Motorlarda Piston Tipleri ve Kullanılan Malzemeler

Genellikle gri dökme demirden, yumuşak dökme çelikten, alüminyum alaşımından veya bazı dizel motorlarında olduğu gibi, krom-nikel katkılı çeliklerden ve hadde demirinden yapılır. Gri dökme demirden yapılan pistonlar aşınmaya dayanıklı olmakla beraber, gri dökme demire az miktarda çelik katıldığı zaman, dökme yumuşak çelik elde edilir ki, dayanıklılığı, aşınmaya karşı direnci ve nisbeten hafifliği nedeniyle, piston yapımında tercih edilmektedir. Dökme demir ve çelik döküm pistonları daha çok traktör ve yol makinalarında kullanılan ağır hizmet tipi motorlarda tercih edilmektedir. Çünkü bu motorlarda ani devir değiştirmeler ve birdenbire yüksek devirlere geçiş olmadığı için, bu tip motorlarda pistonun ağır olması önemli bir sakınca teşkil etmemektedir. Bununla beraber alüminyum alaşımı pistonların ısı iletme yeteneği fazla olduğu için, ısıyı bünyelerinde tutmadan geçirirler ve bu nedenle daha düşük sıcaklıklarda çalışırlar. Alüminyum alaşımından yapılan pistonların genleşme katsayısı fazla olduğu için, bu tip pistonlarda silindirle piston arasında dökme demir pistonlara nazaran daha fazla boşluk verilir. Ancak alüminyum alaşım pistonlara bazı özel şekiller verilerek motor soğukken piston vuruntusu yapmadan, motor rejim sıcaklığında çalışırken piston sıkışması yapmadan çalışması sağlanmıştır. Alüminyum alaşımından yapılan pistonlar, bazı firmalarca termik işlemlere tabi tutulduktan sonra, elektrolitik(anodik) işlemler uygulanır. Bu işlemler sonucunda piston yüzeyinde 0.0005mm kalınlığında ince mesamatlı alüminyum oksit tabakası meydana gelir. Bu tabaka pistonun aşınmaya karşı direncini arttırdığı gibi, piston yüzeyinin daha iyi yağlanmasını sağlar. Diğer bazı firmalar ise, piston yüzeyini elektroliz usulü ile kalay veya benzeri yumuşak maddelerle kaplar, bu madenler piston yüzeyinde yağlayıcı bir madde gibi görev yaparak özellikle pistonun ilk alışma devresinin kısalmasını sağlar.

Pistonun Yapısı

Piston başları genellikle düz, bombeli ve bazı dizel motorlarında çanak(iç bükey) biçiminde yapılmaktadır. Bazı V8 motorlarında piston başının subap başlarına çarpmasını önlemek için, piston aşları oyuk şekilde yapılmıştır. Piston başını takviye ederek, yanmış gaz basıncına karşı direncini artırmak için pistonun iç kısmına takviye kolları yapılmıştır. Bu takviye kolları, piston başındaki ısının sekmanlar yoluyla, silindir cidarına ve soğutma suyuna iletilmesine de yardım eder. Bazı ağır hizmet tipi motorlarda piston başını ve sekman yuvalarını yüksek basınç ve ısıdan korumak için, buralara çelik takviye parçaları koyulur. Piston etek başlangıcının hemen altında bulunan piston pim yuvaları piston pimine yataklık eder. Çoğunlukla pistonlarda piston pim yuvası etrafındaki malzeme boşaltılarak, hem pistonun ağırlığı azaltılmış hem de pistonun pim yönünde genleşmesi sağlanmıştır. Piston başında sekman yuvaları bulunur. Genellikle benzin motorları pistonlarında, iki kompresyon, iki yağ sekmanı bulunur. Bazı motorlarda ise, bu ikinci yağ sekmanı piston eteğinde bulunmaktadır.
Pistondaki kompresyon sekmanları düz olduğu halde, yağ sekman yuvalarında, yağ akıtma delikleri vardır. Gene bazı pistonların, birinci piston setinde bir kanal bulunur ki, buna ısı barajı denir. Bu kanal piston başındaki fazla ısının sekman yuvalarına geçmesini önlediği gibi, karbon parçalarını toplayarak, onları zararsız hale getirir. Genellikle piston eteğinin deformasyonunu önlemek için, etek iç kısmına döküm sırasında bir takviye denge şeridi yapılmıştır. Alüminyum alaşımdan yapılan pistonlarda, pime dik eksende piston boşluğunu az bırakabilmek için, piston pim ekseni yönündeki malzeme mümkün olduğu kadar boşaltılmış ve ölçü bu yöde düşürülerek, motorun çalışma sırasında pistonun pim yönünde genleşip büzülmesi sağlanmıştır. Piston pim yuvaları genellikle piston simetri ekseninde olmasına rağmen, bazı motorlarda silindirde piston etek vuruntusunu önlemek için, pim yuva ekseni piston ekseninden 1.6mm sıkıştırma zamanı dayanma yüzeyi tarafına veya iş zamanı dayanma yüzeyi tarafına kaçık yapılmıştır.

