Silindir kapak contası bir motorun en hayati parçalarından biridir. Bir aracın güç, güvenilirlik ve dayanım gibi temel performansını etkileyen en önemli faktörlerden olan bu contalar gaz ve gürültü emisyonları ve araç ağırlıklarının azaltılması gibi çalışmalarda önemli rol oynarlar. Bu kadar önemli olmalarına rağmen gerek aracın üretimi esnasında gerekse servis esnasında conta seçiminde temel faktör olarak maliyet alınmakta gerekli conta performansı ve diğer özellikler göz ardı edilmektedir. Ancak gerek üretim gerekse motorun revizyonu sırasında ortaya çıkan maliyetler, çok pahalı bir contanın maliyetiyle bile mukayese edilemez. Motor ve conta teknolojilerindeki gelişmelerle birlikte conta seçimi daha da kompleks hale gelmiştir. Bu çalışmada yeni silindir kapak conta teknolojileri ve conta seçiminde dikkat edilmesi gerekli faktörler incelenmiştir.

Otomotiv, silindir kapak contası, conta seçimi, yeni conta teknolojileri

ABSTRACT

The cylinder head gasket is one of the main parts of engine. These gaskets are one of the most important factors affecting the main performances such as power, reliability and endurance. Also they have the main role in the studies such as reduction of gas and noise emissions and total weight of vehicle. Although their versatility, cost is determined as the primer factor of gasket selection during both production and service of vehicle but the required gasket performance and other properties are not taken into consideration. The costs in the manufacturing and maintenance of vehicle can not be compared even to the most expensive gasket cost. The gasket selection becomes the more complex by development in engine and gasket technologies. In this paper, new cylinder head gasket technologies and the factors must be considered to selection of gasket are discussed.

Key Word

Automotive, cylinder head gasket, new gasket technologies, selection of gasket

Otomotiv sektöründe kullanılan silindir kapak contaları yalnızca standart bir aksesuar değil aynı zaman da motorun en hayati parçalarıdır. Bir aracın güç, güvenilirlik ve dayanım gibi temel performansını etkileyen en önemli faktörlerden olan bu contalar, gaz ve gürültü emisyonları ve araç ağırlığının azaltılması gibi çalışmalarda gerekli performansın teminine katkılarından dolayı en etkin bileşenlerin başında gelmektedir [1-4]. Contalara sadece aracın üretimi esnasında değil aynı zamanda tamir ve bakım safhasında da gereksinim duyulmaktadır. Yapılan bir araştırmaya göre Avrupa'da kaçak emisyonların %35'inin otomotiv sektörü, %30'unun yağ ve gaz endüstrisi, %20’sinin ise solvent kullanan endüstri kollarından ortaya çıkmaktadır [5]. Bu durum contanın ve conta seçiminin önemini ortaya koymak için yeterlidir. Gelişen teknolojiyle birlikte bir silindir kapak contasından beklenilen özellikler Tablo 1'de belirtilmiştir.

Günümüzde gelişen motor teknolojileriyle birlikte artırılmış dayanım, daha yüksek performans, yanma basıncı ve sızdırmazlık yüzey sıcaklığı, azaltılmış emisyonlar ve ağırlık gibi yeni gereksinimleri karşılamaya yönelik conta malzemeleri ve tipleri de artmış dolayısıyla seçim daha kompleks hale gelmiştir [2]. Aynı zamanda motor teknolojisindeki gelişmeler ve artan çevre bilinciyle doğaya uyumlu conta malzemeleri için uzun ve pahalı araştırmalar sürdürülmektedir. Günümüzde motor dizaynlarının gelişimine bağlı değişik motorların silindir kapak uygulamaları için kullanılan conta teknolojilerini aşağıdaki şekilde sınıflandırabiliriz (Şekil 1):

a) Yumuşak Yüzey Tabakalı Kompozit Contalar (SFL)

i. Fiber esaslı contalar (asbestli ve asbestsiz yüzey tabakalı)

ii. Grafit esaslı contalar

b) Çelik elastomer contalar (S/E)

c) Metalik Contalar

i. Tek Katlı Çelik Contalar (SLS)

ii. Çok Tabakalı Çelik Contalar (MLS)

Tablo 1. Silindir Kapak Contasından İstenilen Özellikler [1]

Her bir conta teknolojinin performans ve maliyet açısından kendine has avantajları ve sınırlamaları olup en uygun conta teknolojisi için en çok sayıdaki alternatiften akılcı bir seçim yapılmasını gerektirir [1-4]. Contanın seçiminde parça ömrü, termal çevrimler, şok basınç etkileri, titreşim, yapışmama ve çevreyle uyum gibi fonksiyonel performanslar ve maliyet bir arada incelenmelidir (Tablo 2). Conta motor sisteminin nispeten pahalı olmayan bir parçasıdır ancak motorun gerek üretimi gerekse revizyonu sırasında conta hatasından dolayı ortaya çıkan maliyetler çok pahalı bir contanın maliyetiyle bile mukayese edilemez [3,6].

