== Dizel Motorlarinin çalişma Ilkeleri ==
DİZEL MOTORLARININ ÇALIŞMA İLKELERİ
Sınıflandırma
Dizel motorları; sıkıştırılarak basınç ve sıcaklığı yükseltilen hava içerisine püskürtülen yakıtın kendiliğinden tutuşma ilkesine göre çalışırlar.Buna göre ısının işe dönüşümü şöyle olmaktadır.Önce temiz hava motor silindirleri içerisine emilir veya doldurulur.Piston tarafından sıkıştırılan havanın basıncı ve dolayısıyla sıcaklığı yükseltilir.Kompresyon oranına bağlı olarak sıkıştırılan havanın basıncı 30-40 kg/cm2 ve sıcaklığı ise 400-600° civarındadır.Böylece , tutuşmayı yanma izler ve 40-80 kg/cm basınç ve 400-600 ° sıcaklığında gazlar oluşur.Bu yüksek basınçlı kızgın gazlar piston, biyel(piston kolu) yardımıyla işi krank miline aktarır.Bu olay sırasında, yakıtın yanmasıyla oluşan ısı enerjisinin büyük bir bölümü, krank milinin dönmesini sağlayan mekanik enerjiye dönüştürülür.Krank mili kendisine iletilen devir hareketini alternatörün rotorunu çevirerek elektrik enerjisinin üretilmesini sağlamaktadır.İş kursu sonunda basınç ve sıcaklıkları azalan gazlar atmosfere atılır ve silindirlerin yeni bir çevrim için, temiz hava ile doldurulması tekrarlanır.
A- DİZEL MOTORLARININ SINIFLANDIRILMASI :
Dizel motorlarını daha iyi tanıyabilmek ve birbirleriyle karşılaştırma yapabilmek için, bu motorların ayrım özelliklerine göre sınıflandıralım.
1. Çalışma prensiplerine göre
2. Silindir tertip şekillerine göre
3. Devir sayılarına göre
4. Piston bağlantılarına göre
5. Piston hareketlerine göre
6. Yakıt püskürtme sistemlerine göre
7. Kullanılan yakıta göre
1.ÇALIŞMA PRENSİPLERİNE GÖRE
Dizel motorlarını çalışma prensiplerine göre ikiye ayırabiliriz;
a- İki zamanlı dizel motorları
b- Dört zamanlı dizel motorları
2-SİLİNDİR TERTİP ŞEKİLLERİNE GÖRE
Dizel motorlarında tertip şekilleri
a- Sıra tipi
b- V tipi
c- Yatık boksör tipi
d- Yıldız tipi
e- W tipi
f- X tipi
g- H tipi
olmak üzere 7 çeşit silindir tertipi vardır.
3-DEVİR SAYILARINA GÖRE
Dizel motorlarını devir sayılarına göre üçe ayrılmaktadır
Düşük devirli dizel motorlar: Genellikle devirleri 600 d/d olan
Orta devirli dizel motorları: Devirleri 1200 d/d'ya kadar olan
Yüksek devirli dizel motorları: Devirleri 1200 d/d'dan büyük olan
4-PİSTON BAĞLANTILARINA GÖRE
Piston, piston koluna(biyele) iki şekilde bağlanır.
* Doğrudan doğruya piston pimi ile(direkt) bağlama
* Kroshed vasıtası ile(indirekt bağlama)
5-PİSTON HAREKETLERİNE GÖRE
Piston hareketlerine göre dizel motorları;
* Tek taraflı çalışan motorlar
* Çift (İki) taraflı çalışan motorlar
* Karşı(opposit) pistonlu motorlar
olarak 3 gruba ayrılırlar.
6-YAKIT PÜSKÜRTME SİSTEMLERİNE GÖRE
Dizel motorları yakıt püskürtme sistemlerine göre ikiye ayrılmaktadır.
* Hava ile püskürtme
* Mekanik püskürtme
7-YAKIT TÜRÜNE GÖRE
* Dizel oil(motorin)
* Fuel oil
B- DİZEL MOTORLARININ ÇALIŞMA İLKELERİ
Dört zamanlı dizel motorlarının çalışma ilkelerinin iyi anlaşılabilmesi için; ölü nokta, kurs, kurs hacmi, ölü hacim, sıkıştırma (kompresyon) oranı, etki kavramlarının neler olduğunun bilinmesi gerekmektedir.
ÖLÜ NOKTA
Pistonun silindir içinde çıkabildiği en üst noktaya üst ölü nokta ve inebildiği en alt noktaya ise alt ölü nokta adları verilir.Çoğu zaman üst ölü nokta ÜÖN ve alt ölü nokta ise AÖN kısaltmaları ile belirtilmektedir.
C- KURS VE KURS HACMİ
Alt ve üst ölü noktalar arasındaki mesafeye kurs boyu veya kısaca kurs ismi verilir. Ölü noktalar arasındaki hacme de kurs hacmi adı verilir. Bu hacim genellikle litre(dm) veya cm türlerinden belirtilir. Sadece beygir gücü güç hesaplarında, kurs hacmi birimi olarak m kullanılmaktadır.
