Dizel Çevrimi ve Turbo Besleme

Diesel Çevrimi

Bir önceki yazımda içten yanmalı motorları kaleme almıştım. Bu yazımda ise birlikte Diesel Çevrimini inceleyeceğiz.

·        Tarihçe

İlk dizel motor, Alman Makine Mühendisi Dr. Rudolph Diesel tarafından 1892 yılında üretilmiştir.

Almanya’nın zengin kömür yataklarına sahip olmasından dolayı kömürle çalışan bir motor icat etmek ve ülkesinin petrole olan bağımlılığını azaltmak istemiştir. Fakat yanma sonrasında ortaya çıkan küller büyük sorunlara sebebiyet verdiğinden, yakıt olarak kömür tozu veya kav kullanılamamıştır.

Diesel, buhar motorlarına uygulamış olduğu bazı değişimlerle %10 - %12 lik bir verim artışı sağlamıştır. Daha sonrasında kav parçalarını bir piston yardımıyla hava ile sıkıştırdığında kendiliğinden alev aldıklarını gördü. Kömür tozu ve kav parçalarıyla çalışan bir motor geliştirmeye çalıştı. Fakat yakıt seçiminin yanlış olduğunu çabucak fark edip, yakıt olarak mazot kullanmaya karar verdi. İlk üretilen bu mazotlu motorun, teoride %75,6 lık bir verime sahip olması büyük heyecan yaratmışken, uygulama sonucu verimin %5 olduğu görülmüştür. Dizel motorda kullanılan ilk yakıt fıstık yağıdır. (Bkz: Bio-Diesel)

·        Çalışma Prensibi

Atmosferden emilen havanın, sıkıştırılarak yüksek bir basınç ve sıcaklığa kadar ulaşması anında

silindir içindeki bu kızmış ve sıkışmış hava üzerine püskürtülen mazotun alev alması ve patlamasıyla çalışan bir motordur. Benzinli motorlardan farklı olarak, yakıt-hava karışımını ayarlamak ve ateşlemek için karbüratör ve bujiye ihtiyaç yoktur.

            Dizel motorlarda, benzinli motorlar gibi 4 zaman prensibiyle çalışırlar.

Emme zamanında, hava atmosferden silindir içine çekilir. Sıkıştırma zamanında, benzinli motorların sıkıştırma oranının çok üstünde bir oranda hava sıkıştırılır (sıkıştırma oranı 17.8:1) ve silindir içindeki sıcaklık 500 ile 700 derece arasına kadar yükselir. İyice kızdırılmış ve sıkıştırılmış hava üzerine püskürtülen yakıt kendiliğinden alev alır ve patlar. Bu şiddetli patlama sonucu biyel (piston kolu) vasıtasıyla krank milinden moment elde edilir. Böylece ateşleme zamanıda gerçekleşmiş olur. Egzost zamanı ise tüm motorlarda aynıdır. Egzost manifoldu açılarak, pistonun silindir içindeki yanmış gazları atması sağlanır. Krank milinin her 2 turunda 1 iş elde edilir.

·        Uygulamaları

Dizel çevrimi gerçekleştiren motorlar, benzin ile çalışan kuzenlerine göre çok daha yüksek bir

sıkıştırma oranına sahiptir. Termodinamiksel olarak, hacim değişimi arttıkça yapılan iş artar, dolayısıyla motorun gücüde artar. Basma kabiliyeti yüksek olan pistonlar, krank milini oldukça fazla burarlar. Bu sebeplerden ötürü dizel motorlar oldukça fazla güç üretirler ve torkları yüksektir.

            Dizel motorlar dediğinizde, mühendislerin aklına ilk gelen şey, zorlu işler ve fazla güç gerektiren durumlarda kullanılan, bakımı zahmetli, yüksek maliyetli teknolojiye sahip motorlardır. Fakat benzinli motorların yapamayacağı işleri yapabilirler. Örneğin, ekskavatörler, buldozerler, tanklar, vinçler gibi ağır işlerde kullanılan ve düşük devir gerektiren denizaltı ve gemiler gibi araçların hemen hepsi dizel motorlara sahiptirler. Otomotiv sanayinde ise, ekonomik sayılabilecek düzeyde yakıt tüketimi olduğundan, aracını fazla kullanan insanlarca tercih edilmektedir.

Dizel motora sahip araçların torkları yüksek olur. Aynı hacme sahip benzin motorlu araçlardan fazla güç üretirler. Dez avantaj olarak sayılabilecek yanı ise, dizel araçların devir problemidir. BMW ve Benz bu sorunu çözmüş olsa da, çoğu firmanın dizel araçlarında devir alma sorunu mevcuttur.

