durumda herhangi bir aşırı doldurma sistemi ile silindire daha çok hava gönderilir. Böylece hem daha fazla yakıt yakılarak motorun gücü artırılır , hemde eksoz gazlarının motordan atılması daha kolaylaştırılır.
Dört zamanlı motorlarda aşırı doldurma kullanıldığı zaman , subap bindirmesi artar ve yakıt pompası eleman çapı büyür. Örneğin normal emişli 4 zamanlı bir motorda subap bindirmesi dir. Aşırı doldurmalı sistemlerde ise civarındadır. Bu durum emme subapını daha erken açıp eksoz subapını daha geç kapamakla temin edilir.
Aşırı doldurmaların temin ettiği fazla hava , fazla yakıtı gerektirir. Bu da silindire püskürtülen yakıt miktarını artırmakla mümkün olacağından , yakıt pompası piston çapının büyümesi gerekir.

Aşırı doldurmanın faydaları:
1) Motorlarda küçük boyut ve ağırlığa karşı yüksek güç elde edilir.
2) Maliyette tasarruf sağlar.
3) Yakıt ekonomisi sağlar.
4) Yüksekliğin kötü etkilerini yok eder. Zira hava yoğunluğunun düşmesi sebebiyle aşırı doldurmasız bir motor 3000m yükseklikte normal gücünün %25’ini kaybeder.

AŞIRI DOLDURMA ÇEŞİTLERİ VE ÇALIŞMALARI:
Aşırı doldurma havası için kullanılan pompalara teknikte kompresör denir. Bunlar:
a) Tahrik şekline göre,
b) Yapılarına göre olmak üzere iki grupta incelenir.

a) Güç kaynağına göre kompresörler:
1- Motordan hareket alan kompresörler : Bu kompresörler dişli , zincir veya kayış vasıtası ile motordan hareket alarak çalışır. Bunlar superchargerlardır.
2- Ayrı bir güç kaynağından hareket alan kompresörler: Bu kompresörler ayrı bir kaynaktan güç alır. Bu kaynak genellikle elektrik motorudur.
3- Eksoz gazıyla çalışan kompresörler: Bunlar turbochargerlardır.

b) Yapılarına göre kompresörler:
1- Pozitif hareketli kompresörler: Roots tipi olup iki veya üç kanatlıdırlar. Dönme hareketini dişli sistemi ile motordan alırlar. Daha ziyade düşük devirlerde çalışırlar.
2- Santrifuj hareketli kompresörler : Santrifuj sıvı pompalarına benzerler. Yüksek devirlerde çalışırlar. Bir türbin veya ayrı bir motor ile döndürülürler.
3- Turbocharge doldurucuları: Bu doldurucular eksoz gazında bulunan artık enerjiden yararlanılarak çalışırlar. Pek çok tipleri vardır. En çok kullanınlanı BÜCHİ SİSTEMİ’dir.


EKSOZ TÜRBİNİ YARDIMIYLA AŞIRI DOLDURMA:

Bilindiği gibi aşırı doldurmasız çalışan dört zamanlı bir motorun emdiği hava miktarı silindir hacmine eşit değildir. Bu miktar aşağıdaki nedenler yüzünden azalmaktadır;
a) Silindirin belli bir kısmı , daha önceki çevrimden kalan artık gazlarla işgal edilmiştir.
b) Artık gazlar ve yanma odasının sıcak çeperleri tarafından ısıtılması sebebiyle , emilen havanın özgül ağırlığı azalmaktadır.
c) Emme subapındaki direncin tesiri. Bu tesir özellikle yüksek devirli motorlarda oldukça önemlidir.
Eğer motora sıkıştırılmış ve mümkünse soğutulmuş hava sevk edilirse , silindirdeki hava ağırlığı artırılmış olur. İlaveten daha üst bir basınçta silindire giren hava yanma odasının artık gazlardan temizlenmesini temin eder.


a)Turbocharge(Türbin enerjisi motora)



b)Supercharge(Türbin enerjisi motora)



c)Mekanik charge (türbin enerjisi dışarıya)