Tablo 2. Conta Seçiminde Gözönünde Bulundurulması Gereken Kriterler [3]

Ülkemizde 19 tane otomotiv ana sanayii firması imalatını sürdürmekte olup araç parkımız 1999 yılı rakamlarına göre 6.500.000 adet civarındadır [6]. Ancak ana sanayide özellikle silindir kapak contaları ithalat yoluyla karşılandığından conta seçimi daha çok bozulan veya bakım esnasında değiştirilmesi gereken parçanın yerine yenisinin takılması sırasında ortaya çıkmaktadır. Tamirci doğal olarak çıkan parçanın yerine orijinalini takmak istemektedir. Ancak çok sayıda araç tipi ve markası ve buna bağlı olarak çok sayıda conta olduğu düşünülürse orijinal elemanı bulmak mümkün olmayabilir. Ancak çalışma şartları ve gereksinimler iyi bilinirse orijinalin yerine aynı özellikleri sağlayan başka bir eleman kullanımı mümkün olacak dolayısıyla yerli conta sektörünün gelişmesi sağlanarak gerçek rekabet gücü ortaya çıkarılabilecektir.

UYGUN CONTA SEÇİMİ

Motor Tipi

Conta tipinin belirlenmesinden önce farklı motor tiplerinin değerlendirilmesi gerekmektedir. Araç motorlarını hafif ve orta/ağır hizmet uygulamaları olmak üzere iki gruba ayırmak mümkündür. Hafif hizmet uygulamaları binek otomobiller ve küçük yük araçları iken orta ve ağır hizmet uygulamaları tipik olarak küçük ve büyük kamyonlar ile otobüsler olarak sınıflandırılmaktadır. Her kategori içinde birçok farklı motor dağılımları bulunmaktadır. Bununla beraber, hafif hizmet (benzinli motor) ve ağır hizmet (dizel) motorları arasındaki conta dizayn farklılıkları ve göz önünde bulundurulması gereken bazı noktalar vardır. Conta tasarımı açısından motor tiplerini ayırt etmenin en basit yolu farklı uygulamaları ve conta seçiminde etkili olan temel faktörleri belirlemektir. Aşağıda birçok farklı motor tipi için conta dizaynını etkileyen faktörler verilmektedir;

a) Hafif Hizmet Motorları (Benzinli, Normal Emişli, Tümü Alüminyum ve Düz Motorlar)

¥ hafiflik, esnek motor yapısı, nispeten düşük kapak ve blok rijitliği

¥ yüksek geçici termal genleşme, ısınma ve soğuma sırasında distorsiyon

¥ uygulanan yükün değişimine bağlı olarak silindir boşluğunun distorsiyon riski

b) Orta Hizmet Motorları (Direkt Enjeksiyonlu Turbo-Dizel, Alüminyum Kapak, Dökme Demir Blok)

¥ hassas sıkıştırılmış kalınlığı oluşturmak için gerekli etkenler

¥ silindir kapağı ve blok arasında nispeten geniş hareketlilik

¥ silindir kapağının plastik deformasyon riski

¥ yüksek dayanım gereksinimi

c) Ağır Hizmet Motorları (Direkt Enjeksiyonlu Turbo Şarjlı ve Ara Soğutmalı Dizel, Tamamı Dökme Demir)

¥ hassas sıkıştırılmış kalınlığı oluşturmak için gerekli etkenler

¥ silindir kapağı ve blok üzerindeki aşırı gerilmelerden dolayı contanın çatlama riski

¥ blok ve gömlek ara yüzeyi boyunca sızdırmazlık gereksinimi

¥ çok yüksek dayanım gereksinimi

Her bir conta teknolojisi için çok sayıda tasarım alternatifi vardır. Uygulama için uygun conta aralığı gibi fiziki kısıtlamalar ve diğer fonksiyonel özellikler hassas olarak tetkik edilmelidir.

