TR201702451A2 - İçten yanmali motorlar i̇çi̇n i̇ç i̇çe çalişabi̇len pi̇ston yapilanmasi - Google Patents

Abstract

Buluş, yanma odası (15) hacmi sabit tutulurken ve yanma odasına (15) iletilen toplam hava hacminin arttırılmasına imkan verebilen içten yanmalı motorlar için iç içe çalışabilen piston yapılanması ile ilgilidir.

Description

Teknik Alan BUIUS, yanna odasi hacni sabit tutulurken ve yanna odasina iletilen toplam hava hacninin arttirilnasina inkan verebilen içten yannali nbtorlar için iç içe çalisabilen piston yapilanmasi ile ilgilidin Teknigin Bilinen Durunu Içten yannali nptor, yakitin notor içinde yanna odasi adi verilen sinirli bir alan içinde yakilnasi ile olusan basincin, piston denen parçayi hareket ettirnesi ile OIUSturulan nukinedir.

Bu notorlara içten yannali notor adinin verilnesinin sebebi, yanna olayinin motor içerisinde gerçeklesnesindendir. gerçeklestiginden bunlara distan yannali notorlar denilnistir.

Içten yannali notorlarda yanna odasinin notorun içine tasinnasiyla birlikte oldukça konpakt nptorlar üretilebilnistir ve otonobillerin quSnasi saglannistir.

Içten yannali notorlar genellikle LPG, benzin, nptorin v.b. yakitlarin yakilarak nekanik enerjiye çevrilnesim anaçlayan sistemlerdin.

Yakit, karbüratör veya yakit enjeksiyonu sisteniyle belli bir oranda hava ile karistirilarak yanna odasi denilen silindirin içine gönderilir. Karisim piston tarafindan sikistirilarak buji yardimiyla ateslenir. Eizel nbtorlarda ateslene buji yerine yüksek basinç altinda havanin piston tarafindan yukari hareketi sirasinda sikistirilnasiyla, isinan ve yüksek basinca ulasan hava üzerine enjektör yardiniyla dizel yakitin püskürtülnesi ile ateslene yapilir.

Karisini COz ve CO'e dönüsür. Bu reaksiyon hacini ve isi yaratir. Bu sayede pistonlarin salinim hareketi Krank Mli yardiniyla nekanik enerjiye dönüstürülerek is yapilnis olur.

Yakit olarak önceleri gazyagi kullanilnis olsa da gününüzde ise benzin, nazot ve LPG (Sivilastirilnis Petrol Gazi) kullanini oldukça yaygindiL Içten yannali nptorlarda çalisma prensibi genel olarak 4 faza ayrilabilir. Bunlar; 1. Enne : Teniz hava ve yakit-hava karisimi, emme kanalindaki supabin açilnasiyla ve pistonun asagiya d0gru hareketinden olusan vakum etkisiyle silindir içerisine 2. Sikistirna: Silindir içerisine alinan hava veya yakit- hava karisini pistonun yukari hareketiyle sikistirilarak hem sicakligi hem de basinci yükseltilip çok ufak bir hacne hapsedilir. Bu esnada her iki supap da tam kapali konunda olup, yalitim saglannaktadir. 3. Yanma: Sikistirilan yakit veya yakit-hava karisim supaplarin tam ortasinda yer alan buji veya enjektör ile ateslenerek yanma gerçeklesir. Aracin hareketini saglayan güç bu anda üretilir. 4. Egzoz: Yanna sonrasinda piston yukari geri gelirken, yannis atik gazlar egzoz supabinin açilnasiyla disariya atilir. Ardindan pistonun asagiya tekrar gelnesi esnasinda 1. çevrim yani enne safhasi tekrar baslar.

Içten yannali notorlar ile hareket, yukarida anlatilan çevrinin tekrarlannasi ile saglanir. Fhr bir çevrim krank Mli üzerinde dairesel bir hareket/hareketler olusturarak notorun bagli oldugu hareketli sistene dönel bir hareket saglanaktadir.

Içten yannali nptorlar tarafindan OIUsturulan harekette yüksek güç elde etnek için notorlar, çesitli büyüklüklerde ve ilave parçalar kullanilarak dizayn edilnektedir. Burada en öneMi unsur piston içerisinde OIUsan patlananin siddetidir. Bu siddetin artirilnnsi için, yakit niktari ve silindirlere alinan hava niktari etkilidir. Perfornansi yüksek iyi bir motordan, düsük yakit ile yüksek güç vernesi Nbtorda OIUsan patlana sirasinda strok hacnine alinan hava niktari yanma odasinda siddeti belirleyen en önenli degiskenlerden biridir. Teknigin olagan durununda silindir içine daha fazla hava beslenebilnesi için kompresör, turb0sarj ve benzeri hava beslene ekipnanlari kullanilnaktadir. Bu sayede silindir içine daha fazla hava sevk edilerek nptorun yanna perfornansi arttirilnaktadir.