a) ‘Direkt’ aşırı doldurmalı iki stroklu bir Diesel motorun çalışma şeması. D-iki stroklu bir Diesel motoru , T-eksoz gazlarıyla çalışan bir türbin , V-eksoz türbinine doğrudan doğruya bağlanmış olan kompresör , Ne-Faydalı güç veren mil
b) ‘Yüksek doldurmalı’ iki stroklu bir Diesel motorunun çalışma şeması. D-Diesel motoru , K-kompresör , T-türbin , G-eksoz türbiniyle ile Diesel motor arasındaki transmisyon , Ne- Faydalı güç veren mil
c) ‘Muharrik gaz usulü’ D-iki stroklu Diesel motoru , V-aksıyal kompresör , G-Kompresör ile Diesel motor arasındaki transmisyon , T-Türbin , Ne- Faydalı güç veren mil
Böylece termodinamik yönden aşırı doldurmanın tesiri birkaç bakımdan faydalıdır.
1) Yanmaya mahsus hava ağırlığının artırılması,
2) Artık gazların süpürülmesi,
3) Yanma odasının bütün kısımlarının soğutulması
Havanın artırılmış ağırlığı , sıcaklıklar artırılmadan yakıtın daha büyük bir miktarının yanmasına sebep olur. Bu esnada ısı debisi genellikle daha küçüktür ve ancak gücün %50-70 kadar artırılması halinde aşırı doldurmasız motorunkine eşit olmaktadır. Diğer taraftan krank biyel mekanizmasının , krank milinin ve yataklarının da zorlanmaları normal sınırlarda tutulabilir. Gerçekte aşırı doldurmalı bir motorun diyagramı normal motorunkinden daha büyüktür. Gücü takriben %60 kadar artırılmış aşırı doldurmalı bir motor , eksoz sıcaklığı ve soğutma suyunun sıcaklığı bakımından aşırı doldurmasız motora denktir. Aşırı doldurmalılar sürekli bir rejimde çalışırlar. Bu tip motorlar ayrıca üst yükleme kabiliyetine sahiptir. Büchi sistemine göre aşırı doldurmalı motor , üst yükleme bakımından adi motora nazaran daha iyi şartlarda bulunmaktadır.
Aşırı doldurma havasının hazırlanması , tabiki belli bir enerji sarfiyatına ihtiyaç göstermektedir. Bu ihtiyaç aşırı doldurma derecesiyle yani gücün artırılmasıyla büyümektedir. Aşırı doldurmanın ekonomik olması bakımından sözü edilen enerjinin dışardan verilmesi tavsiye edilmez. İşte bunun için Büchi sisteminde aşırı doldurma havası kompresörü , eksoz gazları enerjisinden istifade eden bir gaz türbini tarafından tahrik edilir.
Dört stroklu Diesel motorlarında bilindiği gibi , eksoz subapı açıldğı anda , eksoz gazları nisbeten yüksek basınca ve oldukça mühim bir ısı enerjisine sahiptirler. Gaz türbininde genişleme atmosfer basıncına kadar devam ettirilir. Şekil .3teki 1541 alanı





Şekil 1.3 Eksik genişleme kaybının p,V diyagramında gösterilişi

Dolayısıyla atmosferik motorda kaybolan enerjiden yararlanılmış olur. Sistem şematik olarak şekil 1.4’te gösterilmiştir. Aynı mil üzerinde bulunan kompresör ve eksoz gazlarıyla çalışan türbin tek bir grup , aşırı doldurma grubunu teşkil eder. Şekilden görüldüğü gibi herhangi bir dış enerji kaynağı veya herhangi bir otomatik ayarlama kesinlikle mevcut değildir. Aşırı doldurma grubu direkt olarak motora bağlıdır. Kompresör çarkında sıkıştırılan hava emme borusundan ve sonrada emme subapından silindire gönderilmektedir. Şekil 1.4’te pistonun Ü.Ö.N’da bulunduğu an tespit edilmiştir. Emme ve eksoz subaplarının ikisi birden bir müddet açık bulundurulur. Bu esnada silindire giren basınçlı hava , yanma odası hacminin artık gazlardan şiddetli bir şekilde süpürülmesini ve silindir kafasının , piston yüzünün ve eksoz subapının soğutulmasını sağlar. Bundan sonra eksoz subapı kapatılır ve bütün silindir sıkıştırılmış taze hava ile doldurulur.
Eksoz türbini ile tahrik edilen aşırı doldurma grubu her yükleme rejimine kendiliğinden uymaktadır. Yük artırılınca silindire fazla yakıt püskürtülür , eksoz gazlarının miktarı büyür böylece eksoz türbini fazla güç verir ; türbin çarkı hızlanır ve buna direkt olarak bağlı olan kompresör daha yüksek basınç altında daha büyük hava debisi temin eder. Motorun her yükleme rejimine karşı , aşırı doldurma grubunun belli bir devir sayısı karşılık gelir.

[thekillingroad]

Şekil1.4 4stroklu motorların eksoz türbini yardımıyla aşırı doldurulmalarının şeması.
1- Motorun silindiri
2- Aşırı doldurma kompresörü
3- Eksoz gazıyla çalışan türbin
4- Emme subapı
5- Eksoz subapı



TURBOCHARGE GRUBUNUN HESABI:

Aşırı doldurma grubunun belirli bir hava basıncı sağlayabilmesi için verimin belli bir sınırdan aşağı düşmemesi gerekir. Eksoz türbininin gücü:

Nt = nti.G2.cpg.(T1’-T2’)
Formülü ile verilir. Bu ifadede:
nti: Türbinin adyabatik iç verimi
G2: Saniyede türbinden geçen gaz kütlesi
cpg: Eksoz gazlarının sabit basınçta özgül ısısı = 0,265 kcal/kgK
T1’: Gazların türbine giriş sıcaklığı
T2’: Gazların türbinden çıkış sıcaklığı

Görülüyorki eksoz türbinin maksimum gücü kabul edilebilen bu güç en büyük T1 sıcaklığı tarafından sınırlandırılmıştır.
Diğer taraftan adyabatik sıkıştırma işi yani kompresörün aldığı güç :

Nk = 1/nkj G1 cph (T2-T1) dir.

Bu ifadede:
nki: Kompresörün adyabatik iç verimi
G1: Saniyede kompresörden geçen havanın kütlesi
cph: Havanın sabit basınçta özgül ısısı = 0,242 kcal/kgK
T2: Havanın kompresörden çıkış sıcaklığı
T1: Havanın kompresöre giriş sıcaklığıdır.