Fonksiyonel Performans

Günümüz motorlarının silindir kapak contaları sızdırmazlıktan daha fazlasını sağlamak zorundadır. Bunlardan bazıları, motor performansı arttırmak, motorun yapısal distorsiyonunu ve dolayısıyla emisyonları ve maliyeti azaltmak olarak sıralanabilmektedir. Gerçekten de contanın motorun diğer parçaları üzerinde çok büyük etkileri vardır. Kötü bir conta, sızdırmazlığı kötü yönde etkilemekle beraber eksantrik milinin kilitlenmesine, piston, segman ve yatağın aşırı aşınmasına, supap kılavuz ve yuvalarının distorsiyonuna, motor bloğu ve silindir kapağının bileşenleri üzerinde aşırı gerilmelere sebebiyet vermektedir. Diğer taraftan iyi bir conta ise yüksek verimli yanma, düşük egzoz emisyonu, düşük gürültü, motorlarda az aşınma ve bütün bunların sonucu olarak müşterinin memnuniyetine sebep olmaktadır [3].

Sızdırmazlık Yeteneği

Bir contanın sızdırmazlık kabiliyeti, conta üzerine uygulanan yük miktarına bağlıdır. Yanma ve akışkan sızdırmazlığı için gerekli yük miktarını etkileyen temel faktörler ise conta ve motorun tipi, sızdırmazlık için gerekli uygun mesafe, motor bloğu ve silindir kapağının yüzey bitirme kalitesi olarak sıralanabilir.

Conta, yanma odası ve sıvı boşlukları arasındaki yükü en etkili şekilde dağıtacak malzeme kalitesine ve tasarıma sahip olmalıdır. Burada en önemli sorun motor bloğu, silindir kapağı ve contadaki deformasyonlar ve bunların birbiriyle etkileşimlerinin önceden tahmin edilememesidir. Yük dengesinde kullanılan yaklaşım öncelikle yanma sızdırmazlığı için gerekli yükün hesaplanması ve daha sonra akışkan sızdırmazlığı için geriye kalan yük miktarının belirlenmesidir. Doğru yük dengesinin elde edilmesi başarılı bir conta tasarımı için hayati öneme sahiptir. Dolayısıyla motor bloğu, silindir kapağı ve conta üzerine cıvatalardan etkiyen yük dağılımında ve cıvata geriliminde kullanılan yöntemlerin gerektirdiği yükün tam olarak uygulanıldığından emin olunmalıdır. Ayrıca cıvata boyutları, diş aralıkları, cıvataların kafalarına ait boşluk ve cıvata yerleri dikkate alınmalıdır.

Yanma sızdırmazlığı, MLS dışındaki conta teknolojilerinde birbirine benzemektedir. Çünkü yanma bilezikleri gibi benzer uygulamalar bu teknolojilerin hepsinde yanma gazlarının sızdırmazlığı için kullanılmaktadır. Ancak S/E contalarda düşük sürünme gevşemesinden dolayı başlangıç yükü daha düşüktür. Benzer şekilde MLS de düşük yüklere ihtiyaç gösterir.

Uygun sızdırmazlık açısından akışkan sızdırmazlığı için gerekli yük ve sürünme gevşemesi gerekli toplam yükün hesaplanmasında etkili faktörlerdir. Yük dağılımı hesaplamalarında kullanılan akışkan sızdırmazlığı kompozit esaslı contalarla (fiber veya grafit) metal esaslı contalar (MLS veya S/E) arasındaki en önemli farklılıklardan birisidir. Kompozit contalarda, conta gövdesinin tamamı sıkıştırılması gerekir. Bu ise ipek serigrafi gibi yüzey kaplama işlemleriyle uygun yükün en gerekli bölgelere yoğunlaştırılmasını sağlayan özel yöntemlerin kullanılmasına rağmen yeterli konsantrasyon için belirgin bir miktarda yük kullanımını gerekli kılmaktadır. Elastomerik contalar ise nispeten düşük sıkıştırma basıncına gereksinim duymaktadırlar. Diğer taraftan metal contalarda elastomer ve/veya kabartma metal kordonlar kullanılarak yük istenilen bölgelerde yoğunlaştırılabilmektedir. Sızdırmazlık için gerekli basınç, farklı conta dizaynları için Tablo 3'te gösterilmektedir.

Gaz veya soğutucu sıvı sızıntısının temel nedenlerinden biri belirli bir zaman sonunda etkin sızdırmazlık için gerekli yükteki azalma ve yük dengesinin bozulmasıdır. Bu duruma silindir kapağı, conta ve cıvata dişi ve kafasının sürünmesi gibi birçok faktör katkıda bulunmaktadır. Çalışma şartlarında conta malzemesinin sürünme ve gerilim gevşemesini özelliklerini belirlemeye yarayan birçok standart test yöntemi ve çeşitli deney düzenekleri bulunmaktadır. Günümüzdeki dört çeşit conta teknolojisinin yük dengesinin bozulması karşı sınıflandırmasının en zayıf fiber, sonra aşırı sıkıştırılmamış grafit, S/E ve MLS şeklinde olduğu laboratuvar çalışmaları ve dinamik motor testleriyle kanıtlanmıştır.