ÖLÜ HACİM VE ÖLÜ HACİM YÜKSEKLİĞİ
Piston ÜÖN'da olduğu zaman, piston kafası ile silindir kapağı arasında kalan düşey mesafeye <ölü hacim yüksekliği> adı verilir. Piston ÜÖN da iken kendisi ile kapak arasındaki hacme de <ölü hacim> olarak isimlendirilmektedir. Bu hacim sıkıştırma basıncı ve dolayısıyla yanma ile önemli ilişkisi vardır. Bu nedenle kapak contasının değiştirilmesi sırasında çok dikkatli olmak gerekmektedir.
D- KOMPRESYON (SIKIŞTIRMA) ORANI
Piston AÖN'da bulunduğu zaman, silindirin tüm hacminin, piston ÜÖN'da iken oluşan ölü hacme oranıdır.
E- ZAMAN
İçten yanmalı dizel motorlarında, bir iş çevriminin oluşturulması için gerekli emme (giriş), sıkıştırma, yanma, genişleme ve egzoz süreçlerinden her birine zaman adı verilir.
F-SUPAPLAR
Dört zamanlı dizel motorlarında havanın silindire girmesini ve egzoz gazlarının silindirden çıkmasını sağlayan ve mekanik olarak açılıp kapatılan hareketli kısımdır.
G-ETKİ (TESİR)
Dizel motorlarının büyük bir çoğunluğunda sadece pistonun üst tarafında güç üretilir. Böylece motorlara tek etkili motorlar denir. Eğer pistonun hem alt ve hem de üst tarafında güç üretilirse, böyle motorlara da çift etkili motorlar adı verilir.
DÖRT ZAMANLI DİZEL MOTORLARININ ÇALIŞMASI
Krank milinin iki tam devirde veya pistonun dört kursunda yada 720 derecelik krank açısında bir iş çevrimi oluşturan motorlara dört zamanlı motor adı verilir.
Piston ÜÖN'dan AÖN'ya doğru inerken, silindir içinde giderek büyüyen bir hacim ve dolayısıyla bir vakum oluşturur. Böylece açılan emme supabından atmosfer basıncındaki hava silindire emilmeye başlanır. Piston AÖN'yı bir süre geçinceye kadar, açık bulunan emme supabından silindire girişi sürer. Havanın silindire emildiği bu süre emme zamanı denir. Emme zamanı sonunda, sıkıştırmanın hemen başlangıcında silindirdeki havanın sıcaklığı 40~60° dolayındadır.
Piston ikinci zamanında, ÜÖN'ya doğru çıkarken hem emme ve hem de egzoz supapları kapalı olduğundan, silindirde emilmiş bulunan havayı sıkıştırır. Sıkıştırma sonucu havanın 35~ 45 kg/cm ve sıcaklığı ise, sıkıştırma oranına bağlı olarak 550~700 °C'ye kadar yükselir. Bu olay piston ÜÖN'ya 10~15° yaklaşıncaya kadar sürer. Bu sürece de sıkıştırma zamanı adı verilmektedir.
Sıkıştırma sonuna doğru silindirdeki kızgın havanın içine, 10~15 çapında ve çok küçük kürecikler halinde sıvı yakıt püskürtülmeye başlanır. Silindire püskürtülen yakıt, çok kısa bir zaman aralığından sonra tutuşur ve yanma başlar. Piston ÜÖN'yı yaklaşık olarak 10~15° geçinceye kadar yakıt püskürtüldüğünden, yanma giderek büyüyen hacim içinde gerçekleşir. Yanma sırasında silindir içindeki basınç 35~45 kg/cm ve sıcaklık ise 550~700 °C dolaylarındadır.Yüksek basınç ve sıcaklıktaki bu gazlar, pistonu AÖN'ya doğru itmekte ve bu arada silindir içindeki hacim, hızlı bir şekilde büyümektedir. Büyüyen hacim nedeniyle, iş yapan gazların basınçları kurs sonuna doğru iyice azalır. Çevrimin üçüncü zamanını oluşturan bu olaya ise genişleme adı verilir.
Genişleme olayının sonuna doğru gazların basıncı 1,5~3 kg/cm düştüğü bir sırada ve piston henüz AÖN'ya varmamışken egzoz supapları açılır ve basınçlı gazlar, açık bulunan supaptan silindirin dışına kaçmaya başlar. Bu olaya egzoz denir. Ser egzoz sürerken piston AÖN'ya varır ve yönü ÜÖN'ya doğru değişir. Bu andan itibaren piston, ser egzoz gazlarını silindir dışına süpürmeye başlar.bu olaya cebri egzoz ve sürece de egzoz zamanı adı verilmektedir. Egzoz sürecini, yeni çevrimin emme kursu izlemektedir.
Piston egzoz zamanını sürdürerek ÜÖN'ya yaklaştığında, emme supabı açılır.Bu arada egzoz supabı da henüz kapanmamıştır. Böylece ÜÖN civarında her iki subap bir süre birlikte açık kalmaktadır. Buna supap bindirmesi adı verilir. Supap çakışmasının yararları şunlardır.