Son ifadedeki T2 sıcaklığı:
k-1/k
T2 = T1(P2/P1)
Formülü ile tayin edilir ki burada P1 ve P2 adyabatik sıkıştırmanın ilk ve son basınçlarıdır. Aşırı doldurma grubunun mekanik verimi:

Nm = Nki / Nti dir.

Yani türbinin verdiği faydalı iş her anda kompresörün aldığı sıkıştırma işi ile mekanik sürtünme kayıplarının toplamına eşittir.

Nm.Nti = Nki

nm.nti.G2.cpg.(T1’-T2’) = 1/nki .G1.cph.(T2-T1)

Yeterli hassasiyetle G2 = G1 kabul edilebilir. Burada =1,025 tir. Bundan başka aşırı doldurma grubunun toplam verimi :

nm.nti.nki = ntopa ile gösterilir ve özgül ısıları için yukarıda verilen değerler göz önünde tutulursa :

ntopa = 0,89 bulunur.

Kolayca anlaşılıyorki aşırı doldurma grubunun toplam verimi ne kadar yüksekse , elde edilen aşırı doldurma basıncıda o kadar yüksek olur. Bu yüzden aşırı doldurma grubunun toplam veriminin en yüksek değere eriştirebilcek olan bütün çarelere başvurulmalıdır.

BÜCHİ USULÜ:
Çok silindirli bir Diesel motorunda her silindir kendisine mahsus bir aşırı doldurma grubuna sahip değildir. Silindirlerin hepsine ait tek bir grup vardır. Şekil 1.5’den görüldüğü gibi eksoz kollektörü iki kollu olarak gerçeklenmiştir. Eksoz borusunun bu şekilde tertiplenmesi Büchi usulünün esasını teşkil eder. Ancak bunun sayesinde eksoz türbini yardımıyla aşırı doldurma geniş tatbik sahası bulmuştur.
Yanma odasının süpürülmesinin mümkün olabilmesi için , bir silindirin eksoz basıncının kollektörde meydana getirdiği basıncın , diğer silindirlerin eksoz basınçlarından fazla olması gerekir. İşte bu maksatla Büchi , motorla eksoz türbini arasındaki kollektörde büyük basınç değişmelerinin suni olarak elde edilmesini teklif etmiştir. Bu ise kollektörün yukarıda söylendiği gibi , ikiye bölünmesini gerektirir. Pratik süpürmenin tesirli olması için , eksoz gazlarının kollektöre girişleri arasında ’lik krank dönüş açısından daha az bir aralık bulunmaması gerektiğini göstermiştir , bu ise 4 stroklu motorlarda dörtten fazla silindirin aynı kollektöre bağlanmaması demektir.
Bu suretle , kollektörde basınç dalgaları oluşur. Basınç dalgaları bir taraftan eksoz stroklarının başlangıcında türbin önünde oldukça büyük basınç darbeleri doğurur , diğer taraftan süpürme periyodu esnasında iyi bir süpürme tesiri sağlayan basınç düşüklüklerini temin etmiş olur.



Şekil 1.5 Büchi aşırı doldurma sistemine sahip 4stroklu 6silindirli bir Diesel motoru (a-motor silindirleri , b-iki kollu eksoz kollektörü , c-aşırı doldurma grubu , d-eksoz türbini çarkı , e-kompresör çarkı, f-aşırı doldurma havası) Motorda yanma sırası 1 3 5 6 4 2 şeklindedir.



Şekil 1.6 Dört stroklu bir Diesel motorun Büchi usulüne göre aşırı doldurulması.



a) Basınç değişimlerinin hasıl olması
Ordinatlar: basınç, ata , (logaritmik ölçek)
Absisler : krank yolu(dört strok)
1: 1 numaralı silindirde basınç değişimleri,
2: 2 numaralı silindirde basınç değişimleri,
3 : 3 numaralı silindirde basınç değişimleri,
Aş : 2 ile 3 numaralı silindirlerin ayar şemaları ,
ün: Üst ölü nokta
an : Alt ölü nokta
eka : eksoz subapı açılır
ekk: eksoz subapı kapatılır
S: Süpürme peryodu
Pa: Aşırı doldurma havasının basıncı
Pg’: Eksoz gazlarının kollektördeki maksimum basıncı
Siyah şeritler: eksoz subapı açıktır ,
Beyaz şeritler : emme subapı açıktir.
b) Dört stroklu , altı silindirli Diesel motorun şeması.
L1: 1 ile 3 numaralı silindirlere ait ait eksoz borusu,
L2 : 4 ile 6 numaralı silindirlere ait ait eksoz borusu,
L3 : Aşırı doldurma havası resiveri ,
G : Aşırı doldurma grubu


c) Silindirden kesit.
ek : eksoz subapı
em : emme subapı.