Akışkanın basıncı, sıcaklığı ve tipi de etkin bir sızdırmazlık için gerekli conta yüzey basıncını etkileyen faktörlerdir. Bundan dolayı nihai tasarımın hazırlanmasında detaylı bir deneysel çalışma ve sonuçların çok iyi yorumlanması gereklidir. Tablo 4'de değişik contalık malzemelerin kullanılabileceği sıcaklık ve iç basınç değerleri gösterilmiştir.

Sızıntı, conta ile motor bloğu veya silindir kapağının yüzeyleri arasına sıvının sızması (Ara yüzey sızıntısı) ve/veya conta malzemesi içine nüfuz etmesiyle (Bünye sızıntısı) oluşur. Ara yüzey sızıntısı, sızdırmazlık için uygulanılan yük, blok ve kapağın yüzey bitirme kalitesi ve conta malzemesinin yüzey düzensizliklerine uyum sağlama kabiliyetine bağlı olduğundan tespiti çok daha güçtür. Kompozit contalardan grafit esaslı olanlar, fiber esaslılara oranla yüzey düzensizliklerine daha kolay uyum sağlarlar. Dolayısıyla daha düşük yüklerde sızdırmazlık sağlarlar.

Conta bünyesindeki sızıntı ise conta malzemesindeki porozite hacmi ve dağılımıyla alakalıdır ve sadece kompozit malzemeler için bir sorundur. Bu tür contalarda etkin bir sızdırmazlık için gerekli detaylara perfore saçlı malzemelerde düz levha malzemelere oranla daha fazla itina gösterilmelidir. Belirli şartlar altında çoğu kompozit contalarda özellikle perfore saclı esnek grafit contalarda akışkan boşluklarına metal bilezik geçirilmesi gereklidir. Kauçuk kaplanmış metal sızdırmazlık bileşenleri ve elastomerik kordonlar da akışkan sızdırmazlığı için faydalıdır.

Tablo 3. Sızdırmazlık İçin Gerekli Yüzey Basıncının Conta Dizaynlarına Göre Değişimi [3]

* Kuvvet/Birim uzunluk olarak ölçümü yapılmıştır.

Tablo 4. Yaygın Olarak Kullanılan Contalık Malzemeler İçin Tipik Tasarım Değerleri [3, 4, 7]

F=Fiber, G=Grafit, MLS=Çok tabakalı çelik, S/E=Çelik/elastomer

* Bağlayıcıya bağlı     ** oksitleyici atmosferde     *** İnert ortam

Uyarı: Max. sıcaklık ve max. basınç ani olarak uygulanmamalıdır.

Bütün conta teknolojilerinde kullanılan elastomerik kordonlar, etkin bir sızdırmazlık için düşük temas basıncı gerektirirler. MLS' de kullanılan metalik kabartma kordonlar ise etkili bir sızdırmazlık sağlamalarına rağmen biraz daha fazla yüke gereksinim duyarlar.

Conta Mukavemeti

Conta, birleşim kapatıldığında montajdan kaynaklanan bir sıkıştırma gerilimine maruz kalır. Çalışma şartlarında ise bu gerilim veya yük, hidrostatik uç tepmesiyle denkleştirilir. Conta iç basınçtan kaynaklanan ve contayı flanş tolerans boşluğunun içine doğru itme eğiliminde olan bir kenar yüküne maruz kalır. İç basınç gerilimleri contayı zorlar ve sürekli olarak contalı bağlantıyı radyal olarak (patlatma basıncı) ve eksenel olarak (hidrostatik uç kuvveti) açmaya uğraşır (Şekil 2).