Ancak konpresör ve turb0sarj benzeri sistenlerin OIUSturuInasi için nptora bagli ek ekipnanlarin isletilnesi gerekecektir. Bu ek elenanlarin da ayrica ek ekipnanlar ile isletilnesi zorunlu olacaktir. Ornegin turbo sarjli nptorlarda turbonun sikistirnasi sonucu isinan havanin $0gutulnasi için ek SOgutucular olan intercooler (AraSOgutucu) kullanilnasi gereklidir.

Ek ekipnanlar olnaksizin silindir içine alinan hava hacninin arttirilnasi için kullanilan bir diger çözüm ise piston üzerinde ek hacim hazneleri olusturularak saglannistir. Pistonun yanna odasina açilan yüzeyi üzerinde çesitli geonetride çukurlar olusturularak strok hacninin arttirilnasi saglannistir. odasi ile tenas eden üst yüzünde bir çukur oIUsturulmUstur.

Bu çukur strok hacninin arttirilnnsi ile silindir içine alinan hava niktarinin arttirilnasini anaçlanaktadir. Ancak olusturulan hava hacni sabittir. Silindire hava beslenirken (enne fazi) çukur silindire daha fazla hava alinabilnesim saglarken, sikistirnn fazinda yanna odasi hacninin büyümesine ve dolayisiyla toplam basincin azalnasina neden olacaktir. Bu durunda basinç sinirli olacagindan yanna sirasinda olusan patlananin siddeti de sinirli olacak ve nptorun perfornansi ancak silindir hacmindeki artis ile orantili olarak artacaktir.

Teknigin olagan durununda birden fazla piston bulunduran sistenler de bilinnektedir. USZOO3116011 sayili patent basvurusu iki pistonlu bükülnüs baglantiya sahip olan bir çift pistonlu güç aktarim nekaniznasi ile ilgilidir. Bahü geçen piston yapilannasi pistonlarin üzerinde bulunan segnanlarin ve silindirin iç yüzeyinin asinnasini azaltarak notor önrünü uzatnayi annçlanaktadir. OIUsturulan im pistonlu nekanizna alçalan pistonlarin ilk hizlannada tegetsel yönde bileske bir güç oIUSnasini saglayarak krank üzerinde dairesel hareket için aninda tegetsel bir güç OIUSnasini saglanaktadir. Bu sayede krank üzerinde saglanan dönüs hareketi daha yunuSak olabilnektedir. nekaniznalari ile krank üzerinde daha dengeli bir güç olusturulnasini saglayarak gücün daha dengeli/hizli aktarilnasini saglanakta ve piston/pistonlar ve ilgiH parçalarin daha saglikli çalisnasini saglanayi anaçlanaktadir. Ilgili patent dokünaninda, silindir dahilinde oluSturulacak strok hacninin arttirilnasina dair sayili patent dahilinde tarif edilen ikinci silindir kapali bir silindir gövdesi içinde isletilnektedir. Silindir gövdesinin yanna odasi tarafina bakan bölününde herhangi bir açiklik ya da bir hacini alani bulunnadigindan strok hacm bilinen içten yannali sistemler gibi piston gövde“ ve silindir tarafindan OIUSturulan hacim ile sinirlidir.

BUIUSun Çözününü Anaçladigi Problemler Bulusun anaci, strok hacninin arttirilnasini saglayarak notorun enne sirasinda silindir içine daha fazla teniz hava yakit-hava alnasini saglayan blok yapilannasin OIUSturnaktir.

Bu buluSun bir baska anaci, pistonun iç kismina konunlu olan ikinci bir pistonun hareketi ile piston içi oIUSturulan b0slukta vakum OIUSnasini ve dolayisiyla havanin silinidir içine çekilnesi için OIUSturuIan toplam vakumun yükseltilnesine inkan veren piston bl0gu yapilannasini ortaya koynaktir.

Bu bUIUSun bir diger anaci, ikinci pistonun sikistirna sirasinda yukari hareketi ile piston içinde olusturulan ikinci strok hacnini kapatnasi ile sikistirma fazinda enne sirasinda oIUSturuIan fazladan strok hacninin ortadan kaldirildigi piston bl0gu yapilannasini OIUSturnaktir.