Şekil 1.6’da basınç dalgalarının meydana gelmesi şematik olarak gösterilmiştir. ( 6 silindirli motor için). 1,2 ve 3 eğrileri 1-3 silindirlerindeki basınç değişimlerini temsil etmektedir. Bu eğriler silindirlerin her birisinin serbest bir şekilde eksoz yapabilmesine göre çizilmiştir. Fakat sözü geçen üç silindirin aynı kollektöre eksoz yaptıkları zaman , bu kollektörde şekilde gösterildiği gibi üç eksozun süper pozisyonundan meydana gelen bileşke bir basınç dalgası oluşur. Pa sıkıştırılmış havanın basıncı ve S de , 1 numaralı silindirin eksoz ve emme subaplarının aynı anda açık bulunduğu süpürme periyodudur. Bu periyod esnasında şemadan açıkça görüldüğü gibi ; eksoz basıncı aşırı doldurma havasının basıncına nazaran daha küçüktür. Hava resiveri ve eksoz kollektörü arasındaki basınç düşüşü kuvvetli bir süpürme akımını temin eder. 3 numaralı silindirin eksoz subapının kapatılmasından önce (ekk noktası) , 2 numaralı silimdirin eksoz subapı açılır.(eka noktası sil.2). Yeni bir eksoz hareketi muayen bir zaman aralığı için basınç artışı doğurmaktadır, (Pg’ maksimum değerine sahip Pg tepeleri). 1 ve 3 numaralı silindirlerin subapları bu sırada kapalı olduğundan gazların diğer silindirlere girmesi önlenmiştir. Daha sonra olaylar benzer şekilde devam eder.(Sil.2 ve Sil.1 için)




Şekil 1.7 Aşırı doldurma ve eksoz basınçlarının çeşitli yüklere ait ossilogramları

Siyah şeritler : Eksoz subapı açıktır.
Beyaz şeritler : Emme subapı açıktır.
Şekil 1.7’de basınç dalgalarının gerçekte ne şekilde olduklarını göstermektedir. Bunlar 700d/dak’da muhtelif yükler (Pme=5,6;9,05ve10,3kp/cm2) için ossilograf yardımıyla elde edilmiştir. Aşırı doldurma grubunun verimi ne kadar iyi olursa aşırı doldurma basıncı o kadar büyük ve süpürme karınlarıda alçak ve geniş olur.

[thekillingroad]

AŞIRI DOLDURMAYA AİT TECRÜBİ DEĞERLER:
Bir önceki sayfada yer alan tabloda yapılmış deneylerin sonuçları toplanmıştır. Büchi aşırı doldurma grubu, 4stroklu,6 silindirli Diesel motoru D=560mm ,H=640mm dir. Tablodaki değerlere bakılarak aşağıdaki sonuçlara varılabilir.
a) Aşırı doldurmasız bir Diesel motorun gücü Ne=961BG , aşırı doldurma yardımıyla %30-60 kadar artırılabilir ki buna Paa=1,228-1,41 ata’lık basınç karşılık gelmektedir. Bundan başka Paa= 1,477 ata’ya uyan bir yükleme mümkündür. Motorun yükü ¾’ten 4/3’e artırılınca , eksoz türbini devir sayıları 3822’den 6178’e kadar aynı zamanda aşırı doldurma havasının basıncıda artar.
b) Mekanik verim yükle artar. Örneğin 76,1’den 83,9’a kadar.
c) %32’lik aşırı doldurmada normal çalışma durumunda be=177,6g/BGh dır.%61’lik aşırı doldurmada ¼ yük artışı ile be= 180,35g/BGh ¼ yük azalmasında be= 179,52g/BGh ve ancak %10’luk bir yük artışında be=184,17g/BGh ya kadar artar. Böylece özgül yakıt sarfiyatının oldukça büyük bir kısımda az farklı olduğu görülür. Motorun en iktisadi rejimi %32’lik bir aşırı doldurmaya karşılık gelmektedir.
d) Eksoz gazlarının eksoz subaplarının sonraki sıcaklıkları, çeşitli aşırı doldurma dereceleri için türbinden çıkan gazlarınkine oranla az farklıdır.Bundan dolayı türbinden çıkan eksoz gazları faydalı kazanlarda kullanılır.


Şekil 1.8


Şekil 1.8’de 4stroklu Diesel motorlarıyla yapılan tecrübelere dayanılarak Büchi sistemini karakterize eden ortalama eğriler çıkarılmıştır. Bu eğrilere göre aşağıdaki sonuçlara varılabilir.
a) Aşırı doldurma sayesinde güç devamlı olarak %40-50 ve kısa zaman aralıkları için %80’e kadar ve daha fazla artırılabilir.
Şekil
Absisler: Diesel motorun yükleme derecesini ,%.
Yakıt: Özgül yakıt sarfiyatı, g/BGh
Pa: Aşırı doldurma havasının kompresörden sonraki basıncı , ata
Pg: Eksoz gazlarının türbinin önündeki ortalama basıncı, ata
t: Eksoz gazlarının türbin önündeki sıcaklığı,
tv: Eksoz gazlarının , eksoz subapından sonraki sıcaklığı ,
Pme: Diesel motorun ortlama efektif basıncı , kp/cm2
b) Yakıtın özgül sarfiyatı daha küçüktür. Bundan başka özgül sarfiyat eğrisi , aşırı doldurmasız motorunkine oranla daha yatıktır.
c) Yükleme kabiliyeti bakımından aşırı doldurmalı bir Diesel motoru normal Diesel motoruna göre daha üstün olup buhar makinelerinde olduğu gibi elastiktir. Aşırı doldurmalı bir motor , oldukça büyük üst yüklemeleri kolayca yener. Bu esnada aşırı doldurma grubu pratik olarak hiçbir zaman gecikmesi olmadan otamatikman rejime oturur.