Cıvatalar, sızdırmaz bağlanmayı muhafaza etmek için gerekli sıkıştırma gerilimi-conta yüzey gerilimini temin eder. Doğru cıvatalama işlemi sızdırmazlık kabiliyetini yerine getirebilmek için çok önemlidir. Çalışma şartlarında cıvata yükü radyal olarak etkiyen patlatma yükü ve eksenel olarak etkiyen hidrostatik uç itmesine sebep olan iç basıncın etkisine mukavemetli olmalıdır [9]. Contanın bu kuvvete direnebilmesi için etkin sıkıştırma basıncı, iç basınçtan daha büyük olmalı ve öyle kalmalıdır. Normalde kaçınılmaz olan conta sıkıştırma basıncının azalmasına izin vermek ve contanın performansını koruyabilmesi için net sıkıştırma kuvveti, radyal kuvvetten en az iki kat daha büyük olmalıdır. Aynı zamanda bu oran malzemeye de bağlıdır. Kabul edilebilir daha yüksek cıvata yükleri daha yüksek iç basınca müsaade eder. Düşük gevşemeye sahip bir malzeme, daha düşük sıkışma basınçları ile çalıştırılabilen veya aynı basınç güvenliğinin daha yüksek olduğu bir malzemeye tercih edilebilir. Tipik gerilim gevşeme eğrileri ve zamana göre karşılaştırılmaları Şekil 3'de gösterilmektedir. En üstteki eğri ilk baştaki bazı gevşemelerden sonra yeterli bir malzemeyi gösterir, artan zamanla birlikte gerilim sabit kalır. Düşük kaliteli malzemede ise zamanla gerilme sürekli olarak azalır ve sızmalar meydana gelir.

Conta, etkin sızdırmazlık görevini motorun ömrü boyunca bozulmadan devam ettirmelidir. Bunun için sıkıştırılmış sistemdeki yük kaybı en az seviyede olmalı ve conta termal ve mekanik yüklere ilaveten aşındırıcı ve korozif elemanların etkilerine de dayanıklı olmalı ve sistemde yük dengesi bozulmamalıdır.

Verimli bir yanma sızdırmazlığı için sızdırmazlık elemanı üzerinde daima yeterli bir yükün bulunması ve bilezik malzemesinin yapısal bütünlüğünü koruması gerekir. Bu ise genellikle bilezik malzemesinde çatlak bulunmaması anlamına gelir. Ancak yanma sızdırmazlığındaki termal ve mekanik yükler, korozif atmosfer ve kimyasal etkilerin hepsi bilezik çatlamasına neden olur. Geleneksel kapama metal bileziklerin çatlaması grafit contalar dışında bir sorun teşkil etmez. Ayrıca çatlağın oluştuğu yerde paslanmaz çelik ve/veya sürtünmeyi azaltıcı kaplamalar veya şekilli bilezikler kullanılarak bu sorun çözülebilir. Diğer taraftan bazı durumlarda özellikle grafit contalarda motor testlerinde çatlak bilezik malzemesinin yanma sızdırmazlığının performansını düşürmediği görülmüştür. MLS contalarda ise kabartma tasarımıyla yanma sızdırmazlığındaki çatlak, sorun olmaktan çıkar.

S/E contalardaki elastomerik kordonlar, aşırı sıkıştırma gerilimlerine mukavemetli olup aynı zamanda uygun tasarımlarla metal sıkışma sınırlayıcılarıyla da desteklenebilirler. MLS contalar ise en üstün yük taşıma yeteneğine sahip olmaktadırlar. Sağlam bir yanma sızdırmazlığı için ince çelik levha ve kaplamalar sıkışma sınırlayıcısı olarak davranırlar [3].

Tablo 5. Conta Çeşitlerine Göre Tavsiye Edilen Yüzey Özellikleri [3]

Yüzey Düzgünlüğü

Yüzey düzgünlüğü, silindir kapağı ile blok arasındaki boşlukta fiziksel bir engeli kaldırmak için conta malzemesini gerekli şekilde sıkıştırılabilmek ve kalınlığı kontrol edebilmek açısından önemlidir. Bununla beraber conta performansı ve kullanılabilen malzemelerin tipini de kontrol edebilir. Bu nedenle kaliteli bir malzeme aşırı çalışma basıncından ortaya çıkabilen pürüzlü (sert) yüzeylerin nispeten daha iyi kapanmasını sağlayabilir. Bütün bu teknolojiler için sert ve ince contalar, kalın ve yumuşak contalara oranla daha iyi yüzey bitirme kalitesi gerektirirler. Son yüzey işlemleri, yanma ve sıvı sızdırmazlığı yeteneği için önemlidir. Motor bloğu ve silindir kapağının mikroskobik (yüzey pürüzlülüğü "Roughness (Rz)" ve dalgalanma "Waviness (Wt)") ve makroskobik (yüzey düzgünlüğü) düzensizliklerine contanın uyum sağlayabilmesi, yanma ve akışkan sızdırmazlık özelliklerini etkin bir şekilde yerine getirebilmesi için gerekli yüzey özellikleri tüm conta çeşitleri için Şekil 4 ve Tablo 5'de gösterilmektedir.