            Dizel motorlar, yanma odasına giren yakıtın kontrol edilmemesi durumunda aşırı hızlanır ve ısınma yapar. Ayrıca, devir yükseldikçe artan sıcaklıktan dolayı pistonlar sıkıştırma problemi yaşayabileceğinden erken patlama gerçekleşebilir ve sonucunda motor vuruntulu çalışır. Bu yüzden otomobil firmaları bu tip motora sahip araçlara, motora giren yakıtı kontrol edip, motor devrini istenen ve güvenli sınırda tutabilmek için ECU (Electronic Control Unit) eklerler. ECU aracın motorunu korurken, istenen torkun verilmesini bazı durumlarda engellemektedir. Motor hızlı bir şekilde devir alamadığından istenen güce çabucak erişememektedir. Zaten düşük devirlerde yüksek tork vermelerinden dolayı bu özellik dizel motorlar için pekte sorun değildir.

·        Turbo Besleme

            Tüm motor tiplerinde performansı doğrudan etkileyen başka bir faktör ise, motor içine çekilen havanın miktarıdır. Hava miktarı arttıkça, silindir içindeki patlama daha şiddetli gerçekleşeceğinden, yanma daha verimli olur ve motor daha fazla güç üretir. Motora fazla miktarda hava çekmek ise hayli zor bir iştir. Mühendisler bu sorunu turboşarjer veya turbo besleme olarak bilinen sistem ile çözmüşlerdir. Özellikle dizel motorlar için vazgeçilmez olan turbo beslemesi verime ve üretilen güce doğrudan etkimektedir. Volkswagen’in başı çektiği turbo teknolojisinin vazgeçilmezi TDI’dır. (Turbocharged Direct Injection)

            Turbo ünitesi, yüksek basınç ve sıcaklığa sahip yanmış gazların egzost manifoldundan direk atılması yerine, bir türbinden geçirilerek türbine güç vermesinden sonra atılması esasına göre çalışır. Egzost manifolduna bağlı olan türbin bir mili çevirir. Bu mil ise emme manifoldunun girişinde bulunan başka bir kompresörü çevirmektedir. Türbin ne kadar güçlü dönerse, kompresöre o kadar fazla güç iletilir ve silindirler içine daha fazla hava paketlenir. Fakat, kompresör tarafından sıkıştırılan havanın sıcaklığı arttığı için,yoğunluğu düşer. Silindir içine daha yoğun bir hava girişi istendiğinden bu sıkıştırılan sıcak havanın soğutulması gereklidir. Turbo ünitesinin kompresörü ile emme manifoldu arasında bir arasoğutucu (intercooler) konularak sıkıştırılan hava soğutulur. Böylece silindir içine çekilen havanın yoğunluğu arttırılmış olur. TDI teknolojisi turbo üniteleri arasında en temel ve en yüksek verimli teknolojidir. Patentinin Volkswagen’e ait olmasına karşın,en iyi verimi kardeş firması Audi elde etmektedir. (Ayrıca bkz : TDI)

·        Kullanımı

Dizel araç kullanmak için eskiden bazı şeylere dikkat etmek durumundaydık. Fakat gelişen teknoloji ile dizel araçlar kendi kendilerine birçok şeyi halledebilmekteler. Dizel araçların kullandığı yakıt olan mazot oldukça viskozdur. Parlayabilmesi için çok fazla sıcaklık gerekir. Bu yüzden motora emilen havanın çok fazla sıkıştırılması ve mazotun motora çok yüksek basınç ile tamamen atomize halde püskürtülmesi gerekmektedir. Soğuk havalarda mazot jelleşme göstereceği için enjektörler yakıtı istenen atomize boyuta ve püskürtme basıncına ulaştıramayabilir. Motor, ya vuruntulu çalışır ya da çalışmaz. Mühendisler, günümüz teknolojisinde bu sorunu kızdırma bujisi denen mekanik bir yardımcı sistem ile çözmüşlerdir. Yakıtın geldiği yolun ve silindir bloğunun kızdırma bujileri ile ısıtılması ile, marşa bastığınız anda motorun istenen şekilde çalışması sağlanmaktadır. Ayrıca mazot oldukça kirli bir yakıttır. İçerisinde su molekülleri bulunduğundan kristalize olabilir. Depoda biriken su motora pompalanacak olursa ciddi sorunlar oluşturur. Bu sorunda, yakıt deposundaki yakıtın bir elektronik sistem ile kontrol edilip, suyun başka bir valf ile dışarı atılmasını sağlamakla çözülmüştür.

Sonuç olarak, aracınızı yılda 15.000 km den fazla kullanacaksanız, dizel araç almanızda fayda vardır. Dizel teknolojisinin maliyeti yüksek olduğundan, benzinli araçlara göre biraz daha pahalıdır. Fakat yıllık 15.000 km üzeri kullanımda kendini amorti edecektir.

Dizel motor animasyonu .http://www.youtube.com/watch?v=qDG6hwpou80

Okan Gençoğlu

Malzeme Bilimi ve 
Mühendisliği Öğrencisi