Şekil 1.9 1000BGe’lik bir MAN-Diesel motorun harekete geçme zamanı


Absisler : Saniye cinsinden zaman
C: Diesel motorun devir sayısı
B: Aşırı doldurma grubunun devir sayısı
A: Motorun gücü
d) Aşırı doldurmalı , 4 stroklu Diesel motoru aynı güçteki herhangi diğer bir motora nazaran , daha kolay harekete geçirilebilir. Zira boyutlar ve segmanlardaki sürtünme kuvvetleri daha küçüktür.
e) Aşağı yukarı 300BGe’den daha büyük olan güçler için aşırı doldurmalı bir motor ; normal bir Diesel motoruna nazaran daha ucuzdur. Bununla beraber Muhtelif diğer avantajlarından dolayı Büchi sistemi daha küçük motorlarda da kullanılmaktadır.


AŞIRI DOLDURMA SONUCU TERMİK HESABIN BAZI ÖZELLİKLERİ
Volumetrik Verim : (nv)
Yanma odasının tam temizlenmesi yani art gazların katsayısı olması halinde volumetrik verimin artış oranı x1 ile ifade edilir. Böylece volümetrik verim:

x1 = nv.VhVc/nv.Vh = 1 + Vc/nv.Vh = 1+ 1/( -1)nv

oranında artar. Mesela nv = 0,85 ve = 13 için;

x1= 1+1/0,85.12=1,098

bulunur ki , bu da nv’nin %9,8’i kadar artacağını gösterir.
İlk sıkıştırma basıncı Pa=1ata ve için, nv’nin artma oranı

x2= Vh+Vc/nv.Vh = (Vh + Vc)Vc/nv.Vh.Vc = /nv( -1)

olur. Mesela , nv= 0,85 ve = 13 için
x2= 13/0,85.(13-1) = 1,28 Yani %28’lik bir artma elde edilir.

Nihayet Pa basıncı aşırı doldurma basıncı Paa’ya kadar artırıldığı takdirde ; yukardaki oran:

x3= Paa.x2= Paa/nv.( -1)

Formülü ile ifade edilir. Örneğimizdeki değerler ve Paa = 1,3ata için

x3= 1,3.13/0,85.(13-1) = 1,66

Bulunur ki , buda volumetrik verimin %66 kadar büyüdüğünü gösterir.

Sıkıştırma Sonundaki Basıncı: (Pc):
Sabit bir sıkıştırma oranı için Pc basıncı , aşırı doldurmanın Paa/Pa= xa derecesiyle orantılı olarak artar , gerçekten ;
n1 n1
Pca = Paa . = xa.Pa. = xa.Pc dir.

Mesela;
Pa= 0,9 , = 13 , n1=1,38 ve xa=1,45 için;
Pca= Pc.xa = 0,9. .1,45 = 31.1,45 = 45kp/cm2 bulunur.

Maksimum Yanma Basıncı: (Pz)
Sabit bir x = Pz/Pc basınç artma oranı için bu parametrede aşırı doldurma derecesiyle orantılı olarak artar;
Pza = x.Pca = xa.x.Pa.
Yukarıdaki değerler x = 1,3 için
Pza = 1,45.1,3.0,9. = 59kp/cm2 elde edilir.
Sıkıştırma sonundaki maksimum yanma basınçlarının azaltılması istendiği takdirde , ekseriyetle daha küçük fakat yakıtın emin bir şekilde tutuşmasını sağlayan değerleri seçilir.
Ortalama İndike Basınç: (Pmi)
Karma çevrimindeki:

Pmi = Pmik = Pc/ -1
Formülünde ;
Pmi = Pmik = Pc/ -1.B yazılır ve ilk yaklaşıklık olarak B=sbt alınırsa ;
Pmia = Pca/ -1.B = xa.Pc/ -1.B = xa.Pmi yani ortalama indike basıncında xa aşırı doldurma derecesiyle orantılı olarak artacağı görülür.
Şu halde genel olarak denilebilirki , iş çevriminin bütün basınçları xa aşırı doldurma derecesiyle artarlar. Bu keyfiyet sabit bir için gücün artırılabilmesini sınırlamaktadır. Xa’nın fazla artırılması ancak yanma odası hacminin artırılmasıyla mümkündür.
Sıkıştırma Başlangıcındaki Sıcaklık: (Ta) :
Aşırı doldurmalı bir çevrim için Mesela ;
Td : 290 K dış ortam sıcaklığı,
: 50 K silindir çeperlerinde ısınma ,
Paa : 1,3 ata aşırı doldurma havasının basıncı ,
Olsun. Bu durumda aşırı doldurmanın sıkıştırma başlangıcındaki sıcaklığı
Taa = Td = 290. = 3626K bulunur. Aşırı doldurmasız motorlarda bilindiği gibi;
Ta= 350....370K arasındadır.
Böylece aşırı doldurmalı bir motorda Pa=1,3ata gibi normal aşırı doldurma basıncı için sıkıştırma başlangıcındaki sıcaklık , pratik olarak normal motorunkinin aynıdır. Şu halde aynı sıkıştırma oranı için :
Tca = Ta alınabilir. Yani sıkıştırma sonundaki sıcaklık pratik olarak değişmemektedir denebilir.
Yanma Sonundaki Sıcaklık(Otto Çevrimi) Tz :
(Cv’+1,99 +ny.Hu/M1=B.Tz.Cp’’ denkleminden tayin edilir. Değişmeyen ny,Hu,M1,Cv ve B parametreleri için Taa sıcaklığı Tc ile orantılıdır. Tca = Tc bağıntısı göz önünde tutulursa;
Tza=Tz olduğu anlaşılır.
Böylece aşırı doldurmalı bir çevrimin sıcaklıkları normal çevrimdekine nazaran yükselmemektedir ve bazen büyük bir hava fazlalığında aşırı doldurmasız motorlarınkine nazaran daha küçük olabilirler.
Mekanik Verim: (nm)
a) Büchi Sistemi :
Sürtünme işi sabit olarak kabul edilirse ;
Nm= Ne/Ni = Ne/Ne+Nk mekanik verimi;
Nma = xa.Ne/xa.Ne+Nk = xa.nm/xa.nm + Nk/Ni = xa.nm/nm(xa-1)+1 şeklinde yazılabilir.
Mesela ; nm=0,80 ve xa=1,5 için ;
Nma = 1,5.0,8/0,8(1,5-1)+1 = 0,857 yani mekanik verim %5,7’lik bir artış göstermiştir.
b) Diğer aşırı doldurma sistemlerinde mekanik verim, bir taraftan artmakta , diğer taraftan ise hava pompasının tahrikine sarfedilen güç dolayısıyla azalmaktadır.
Özgül Yakıt Sarfiyatı: (bi)
İndike özgül yakıt sarfiyatı :
Bi = 427.632.nv/Wh.Pmi =bia formülünden görüldüğü gibi değişmez , cünkü nv ve pmi’nin her ikisi xa ile orantılı olarak artmaktadır.
bea = bia/nma
efektif özgül yakıt sarfiyatı ise aşırı doldurma sistemine bağlıdır. Büchi sisteminde bea mekanik verimin artmasından dolayı umumiyetle azalmaktadır.

[thekillingroad]

AŞIRI DOLDURMA İNDİKATÖR DİYAGRAMINDAKİ DEĞİŞİKLİK
(Pozitif Dolgu Değişimi Alanıyla Geri Kazanılan İş)

Aşırı doldurulmuş motorlarda , aşırı doldurmasız motorlara nazaran dolgu değişimi esnasındaki iş kaybı daha küçüktür. Çünkü piston , gazları dışarı atarken her ne kadar her iki motorda da atmosfer basıncına karşı iş yapılsada , gazları içeri emerken hava basıncının yüksek olmasından dolayı aşırı doldurulmuş motorda , normal motora oranla pistona daha fazla iş verilir.
Aşırı doldurma arttıkça ilave olarak kazanılan fazla iş , kısılmaların sebep olduğu iş kaybını azaltır ve hatta yüksek aşırı doldurma bu iş daha yüksek bir değer olarak indikatör dıyagramında pozitif dolgu değişimi işi oluşur. Şekil 1.10


Şekil 1.10 Aşırı doldurmalı ideal Diesel motorunun iş çevrimi şeması


Aşırı doldurma sebebiyle hasıl olan efektif toplam güç artması ve efektif yakıt sarfiyatı hesaplanırken kompresör için sarf edilen iş dikkate alınmalıdır.
En mühim tesirler üzerinde umumi bir bakış temin etmek için aşırı doldurma esnasında motor-kompresör grubuna hasıl olan güç değişmesini incelemek maksada daha uygundur. Emme esnasında silindirde kalan artık gazların sıkıştırılmasından dolayı dolgu miktarı artar ve ayrıca sürtünme gücünün tesirinin relatif olarak azalmasından dolayıda bir güç artması olur. Böylece yakıt sarfiyatı da azalır.
Bir Diesel motorun silindir ve kompresöründeki iç çevrimlerinin şeması şekil 1.10’da gösterilmiştir. Şekildende anlaşılacağı üzere kısılma kayıpları ihmal edilirse kompresöre verilen işin (1,7,12,11,1 alanı) büyük bir kısmı pozitif dolgu değişimi işi (1,8,9,10,1 alanı) olarak tekrar edilir. Bu dikkate alınarak elde edilmesi beklenen güç artması teorik çevrim için aşırı doldurmanın fonksiyonu olarak hesaplanabilir.
Şekil 1.11’de bir Diesel motorun dolgu değişimi periyodundaki indikatör diyagramı aşırı doldurmalı ve aşırı doldurmasız iki deney için gösterilmiştir. Aşırı doldurmasız halde kısılma sebebiyle menfi bir iş alanı meydana gelmesine karşıt 0,5 ata’lık aşırı doldurmada , emme periyodundaki yüksek basınçlar sebebiyle pozitif iş alanı meydana gelmiş olur. Gazların dışarı atılması periyodunda basınçların değişimi her iki halde de hemen hemen birbirinin aynıdır. Buna karşılık emme stroku esnasında basınçlar çok önemli bir şekilde farklıdır.



