KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi / 2025 / Cilt: 25 Sayı: 6

Farklı Piston Malzemelerinin ve Kafa Tasarımının Dört Zamanlı Buji Ateşlemeli Motor Pistonunun Termal Performansına Etkileri

Effects of Different Piston Materials and Head Design on the Thermal Performance of Four Stroke Spark Ignition Engine Piston

Hasancan Ataş(ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ)0009-0008-5545-089X
Berkay Karacor(ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ)0000-0001-5208-366X
Mustafa Özcanlı(ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ)0000-0001-6088-2912
Sayfa
1470–1480
Yayın Tarihi
2025-12-03
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Analiz sonuçları, her iki malzeme arasında belirgin farklar ortaya koymuştur.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışmada, içten yanmalı motorlar için farklı piston kafası tasarımlarında farklı malzeme kullanımının piston kafalarındaki termal performans üzerindeki etkileri analiz edilmiştir.
📊
Temel Bulgular & Veri:CATIA V5 R21 CAD/CAM yazılımı kullanılarak üç farklı piston kafası modeli oluşturulmuştur ve ANSYS Workbench yazılımında termal analiz yapılmıştır.
💡
Sonuç & Katkı:Analiz sonuçları, her iki malzeme arasında belirgin farklar ortaya koymuştur.
🔬Tür:Modelleme & Sayısal Simülasyon
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Piston kafası · Termal analiz · AlSiC

Özet

Bu çalışmada, içten yanmalı motorlar için farklı piston kafası tasarımlarında farklı malzeme kullanımının piston kafalarındaki termal performans üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. CATIA V5 R21 CAD/CAM yazılımı kullanılarak üç farklı piston kafası modeli oluşturulmuştur ve ANSYS Workbench yazılımında termal analiz yapılmıştır. Tasarımlar, Al 6061 ve AlSiC malzemeleri kullanılarak sıcaklık dağılımı ve ısı akısı performansları incelenmiştir. Analiz sonuçları, her iki malzeme arasında belirgin farklar ortaya koymuştur. Piston kafası tasarımı 1, 2 ve 3 verilerine göre, AlSiC malzemesi, yüksek termal iletkenliği ve sıcaklık dayanımı ile daha üstün performans göstermiştir. Sonuçlarda, piston kafası 2 tasarımında AlSiC malzemesi 8,31 x105 W/m2 maksimum ısı akısı ile Al 6061’den daha yüksek bir performans sergilemiştir. Ancak Al 6061, daha düşük maliyet ve üretim kolaylığı ile avantaj sağlanmaktadır. Üç piston kafası tasarımı değerlendirildiğinde, Piston kafası 2, dengeli sıcaklık dağlımı (min. 456.75 oC, maks. 500 oC) ve yüksek termal performansı ile öne çıkmaktadır. AlSiC malzemesi kullanıldığında, maksimum ısı akısı 8.21 x105 W/m2 ile Al 6061’in 8.15 x 105 W/m2 değerine kıyasla ısıyı daha hızlı iletebilme kabiliyeti sayesinde yüksek sıcaklık dalgalanmaları karşı üstün bir stabilite göstermiştir

Abstract

In this study, the effects of using different materials in different piston head designs for internal combustion engines on the thermal performance of the piston heads were analyzed. Three different piston head models were created using the CAD/CAM software CATIA V5 R21 and thermal analysis were performed in ANSYS Workbench. The designs were evaluated using Al 6061 and AlSiC materials to investigate the temperature distribution and heat flux performance. The analysis results showed significant differences between the two materials. Based on the results of piston head designs 1, 2, and 3, AlSiC showed superior performance due to its high thermal conductivity and temperature resistance. In the results, piston head design 2 with AlSiC showed higher performance than Al 6061 with a maximum heat flux of 8.21 x105 W/m in piston 2 head design. However, Al 6061 offers advantages in terms of lower cost and ease of manufacture. Among the three piston head designs, piston head 2 was characterized by a balanced temperature distribution (min. 456.75°C, max. 500°C) and superior thermal performance. When using AlSiC, the maximum heat flux of 8.21 x105 W/m² compared to 8.15 x 105 W/m2 for Al 6061 showed improved thermal conductivity, resulting in exceptional stability against high temperature fluctuations

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Ataş, H., Karacor, B., Özcanlı, M. (2025). Farklı Piston Malzemelerinin ve Kafa Tasarımının Dört Zamanlı Buji Ateşlemeli Motor Pistonunun Termal Performansına Etkileri. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt: 25 Sayı: 6, 1470–1480. https://doi.org/10.35414/akufemubid.1617653

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (25)

