Önemli İcatlar - Dizel Motor

dizel motoru

silindirlere püskürtülen yakıtın (mazot ya da ağır yağ), pistonlarla sıkıştırılarak sıcaklığı yükseltilen havayla yakılması esası uyarınca çalışan içten yanmalı (patlamalı) motor türü.

Kimyasal enerjinin bu yolla mekanik enerjiye dönüştürülmesi, benzin motorlarına oranla daha yüksek sıkıştırma oranları gerektirdiğinden, dizel motorları daha büyük, daha ağır ve daha pahalıdır; bu nedenle de çoğunlukla ağır iş makinelerinde, büyük çekicilerde, lokomotiflerde ve gemilerde kullanılır. Bununla birlikte mazot benzine göre daha ucuz olduğundan, dizel motorlu otomobiller de yaygınlaşmaktadır.

Dizel motorunun öteki içten yanmalı motor türlerinden temel farkı yakıtı yakma biçimidir. Örneğin benzin motorlarında, hava ve yakıtın birleştirilmesiyle elde edilen yanıcı karışım bir oranda sıkıştırıldıktan sonra, bujilerden sağlanan elektrik kıvılcımıyla ateşlenir. Oysa dizel motorlarında ateşleme aygıtları kullanılmaz, bu nedenle de bu tür motorlar çoğunlukla, sıkıştırarak yakmalı olarak tanımlanır. İlk kez 1824’te Fransız fizikçi Sadi Carnot, ilk hacminin 14’te birine kadar sıkıştırılmış havanın, yakıtı ateşleyebileceği düşüncesini ortaya atmıştır.

Modern otomobil motorlarının çalışma ilkesini 1862’de Fransız mucit Alphonse Beau de Rochas geliştirdi. Bu ilkeye dayalı ilk motoru ise 1876’da Alman mühendis Nikolaus Otto yaptı. Otto’nun dört zamanlı motorunda, yakıt ve hava karışımı silindirde yakılmadan önce sıkıştırılıyordu. Rudolf Diesel adında bir başka Alman mühendis, bu motorun geliştirilmesine yönelik deneylere girişti. Bu çalışmaları dizel motorunu geliştirmesiyle sonuçlanacaktı.

Yıllar süren araştırmaları sonucunda karşılaştığı sorunları çözmeyi başaran Diesel, 1892’de “İçten Yanmalı Motorların Çalışma Süreçleri” başlıklı ilk patentini aldı. Ertesi yıl, geliştirdiği çalışma çevrimi üzerinde bazı değişiklikler yaptıktan sonra ikinci bir atent elde etti. Aslında bu patentler, elirli bir motor tasarımı değil, silindirdeki gazların izlemesi gereken termodinamik çevrim üzerineydi. Diesel’in patentinde tanımlanan çevrimin o dönemdeki motorların kuramsal ya da ideal çevriminden temel farkı, yakıt ve hava karışımının yanma hızına ilişkindi. Diesel, yakıtın, genişleme zamanının ilk evresinde, herhangi bir basınç artışına yol açmayacak bir hızda, yavaşça yakılması gerektiğini düşünüyordu. Yakıt, bujiden sağlanan kıvılcımla yakıldığında, patlamalı ve çok hızlı bir yanma süreci oluşuyordu. Bunun önüne geçmek için, silindire hava ve yakıt karışımı yerine yalnızca hava emilebilir, ardından pistonla sıkıştırılarak bu havanın sıcaklığı, yakıtın yanma sıcaklığının üstüne çıkartılabilirdi.

Bundan sonra da, pistonun aşağı doğru hareketi sırasında silindire denetimli bir biçimde yakıt püskürtülebilirdi. Havanın her santimetre karesine 35 kg’lik basınç uygulanarak sıkıştırılması durumunda, yakıtın ateşlenebilmesi için gerekli olan 540°C’lik sıcaklık elde edilebilirdi. DiesePin geliştirdiği dört zamanlı çevrimin birinci (emme) zamanında, piston silindirin tepe noktasından aşağı inerken silindirin içine hava emilir. Çevrimin ikinci (sıkıştırma) zamanında ise, silindirin içindeki hava, pistonun yukarıya doğru hareketiyle sıkışır ve ısınır. Pistonun sıkıştırma gücü doruk noktasına ulaştığında silindire yakıt püskürtülür ve bu yakıt sıkışmış havanın yüksek sıcaklığının etkisiyle yanar. Yakıt silindire, içerdeki en yüksek basınç, havanın sıkıştırılmasıyla ulaşılan basıncı aşmayacak bir hızda püskürtülür. Çevrimin bu üçüncü (genişleme) zamanında, silindirde oluşan basıncın etkisiyle piston aşağıya doğru hareket eder ve bu hareketi, yakıt püskürtme işlemi ve yanma süreci tamamlandıktan sonra da sürer. Dördüncü (egzoz) zamanda ise, yanma artığı gazlar pistonun yukarı hareketiyle silindirden dışarı atılır.