Bulusun bir baska anaci da, ikinci bir pistonun ilk piston içinde hareket edebilnesine uygun yapida pistonlar ve piston silindirleri bulunduran piston bl0gu yapilannasin ortaya koynaktir.

BUIUSun bir diger annci da, ikinci bir pistonun ilk piston içinde hareket edebilnesine uygun yapida baglantilar bulunduran piston bl0gu yapilannasini olusturnaktir.

Sekillerin Açiklannasi sekil 1. Nbtora ön tarafindan bakildiginda piston nekaniznasinin kesit görününü sekil 2. Nbtora önden bakildiginda biyel kolunun sekil 3 Biyel kolunun perspektif görününü sekil 4 Birincil pistonun perspektif görününü sekil 5 Piston nekaniznasinin patlatilnis görününü sekil 6. Piston nekaniznasinin kesit görününü sekil 7 Piston nekaniznasinin ayrintili görününü sekil 8 Yanma odasi ile birlikte piston nekaniznasinin kesit görününü Sekillerdeki Referanslarin Açiklanasi L Biyel kolu 2. Birincil piston 3. Birincil kam 3.1. Birincil kam deligi 4.Itecek 4.1. Itecek nontaj deligi . Ikincil piston 6.Krank Z Ikincil kam 7.1. Ikincil kam deligi 8.Pist0n pim 8.1. Piston pim deligi 9. Ikincil silindir . Birincil silindir 11. Açiklik 12. Biyel pim baglanti kafasi 12.1. Biyel kanali 13. Piston bl0gu 14. 80sluk . Yanna odasi Bulusun Açiklannasi BUIUS içten patlanali piston bI0gu/bloklari (13) tarafindan oluSturulan enerjiyi bir biyel kolu (1) vasitasiyla kranka (6) aktaran notor yapilannasina iliskindir.

BUIUS dahilinde piston bI0gu (13) birincil piston (2) ve ikincil piston (5) olnak üzere iki piston nekaniznasindan OIUSturulnuStur.

Bilinen içten yannali nptor yapilannalarina benzer sekilde, piston bI0guna (13) konuniandirilmis birincil silindir (10) içinde birincil piston (2) isletilnektedir. Birincil piston (2) ise iç kisninda bir ikincil silindiri (9) bulundurur.

Ikincil silindirin (9) içinde ise ayrica bir ikincil piston (5) i sletil mektedir.

Ikincil piston (5), birincil piston (2) içinde ikincil silindir (9) tarafindan OIUStUFUlan b0sluk (14) içine konunludur. 80sluk (14), birincil pistonun (2) tepe noktasindan zenine kadar OIUSturulan b0s hacni taniniar.

BuluSun farkli uygulanalarinda birden fazla b0sluk (14) oluSturulabilir ya da b0sluk (14) birincil piston (2) boyunun bir kisminda olusturulabilir.

BUIUS dahilinde tarif edilen ikincil piston (5) tananiyla birincil piston (2) içine konunludur. Bu durunda ikinci piston (5) tarafindan gerçeklestirilen piston hareketi tananiyla birincil piston (2) dahilinde gerçeklesnektedir.

Birincil piston (2) ve ikincil piston (5) ayni kranka (6) baglanarak hareket aktarini saglannktadir. Hem birincil pistonu (2) hem de ikincil pistonu (5), kranka (6) tenelde ayni biyel kolu (1) baglanaktadir.

Biyel kolu (1), bir piston pini (8) vasitasiyla direkt birincil pistona (2) baglannistir. Ikincil piston (5) ise bir itecek (4) vasitasiyla dolayli olarak biyel koluna (1) baglannaktadir. (sekil 1 ve sekil 5) Ikincil piston(5) ve itecek (4) baglantisi ise bir ikinci kam (7) vasitasiyla saglannaktadir. (sekil 5) Biyel kolu (1) üzerinde, itecegin (4) baglanabilnesi için en az bir birincil kani deligi (3.1) bulundurur. Birincil kam deligi (3.1) , birincil kam (3) vasitasiyla, biyel kolu ve itecegi (4) baglanaktadir.

Itecek (4) yapisinda en az iki itecek npntaj deligi (4.D bulundurur. Itecek nontaj deliklerinden (4.1) biri birincil kanin (3) baglannasini saglarken, digeri ise ikincil kanin (7) baglannasini saglanaktadir.

