Segman-gömlek sürtünmesi ölçüm sistemi

Bu sistem gömlek, piston, segman ve yağlayıcı özelliklerinin motor çalışma koşullarına benzetilerek test edilmesini olanak tanır. Sistem Sadeghi tarafından geliştirilmiş ve kullanılmıştır (Sadeghi,2004-Bolander, 2004). Gömlek, devri kontrol edilebilen 1,5 beygir gücündeki krank mili mekanizmasıyla hareket ettirilir. Gömlek bir tabla üzerine sabitlenir ve DC motor tarafından tahrik edilir. Gömlek tablası lineer yataklar sayesinde yatay olarak hareket edebilmektedir. Bu da piston hareketinin sağlanmasını sağlar. Segman-gömlek temasındaki kuvet ise kuvvet kolu yardımıyla normal kuvvet olarak sağlanır. Hava basıncı regülatör ile ayarlanır. Daha önceden her ağırlık için hesaplanan ağırlıklar sisteme yerleştirilir. Uygulanan normal kuvveti ve sürtünme kuvvetini ölçmek için piezo elektrik üç eksenli kuvvet sensörü kullanılmıştır. Yatay eksendeki atalet kuvvetleri krank mekanizmasının balansının alınması ve ağırlıklar yardımı ile dengelenmektedir.

Gömlek tablasında lineer yatak kullanılarak yağlanma gereksinimi ortadan kaldırılmıştır. Ölçüm sistemi aynı anda devri ve sıcaklığı kontrol edebilmekte ve sürtünme kuvvetini, yükleme kuvvetini ve krank açısını kaydetmektedir. Devir DC devir kontrol ünitesi kontrol edilmekte ve krank açısı ile segman konumu enkoder ile ölçülmektedir. Ölçülen çalışma devri, krank yarıçapı ve biyel uzunluğu ile segman kayma hızı hesaplanabilir. Gömlek tabla sıcaklığı, tablaya yerleştirilen bir termokupl ile ölçülür. Termokuplun bağlı olduğu sıcaklık kontrol sistemi ile tabla üzerine

yerleştirilen fişek ısıtıcılar yardımı ile tabla sıcaklığını istenilen değerde tutar. Bu sistem kullanılarak gerçek motor içerisindeki gömlek-segman sıcaklık şartları sağlanmış olur. Isıtma sistemi kullanılarak yüzey sıcaklığı 100^oC’ ye kadar çıkartılabilir. Yağlama miktarı damlatma tipi ayarlı bir sistem yardımıyla 5ml/h ile 250 ml/h arasında ayarlanabilmektedir. Şekil 2.12’de cihaz görülmektedir.

Şekil 2.12. Segman ve gömlek sürtünmesi ölçüm cihazı (Sadeghi,2004-Bolander, 2004)

Segman tutucunun kuvvet kolu ile olan bağlantısına üç eksenli kuvvet sensörü yerleştirilmiştir. Uygulanan normal kuvvet ve sürtünme kuvveti bu sensör tarafından ölçülmektedir. Bu kuvvet sensörünün sinyalleri bir amplifikatör ile yükseltilerek okunabilir. Verileri toplamak için DAQ kart kullanılmış ve veriler direkt olarak bilgisayara aktarılmıştır.

2.8. İçten Yanmalı Motorlarda Sürtünme Kayıpları Ölçüm Yöntemleri

İçten yanmalı motorlarda sürtünme gücünün ölçülmesinde farklı yöntemler kullanılmaktadır. Kullanılan yöntemlerin ölçüm için gerekli hassasiyetlere sahip olmalarında bile istenilen düzeyde ölçümlerde doğrulum elde edebilmek son derece zordur. Ölçüm yöntemleri kabaca üç ana başlık altında toplanabilir.

− Motor, sürtünmenin belirleneceği devirde bir elektrik motoru yardımıyla döndürülür. Moment koluna bağlanan bir yük hücresi yardımıyla döndürmeden kaynaklanan döndürme momenti ölçülür. Ölçülen döndürme

momenti sürtünme gücünü belirlemek amacıyla kullanılır. Bu yöntemde motor çalıştırılmamakta ve motorun yakıt almasına izin verilmemektedir. − Motor sürtünmenin ölçüleceği devre çalıştırılarak getirilerek sıra ile birinci

silindirden başlayarak silindirler çalışma dışı bırakılır. Her silindirin iptal edilmesiyle motordan ölçülen gücün değişim farkları o silindirin sürtünmeye harcadığı gücü verir.