Şekil 1.11 4 zamanlı bir Diesel motorunda aşırı doldurmanın dolgu değişim olayına etkisi n=1600d/dk , aşırı doldurmasız Pmi = 7,7kp/cm2 aşırı doldurmalı Pmi=11,1kp/cm2


Verilen diyagramlarda , emme olayı arasındaki kuvvetli basınç farkı bütün strok boyunca hemen hemen sabit değerdedir. Bunun için iş kazancı aşağı yukarı emilen hava ile eksoz basınçları farkının tam değerine karşılık gelir.
Yüksek devirlerde kısılma sebebiyle basınç farkı tam değerinde tesir edemediğinden kazanılan iş dönme sayısına tabidir. Şekil 1.12’de dolgu değişme peryoduna ait ince yay indikatör diyagramının dönme sayısı ile değişimini göstermektedir. Yüksek devir sayısında emme strokunda kuvvetli kısılma sebebiyle basınç daha düşüktür. Kısılmanın sonucu olarak yüksek devir sayılarında pozitif iş alanı azalır. Tabii yüksek devir sayılarında dışarı atma esnasında krank açısına indirgenen basınç düşmeside yavaş olur. Bunun için ekseriyetle , dışarı atılan artık gazın kinetik enerjisi sebebiyle ölü noktadan biraz sonra görülen basınç minimumu yüksek dönme sayılarında bir hayli gecikir.



Şekil 1.12 Aşırı doldurmada , pozitif dolgu değişimi işinin büyüklüğüne dönme sayısının tesiri , (n = 1600d/dk , Pmi = 11,1kp/cm2) , (n = 1000d/dk Pmi = 12kp/cm2)


Dışarı atma olayı esnasındaki basınç değişimi önemli bir şekilde eksoz borusunun yapılışına bağlıdır. Şekil 1.12’de gösteriliyorki eksoz borusundaki basınç titreşimleri devir sayısı değiştikçe dışarı atma olayına başka şekilde tesir eder. Normal kumanda zamanlarında yani eksoz ve emme kumanda zamanlarının kesişmediği hallerde dışarı atma strokunun sonunda bir basınç yükselmesi olur. Bu da eksoz kısmında bir kısılmanın olduğunu gösterir.
Emme stroku esnasında da derhal buna uygun bir basınç düşmesi olur. Eğer kumanda zamanlarının kesiştirilmesiyle temin edilirse (emme subapı açıldığı zaman eksoz subapı kapanmaz biraz daha açık kalır.) kısılmanın tesiri önemli olarak azaltılır. Böylece dışarı atma stroku sonundaki basınç artışı önlenir ve toplam dolgu değişim işi artırılır.



Şekil 1.13 Subap kumanda zamanları kesişmelerinin dolgu değişimi olayına etkisi. Dört zamanlı Diesel motorunda yapılan deneyler. N= 1600d/dak Pmi = 11,1 kp/cm2


Doğal olarak subap kesişmesinin silindirin dolgusu üzerindeki etkisi dönme sayısına bağlıdır ve dönme sayısı ne kadar büyük olursa tesir o kadar azalır.
Şekil 1.14’de ’lik bir kesişme zamanı için ancak % birkaç dolgu artması elde edilir. Dönme sayısının , dolgu artması üzerindeki etkisi ancak büyük kesişmelerde mesela 80arasında kuvvetlice fark edilir



Şekil 1.14 Muhtelif büyüklükteki subap kumanda zamanı kesişmelerinde silindir hacmine indirgenen hava sarfiyatının dönme sayısına bağlılığı.

Dolgu değişim periyodunda kısılmanın sebep olduğu kayıp , dönme sayısı ile kuvvetli olarak artar, Şekil 1.15.


Şekil 1.15 Muhtelif çalışma şartlarında dolgu değişimine ait ortalama basıncın dönme sayısı ile değişmesi.

Aşırı doldurma esnasında emme eksoz basınçları arasındaki fark, dolayısıyla kazanılan iş incelenen motorda dönme sayısına daha az bağlıydı. Bu sebepten , aşırı doldurmada da aşırı doldurmasız haldekine benzer şekilde dolgu değişimi süresinin ortalama basınç değeri dönme sayısı ile azalmıştır.

[thekillingroad]

AŞIRI DOLDURMANIN PRATİK SINIRLARI

Otto Motoru:

İzin verilen maksimum aşırı doldurma genel olarak termik zorlama , ekonomiklik sınırı ve mukavemet düşünceleri ile verilmiştir. Otto motorunda müsaade edilen aşırı doldurma , öncelikle vuruntu sınırı ile belirlenmiştir. Vuruntu , silindirdeki sıcaklık ve basıncı artıran tesirlerle artar. Yüksek sıkıştırma ve silindir içersindeki kızgın noktalar vuruntu meylini artırır. Vuruntu sınırı için müsaade edilen basınçla sıcaklık artırılırsa dolgu basıncının azaltılması gerekir. Bunun akside doğrudur.
Vuruntu sınırında emilen hava için müsaade edilen maksimum basınç ile maksimum sıcaklık arasındaki bağıntılar , su ile soğutmalı bir motorda yapılan deney sonuçları değerlendirilerek Şekil 1.16’da gösterilmiştir. Mesela = 0,9 olan bir durumda kurşun tetra etilli benzin kullanılırsa (Oktan sayısı Oz=87) vuruntu yapmadan sıcaklığı ’den ’ye çıkarmak için motorun önündeki dolgu havasının basıncını 1,5 ata’dan 1,4ata’ya indirmek gerekir.