Piston Çeşitleri

Benzin motorlarında düz etekli, düz diyagonal yarıklı, T yarıklı, U yarıklı ve oto termik pistonlar kullanılmaktadır.

Düz etekli pistonlar, dökme demirden krom-nikelli demir veya nadiren alüminyum alaşımından yapılırlar. Bu pistonların eteklerinde yatay veya dikey herhangi bir yarık yoktur. Alüminyum alaşımından yapılan pistonlarda, pistonun şekil değiştirmeden ve sıkışmadan rahatça genleşerek göreve devam edebilmesi için piston üzerine yatay ve dikey yarıklar açılmıştır. Yatay yarıklar genellikle piston başındaki yağ sekmanı yuvasında olduğu gibi piston etek başlangıcında da olabilir. Bu yarık piston başındaki yüksek ısının piston eteğine geçmeden sekmanlar yolu ile silindir cidarına ve oradan da soğutma suyuna geçmesini sağlar. Dikey yarıklar ise, özellikle alüminyum alaşımdan yapılan pistonlarda bulunur. Yüksek ısıyla genleşey piston eteği bu yarığı kapatır. Piston soğuyup büzülünce, bu yarık tekrar açılır. Böylece pistonla silindir arasına daha az boşluk vererek motorun daha verimli çalışması sağlanmış olur.

Benzin motorlarında genellikle T yarıklı veya U yarıklı pistonlar kullanılır. Yarıklı pistonlar genellikle oval olarak yapılır. Pistonun pim yönündeki çapı, pime dik yöndeki çaptan daha küçüktür. Yarıklar pime dik tarafta ve piston sıkıştırma zamanındaki yaslanma yüzeyi tarafında bulunur. T yarıklı pistonlarda pime dik eksende etek başlangıcında bir yatay yarık ve bu yatay yarığa tam ortadan birleşen ve etek sonuna takriben 10-15mm kala sona eren dikey bir diyagonal yarıktan ibarettir. U yarıklı pistonlarda U yarığı, pistonun sıkıştırma zamanındaki yaslanma yüzeyi tarafında ters U biçiminde açılmış bir yarıktır. Diğer yarıklarda olduğu gibi, piston etek başlangıcında bir yatay yarık ve bu yatay yarığın iki ucundan uzanan iki ayrı diyagonal yarık vardır. Aynı şekilde yatay yarık piston başındaki ısının piston eteğine geçmesini önler. Dikey yarıklar ise piston eteğinin bu yarıklar üzerine genleşmesini ve büzülmesini sağlar.

Oto Termik Pistonları

Bu pistonlar dökülürken, piston pim yuvalarına piston pimine dik eksen yönünde genleşme katsayısı alüminyuma göre daha az olan, invar çeliğinden yapılmış levhalar yerleştirilmiştir. Oval olarak yapılan bu pistonlarda, pime dik eksende pistonla silindir arasına 0.03-0.05mm gibi az bir boşluk verilir. Pim yönünde ise, 0.25-0.30mm kadar boşluk verilmiştir. Bu pistonlarda büyük bir yatay yarık ve sıkıştırma zamanındaki yaslanma yüzeyi tarafında, eteği boydan boya kat eden diyagonal bir yarık vardır. Oto termik pistonlarda motor ısındığı zaman, piston pim yuvasında bulunan çelik parçalar, pistonun pime dik yönde genleşmesini sınırlandırır, piston bu yönde ancak çeliğin genleşme katsayısına uygun biçimde genleşir. Böylece motor soğukken piston vuruntusu yapmayacak şekilde, pime dik yönde az boşluk verilir. Halbuki pim yönünde fazla boşluk olduğu için, motor ısındıkça piston pim yönünde genleşir ve bu suretle yüksek hızlarda piston sıkışmadan görevine devam eder.

Alüminyum alaşımından yapılan pistonların yukarıda açıklanan birçok iyi özellikleri yanında, alüminyum genleşme katsayısı fazla olması nedeniyle, motor rejim halinde çalışırken, pistonun sıkışıp şekil değiştirmeden görevine devam edebilmesi için alüminyum pistonlara çeşitli yarıklar açılmış, piston başları daha düşük ölçüde silindirik olarak yapılmış, piston etekleri ise oval ve konik olarak yapılmıştır.

Oval Pistonlar

Alüminyum alaşımı pistonlar, normal dökme demir pistonlar gibi silindirik olarak yapılsaydı, alüminyum genleşme katsayısı fazla olduğu için pistonun yüksek motor sıcaklığında sıkışıp kalmadan çalışmasına devam edebilmesi için, dökme demir pistonlara göre çok daha fazla boşluk verilmesi gerekirdi. Bu durum ise, soğuk motor çalışmasında fazla boşluk nedeniyle motorda piston vuruntusuna neden olur. Oval pistonlar yapılarının özelliği nedeniyle, silindire en az dökme demir pistonlar kadar sıkı alıştırıldıkları için motor soğukken piston vuruntusu yapmadıkları gibi, motorun rejim sıcaklığında en az piston boşluğu ile piston, silindir ve sekmanlar çizilip sıkışmadan en yüksek verimle çalışmasına devam edebilir.