İçten yanmalı motorlar, yakıtın motor içinde yanma odası adı verilen sınırlı bir alan içinde yakılması ile oluşan basıncın, piston denen parçayı hareket ettirmesi ile oluşan makinelerdir.
İçten yanmalı motorların öncülü sayılan, içinde bir piston bulunan metalik silindirden oluşan bir düzenek 1673’te Paris’te fizikçi Christiaan Huygens ve asistanı Denis Papin tarafından geliştirilmiştir. Belçikalı mühendis Étienne Lenoir 1859’da “Gazlı ve genleşmiş havalı motor” adı altında iki zamanlı içten yanmalı bir motorun patentini almış ve 1860 yılında elektrik ile ateşlenen ve su soğutmalı ilk içten yanmalı motoru geliştirmiştir.
Bu motorlara içten yanmalı motor adının verilmesinin sebebi, yanma olayının motor içerisinde gerçekleşmesindendir. Dıştan yanmalı motorlar da ise dışarıda yanma gerçekleştiğinden bunlara dıştan yanmalı motorlar denilmiştir. Örneğin: Buhar makinesi.
İçten yanmalı motorlarda yanma odasının motorun içine taşınmasıyla birlikte oldukça kompakt motorlar üretilebilmiştir ve otomobillerin oluşması sağlanmıştır.
Bir enerji formunu (elektrik, kimyasal enerji...benzin, tiner, LPG vb.) mekanik enerjiye çeviren makineye "motor" denir.
Sınıflandırma
İçten yanmalı motorlar birkaç şekilde sınıflandırılır:
Pistonlu motorlar
-
İki zamanlı motor
- Clerk döngüsü
- Day döngüsü
- Dört zamanlı motor (Otto döngüsü)
- Altı zamanlı motor
ateşleme türüne göre:
- Sıkıştırmalı ateşlemeli motor
- Kıvılcım ateşlemeli motor (genellikle benzinli motor olarak bulunur)
Mekanik/termodinamik döngüye göre):
Döner motorlar
Sürekli içten yanmalı motorlar
- Gaz türbini motoru
- Ramjet, turbojet'e benzer ancak havayı sıkıştırmak için kompresör yerine araç hızını kullanılır.
- Scramjet, süpersonik yanma kullanan bir ramjet çeşidi.
- Roket motoru
Pistonlu motorlar
Yapı
Pistonlu içten yanmalı motorun gövdesi, genellikle dökme demir (aşınmaya karşı direnci ve düşük maliyeti nedeniyle) veya alüminyum'dan yapılan motor bloğu'dur. Alüminyum motor bloğunda, silindir gömlekleri dökme demirden veya çelikten veya nikasil veya alusil gibi kaplamalardan yapılır. Motor bloğu silindirleri içerir. Birden çok silindirli motorlarda genellikle ya 1 sıra (düz motor) veya 2 sıra (Boksör tipi motor veya V tipi motor) düzenlenir; Çağdaş motorlarda ara sıra 3 sıra (W tipi motor) kullanılır.
Tek silindirli motorlar, motosikletlerde ve hafif makine motorlarında kullanılır. Silindirin dış tarafında soğutma sıvısı içeren pasajlar motor bloğunun içine basınçlı dökümle dökülürken, bazı ağır hizmet motorlarında ise pasajlar sökülebilir ve değiştirilebilen silindir kovanı tipleridir.
Su soğutmalı motorların motor bloğunda soğutma sıvısının dolaştığı pasajları vardır (su ceketi). Bazı küçük motorlar hava soğutmalıdır ve silindir bloğunda su ceketi yerine ısıyı doğrudan havaya aktarıp motoru soğutan hava kanatçıkları vardır. Silindir duvarları genellikle çapraz tarama elde etmek için honlamayla bitirilir böylece silindir daha çok yağ tutabilir. Çok pürüzlü silindir iç yüzeyi, pistonun aşırı aşınmasıyla motora hızla zarar verir.
Pistonlar, sıkıştırılmış havanın ve yanma ürünlerinin yüksek basıncına karşı silindirin bir ucunu kapatan ve motor çalışırken sürekli olarak silindirin içinde kayan kısa silindirik parçalardır. Küçük motorlarda pistonlar alüminyumdan yapılmıştır; daha büyük uygulamalarda genellikle dökme demirden yapılırlar. Pistonun üst duvarına "taç" denilir ve genelde düz veya içbükeydir. Bazı iki zamanlı motorlarda, saptırıcı kafalı pistonlar kullanır. Bütünleşik takviye yapısı dışında pistonların altı açık ve oyuktur. Motor çalışırken, yanma odasındaki gaz basıncı piston tacına kuvvet uygular ve bu kuvvet, piston pim'ine aktarılır. Her pistonun çevresine segmanlar takılmıştır ve bunlar çoğunlukla gazların krank karterine veya yağın yanma odasına sızmasını önler. Karter havalandırma sistemi, normal çalışmada pistonlardan kaçan az miktarda gazı yağ karterinden dışarı atarak motor yağını kirletecek ve korozyon yapacak şekilde karterde biritirmez. İki zamanlı benzinli motorlarda karter hava-yakıt yolunun bir parçasıdır ve sürekli akışı nedeniyle iki zamanlı motorlarda ayrı bir karter havalandırma sistemine gerek yoktur.