1-Egzoz kursunda yüksek hızla atmosfere atılan gazlar, momentumları nedeniyle, açık bulunan emme supabından havanın emilmesini sağlarlar. Böylece yanma odasında kalması olası gazlarda silindir dışına atılmakta, yani yanmanın oluşturduğu hacim süpürülmektedir.
2-Yanma sırasında silindir içinde en az 550 °C ve en çok 700 °C'lik bir sıcaklık oluşmaktadır.Bu sıcaklıktan motorun zarar görmemesi için, soğutulması gerekmektedir. Bu görevi bir yandan silindirlerin çevresinden kanatçıkların arasından geçen hava, bir yandan da supap çakışması sırasında yanma odasına emilen soğuk hava yerine getirmektedir.
Piston ÜÖN'yı bir süre geçtikten sonra, egzoz supabı kapanmaktadır. Bundan sonraki olay, yeni çevrimin emme süreci olacaktır.
MOTOR İNDİKATÖR DİYAGRAMI
Emme supabı ÜÖN'dan önce 1 noktasında açılmakta ve AÖN'dan sonra 2 de kapanmaktadır. 2 noktası atmosfer çizgisi ile sıkıştırma eğrisinin kesiştikleri nokta olup, silindir içindeki basınç bu noktada atmosfer basıncına eşit olmakta ve gerçek sıkıştırma bu noktada başlamak tadır.
Sıkıştırma olayı 2 ve 3 noktaları arasında oluşmakta ve bu olay sırasında emme ve egzoz supapları kapalı bulunmaktadır.
3 ile 4 noktaları arasında yanmanın sabit hacimde sayılabilecek bölümü ve 4-5 noktaları arasında ise, ikinci bölümü oluşturmaktadır. Bu bölüm sabit basınçta yanma olarak tanımlanabilir.Yanmanın ikinci kademede oluşması, bu tür diyagramları çift yanmalı çevrim adını almasına neden olmuştur.
Genişleme zamanı ise, yanmanın sona erdiği 5 noktasında başlayıp, egzoz supabının açıldığı 6 noktasına kadar sürmektedir. Bu zamanda elde edilen iş, piston ve biyel yardımıyla krank miline iletilmektedir. Bu bakımdan, çoğu zaman genişleme zamanı < > ya da < > olarak isimlendirilmektedir.
AÖN'dan önce(6 noktasında) egzoz supabı açılır ve egzoz olayı ÜÖN'dan sonra, bu supabın kapanmasıyla 7 noktasında sona erer.
Diyagramda egzoz olayı sürerken, ÜÖN'dan hemen önce (1 noktasında) emme supabının yeniden açıldığı görülecektir. Böylece, daha önce sözü edilen supap çakışması,1-7 noktaları arasında meydana getirilmiş olur.
SUPAP DİYAGRAMI
Motorun çalışması sırasında krank pin havada görünmeyen bir daire çizer. Çapı, piston kursuna eşit olan bu daireye <> adı verilir. Emme ve egzoz supaplarının açılıp kapandığı, yakıt püskürtmenin başlayıp sona erdiği noktalar bu daire üzerine, krank açısı türünden işaretlenir. Böylece elde edilen diyagrama supap diyagramı denir.
Şekilde yüksek devirli, doğal emişli, dört zamanlı Deutz motorlara ait zaman diyagramı görülmektedir. Egzoz supabı iş zamanı sonunda ve AÖN'dan 70° önce açılmaya başlar, ÜÖN'yı 32° geç- tikten sonra kapanır.
EGZOZ SÜRESİ= 70° + 180° + 32°
=282°
Egzoz supabının açık kalma süresi uzatılarak, egzoz gazlarının dışarı atılması için daha fazla zaman kazanılmış olur. Emme supabı egzoz zamanında ve ÜÖN'dan 32°C geçince açılmaya başlar, AÖN'yı 60°C geçtikten sonra kapanır.
EMME SÜRESİ= 32°C + 180 °C + 60°C
= 272°C
Emme supabının da açık kalma süresi uzatılarak silindire daha fazla hava alınmış ve hacimsel verim artırılmış olur. Egzoz sonu emme başlangıcında her iki supap kısa bir an açık kalır ki buna supap bindirmesi denir. Supap diyagramlarına dikkat edilecek olursa, emme supabının daima ÜÖN'dan önce açıldığı ve AÖN'dan sonra kapandığı; egzoz supabının ise AÖN'dan sonra kapandığı görülecektir. Kural olarak, dizel motorlarının devir sayıları azaldıkça ÜÖN civarındaki olaylar, yani emme supabının açılışı ve egzoz supabının kapanışı ölü noktadan uzaklaşır; AÖN dolayındakiler örneğin emme supabının kapanışı ve egzoz supabının açılışı ise AÖN'ya yaklaşır. Motorların devir sayıları çoğaldıkça, açıklanan kuralın tersi gerçekleşir. Giriş supaplarının bazı motorlarda ÜÖN'da açılmasının sebebi budur
Copyright: Tanaka
