DİESEL MOTORLARIN TARİHÇESİ Diesel makineleri bir çeşit içten

DİESEL MOTORLARIN TARİHÇESİ
Diesel makineleri bir çeşit içten yanmalı makineler olup, yaktın kimyasal enerjisi makine
silindirleri içinde direkt olarak mekanik enerjiye çevrilir. Birkaç beygir gücünden 35 000 hp’ye
kadar yapılmakta olan bu makineler bugün en yüksek verimli güç üreticidirler.
Diesel makineleri güç üretici olarak elektrik üretmek üzere kuvvet santrallarında, ulaştırma
alanında diesel lokomotif, kamyon ve otobüslerde ve nihayet konumuzu teşkil eden enerji
tesislerinde ana ve yardımcı makine olarak çok yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
Ayrıca, diesel motorlarının kullanma sahası olarak petrol, kereste , maden ve tarım alanlarını
da göstermek mümkündür.
1936 yılında bütün dünyada 6 000 000 hp’de diesel motoru kullanılmakta iken bu miktar 1947
yılında donanma ve ordu emrinde kullanılmakta olanlarla birlikte 85 milyon hp’ye yükseldi.
1956 yılında ise yaklaşık olarak 20 000 000 hp’lik diesel makinesi imal edildi. 1964 yılında, bir
sene içinde 2 000 DW tondan büyük olmak üzere 582 gemiye toplam olarak 4 845 970 bhp’lik
makine tesis edildi.
Diesel makinelerinin büyük bir yüzdesi sıvı yakacaklarla, gittikçe artan sayıda yüksek güçlü,
ağır devirli diesel motorları ise “Bunker C” fuel oil ile ve başarıyla çalışmaktadırlar.
Gaz yakıtlarının bulunduğu alanlarda çift yakıtlı diesel motorları, yakacağının çok ucuz olması
sebebiyle büyük bir avantaja sahip olmaktadırlar.
Bu makinelerde %5 diesel oil ve %95 gaz yakıt beraberce yakacağı meydana getirmektedir.
Çift yakıtlı makineleri sadece gaz yakıtla da çalıştırmak mümkündür. Ancak, bu takdirde yakıtın
bir buji vasıtasıyla yakılmak mecburiyeti vardır.
İçten Yanmalı Makinelerin Tarihçesi :
İlk içten yanmalı makineyi yapmak şerefi 1794 yılında Street’e nasip oldu. Bu makine tersine
çevrilmiş bir silindir ve hareketli bir pistondan meydana gelmişti.
Silindirin alt tarafı veya silindir kafası bir ocakla ısıtılırken üst kısımları suyla soğutulmaktaydı.
Bu ilk makinede birkaç damla terebantin esansı yakacak olarak kullanılmakta ve yanmayı
temin edecek havayı silindire çekebilmek için piston bir levye vasıtasıyla hareket ettirilerek
yukarı kaldırılmaktaydı.
Ayrıca piston, silindir kafasına açılmış bir aralığa temas ettirilen harici bir alevin karışımı
yakması veya meydana gelen patlama ile de yukarıya hareket edebilmekteydi.
Silindirlerin su ceketiyle soğutulması, meydana gelen gayet düşük basınç dolayısıyla pistonun
aşağıya dönüşünü temin içindi.
1824 Yılında, sonradan içten yanmalı makinelerin, özellikle diesel motorlarının temel ilkeleri,
genç bir Fransız mühendisi Sadi Carnot tarafından ortaya atıldı:
a -- Yakıtın sıkıştırılmış hava içinde kendiliğinden yanışı . 15/1 oranında sıkıştırılan havanın
300 ºC’ye kadar ısındığı ve bu durumdaki havanın kuru odun parçalarını yaktığı.
b -- Yanmadan önce havanın sıkıştırılması .Carnot, yanmanın atmosferik basınç yerine yüksek
basınçta olmasını ve yakıtın sıkıştırma sonunda ilave edilmesini düşündü ve böylece kolaylıkla
enjektörü keşfetmiş oldu.
