Otto ve Dizel Motorların Farkları

Otto ve Dizel Motorların Farkları
“İçten Yanmalı Ve İçten Patlamalı Motorlar Arasındaki Verim Farkları”
Osman Saygıner - [email protected] - www.sayginer.com
Otto döngülü motor, 1876 yılında Nikolaus August
Otto tarafından keşfedildi. Döngüsünde dört aşama
bulunduğundan dolayı ‘dört evreli motor olarak da
biliniyor. Benzine dayalı bu motor düşük verimli
olduğundan, 1892 yılında Rudolf Diesel, motorine dayalı ve
daha yüksek verime sahip, kendi adıyla anılan motoru
geliştirdi. Bunların her ikisi de ‘içten yanmalı veya ‘içten
patlamalı. Dolayısıyla, önce sorunuzda bir düzeltme
yapmak gerekiyor: ‘İçten yanmalı veya ‘içten patlamalı
ifadeleri eşanlamlı olarak kullanılıyor. Yani, ‘otto ve ‘diesel
motorların her ikisi de, diyelim ‘içten patlamalı veya bu
motorlar, ‘içten patlamalı motorların iki türünü
oluşturuyorlar. Bu durumda sorunuzu şu şekilde düzeltmek
gerekiyor: İçten patlamalı benzin (otto) ve içten patlamalı
dizel (diesel) motorları arasındaki verim farkının nedeni
nedir?...
İçten patlamalı bir motorda bilindiği gibi, sıvı bir
yakıt, silindir hacmi içerisine enjekte edildikten sonra,
silindir yüzeyinin sıcaklığı nedeniyle buharlaşıyor. Yakıt
buharları, bu arada açılan emme vanasından alınan havayla
karıştırılıp sıkıştırılıyor. Sıkışmanın belli bir aşamasında bu
karışım; benzinli motorlarda bir kıvılcımla, dizel
motorlarda ise sıkışmanın etkisiyle; kimyasal tepkimeye
girerek patlıyor. Böylelikle, başlangıçtaki yakıt karışımının
içerdiği kimyasal enerji, ısı enerjisine; patlayan karışımın
genleşirken piston üzerinde yaptığı iş sayesinde de,
mekanik enerjiye dönüştürülmüş oluyor. Daha sonra,
yanma ürünleri bir çıkış vanasından dışarı atılıp, döngü
yeniden başlatılıyor. Motorun termodinamik verimi, elde
edilen mekanik enerjinin, silindirde açığa çıkan ısı
enerjisine oranı olarak tanımlanıyor.
Öte yandan, dizel ve benzin yakıtları arasında
önemli bazı farklar var. Dizel yakıtı oluşturan moleküller,
benzindekilere oranla daha uzunlar ve daha fazla sayıda
karbon içeriyorlar. Tipik olarak; benzin C9H20, dizel yakıt
C14H30 yapısında. Yani dizel yakıt benzine oranla daha
kaba bir molekül yapısına sahip ve ham petrolden eldesi,
daha az ayrıştırma işlemi (rafinasyon) gerektiriyor. Bu
yüzden benzinden daha ucuz. Halbuki enerji yoğunluğu
benzininkinden daha fazla. (Örneğin 1er litre dizel ve
benzinin enerji içerikleri yaklaşık 40.8 ve 34.7 milyon joule
kadar.) Dolayısıyla yakıt olarak benzine göre, iki yönden
birden avantajlı. Öte yandan iri kıyım molekül yapısı, dizeli
benzine oranla çok daha az uçucu kılıyor. Nitekim kaynama
noktası, benzininkinden, hatta suyunkinden bile daha
yüksek.
Şimdi bir de dizel ve benzin motorları arasındaki
farkı hatırlayalım:
Bilindiği gibi, bir dizel motorda; önce hava silindirin içine
alınıp, 14:1 ile 25:1 arasında yüksek bir oranda
sıkıştırıldıktan sonra, dizel yakıt silindirin içine doğrudan
ve ısınmış olan havanın üzerine püskürtülüyor. Sıkıştırılmış
havanın sıcaklığı, dizel yakıtı ateşlemek için yetiyor. (motor
soğuksa eğer, bir elektrikli rezistansın başlangıçtaki
yardımıyla) Halbuki bir benzinli motorda, hava ile benzin;
silindire girmeden önce (ya çok önce, bir karbüratör
düzeneğinde, ya da emme aşamasından hemen önce,
silindirin hemen dışında) karıştırılıp silindire öyle veriliyor.
Bu karışım 8:1 ile 12:1 arasında bir oranda sıkıştırılıp,
bujiden kaynaklanan bir kıvılcımın yardımıyla ateşleniyor.
Örneğin dakikada 6000 devirle çalışan bir motorda,
saniyede yaklaşık 100 kere tekrarlanan bu kısa süreli döngü
sırasında verimi düşüren ana etkenler şunlar:
1.
Enjekte edilen sıvı yakıt tümüyle buharlaşmamış
olabiliyor.
2.
Emme vanasından alınan havanın miktarı,
buharlaşmış olan yakıt miktarını tümüyle yakacak
kadar oksijen içermeyebiliyor.
3.
Hava ile buharlaşmış yakıt iyice, yani homojen
olarak karışmamış olabiliyor.
4.
Dolayısıyla yakıt buharlarının tümü, tam olarak
yakılamıyor.
5.
Yüksek sıcaklıktaki yanma ürünleri, içerdikleri ısı
değerlendirilemeksizin, çıkış vanasından dışarı
atılıyor.
Bu etkenlerin, benzinli ve dizel motorlardaki etkinlik
düzeylerinin farklı olması, dizel motorun daha yüksek
verimle çalışmasına yol açıyor. Buradaki en önemli
verimsizlik unsuru, emme vanasının açıklığı veya açık
kalma süresi. Ki bu, buharlaşmış olan yakıta ne kadar
oksijenin katıldığını belirliyor. Sıradan motorlarda bu süre,
silindirdeki buharlaşmış yakıtın miktarını ve hacimsel
dağılımını göz önünde bulundurmaksızın hep aynı kalıyor
ve sabit periyodlarla tekrarlanıyor. Bu verimsizlik
unsurunu zayıflatmak amacıyla, yeni motor tasarımları,
vananın açık kalma süresini bilgisayar kontrollü olarak
yapıyor. Halbuki ‘dıştan patlarlı, örneğin buhar kazanlı bir
motorda, yakıtın iyi karıştırılıp tam yanmasının
sağlanabilmesi için gereken zaman esnekliği ve manevra
sahası var. Öte yandan, sıcak yanma ürünlerinin ısıl enerjisi,
hemen
tümüyle
değerlendirilebiliyor.
Dolayısıyla,
yukarıdaki verimsizlik unsurları büyük oranda ortadan
kaldırılabiliyor ve içten patlarlı motorlara oranla daha
yüksek verimler başarılabiliyor.
Kaynak
http://biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz/index.php?ka
tegori_id=4&soru_id=2976