Geri Dön

Bujilerde kıvılcım erozyonu ve kıvılcım erozyonuna karşı malzeme seçimi

Spark erosion and material selection for spark erosion in spark plugs

  1. Tez No: 126870
  2. Yazar: MUHAMMED TOLGA SÜTCÜ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HASAN OKTAY BODUR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2002
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 90

Özet

“BUJİLERDE KIVILCIM EROZYONU ve KIVILCIM EROZYONUNA KARŞI MALZEME SEÇİMİ”ÖZET Kıvılcım elektrot vazifesi gören İki eleman arasında oluşan gerilim farkı dolayısı ile oluşur. Gerilim farkı elektrotlar arasındaki yalıtkan ortamda bir elektriksel alan oluşturur. Bu elektriksel alanda elektrotlar arasında iletken bir köprü oluşturur ve bu köprü aracılığı ile elektrotlar arasından bir akım geçer. Boşalma olarak isimlendirilen bu akım geçişine kıvılcım denir. Doğada kıvılcımın en güzel örneği yıldırımdır. Kıvılcım 8000 °C ila 12000 °C arasında bir sıcaklığa sahiptir. İşte bu sıcaklık dolayısı ile kıvılcım oluşan elektrotların yüzeyinde her kıvılcım ile bir kratercik oluşur. Tekrar eden kıvılcımlarla birlikte bu kratercikler önemli ölçüde bir aşınma oluşturur. İşte bu aşınmaya kıvılcım erozyonu denir. Kıvılcım endüstride yaygın olarak elektro erozyon tekniğinde parça işlemek amacı ile kullanılırken ateşleme sistemlerindeki elektrotlarda meydana gelen aşınma ise sistemin fonksiyonlarım yerine getirmesini engellediği için ayrı bir inceleme konusudur. Bujiler 1902 yılından beri Otto motorlarda ateşleme işlevini yerine getirmektedir. Bujinin iki elektrot grubundan merkez elektrota ateşleme bobini tarafından ateşleme gerilimi uygulanırken, ana elektrotlar motor bloğu aracılığı ile topraklanmıştır. Bujinin elektrotları arasında oluşan gerilim farkı kıvılcım oluşmasına ve bu kıvılcımda yanma odasındaki hava-yakıt karışımının ateşlenmesine sebep olur. Bujilerin çalışma ömrünü belirleyen etkenlerden birisi olması dolayısı ile kıvılcım erozyonu araştırma konusu olmuştur. Bujilerde ateşleme için gerekli gerilim elektrotlar arası minimum mesafe ile orantılıdır ki bu mesafeye kıvılcım aralığı denir. Bujilerin kıvılcım aralıkları çeşitlerine göre 0,7 mm ile 1,2 mm arasında değişmektedir. Kıvılcım aralığı arttıkça kıvılcımın oluşması için gerekli gerilim de artar. İşte kıvılcım erozyonunun bujinin çalışma ömrü üzerindeki etkisi burada devreye girmektedir. Kıvılcım erozyonu ile birlikte kıvılcım aralığı genişlemekte dolayısı ile kıvılcım için gerekli gerilim artmaktadır. Ateşleme bobini bujiye gerekli gerilimi sağlayan ünitedir. Ateşleme bobini bujiye 30.000 volta kadar gerilim sağlayabilmektedir. Aynı zamanda artık gerilim denilen kıvılcım oluştuktan sonra ateşleme bobininde kalan gerilim de bir sonraki kıvılcım açısından önemlidir. Erozyon ile birlikte kıvılcım aralığının büyümesi gerekli