İçten Yanmalı Motorlar

İÇTEN YANMALI MOTORLAR

Bir önceki yazımda sürtünmeyi incelemiştik. Şimdi ise sürtünmeye ve bir çok dirence karşı nasıl hareket ettiğimizi inceleyeceğiz..

Her gün yüzlerce binlerce adım atıyorsunuz. Yüzlerce saniye yürüyorsunuz. Etrafınızda bir sürü araç oluyor. Trafikte kilitlenip kalıyorsunuz. Hiç merak ettiniz mi bu araçlar nasıl çalışıyor? Cevabınız evet ise buyurun birlikte inceleyelim.

Gördüğünüz araçlar içten yanmalı motorlara sahiplerdir ve termodinamiksel kurallarla çalışırlar.

• Tarihi Gelişimi

İçten yanmalı motorlar, İskoç mühendis James Watt’ın buharlı motoru keşfiyle tarih sahnesindeki yerini almıştır. Watt, aslında dıştan yanmalı bir motoru keşfetmiştir. Odun ve kömür yakarak su buharını ısıtmış, elde ettiği sıcak su buharı ile bir çevrim gerçekleştirmiş ve ısı enerjisini mekanik enerjiye çevirmeyi başarmıştır.

Bu tarihi gelişim ile birlikte aynı fikri, basınç ve hacim değişimiyle pistonu hareket ettirmeyi düşünen Alman makine mühendisi Dr. Nikolaus Otto ilk içten yanmalı motoru çalıştırmayı başarmıştır. Otto’nun bu ilk atmosferik motoru 1867 yılının Mayıs ayında tamamlanmıştır ve 4 zamanlı çevrim prensibiyle çalışmaktadır.  Prototipte verim %5 düzeyinde olmakla beraber yakıtta gaz yağıdır.

• Çalışma Prensipleri

İçten yanmalı motorlar, yakıtın hava ile belirli bir oranda karıştırılıp motor içinde sıkıştırılması ve buji yardımıyla ateşlenmesiyle çalışan makinelerdir. Kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye,işe çevirirler. Yanma odası olarak adlandırılan sabit hacimli bir bölmeye püskürtülen yakıt hava karışımı sıkıştırılarak buji yardımı ile ateşlenir ve oldukça ekzotermik bir reaksiyon gerçekleştirilir. İçerideki gazlar bir hayli sıcak olduğundan genleşmek isteyecek ve pistonu aşağıya iteceklerdir. Pistonların bu salınım hareketlerini krank mili vasıtasıyla mekanik hareket enerjisine çevirmek mümkündür.

İçten yanmalı motorlar zamanlamalarına göre iki zamanlı ve dört zamanlı olarak ikiye ayrılırlar.

• İki Zamanlı Motorlar

Bu tip motorlar;  1) Emme-Sıkıştırma 2) Ateşleme-Egzost olarak iki

zamanda çalışırlar. Verimleri düşüktür. Araçlarda kullanılmazlar. Fazla gürültülü çalışırlar. Genellikle hidrofor ve kompresörlerde kullanılırlar.

• Dört Zamanlı Motorlar

Dört zamanlı motorlar; 1) Emme 2) Sıkıştırma 3) Ateşleme 4) Egzost olarak dört zamanda çalışırlar. Verimleri iki zamanlı motorlara göre daha fazladır. Araçlarda kullanılanlar bu tip motorlardır. Genelde yakıt olarak benzin veya dizel kullanılır. Fakat LPG dönüşümü yapılarak likit petrol gazıda yakılabilmektedir.

Atmosferden emilen hava,yakıt ile istenilen oranda karıştırılır ve yanma odasına pompalanır. Bu adıma Emme zamanı denir. Pistonun üst ölü noktaya kadar bu karışımı basmasıyla sıkıştırma zamanı gerçekleşir. Benzinli motorlarda buji yardımı ile sıkıştırılmış hava-yakıt karışımı ateşlenir ve iş elde edilir. Bu da ateşleme zamanıdır. Piston bu zamanda tekrar alt ölü noktaya döner. (Dizel motorlarda, dizel kolay tutuşmadığından buji yoktur. Buji yerine pistonun basma kabiliyeti fazladır ve karışımı kendiliğinden tutuşabileceği bir sıcaklığa kadar sıkıştırabilir.) Egzost zamanı ise tüm motorlarda aynıdır. Yanma odasının yakıt manifoldu kapalı halde kalır ve  egzost manifoldu açılarak yanmış sıcak gazlar dışarı atılır.

         4 zamanlı benzinli motorlarda krank milinin her iki turunda bir iş elde edilir. Bu da ateşleme zamanına denk gelmektedir. Maksimum tork pistonların krank milini çevirdiği anlar olduğundan, ateşleme zamanına iş zamanı da diyebiliriz. 4 zamanlı benzinli motorların bu çevrimi kâşifi Nikolaus Otto olduğundan “Otto çevrimi” olarak isimlendirilmiştir.

Maalesef ki günümüzdeki en yüksek verimli 4 zamanlı benzinli motorlar bile %30 verimi geçememektedir. Yakıtın kimyasal potansiyel enerjisinin sadece %30 u aracın hareketine aktarılabilmektedir. Geriye kalan %70 lik kısım ise, motor içindeki sürtünmelere, pistonların negatif ataletlerine gitmektedir. Fakat en büyük kayıp entropi ile yaşanmaktadır. Radyatörden geri dönüşü yapılamayacak olan ısı kaybı yaşanır. Kısacası havayı boşa ısıtıyoruz da diyebiliriz :)

(4 zamanlı benzinli motorların çalışma prensiplerini gösteren animasyon)

http://www.facebook.com/video/video.php?v=199467906764918

         Dizel çevrimi biraz daha değişiktir. Dizel motor çevrimlerini sizi sıkmamak için bir sonraki yazıda anlatacağım..

Okan Gençoğlu

Malzeme Bilimi ve 
Mühendisliği Öğrencisi