Ikincil kam (7) bir taraftan itecek nontaj deligine (4.D baglanirken diger taraftan ise ikincil piston (5) üzerindeki ikincil kani deligine (7.1) baglannaktadir. Bu sayede itecek (4), ikincil kam (7) vasitasiyla ikincil pistona (5) iliskilendirilnis olacaktir.

Bulus dahilinde yukarida anlatilan kam (3, 7)/delik (3.L 4.1 ,7.1) baglantilari birinier arasinda hareket aktarinina inkan verebilnek anaciyla seçilnistir. sekil 3'e göre biyel kolunun (1) piston pini (8) ile baglandigi bölününde 2 adet biyel pim baglanti kafasi (12) bulunur. OIUSturulan 2 biyel pim baglanti kafasi (12) arasinda en az bir biyel kanali (12.1) olusturacak sekilde aralarinda bir nesafe olacak sekilde konuniandirilmistir. sekil 3'e göre piston pim delikleri (8.1) her bir biyel pim baglanti kafasi (12) üzerinde ayrica OIUsturuInuStur.

BuIUSun farkli uygulanalarina göre biyel kolu (1) farkl sayida pini baglanti kafasi (12) ve pini baglanti kafalari (12) arasinda farkli sayida biyel kanali (12.1) bulunduracak sekilde uygulanabilnektedin Biyel kolu (1), itecek (4) baglantisi OIUSturulurken, itecek pini baglanti kafalari (12) arasinda oluSan biyel kanalina (12.1) yerlesnektedir.

Biyel kolu (1) ve itecegin (4) iliskilendirilnesi 2 pistona hareket aktarilnasi anaciyla OIUsturulnUstur. Biyel kolu (1) ve itecek (4) yukarida anlatilan baglanti sekilleri ile iliskili hale getirilebilecegi gibi bulusa dair farkl uygulanalarda bilinen farkli baglanti yöntenleH kullanilarak da iliskili hale getirilebilin Ancak hang baglanti yöntem kullanirsa kullanilsin biyel kolu (1) ve itecegin (4) iliskilendirilnesi hareket aktarilnasina izin verilecek sekilde saglannalidir.

Biyel kolunun (1) krank (6) etrafinda dönne hareketi sirasinda, birincil silindir (10) içerisindeki birincil piston (2) yukari asagi hareket etnektedir. Bu hareket ayni zananda biyel kolunun (1) birincil pistona (2) baglandig noktada ayrica bir hareket OIUsturnaktadir. Bu hareket, itecegin (4), ikincil pistonu (5) çalistirmasi için kullanilacak harekettir.

Biyel kolu (1), birincil kam deligi (3.1) vasitasiyla itecege (4) baglandigindan piston pini (8) çevresinde ikinci bir hareket olusturulabilecektir.

Piston bl0gu (13) içinde patlama ile saglanan hareket ile birincil piston (2) önce asagiya hareket edecek sonrasinda ise yukariya hareket ederek notorun çalisnasin saglayacaktir. Itecek (4) baglantisiyla biyel kolu (1) ile iliskilendirilen ve birincil silindir (10) içerisinde olusturulan b0sluga konumlandirilan ikincil piston (5) da itecek iim baolanti kafalari (12) arasi nda ol Usan bi el ve itecek (4) yukarida anlatilan baglanti sekilleri ile birincil piston (2) ile ayni yönde senkronize hareket edecektir.

Bilinen nptor sistenierinde oldugu gibi, buIUSunuz dahilinde de notorun çalisnasiyla birlikte biyel kolu (1) vasitasiyla krank (6) döndürülnektedir. Bu hareket aslinda piston bI0gu (13) içinde bulunan pistonun yukari asagi hareketi ile saglannnktadir. Yukarida da anlatildigi üzere biyel kolunun (1) uç kisninda olusturulan birincil kam deligi (3.1) vasitasiyla, birincil pistonun (2) hareketi sirasinda piston pini (8) çevresinde oIUsan hareket itecege (4) aktarilnaktadir. Itecek (4) üzerinde quSturulan hareket, itecegin (4) birincil kam deligi (3.1) nerkezinde yarim dönüs hareketi yapacak sekilde hareketlenip esk konununa gelnesini saglanaktadir. Bu hareket ikinci pistonun (5), ikincil silindir (9) içinde yukari asagiya hareket etnesini saglayacaktir. Bu sayede birincil pistonun (2) bir yöne ve bir kuvvetle hareketi ayni oranda ve yönde ikincil pistona (5) aktarilabilecektir. sekil 6'ya göre birincil kam deligi (3.1) piston pim (& tepe noktasi seviyesinin altinda kalacak sekilde biyel kolu (1) üzerine konuniandirilmistir. BUIUS dahilinde anlatilan sistenin isletilebilnesi için birincil kam deliginin (3.D piston pim (8) tepe noktasi seviyesinin altinda kalacak sekilde biyel kolu (1) üzerine konumlandirilnasi öneniidir.