c -- Makine silindirlerinin soğutulması . Carnot, devamlı bir işletme için silindir duvarlarının
soğutulmasının gerekli olduğunu buldu.Profesör R. Diesel buna inanmadı, fakat çetin
çalışmalar neticesinde bu konuda Carnot ile aynı fikre sahip oldu.
d --Egzost gazlarının ısısından yararlanma. Yüz seneden daha fazla bir zaman geçtikten
sonra, Carnot ‘un bu buluşundan egzost gazlarını bir kazanın boruları arasından geçirmek
suretiyle yararlanma yoluna gidilmiştir. Halen gemilerde ve endüstride bu ilkeden
yararlanılarak egzost gazlarının artık ısısından faydalanılmaktadır.Özellikle diesel motorlarıyla
donatılmış gemilerdeki yardımcı kazanlar hem akaryakıt ve hem de egzost gazlarıyla çalışacak
şekilde yapılmaktadır.
Lenoir 1860 : Lenoir ‘in ilk ticari içten yanmalı makineyi yapışı 1860 yılına rastlar. Bu
makinede hava – yakıt karışımı piston tarafından silindirin içine çekilmekte ve bu karışım bir
elektrik sparkı yardımıyla ateşlenmekte ve piston strokunun sonuna itilmektedir. Egzost gazları
ise dönüş strokunda dışarıya atılmaktadır.
Lenoir ‘in makinesi gayet güzel çalışmakla beraber en önemli sakınca yanmanın atmosferik
basınçta oluşu sebebiyle termik verimin yaklaşık olarak %4 civarında bulunuşuydu.
Beau De Rochas 1862 : İçten yanmalı makinelerin verimini yükseltebilmek bakımından
aşağıdaki fikirler Beau De Rochas tarafından ileri sürüldü : 1) mümkün olan en büyük silindir
hacmi ile en az soğutma yüzeyi, 2) genişlemenin mümkün olan çabuklukta yapılması, 3)
genişleme başlangıcında mümkün olan azami basınç .
Otto 1867 : Langen’le işbirliği yapmak suretiyle Otto çok büyük hacimli bir serbest pistonlu
makine yaptı.
Otto 1876 yılında da ilkeleri Beau De Rochas tarafından ortaya konulan dört stroklu makineyi
yaptı. Bu makine, bugünün tek etkili benzin ve diesel motorlarına benzemekteydi.
Ackroyd – Stuart 1890 : “Patlayıcı bir karışımın yanıcı buharları veya hava ile benzin
karışımının çok erken yanmasına mani olmak için, devamlı bir kıvılcım ya da iyice ısıtılmış bir
ateşleme kafası şeklinde ve silindir dahili ile temasta bulunan daimi bir ateşleyiciye lüzum
vardır” buluşunu içine alan patent 1890 yılında Ackroyd – Stuart tarafında alındı.
Diesel 1892 : Havanın belirli bir oranda sıkıştırılması sonucunda meydana gelen sıcaklığın,
yakıtın yanma sıcaklığından yüksek olduğu sonucunu veren ilk makinenin patenti Dr. Rudolf
Diesel tarafından 1892 yılında alındı. Bu makinede havanın sıkıştırılmasından sonra yakıt üst
ölü noktada tedrici bir şekilde püskürtülmeye başlanır ve bir basınç yükselmesi olmaksızın
yanma başlar. Yakıtın püskürtülmesi sona erince gaz kütlesinin genişlemesi başlar.
Dr Diesel önce Almanya ‘da akaryakıt bulunmaması sebebiyle makinesini kömür tozu yakacak
şekilde geliştirme teşebbüsünde bulundu. Silindirlerin soğutulmaması ve havanın 100 Kg / cm2
‘ye kadar sıkıştırılmak istenmesi Diesel ‘in bu ilk makinesinin başarısızlığına sebep oldu.
1895 Yılında yapılan üçüncü makine Dr. Diesel ‘in tam bir başarısı ile sonuçlandı. Bu üçüncü
makine dört stroklu, sıkıştırma sonu basıncı 30 – 40 Kg /cm2 olan, su ile soğutmalı ve yakıtı
yüksek basınçlı hava ile püskürtülen bir makineydi.
