İçten yanmalı motorda üst ölü noktada meydana gelen aşınma mekanizmalarının deneysel olarak incelenmesi
Experimental analysis of the wear mechanisms at top dead center in internal combustion engine
Yazar: SELMAN DEMİRTAŞ
Danışman: PROF. DR. EMRULLAH HAKAN KALELİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Aşınma, birbiriyle temas halinde olan elemanlar arasında sürtünme nedeni ile oluşan malzeme kaybı veya yüzey değişikliğidir. Yapılan araştırmalara göre günümüzde makine hasarlarının %70'i aşınma kaynaklıdır. Bu bağlamda, aşınma ileri derecede zararlı olup malzeme kaybı içerir ve yüzeyler arasındaki temasa bağlı olarak yüzeylerde meydana gelir. Bu yüzden aşınma daima önlenmelidir.
Aşınma türleri genel olarak adhezif aşınma, abrazif aşınma, yorulma aşınması ve  korozif aşınma olarak gruplanabilir. Motorun çalışması boyunca farklı aşınma mekanizmaları meydana gelebilir. Literatür çalışmalarına göre özellikle silindir ve segmanda meydana gelen aşınma mekanizmaları, abrazyon, adhezif, scuffing (kazıma aşınması), korozyon, bore polishing (cidar parlatma)  ve delaminasyon (katman ayırma)'dır. Motorlardaki en kritik tribolojik alanlardan biri de silindir-segman çiftinde meydana gelen aşınmalardır. Silindir-segman aşınmasının içten yanmalı motorlarda dayanıklılık, performans, emisyon ve yakıt ekonomisi konularında temel rol aldığı bilinmektedir.
Motor silindirinde meydana gelen aşınma, en üst seviyesine birinci kompresyon segmanın alt yüzeyinde ulaşır. Segman hareketine bağlı olarak üst ölü noktada meydana gelen aşınma; yüksek temas basıncı, düşük kayma hızına bağlı zayıf yağ filmi ve yüksek gaz basıncı nedeniyle oldukça yüksektir. 
Bu tezin amacı, 75 saat boyunca çalıştırılan tek silindirli, benzinli, ticari motor yağı kullanılan Honda GX 270 motoruna ait (kaplamalı ve kaplamasız) çeşitli segmanlar ile yapılan testlerde segman ve silindir Üst Ölü Noktasında meydana gelen aşınma mekanizmalarının tespit edilmesidir. Testler sonucunda segman ve silindir uygun ölçülerde yüzeye zarar vermeden kuru kesim yöntemiyle kesilerek sürtünen yüzeylerde mikro ve nano analizler yapılarak literatüre uygun şekilde değişik aşınma mekanizmaları ve yüzeyde oluşan koruyucu katkı maddeleri tabakaları araştırılmıştır.
Üst ölü noktalardan alınan kesitlerin optik mikroskop, SEM-EDX, AFM analizleri daha önceden yapılan literatür araştırmalarının sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma neticesinde üst ölü noktada meydana gelen aşınma türü belirlenip, kaplamalı segmanın aşınmayı önlemedeki rolü irdelenmiştir.
Deneyler sonucunda motor silindiri yüzeylerinde sadece üst ölü nokta civarında oldukça yoğun katkı maddelerine rastlanılırken, bu durum segmanın sürtünen yüzeylerinde oluşmamıştır.

Abstract:
The conceptual definition of wear is expressed as the removal (or displacement) of material from one body when subjected to contact and relative motion with another body.
The main reason of approximately 70% of the machine parts that becomes unusable is due to wear. So, wear is progressive damage, involving material loss, occurs on the surface as a result of relative motion between the surfaces. Therefore, it is tried to be prevented all over the time.
The most common wear types at the industry can be listed as adhesive, abrasive, corrosive and fatigue wear. Different wear mechanisms occur during engine operation. According to the literature survey; especially, wear in the cylinder bore and on the piston ring is caused by abrasion, adhesion, scuffing, corrosion, bore polishing and delamination. One of the most critical tribological areas in an engine is the cylinder-ring interface. Cylinder-ring wear has been known to play a major role in internal combustion engine durability, performance, emissions and fuel economy. Wear in an engine cylinder liner reaches its maximum at the top ring reversal point. Wear at the top dead center (TDC) of the piston ring travel is heavy because of the high contact pressure, the thin lubricant film due to the low sliding velocity and high gas temperature. 
The aim of this thesis is to present wear mechanisms occured on the surface of diverse piston rings (even coated and uncoated) and cylinder liner using single cylinder spark ignition Honda GX 270 test engine for 75 hours using commercial lubricating oil. Accommodating and confirming to literature survey, protective additives layer and different wear mechanisms were identified using micro and nano analysis. 
EDX, AFM analysis of the parts from TDC have been compared with literature surveys. Wear mechanisms at the TDC has been detected according to these compares and the role of the coated piston ring on preventing the wear has been examined.
Additive layers were only detected at the TDC of cylinder liner of engine tests. Any additive protective layers were detected on the piston ring of engine tests.