Ikincil piston (5), birincil piston (2) iç kisninda OIUSturulan b0sluk (14) içinde isletilnektedir. Bahsi geçen b0sluk (14) içine en az bir ikincil silindir (9) konunludur. sekil S'e göre ikincil silindir (9) içi b0s boru fornunda bir parçadir. Ikincil piston (5) ikincil silindir (9) içinde isletilnektedir.

Ikincil silindirin (9) yanna odasi (15) tarafinda OIUSturulan yüzeyi en az bir açiklik (11) bulundurur. sekil 'e göre Ikincil silindirin (9) yanna odasi (15) tarafinda OIUSturulan yüzeyin tanami açikliktan (11) OIUSUF. BUIUSa dair farkli uygulanalarda açiklik (11), ikincil silindir (9) içinde OIUSturulan b0sluga (14) hava alis-verisi saglayacak farkli fornlarda yapilardan olusturulabilnektedir.

OIuSturulan b0sluk (14) nptorun enne fazinda ek bir hacim oluSturarak, birincil pistonun (1) içine de hava alinnasin saglayacaktir. Bu durunda nptor içinde isletilen her bir silindirin hacmi enne sirasinda artacaktir. Ancak sikistirna fazinda ikincil piston (5), birincil piston (2) ile birlikte yanna odasina (15) d0gru hareket edecek ve birincil pistonun (2) içinde b0sluk (14) ile oIUSturulan ek hacm ortadan kaldiracaktir. Bu durunda silindir içine ek hacim kadar fazladan hava çekilnis olacak ancak sikistirna fazinda bu fazladan hacim kullanilnayacaktir. Bu sayede hem notora hava beslenesi herhangi bir ek hava beslene aparati kullanilnaksizin artacak heni de motorun sikistirna orani yükselecektir.

BuIUSun farkli bir uygulanasinda sikistirna fazinda ikincil piston (5), birincil piston (2) ile birlikte yanna odasina (15) d0gru hareket eder ve birincil pistonun (1) içinde b0sluk (14) ile olusturulan hacnin bir bölününü ortadan kaldirabilir. Bu durunda ikincil piston (5) b0sluk (14) hacninin bir bölününü sikistiracak, b0slugun sikistirilnayan bölünü yanna odasinda(15) sikistirilan, sikistirna hacnini arttiracaktir.

Enne fazinda ikincil pistonun (5), yanna odasindan (15) uzaklasnasi notora hava alinmasi için, birincil piston (2) tarafindan olusturulan vakum etkisine ek bir vakum olusturacaktir. Bu sayede sistem içine beslenen hava turb0sarj, konpresör v.b hava beslene ekipnanlari ile ayni/yakin/daha fazla perfornansta hava beslenebilnesine inkan verecektir.

Beslenen hava niktari bilinen nbtorlara göre daha fazla, sikistirma hacmi bilinen nbtorlarla ayni olacagindan nbtorun çalisma perfornansi çok daha fazla artacaktir. Bu durunda notora çok daha fazla hava alinarak sikistirilabilecek, bu da yanna odasinda (15) OIUsan patlananin çok daha siddetli olnasina sebep olacaktir.

Yanna odasinda OIUsan patlananin siddetinin daha fazla olnasi ise kullanilan birim yakit basina daha fazla güç elde edilnesini saglayacaktir. Bu durum hem notorun yakit sarfiyatini düsürecek hem de ürettigi gücü arttiracaktir.

Bulus dahilinde birincil piston (2) ve ikincil pistondan (5) olusan iki pistonlu bir piston bI0gu (13) tarif edilnistir.

Yukarida tarifnane de anlatilan 2 piston ile isletilen piston nekaniznasi nantigi 2lden fazla piston ile de isletilebilir.

Ornegin ikincil piston (5) içinde OIUsturulacak ikincil bir b0sluk (14) içinde tersiyer bir piston isletilebilir.

Ayrica iç içe konunlandirilan farkli sayida piston da toplam silindir hacninin arttirilnasi anaciyla kullanilabilir.