DİESEL MOTORLARIN ÇALIŞMA PRENSİPLERİ
Dört Stroklu Makineler:
Birinci veya emme stroku arasında piston aşağıya doğru hareket eder. Piston silindir
başlığından uzaklaşırken silindir içinde vakum meydana getirir. Bu vakum nedeniyle temiz
hava inteyk -emme- valfı arasından silindir içine emilir.
Bu durum piston alt ölü noktayı bir miktar geçinceye kadar devam eder.
Piston alt ölü noktayı geçtiği zaman ikinci ya da kompresyon-sıkıştırma-stroku başlar İntake
valfı kapanır ve piston silindir içindeki havayı sıkıştırarak basıncını ve sıcaklığını yükseltir. ( 3040 atm. Ve 550-700 ºC ).
Piston üst ölü noktaya varmadan pek az önce yakıt enjektör yardımıyla ve gayet ince bir sis
halinde, derece derece silindir içerisine püskürtülür.
Güç strokunun bu ilk kısmında yakıt tutuşur, yanar ve böylece silindir içerisinde bir basınç ve
sıcaklık yükselmesi meydana gelir. ( 40-60 atm ve 1400-1900ºC ).
Bu üçüncü, iş veya güç stroku esnasında sıcak gazlar pistonu alt ölü noktaya doğru sürerler.
Silindir hacminin büyümesi dolayısıyla gazlar genişler ve elde edilen enerji konnektin rod
vasıtasıyla krank şafta intikal ettirilir.
Piston alt ölü noktasına varmadan kısa bir müddet evvel egzost valfı açılarak yüksek basınçlı
yanma gazları valf arasından atmosfere çıkmaya başlarlar.
Dördüncü veya egzost stroku sırasında piston yukarıya, üst ölü noktaya doğru hareket eder ve
silindir içindeki artıkları dışarı atar.
Piston üst ölü noktasına varmadan pek az önce inteyk valfı(i) açılır, üst ölü noktayı biraz geçer
ise egzost valfı kapanır.
Bu ifade her iki valfın üst ölü nokta civarında çok kısa bir süre beraberce açık kaldığını
göstermektedir. Buna valf overlep’i adı verilir.
Valf overlepi silindirin içine hava akımı temin etmek ve artık egzost gazlarını süpürebilmek için
yapılmaktadır.
İki Stroklu Diesel Motorlar :
İki stroklu diesel motorlarında dört strokluların aksine dört zaman iki strokta veya krankın bir
devrinde tamamlanır.
İki stroklu benzin motorlarında da söyleneceği gibi, dört stroklu ve iki stroklu makineler
arasındaki ana fark silindirlerin temiz hava ile doldurulması ve yanma gazlarının silindirden
atılması metodudur.
Dört stroklu makinelerde bu işler makine pistonu tarafından eme ve egzost strokları sırasında
temin edilir.
İki stroklu diesel motorlarında bu operasyon bir hava tulumbası ya da blover tarafından alt ölü
noktaya yakın meydana getirilir.
Sıkıştırma, yanma ve genişleme zamanları dört stroklu makinelerden farklı değildir. Kullanılmış
gazların çıkarılışı ve silindirin temiz hava ile dolduruluşu şu şekilde cereyan eder.
Piston genişleme strokunun %80 - % 85’ i kadar hareket ettiği zaman egzost portları( e) açılır,
egzost gazları kaçmaya başlar ve silindir içerisindeki basınç düşer.
Piston alt ölü noktaya hareketine devam ederken nihayet süpürme havası portlarını (s) açar
ve atmosferden hafifçe basınçlı hava silindire dolmaya başlar.
Bu hava silindir içindeki sıcak gazlardan biraz daha yüksek basınçta olduğu için onları egzost
portundan dışarıya doğru süre.
Bu operasyona skavencin, verilen basınçlı havaya skavenç havası,havanın verildiği
pencerelere ise skavenç portları adı verilir.
Piston üst ölü noktaya doğru hareket ederken önce skavenç portlarını, sonra egzost portlarını
kapatır ve kompresyon başlar.