Diesel, bu türden bir motorda her türlü yakıtın kullanılabileceğini düşünüyordu; bu nedenle de en ucuz yakıt türü olan kömür tozuyla çalışan bir motor yapmayı denedi. Ama bu girişimi başarısızlığa uğradı ve 1897’de mazotla çalışan 25 BG’lik, tek silindirli motorunu geliştirdi. Dizel motorunun yakıt ekonomisi bakımından öteki motorlara göre çok daha üstün olduğu kısa sürede ortaya çıktı, ama kullanımı o kadar hızlı yaygınlaşmadı. 1913’te ölümüne değin Diesel, kendi lisansı altında üretilen tüm motorların, 1893’te aldığı patentinde tanımladığı sabit basınçlı yanma ilkesine dayalı olmasında ısrar etti. Bu kısıtlama nedeniyle uzun süre dizel motorunun devir hızı artırılamadı, tasarımına yönelik geliştirmeler yapılamadı. İlk dizel motorları, verimliliklerine oranla son derece hantal ve ağırdı, bu nedenle de sabit güç kaynağı olarak kullanılmanın dışında, herhangi bir alanda uygulanamıyordu.

Dizel motorları ilk olarak 1910’da gemilerde kullanılmaya başladı; I. Dünya Savaşı sırasında da denizaltılarm başlıca güç kaynağı durumuna geldi. I. Dünya Savaşı’ndan sonra, dizel motorunun sivil taşıtlara uygulanmasına yönelik çalışmalara girişildi. Bu arada, daha düşük sıkıştırma basıncıyla çalışan ve bu nedenie de yakıtın yakılmasında kızdırıcı kafalardan yararlanılan, iki zamanlı yanm dizel motorları geliştirildi. 1922’de Almanya’da, ilk olarak otomobillerde kullanılmak üzere, küçük ve hafif dizel motorlarının yapımına başlandı. Böylece boyutları küçültülen ve güçleri artırılan dizel motorları, birçok yeni uygulama alanında kullanıma sokuldu. Yüksek devirli dizel motorlarının çalışma ilkesi, Diesel’in belirlediği ağır yanmalı çevrime dayanmaz. Bu motorlarda yakıt silindire, sıkıştırma zamanının sonlarına doğru püskürtülür ve piston ölü nokta konumunun yakınlarındayken hızla yakılır. Günümüzde kullanılan yüksek devirli dizel motorlarında, ilk dizel motorlarının yalnızca sıkıştırarak yakma ve yakıt püskürtme işlemleri korunmuştur.

Dizel motorları uzun yıllar kamyonlarda, tarım traktörlerinde ve sanayideki enerji üretim birimlerinde kullanıldıktan sonra, 1934’te lokomotiflere uygulanmaya başladı. Dizel motoru, düşük oktanlı yakıtlardan yararlanması ve saatte BG başına yakıt tüketiminin görece düşük olması nedeniyle, 1940’ların ortalarından başlayarak, bütün dünyada, sanayide kullanılan enerji üretim birimlerinin başlıca donanımı durumuna geldi. Bu motorlardaki yakıt püskürtme sistemi ve yanma işleminin özelliği, görece ham yakıtlardan yararlanılmasını olanaklı kılar. Silindirdeki sıkıştırma oranı arttıkça, gerekli yakıt miktan azalır. Ayrıca bu motorlarda, yakıt ve hava karışımının patlatılması esasına göre çalışan benzin motorlarında olduğunun tersine, yakıt yüklemesinin azaltılması için hava girişinin de kısıtlanması gerekmez, bu nedenle de kısmi yakıt püskürtmesiyle aynı verimlilik elde edilir ve ek yakıt tasarrufu sağlanır.