Motordaki uygun boşluk miktarı ise conta teknolojisinin seçiminde sınırlayıcı bir faktör olabilir. Bir silindir boşluğundan diğer silindir boşluğuna, silindir boşluğundan soğutma sıvısı boşluğuna ve soğutma sıvı boşlukları arasındaki mesafeler conta tasarımında önemlidir. Bu mesafelerdeki kısıtlamalar ya üretim yönteminin kabiliyetine ya da conta malzemesinin sıkıştırma ve/veya düzlemsel mukavemetine bağlıdır.

Sıcaklık, Erozyon ve Korozyon Direnci

Sıcaklık conta malzemesinin performansı üzerinde belirgin bir etkiye sahiptir. Çünkü sistemdeki sıcaklık değişimleri conta malzemesinin fiziksel özelliklerini azaltarak conta malzemesinin termal bozunmasına sebep olarak contayı deforme eder. Sıcaklığın etkisiyle oluşan gerilme gevşemesi veya sürünme gevşemesi ise cıvata torkunun azalmasına sebep olur. Bundan dolayı cıvata yükü ve dolayısıyla kalıcı gerilmenin modifiye edilmesi gerekir [8]. Sonuç olarak artan sıcaklık tedrici olarak malzemenin özelliklerini ve bütünlüğünü yok eder ki, bu tersinir bir özellik değildir. Soğutma ise malzemeyi kırılgan hale getirmesine rağmen bu durum tersinirdir [10]. Sıcaklık, termomekanik etkiler oluşturarak flanş malzemesinin genişlemesine veya daralmasına ve sonuçta bozulmasına da sebep olabilir [11]. Bir kural olarak artan sıcaklık uygun conta seçimini daha kritik hale getirir. Diğer taraftan çok düşük sıcaklıklar (cryogenics) için özel bir takım faktörler göz önüne alınmalıdır [7].

Kaliteli bir conta malzemesi için artan sıcaklıkla birlikte deformasyondaki artış nispeten küçüktür ve bunun göstergesi olan cıvata yükündeki değişme de küçük olacaktır. Artan sıcaklıkla birlikte daha yüksek deformasyon gösteren düşük kaliteli contalık malzeme yüksek esneme gösterir ve pratikte yüksek sıcaklık ve iç basınç şartlarında çöker veya ekstrüzyona uğrar (Şekil 5).

Kararlı termal şartlarda ve geçiş sıcaklıklarında meydana gelen düzensizlikler motor bloğunun ve silindir kapağının genişlemesine ve daralmasına dolayısıyla da conta üzerinde kompleks düzlemsel kuvvetlerin oluşmasına yol açar. Bu durumda conta ya bu düzlemsel kuvvetlere dayanabilmeli ya da contanın blok veya silindir kapağına yapışmasını önleyici kaplamalar kullanılarak bu kuvvetler uygun bir seviyeye azaltılmalıdır. Sürtünmeyi azaltıcı kaplamalar aynı zamanda silindir boşluğunun distorsiyonunu da azaltmaya yardımcı olmaktadır.

Conta, soğutma sıvılarının akışına karşı kullanılırsa, yumuşak yüzey malzemesinde veya kaplama malzemesinde erozyon endişesi söz konusu olabilmektedir. İdeal olarak sıvı akışının kontrolünde motor bloğu ve silindir kapağı kullanılmalıdır. Bunun mümkün olmadığı durumlarda kompozit contalardaki grafit veya fiber esaslı yüzey malzemeleri ve MLS contalardaki yüzey kaplamaları akışkan boşluklarının etrafında daha çok endişeye sebep olur. Çok nadir bir sorun olmasına rağmen bu durum akışkan boşluklarının etrafındaki yumuşak yüzey malzemesi ve kaplama malzemesinin kısaltılmasıyla veya yüzey malzemesi ve kaplama malzemesinin akışkana temas eden ağız kısımlarına metal halka giydirilmesiyle çözülebilmektedir. S/E contalarda ise akışkanın aşındırmasına dayanıklı elastomerik kordonlar kullanıldığında veya doğrudan sıvı akışına maruz bırakılmadığında erozyon bir sorun teşkil etmemektedir.