Sıkıştırma sonundaki basınç yaklaşık olarak 32-38 atm ve sıcaklık 700-800ºC’dir. Piston Üst
ölü noktasına yaklaştığı zaman, enjektörden püskürtülen yakıt kızgın hava ile temas eder ve
yanma başlar.
Bu arada basınç 50-60 atm ve gazların sıcaklığı ise 1500-1800 ºC’ye yükselir.
Süperşarj ( Aşırı Doldurma ) :
İki ve stroklu diesel makineleri arasındaki farklardan en önemlisi, eşit piston deplasmanı ve
makine ana ölçülerinde, iki stroklu makinelerin teorik olarak diğerinden, yaklaşık olarak, iki
misli güç geliştirmesidir.
Bu bakımdan, dört stroklu motorlar iki stroklulara nazaran dezavantajlıdırlar. Bu mahzuru
ortadan kaldırabilmek ve dört stroklu motorların iki stroklularla rekabetini temin edebilmek
üzere aşırı doldurma – süperşarj- metodu geliştirilmiştir.
Süperşarj yardımıyla bugün dört stroklu makinelerin gücünü %60- %50 miktarında çoğaltmak
mümkün olmaktadır.
Silindir içine normal bir emme stroku sırasında emilenden daha fazla miktarda hava vermeye
süperşarj ya da aşırı doldurma adı verilir.
Süperşarjin ana ilkesi, silindire verilecek hava dolgusunun basıncını yükselterek ağırlığını,
dolayısiyle miktarını arttırmaktadır.
Böylece, hava miktarının artması silindirlerde daha fazla yakıt yakılmasını ve dolayısiyle
makine güç verdisinin çoğalmasını temin eder.
Süperşarj uygulaması sırasında silindir maksimum basınçlarında pek önemli değişiklikler
olmamakla beraber, fazla yakıt yakılması, silindir ve egzost gaz sıcaklıklarının artmasına ve
soğutma suyu ile daha fazla ısı taşınmasına sebep olacaktır.
Fazla sıcaklık etkilerine engel olmak için ve makineyi aşırı ısınmadan korumak gayesiyle inlet
ve egzost valfları overlepi, tabii emişli makinelere nazaran çoğaltılır.
Genel olarak süperşarjlı makinelerde valf overlepinin değeri krank açısı cinsinden 80-160
derece arasında değişir. Böylece egzost valfının açık bulunduğu bir sırada verilen basınçlı
hava hem yanma hücresini süpürür ve hem de egzost gazlarının sıcaklığını azaltır.Silindir
duvarları ve piston ise soğutma suyu ile soğutulur.
Süperşarj uygulamak suretiyle dört stroklu bir diesel makinesinden aşağıdaki faydaları
sağlamak mümkündür:
a – Beher beygir gücü başına düşen makine özgül ağırlığını azaltmak. Bu özellikle gemi ana
makineleri için pek önemli bir faktördür.
b – Makinenin kapladığı hacmin azalması sebebiyle yük veya yolcu için gerekli faydalı hacmin
çoğalması.
c – Egzost gazlarının artık ısısından ve basıncından yararlanarak makinenin güç verdisini
çoğaltmak.
d – Yüksek rakım (altitüd) etkilerini gidermek. Özellikle deniz seviyesinden yüksek yerlerde
çalıştırılan diesel makinelerinin güç kayıpları süperşarj uygulaması ile giderilir.
e – Endike ve efektif yakıt sarfiyatının azaltılması .Yapılan son deneylerde efektif özgül yakıt
harcama 137 gram / Pse – saat olarak tesbit edilmiştir.
Silindirlere verilecek havanın basıncının yükseltilmesi iki ana tipteki pompa yardımıyla olur,
Bunlar : (a) Blovr ya da pozitif deplesmanlı tulumbalar, (b)merkezkaçsentrfigal yada türbo pompalardır (Şekil 2.3). Pistonlu bloverler devirgenlere nazaran
daha pahalı, daha ağır ve daha az güvenilir olduklarından nadiren süperşarjer olarak
kullanılırlar.