Silindir kapağı motor bloğuna çok sayıda cıvata veya saplama cıvataları ile vidalanmıştır. Birkaç işlevi vardır. Silindir kapağı, pistonların karşı tarafındaki silindirleri kapatır; emme ve egzoz için kısa kanalları ve silindirin taze hava ile doldurulmasına izin vermek için açılan ilgili giriş supapları ve yanma gazlarının çıkmasına imkan vermek için açılan egzoz supapları vardır. Ancak, 2 zamanlı karter süpürmeli motorlar, gaz portlarını supapları olmadan doğrudan silindir duvarına bağlar; bunun yerine piston açılmalarını ve kapanmalarını kontrol eder. Silindir kapağı aynı zamanda buji ateşlemeli motorlarda buji'yi ve doğrudan enjeksiyon kullanan motorlarda enjektör'ü tutar. Tüm Dizel (sıkıştırma ateşlemeli) motorlar, genellikle doğrudan enjeksiyon olmak üzere yakıt enjeksiyonu kullanır, ancak bazı motorlar bunun yerine indirekt enjeksiyon kullanır. Kıvılcım ateşlemeli (SI) motorlar, karbüratör veya port enjeksiyonu veya direkt enjeksiyon olarak yakıt enjeksiyonu kullanabilir. Çoğu SI motorunun her silindirde tek bujisi vardır ancak bazılarında 2 tane vardır. Silindir kapak contası, silindir kafası ile motor bloğu arasında gaz sızıntısını önler. Supapların açılıp kapanması bir veya birkaç kam mili ve yay tarafından kontrol edilir veya bazı motorlarda yay kullanmayan bir desmodromik mekanizma tarafından kontrol edilir. Kam mili, doğrudan supap gövdesine bastırabilir veya yine doğrudan veya külbütör çubuğu aracılığıyla külbütör üzerinde hareket edebilir.
Çalışma prensibi
Yakıt, karbüratör ya da yakıt enjeksiyonu sistemiyle belli bir oranda hava ile karıştırılarak yanma odası denilen silindirin içine gönderilir. Karışım piston tarafından sıkıştırılarak buji yardımıyla ateşlenir. Dizel motorlarda ateşleme buji yerine yüksek basınç altında havanın sıkıştırmasıyla yapılır. Karışım karbondioksit (CO2) ve karbonmonoksit (CO)'e dönüşür. Bu reaksiyon hacim ve ısı yaratır. Bu da pistonların salınım hareketi krank mili yardımıyla mekanik enerjiye dönüştürülerek iş yapılmış olur. Yakıt olarak önceleri gaz yağı kullanılmış günümüzde ise benzin, mazot ve LPG (Sıvılaştırılmış Petrol Gazı) oldukça yaygındır. Günümüz teknolojisinde "hibrit" otomobiller üretilmeye başlanmıştır. Bu otomobillerde iki farklı türden motor bulunur. Yani hibrit adı, biri yanmalı ve diğeri elektrikli olan iki motor tipine sahip olmasından gelir.
Günümüzde kullanılan içten yanmalı motorların ezici çoğunluğu 4 zamanlı içten yanmalı motorlardır. 4 zaman ifadesi piston işlevlerinin bir sınıflandırmasıdır. Bu zamanlar ve işlevleri aşağıdaki gibi sıralanabilir:
1. Emme: Temiz hava ve benzin karışımı üstte sağ taraftaki emme kanalındaki supapın açılmasıyla ve pistonun aşağıya doğru hareketinden oluşan vakum etkisiyle silindir içerisine alınır
2. Sıkıştırma: Silindir içerisine alınan hava ve yakıt karışımı pistonun yukarı hareketiyle sıkıştırılarak hem sıcaklığı hem de basıncı yükseltilip çok ufak bir hacme hapsedilir. Bu esnada her iki supap da tam kapalı konumda olup, yalıtım sağlanmaktadır.
3. Yanma: Sıkıştırılan benzin ve hava karışımı supapların tam ortasında yer alan buji ile ateşlenerek yanma gerçekleşir. Aracın hareketini sağlayan güç bu anda üretilir.
4. Egzoz: Yanma sonrasında piston yukarı geri gelirken, yanmış artık gazlar üst sol tarafta yer alan egzoz supapının açılmasıyla dışarıya atılır. Ardından pistonun aşağıya tekrar gelmesi esnasında 1. çevrim yani emme safhası tekrar başlar.
Enerji verimi
Enerji verimi, tüketilen yakıtın kimyasal enerjisinin üretilen mekanik enerjiye oranı olarak tanımlanır ise, Modern turboşarjlı motorların yaklaşık verimi %20'dir.
İçten yanma termodinamik olayının teorik maksimum verimi %35 olduğu göz önüne alınırsa, geri kalan %15'lik enerji kaybı yakıtın sıkıştırılmasında, pistonların sürtünmesinde ve diğer işlemlerine gerçekleştirilmesine harcanır.
Dış bağlantılar
Wikimedia Commons'ta İçten yanmalı motor ile ilgili çoklu ortam belgeleri bulunur.