Eğer sade karbonlu çelikler, contalarda kullanılırsa korozyon bir sorun olabilir. Yanma sızdırmazlığında korozyona karşı Alüminyum veya nikel kaplama, düşük karbonlu çelikler için pahalı olmayan bir çözüm olmaktadır. Paslanmaz çelik te kullanılabilir ancak maliyeti artırır. Başlangıç mikro sızdırmazlığı için bütün yüzeyin kaplanması, soğutucu ve diğer akışkanların korozif etkilerinden korunmak için kullanılabilmektedir. Orta plakanın doğrudan soğutucuya teması sonucundaki korozyonu ise kaplanmış metal bilezikler veya elastomer kaplamaların kullanılması gibi birçok yolla engellenebilir. Ancak doğal olarak bu işlemler maliyet artışına sebep olmaktadırlar [11].

Egzoz Emisyonları, Aşınma, Gürültü ve Titreşim

Egzoz emisyonu conta tarafından iki türlü etkilenmektedir. Birincisi motorun yapısal distorsiyonu, ikincisi de aralık hacmidir [12,13]. Gittikçe artan aşınma, gürültü ve titreşim de sistemin düzensiz ve aşırı deformasyonundan kaynaklanmaktadır [3].

Contanın motorun yapısal distorsiyonuna etkisi ise iki türlüdür. Birincisi silindir boşluğu distorsiyonu, ikincisi ise özellikle yanma sızdırmazlığı bölgesi üzerinde kapağın eğilmesidir. Kapağın eğilmesi piston distorsiyonuna, aşınma ve yağ tüketimine neden olur. Silindir boşluğunun aşırı distorsiyonu ise piston, gömlek, ve segmanlar üzerinde benzer sorunlara yol açmaktadır. Contanın deformasyona neden olmasına rağmen deformasyonun gerçek miktarı, motorun yapısal dayanımıyla alakalıdır [14]. Conta tasarımında düşük distorsiyon miktarı için sızdırmazlıkta düşük yük kullanımı etkin faktördür [3].

Aralık hacmi, contanın (MLS veya perfore saclı contalar) silindir kapak ve bloğu arasına montajı sonucu silindir açıklığı ile conta bileziği arasında kalan aralıktır. Bu aralığın bir benzeri de piston ile motor bloğu arasında bulunmaktadır. Yanma sızdırmazlığı dizaynıyla belirlenen bu bölgeler, MLS ve grafit conta teknolojileri için Şekil 6'da gösterilmektedir.

Aralık hacmi, yanma ve sızdırmazlık dizaynına bağlı olmaktadır. Aralık hacmini etkileyen faktörler, sıkıştırılmış haldeki conta kalınlığı, bilezik ucunun şekli, silindir boşluğunun yeri, boyutu ve toleransı, merkezleme boşluğunun toleransıdır. Çalışmalar, tipik kompozit contaların toplam aralık hacmine katkısının yaklaşık %10 olduğunu ortaya koymaktadır (Şekil 7) [3].

Boşluk hacminin dağılımı ve boyutunun silindir kapak contasına etkisi ise kesin olarak değerlendirilememektedir. Temel soru boşluğun alevi içine yayacak kadar büyük mü; yoksa aralık hacminin etkisini ihmal edebilecek kadar küçük mü olması gerektiğidir. Dolayısıyla günümüzdeki çözülmesi gereken asıl problem ulaşılabilecek boyut limitleri, ne kadar kolay ve ucuz elde edilebildiği ve emisyon testlerinin ışığında bunların optimize edilmesidir.

Servis Şartları

Conta, üretim, taşıma ve montaj sırasındaki muamelelere dayanıklı olmalıdır. Ayrıca tamir esnasında conta çıkartılırken motorun içerisine kırıntıların dökülmemesi için motor bloğu ve silindir kapağından contanın kolayca çıkarılabilmesi ve kalıntılar bırakmaması gereklidir. Grafit contalarda contayı meydana getiren tabakalar kolayca ayrılma eğiliminde olup bu durum yapışmayı engelleyici kaplamalar kullanılarak azaltılabilir. Fiber esaslı contalar için gerekli durumlarda yapışmayı engelleyici kaplamalar çok yaygın olarak uygulanmaktadır. Bu kaplamaların çoğu ayrıca mikro sızdırmazlık ve korozyon koruması da sağlamaktadırlar. MLS contalarda kullanılan kauçuk kaplanmış çelikler, contanın kolayca sökülebilmesini temin ederler. Ancak bu durum kauçuk ve kaplama ile çelik arasındaki yapıştırıcı bağının kalitesinin bir fonksiyonudur ve yapıştırıcıların kalitesi MLS contaların özelliklerini etkilemektedirler [3]. Aynı durum S/E contalardaki elastomerik kordonlar için de geçerlidir.