gerilimi arttırırken artık gerilimi de düşürmektedir. Bu da belirli bir aşınma miktarından sonra 30.000 voltun yetmemesine dolayısı ile ateşleme problemlerine sebep olur ki bu bujinin çalışma ömrünün dolması demektir. Kıvılcım erozyonun parametrelerle değişimi için elektro erozyon teorisi ve daha önce yapılmış deneyler incelenmiştir. Kıvılcımları oluşturan pulsların özellikleri ile aşınma arasında direkt bir ilişki vardır. Puis süresi verilecek enerji ile bağlıdır dolayısı ile puis süresi arttıkça aşınma artar. Kıvılcım frekansı da diğer önemli bir vuıözelliktir. Kıvılcım frekansı arttıkça aşınma artar. Bunlar elektro erozyondan varılan yargılardır. Kıvılcım erozyonuna karşı malzeme özelliklerinin etkisi incelenmiş ve malzemelerin ergime noktalarının, buharlaşma sıcaklıklarının, yanma odalarındaki pulverizasyon dirençlerinin ve oksidasyon karakteristiklerinin önemli olduğu görülmüştür. Deney sonuçlarında kıvılcım erozyonunun kıvılcım aralığı ile arttığı, elektrot ebatları ile oranı sabit kalmakla birlikte karakteristiğinin değiştiği, kıvılcım enerjisi ile arttığı, güç kaynağının tipinden etkilenmediği, üretim yöntemi ile bağlı olduğu ve farklı malzemelerin farklı aşınma değerleri gösterdiği görülmüştür. Yapılan aşınma deneyleri ile aşınma oranlan gümüş, nikel ve platin olarak en yüksekten en düşüğe doğru sıralanmıştır. Teorik ve deneysel bilgiler toplandıktan sonra bu bilgiler ışığında kıvılcım erozyonu deneyleri yapılmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Kıvılcım erozyonu deneyinde deney malzemeleri kızdırma bujileri üzerine 0.7,. 08 ve 2.7 mm çaplarda yaklaşık 4 mm uzunluğunda lazer kaynak ile kaynak edilmişlerdir. 60 Hz frekansta ve maksimum 30.000 volt kıvılcım gerilimi ile 100 ve 50 saatlik 500°C, 700°C, 850°C sıcaklıklarda deneylere tabi tutulmuşlardır. Sonuçlar optik ölçüm yolu ile 216 deney parçasından 648 ölçüm sonucu elde edilmişlerdir. Deney sonucunda değerli metal grubu malzemelerinden FKS 16Pt malzemesi hem aşınma açısından diğer malzemelere göre çok daha dirençli hem de kıvılcım başı maliyeti çok daha düşük olarak uzun ömürlü bujiler için kıvılcım erozyonuna karşı uygun elektrot malzemesi olarak seçilmiştir. Nikel alaşımları grubundan ise aşınma direnci olarak NÎY malzemesi kıvılcım erozyonuna karşı en dirençli elektrot malzemesi seçilirken maliyet açısından ise saf nikel daha uygun olarak seçilmiştir. Deneyle birlikte sıcaklık erozyon ilişkisi ve bujilerin gerçek yanma odası aşınma miktarları ile deney düzeneği aşınma miktarları karşılaştırılmak istenmiştir. Sıcaklık aşınma ilişkisi için bu deney ile herhangi bir ilişki söylenememektedir. Bujilerin gerçek çalışma ortamlarındaki aşınma oranlarının ise bizim deney sonuçlarımızdan çok düşük çıkmasına rağmen aşınma sıralamasının aynı olması deney sonuçlarını doğrulamıştır. ıx