− Sürtünmenin ölçüleceği devirde motorun indike basıncı ölçülerek, indike güç hesaplanır ve mil gücü ile farkı sürtünmeye harcanan gücü verir.

Motorlarda sürtünme gücünün ölçülmesinde dikkat edilmesi gereken ve ölçümün sağlıklı olması açısından aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır.

− Motorun çalışma sıcaklığın farklı bir sıcaklıkta çalıştırılması ile motorun içerisindeki sürtünen parçaların teması ve aralarındaki yağlama rejiminin farklı olması ölçülen sürtünme değerinin gerçek değerden farklı olur.

− Motor çalıştırılmadan yani dışarıdan elektrik motoru ile tahrik edilip, sürtünme bu yöntemle ölçüleceğinden pistona, gömleğe ve segmanlara sürtünmeyi oluşturan basınç kuvveti yeteri kadar etkilemeyeceğinden çalışma şartlarındaki sürtünme kuvvetinden farklı bir değer ölçülecektir.

− Motorun çalışma koşullarında yağlama yağının viskozitesi değişim göstermektedir.

İçten yanmalı motorlarda sürtünme kayıplarının önemi arttığından dolayı sürtünme kaybının ölçülmesinde birçok yöntem geliştirilmiştir. Segman-Gömlek sürtünmesinin ölçümü için geliştirilen yöntemler, motor, morse, Willians çizgi, hareketli gömlek, ve anlık indike basınç yöntemleridir.

2.8.1. Motor yöntemi

Motorun elektro motor yardımıyla döndürülerek sürtünmenin ölçümü, motorun çalışır durumundaki sürtünme değerine yakın olduğu için ve uygulanma kolaylığından dolayı içten yanmalı motorlarda mekanik kayıpların belirlenmesinde geniş bir kullanım alanına sahiptir (Krzymien,2003-Soejima,1994). Motorun

sıcaklığı, soğutma suyunun ve yağlama yağının ısıtılması ile motorun normal çalışma koşullarındaki şartlara uygun hale getirilebilir. Motorda ateşleme olmamasından dolayı bu yöntemle sürtünme kayıpları ve pompalama kayıpları ölçülür. Böylece sadece mekanik kayıpların ölçümü için pompalama kayıplarının minimize edilmesi gerekir. Bunun içinde gaz kelebeği açıklığı tam olmalıdır. Böylece pompalama kayıpları en düşük seviyede tutulabilir. Genellikle pompalama kayıpları silindir içi basınç ölçülerek hesaplanmaktadır.

Bu yöntemde ayrıca motorun farklı elemanlarının sürtünmeye katkısının ölçülebilmesi için sırası ile motor üzerinden sökülmesi de ölçüm yönteminin avantajını arttırmıştır. Motorun çalışma koşullarındaki sürtünme bu yöntem ile kolayca modellenebilir (Daniels,2006).

Elektro motor yöntemi ile motorun çalışır durumdaki sürtünme değerleri aşağıdaki nedenlerden dolayı farklılık göstermektedir.

− Silindir basıncı piston, segman ve yataklar üzerine elektro motor yönteminde motorun çalışır durumundakinden daha düşük bir değerde etkir.

− Piston ve silindir gömleğinin sıcaklığı motorun normal çalışır durumundakinden daha düşük bir değere sahiptir. Bu da yağlayıcı viskozitesini etkiler.

− Elektro motor yöntemindeki piston ve silindir arasındaki boşluklar motorun normal çalışma koşullarından farklıdır.

− Pompalama şartları farklıdır, motor yönteminde egzoz yapılmamaktadır.

2.8.2. Morse yöntemi

Morse testi çok silindirli motorlara uygulanabilir. Motor normal koşullarda ateşleme yapılarak çalıştırılır ve çıkış gücü kaydedilir. Daha sonra bir silindirin güç üretmesi kesilir ve motor devri bir önceki devre tekrar getirilerek güç tekrar ölçülür. İki güç değeri arasındaki fark gücü kesilen silindirin piston grubunun sebep olduğu sürtünme kaybıdır. Bu yöntem tüm silindirlere uygulanır ve toplam sürtünme değerleri toplanarak motorun toplam sürtünme kaybı belirlenir (Richardson,2000). Bu

yöntemin doğruluk derecesi elektro motor yöntemiyle benzerlik gösterir. Hata değerleri daha düşüktür çünkü motor ateşleme yapmakta ve normal şekilde çalışmaktadır. Devre dışı bırakılan silindirin sıcaklığı da motorun çalışmasından dolayı normal değerlerdedir. Bu yöntemin uygulama zorluğu sadece çok silindirli motorlara uygulanabilmesidir.