  1. Avci, E., Gur, M., Taymaz, I., Mimaroglu, A., & Ucar, V.1999. Comparison of Thermal Stresses Developed in Al2O3–SG, ZrO2– (12% Si+Al) and ZrO2–SG Thermal Barrier Coating Systems with NiAl, NiCrAlY and NiCoCrAlY Interlayer Materials Subjected to Thermal Loading. Surface and Coatings Technology.116–119, 690–693. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(99)00121-8
  2. Avci, E., Mimaroglu, A. &, Yenihayat, O. F. 1996. Numerical Analysis of Fracture in Ceramic Coatings Subjected to Thermal Loading. Materials and Design. 17(3), 283–287. https://doi.org/10.1016/S0261-3069(97)00023-X
  3. Bayram, M. K., & Kantaroğlu, E. 2024. Sıkıştırma ile Ateşlemeli Bir Motorda Farklı Piston Malzemelerinin Sonlu Elemanlar Metodu ile Termal Davranışlarının İncelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Uluslararası Mühendislik Teknolojileri ve Uygulamalı Bilimler Dergisi. 7(1),9-22. https://doi.org/10.53448/akuumubd.1431294
  4. Bolek, T., Dobosz, R., Kobayashi, A., Kurzydlowski, K. J., Mizera, J., Sienkiewicz, J., & Sitek, R. 2017. Simulation of the Influence of the Interface Roughness on the Residual Stresses Induced in (ZrO2+Y2O3) + NiAl-Type Composite Coatings Deposited on Inconel 713C. Vacuum. 136,221-228. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2016.11.003
  5. Celik, E., & Sarikaya, O. 2002. Effects of Residual Stress on Thickness and Interlayer of Thermal Barrier Ceramic MgO–ZrO2 Coatings on Ni and AlSi Substrates Using Finite Element Method. Materials and Design. 23(3), 645–650. https://doi.org/10.1016/S0261-3069(02)00047-X
  6. Celik, E., & Sarikaya, O. 2004. The Effect on Residual Stresses of Porosity in Plasma Sprayed MgO–ZrO2 Coatings for an Internal Combustion Diesel Engine. Materials Science and Engineering A. 379(1), 11–16. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.12.019
  7. Chougule, V. H., & Khatawate, V. 2013. Piston Strength Analysis Using FEM. International Journal of Engineering Research and Applications. 3(2), 1724–1731.
  8. Citak, R., Uyaroglu, A., & Yucesu, H. S. 2010. Piston arızalarının analizi. Selçuk Üniversitesi Journal of Technical-Online Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu. 9(2), 110-130.
  9. Crouse, W. H. 1970. Automotive engine design. New York: McGraw-Hill.
  10. Dixit, N., John, A., Malhotra, V., & Mathew, J. T. 2015. Design and analysis of piston by SiC composite material. International Journal for Innovative Research in Science & Technology. 1(12), 578-590.
  11. Dudareva, N. Y., Enikeev, R. D., Ivanov, V. Y. 2017. Thermal Protection of Internal Combustion Engines Pistons. Procedia Engineering. 1382–1387. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.649
  12. Genc, S., Kocabicak, U., & Mimaroglu, A. 1997. Influence of Porosity Characteristics in MgO–ZrO2-GG Coating Subjected to Thermal Loading. Materials and Design. 18(2), 77–80. https://doi.org/10.1016/S0261-3069(97)00042-3
  13. Gu, Y. W., & Khor, K. A. 2000. Effects of Residual Stress on the Performance of Plasma Sprayed Functionally Graded ZrO2/NiCoCrAlY Coatings. Materials Science and Engineering A. 277, 64–76. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(99)00565-1
  14. Guo, H. J., Munyao, Zhiyuan, Y., & Zou, Y. X. 2014. Simulation of Thermal-Mechanical Strength for Marine Engine Piston Using FEA. Journal of Engineering Research and Applications. 4(3),319-323
  15. Heisler, H. 1999. Vehicle and engine technology (2nd ed.). SAE International.
  16. Janardhana, G. R., Kumar, P. N., & Kumar, P. S. R. 2017. Static Analysis of Al-ZrO2FG Thick Plate Using Graded FEM. Materials Today: Proceedings. 4(3), 8117–8126.
  17. Kocabicak, U., Mete, O. H., Mimaroglu, A. &, Sarikaya, O. 1999. Comparison of the Developed Thermal Stresses in Al2O3-SG, ZrO2-12%Si+Al and ZrO2-SG Coating Systems Subjected to Thermal Loading. Materials and Design. 20(3), 287–290. https://doi.org/10.1016/S0261-3069(99)00041-2
  18. Krishna, M. M., Murthy, P. V. K., Rajam, C. V., & Rao, G. P. 2013. Design Analysis and Optimization of Piston using CATIA and ANSYS. International Journal of Innovative Research in Engineering & Science. 1(2), 41-51.
  19. Krishna, M. V. S., Murthy, P. V. K., & Rajam, C. V. 2012. Non-linear static structural analysis of optimized piston for bio-fuel using ANSYS. International Journal of Management, IT and Engineering, 4(1), 148-168.
  20. Krishnan S B., Vallavi MS A., M A., & A H. 2017. Design and analysis of an IC engine piston using composite material. European Journal of Advances in Engineering and Technology. 4(3), 209-215
  21. Liu, M., Ma, G., Miao, Q., Niu, F., Wu, D., & Yan, S. 2017. Microstructure Evolution and Mechanical Properties of Ultrasonic Assisted Laser Clad Yttria Stabilized Zirconia Coating. Ceramics International. 43(7), 9622–9629. http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.04.103
  22. Lin, Z., Xu, D., & Zhang, H. 2013. An analysis to thermal load and mechanical load coupling of a gasoline engine piston. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 48(2),911
  23. Manjunatha, K., & Yerrennagoudaru, H. 2017. Combustion Analysis of Modified Inverted “M” Type Piston for Diesel Engine with Platinum Coating and Without Coating by Using CFD. Materials Today: Proceedings. 4(3), 2333–2340. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.02.082
  24. Manoj, K. S., Matthew, N., Ramaswamy, P., Reghu, V. R., Shankar, V. 2018. A Model to Predict the Influence of Inconsistencies in Thermal Barrier Coating (TBC) Thicknesses in Pistons of IC Engines. Materials Today: Proceedings. 5(3), 12623–12631.
  25. Prajapati, A., Singh, A., Talankar, A. A., & Vishwakarma, A. (2023). Structural & Thermal Analysis of V6 Engine's Piston for Different Alloys of Aluminum. International Journal on Emerging Technologies. 14(2), 53-56.