DİESEL MOTORLARIN TARİHÇESİ

Transkript

1 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 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 yılında bütün dünyada hp de diesel motoru kullanılmakta iken bu miktar 1947 yılında donanma ve ordu emrinde kullanılmakta olanlarla birlikte 85 milyon hp ye yükseldi yılında ise yaklaşık olarak hp lik diesel makinesi imal edildi yılında, bir sene içinde DW tondan büyük olmak üzere 582 gemiye toplam olarak 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 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.

2 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.

3 1895 Yılında yapılan üçüncü makine Dr. Diesel in tam bir başarısı ile sonuçlandı. Bu üçüncü makine dört stroklu, sıkıştırma sonu basıncı 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. ( atm. Ve 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. ( atm ve ºC ). 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.

4 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 atm ve sıcaklık ºC dir. Piston Üst ölü noktasına yaklaştığı zaman, enjektörden püskürtülen yakıt kızgın hava ile temas eder ve yanma başlar. Bu arada basınç atm ve gazların sıcaklığı ise 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.

5 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 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.