Özet (Çeviri)

“SPARK EROSION and MATERIAL SELECTION for SPARK EROSION in SPARKPLUGS”SUMMARY Spark occurs because of the voltage difference between two elements acting like electrodes. The voltage difference lets an electrical field occur in the gap between the electrodes. This electrical field makes conductive bridges in the insulator atmosphere of the spark gap. And a current occurs from this conductive bridge and this current is named as a discharge. This discharge between the electrodes is called a“Spark”. The best example for spark in nature is lightning. Lightning is a spark that occurs between earth and clouds because of the voltage difference. Spark has a temperature between 8000°C and 12000°C. Because of this high temperature every spark creates a small crater by melting and vaporizing tiny particles. With repeating sparks more craters occur and these craters becames the wear on the electrodes. Spark erosion is used in Electrical Discharge Machining to form materials and is an important subject in ignition systems because it affects the service functions and life of the system. Spark plugs operate in Otto motors to ignite the air-fuel mixture since 1902. Spark pulgs have two different types of electrodes. Center electrodes are feeded by the ignition coil with high voltage and ground electrodes are grounded by the engine block. The voltage difference between the electrodes causes the spark and spark ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber. Spark erosion is an important subject matter for spark plugs because it determines the service life of spark plug. The required voltage for spark to occur is directly releated with the length between the center electrode and the ground electrodes. This length is called the“spark gap”. Spark gap values for different types of spark plugs change between 0.7 mm and 1.2 mm. As the spark gap increases the voltage required for the spark to occur also increases. This is the point that makes the service life of the spark plug directly releated to the spark erosion. With the sparks there is always erosion and with erosion there is wear on the electrodes and with the electrode wear the spark gap gets wider. And as the spark gap gets wider the voltage required for spark to occur gets higher. Iginition coil is the unit that supports the spark plug with high voltage. Ignition coil can support a maximum voltage 30.000 V. And also the residual voltage that is the voltage left in the ignition coil after one spark is important for the next spark. When the ignition voltage increases the residual voltage decreases. And after certain amounts of wear the voltage given by the ignition coil to the spark plug is not enough to produce a spark. And that maens misfiring or the end of spark plugs service life. For examination of the change in wear with some parameters we have studied on electrical discharge machining and some previous experiments. There is a direct releation between the properties of the pulses that makes spark with erosion. Puis time is releated with the energy that will be given to spark and that is called“Spark energy”or“Ignition energy”. As the energy increases the wear also increases so when the puis duration increases energy and wear also increases. Frequency for sparks is also important. As the frequency increases the wear also increases. These convictions are based on electrical discharge machining. The affects of material properties on erosion resistance are studied from literature. It's seen that high melting and vaporizing points, the pulverization resistance in combustion chambers and oxidation charecteristics are important. Studying the previous experiments on spark erosion it is seen that wear increases with the spark gap, wear amount is equal with different electrode dimentions but characteristics is different, wear increases with increase in ignition energy, wear has no relation with the source of spark energy, wear amount is different for different manufacturing technics and ofcourse wear is different for different materials. Experiments give spark erosion resistances for nickel, platinium, silver with increasing order silver, nickel, platinium. With the help of the theory and past experiments the experiment for spark erosion is done and results are studied. In spark erosion experiment the sample materials are prepared as bars with 0.7, 0.8 and 2.7 mm diameter and approximately 4 mm length. These samples are laser welded on glow plugs. The frequency of pulses is setted as 60 Hz and the maximum iginition voltage that can be supplied by the ignition coil is 30.000 V. All the experiments are done for 500°C, 700°C and 850°C tempratures with 50 and 100 hours experiment times. All the wear measurements are done with optical measurement technics using special makros written for Image Pro 4.1 software. Results are obtained from 216 different samples with 648 measurements. With the experiment results for long life spark pulgs FKS 16Pt material is selected as the best electrode material for best erosion resistance. And also FKS 16Pt is found to have the minimum cost that the wear on electrode material produces (spark wear cost) among the experiment materials. And for standard life spark plugs NiY is selected as the material with best erosion resistance but pure nickel is found as the material with the minimum spark cost again among the experiment materials. With these experiments a sub aim was to define the relation between the temperature and erosion but it is found that this experiment is not enough to explain this relation if there is one. And the other sub aim was to compare the experiment results with erosion values that come from motor experiments in which spark plugs operate in normal operating conditions in combustion chamber. Great differences in wear values are seen. But when we make a ranking among the materials for erosion resistance both experiments give the same results. So this experiment is proved to be succesful for selecting a material for spark plugs according to spark erosion resistance. XI

Benzer Tezler

  1. Tez No

    184787

    Buji ile ateşlemeli motorlarda kullanılan çeşitli bujilerde gaza ve buji gövdesine geçen enerjinin incelenmesi üzerine bir araştırma

    A study on transfer of the spark energy to gases and to the body of spark plugs in a various spark plugs used in spark plug ignition engines

    MUSTAFA KAHYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    Makine MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SAHİR SALMAN

  2. Tez No

    513749

    Effect of spark plug alteration on performance and emissions using hydrogen enriched gasoline in si engine under various loads and compression ratios

    Farklı yük ve sıkıştırma oranları altında hidrojen ile zenginleştirilmiş benzinli motorda farklı tip ateşleme bujilerinin motor performans ve emisyon değerlerine etkisi

    OĞUZ BAŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Makine MühendisliğiÇukurova Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ATAKAN AKAR

    DOÇ. DR. HASAN SERİN

  3. Tez No

    591842

    Sentez gazının içten yanmalı motor performansına etkisi

    The effect of synthesis gas on internal combustion engine performance

    BAHADIR HAN SABANLI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    EnerjiEge Üniversitesi

    Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ERYAŞAR

  4. Tez No

    689949

    S355J0 çeliğinin MAG yöntemiyle birleştirilmesinde koruyucu gaz ve kaynak telinin mukavemete, dikiş geometrisine etkisi ve mikroyapı karakterizasyonu

    Effect of shielding GAS and welding wire on weld beam geometry and strength of S355J0 steel welded by gmaw and microstructure characterization

    MÜCAHİT TÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Makine MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. AHMET DEMİRER

  5. Tez No

    621326

    Postmenopozal kadınlarda endometriyum örneklemesinde, pipelle ve dilatasyon küretajın diagnostik performansının ve uygulanabilirliğinin karşılaştırılması

    Comparison of the diagnostic performance and applicability of pipelle and dilatation curretage in endometrial sampling of postmenopausal women

    SİNAN GÜLEÇ

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Kadın Hastalıkları ve DoğumSağlık Bilimleri Üniversitesi

    Kadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BEHİYE PINAR ÇİLESİZ GÖKSEDEF

Geri Dön