Maliyet

Conta seçiminde göz önünde bulundurulması gereken en önemli faktörlerden biri de maliyettir. Reel conta maliyeti, parça ve toplam işleme maliyeti, rekabet ve piyasadaki üretim hacmi arasında kurulacak ilişkiyle ortaya çıkmaktadır. Dolayısıyla toplam maliyet malzeme maliyetine, proses ve piyasa gücüne bağlıdır.

Contanın parça maliyeti tipik olarak dizaynda öngörülen malzeme ve üretim prosesinin bir yansımasıdır. Genellikle kompozit contalar için kullanılan fiber malzemeler, grafitten daha ucuzdur. Fakat toplam maliyet dikkate alındığında ilave özellikler için gerekli parçalar, örneğin paslanmaz çelik yanma bilezikleri, elastomerik dolgu malzemeleri ve ipek tipi görünüm kazandırıcı yüzey kaplamaları toplam maliyeti etkilemektedir. MLS contalarda ise maliyetin en büyük kısmını paslanmaz çelik oluşturmaktadır. S/E contalar için kullanılan çelik ve kalıp teknolojisi, kontrol ve ilave ekipman teknolojisi ile karışık bir mekanizma söz konusudur.

Sonuç olarak conta teknolojisindeki değişimler, bütün özelliklerin ve bunların etkilerinin tam olarak anlaşılmasına bağlıdır. Bütün conta teknolojileri en az sistem maliyetiyle müşterinin tam memnuniyetini sağlayacak tasarım çözümleri için itinayla değerlendirilmelidir. Bütün yeni conta teknolojileri belirgin bir maliyet dezavantajına sahiptirler. Bundan dolayı daha yüksek sıcaklıklara dayanıklı kağıt veya grafit folyelerin taşıyıcı bir çelik levha üzerine tutturulmasıyla elde edilen tabakalı contalar hala çoğu silindir kapak conta uygulamalarında maliyet etkin tasarımlarda yaygın olarak kullanılmakta ve günümüz motor uygulamaları için hemen hemen mükemmel çözümler sunmaktadır. Ancak yarının daha gelişmiş motorlarında günümüz teknolojilerinin yararlı katkılarıyla yarının yeni conta fikirlerinin birleşimi sonucunda elde edilecek hibrid conta tasarımları kullanılacaktır.

KAYNAKÇA

1. Bono A., Papendorf J. and Koch S., "Multi-Layer Steel and Elastomer Gasket Constructions", T&N Technical Symposium, 1995.

2. Tronel, T., Whitham, G.P.D., "Predictive and Measurement Techniques in Cylinder Head Gasket Development", T&N Technical Symposium, 1995.

3. Robinson, M.H., Harland C.R. and Maus, K.H., "Consideration in The Selection of Cylinder Head Gasket Technology", T&N Technical Symposium, 1995.

4. Percival, P.R., Federmann H. and Martini, G., "Recent Developments in Soft Faced Laminate Cylinder Head Gaskets", T&N Technical Symposium, 1995.

5. Ellis, B.S., Emission Legislation-Development and Progress, International Seal Forum at Achema 97, Frankfurt, Germany, 9-13 June 1997.

6. "Devlet İstatistikleri Enstitüsü Başkanlığı 1999 Kasım Ayı Motorlu Kara Taşıtları İstatistiklerini Açıkladı" http://www.die.gov.tr/TURKISH/SONIST/TASIT/kasım99/tablo4.html, 11.02.2000.

7. Akgül, H., Sızdırmazlık Elemanları, TMMOB Makina Mühendisleri Odası Yayınları, Yayın No:120

8. Brown, M., Seals and Sealing Handbook, 4th Edition, Elsevier Science Publishers Ltd. 1995.

9. Brovnicar, I. and Pevec, P., Static Industrial Sealing, Donit Tesniti, 1995

10. Kulesus, G., Select The Right Gasket For Plate Heat Exchangers, Chemical Engineering, September 1992, 167-169.

11. Warring, R.H., Seals And Sealing Handbook, Section 2A- Gaskets, Trade &Technical Press Limited, 1981.

12. Schneider, E.W., Blossfeld, D., Lechman, D., Hill, R., Reising, R. and Brevick, J., "Effect of Cylinder Bore Out-of-Roundness on Piston Ring Rotation and Engine Oil Consumption", SAE paper 930796, 1993.

13. Hill, S.H. and Sytsma, S.J., "A Systems Approach to Oil Consumption", SAE paper 910743, 1991.

14. Loenne, K. and Ziembra, R., "The GOETZE Cylinder Distortion Measurement System and the Possibilities of Reducing Cylinder Distortions", SAE paper 880142,1988.