Şekil 1.16 Muhtelif hava katsayılarında vuruntu sınırlarının , emilen havanın sıcaklık ve basıncına bağlılığı.


Kurşun tetra etilli ve kurşun tetra etilsiz yakıt , n=2000d/dak , =7. Kesik hatlardan oluşan eğriler ,kurşun tetra etilli benzine karşılık gelen değerlerin sabit bir faktörle çarpılmasıyla elde edilmiştir.
Hava katsayısının büyük olduğu durumlarda mesela =1,1’de vuruntu meyli azdır. Buna karşılık sıcaklığın vuruntu üzerindeki etkisi büyüktür. Böyle bir durumda sıcaklık artmasının gerektirdiği basınç azalmasıda fazladır.
Aynı benzin , kurşun tetra etilsiz halde kullanıldığı zaman , basınçlarla sıcaklıklar arasındaki bağıntı benzer şekildedir. Yalnız aynı sıcaklıklarda izin verilen aşırı doldurma basınçları 0,4ata kadar daha küçüktür.
Böylece , kurşun tetra etil ilavesi ile izin verilen dolgu basıncının işleme esnasında lineer olarak artırılmasını sağlar.Şekil 1.16’da kesik hatlardan oluşan eğri. İkinci bir yakıtla yapılan deneyde , aynı şekilde vuruntu sınırında maksimum izin verilen aşırı doldurma basıncının , kurşun tetra etil ilavesiyle belirli bir oranda artırıldığı görülmektedir. Emilen havanın sıcaklığının artması halinde , gereken basınç düşürülmesi(vuruntu sınırlarında) hem mutlak değer hemde karakteristik değişme bakımından muhtelif yakıtlarda birbirinden farklıdır. Fakat sıcaklığın artması ile vuruntu meylinin kuvvetlendiği bilinmektedir. Deneylerde elde edilen bu sonuçlar , vuruntu üzerinde yapılan bu açıklamalarla iyi olarak örtüşmektedir. Vuruntu sınırında izin verilen en büyük ortalama basınçlar , Şekil 1.17’de kurşun tetra etil ilave edilmiş ve edilmemiş bir benzin için ve benzin-benzol karışımı için (tam çizgiler kurşun tetra etil ilave edilmiş 87 oktan sayılı ve kurşun tetra etil ilavesiz 73 oktan sayılı benzine aittir.) gösterilmiştir. Benzol , kurşun tetra etilli benzinde olduğu gibi , 87 oktan sayısı elde edilinceye kadar ilave edilmiştir. Benzol ilave edilen yakıtta vuruntu sınırında , sıcaklığa olan bağlılık önemli derecede kuvvetlidir.



Şekil 1.17 Vuruntu sınırında elde edilebilen maksimum ortalama basınçlar.

Ateşleme Avansı ve Vuruntu Sınırı:
Maksimum gücün vuruntu ile sınırlanması aynı zamanda seçilen ateşleme avansınada bağlıdır. Ateşleme ne kadar erken yapılırsa dolgu basıncı vuruntu sınırında o kadar küçük seçilmelidir.
Vuruntu sınırının ateşleme avansına bağlılığı Şekil 1.18 a’da gösterilmiştir. Emilen havanın basıncı o şekilde seçilmiştirki seçilen her ateşleme avansında vuruntulu çalışma önlenmiştir. Ateşlemenin etkisi üç farklı hava katsayısı için gösterilmiştir. Yüksek güç elde edebilmek için ateşleme avansı , vuruntuyu önelemek amacıyla küçültülmelidir. Fakat bu işlem sarfiyatın artmasına sebep olur. Bunun için kullanılma amacına göre motorun ayarlanmasında en iyi şartları sağlayacak şekilde bir karma yapı aranmalıdır.
Erken ateşlemede vuruntu meylinin artmasının sebebini , vuruntu olayı için yukarıda yukarıda yapılan açıklamalara dayanarak , vuruntu başlamadan evvel art karışımın sıcaklık ve basıncının artması olarak gösterebiliriz. Erken ateşlemede , alev yüzeyinin erken yayılmasından dolayı ölü nokta civarında basınç ve sıcaklık yükselmesi çok seri olur. Olayın bu şekilde açıklanması tecrübi olarak sabit olan dolgu sıcaklığı ile izin verilen ateşleme avansı arasındaki değişmez bağıntıyada uymaktadır. Şekil 1.18 b’deki eğrilerde , bir örnek yardımıyla , ateşleme Ü.Ö.N’dan sonra yapıldıkça daha yüksek dolgu sıcaklğına izin verilebileceği gösterilmiştir.

[thekillingroad]

Bilgierini tüm detayına kadar bizime paylaştığı için -sc0rge- 'a tekrar teşekkürler..

[iMPREZA MANiAC]

Eline sağlık -sc0rge-..
Okumaya başlayalım

[t1022]

scorge eline sağlık
tkr senin de

[Warsteiner]

ikinizinde eline saglık