Dizel Motorlarının Çalışma Prensibi

Dört zamanlı bir dizel motor emme, sıkıştırma, ateşleme ve egzoz zamanlarından oluşur.

Emme Zamanı: Piston üst ölü noktadan (ÜÖN) alt ölü noktaya (AÖN) doğru hareket ederken emme supabı açılır. Pistonun AÖN’ye doğru hareketiyle silindir içerisinde hacim büyümesi olacağından piston üzerinde bir alçak basınç (vakum) meydana gelir. Açık hava basıncının, 1 bar olması nedeniyle hava emme manifoldu ve emme supabı yolu ile silindire dolar. Emme zamanı sonunda silindir içindeki basınç 0,7 − 0,9 bar, sıcaklık 80 −120 °C piston AÖN’ye indiği zaman emme supabı kapanır. Dizel motorlarda emme zamanında silindire sadece hava alınır. Böylece birinci zaman yani emme zamanı tamamlanır. Alttaki’de emme zamanında pistonun durumu ve P−V (basınç-hacim) diyagramı görülmektedir.

Emme Zamanı

Sıkıştırma Zamanı: Piston AÖN’den ÜÖN’ye doğru ilerlerken piston, önündeki havayı sıkıştırmaya baş1ar. Bu durumda her iki supap kapalıdır. Havanın sıkıştırılması neticesinde basınç ve sıcak1ığı artar. Sıkıştırma zamanı sonunda silindir içersindeki havanın basıncı 30 − 45 bar, sıcaklığı ise 600 – 900 °C dereceye yükselmiş olacaktır. Sıkıştırma zamanı piston ÜÖN’ye geldiğinde sıkıştırma zamanı sona erecektir. Alttaki şekli inceleyiniz.

Sıkıştırma Zamanı

İş Zamanı: Sıkıştırma sonunda piston ÜÖN’ye yaklaşırken basıncı ve sıcaklığı artmış olan havanın içine enjektörden yakıt püskürtülür ve püskürtme sonucu yanma başlar. Yanma sonucu açığa çıkan basınç kuvveti pistonun üzerine etkiyerek pistonu hızla aşağıya doğru iter. Yanma başladığında silindir içindeki basınç 60 − 80 bar sıcaklık 2000 °C’dir. Alttaki şekilde iş zamanında pistonun durumu ve P−V (Basınç- Hacim) diyagramı görülmektedir.

İş Zamanı

Egzoz Zamanı: İş zamanı sonunda piston AÖN’ye gelmiştir. Yeni bir çevrime başlayabilmek için silindirdeki yanmış gazların dışarıya atılması gerekmektedir. Egzoz supabı açılır ve pistonun AÖN’den ÜÖN’ye doğru hareket etmesiyle yanmış gazlar egzoz supabından dışarıya yani egzoz manifolduna gönderilir. Egzoz zamanının sonuna doğru basınç 3 − 4 bar, sıcaklık 80 − 120 °C’dir. Alttaki şekli inceleyiniz.

Egzoz Zamanı

Dizel Motorlarında Yanma Olayı

Yanma, yakıtın oksijenle birleşerek su ve karbondioksit meydana getirmesidir. Bu tepkime sırasında ısı ve enerji de açığa çıkar. İçten yanmalı motorlar kimyasal reaksiyonla açığa çıkan ısı enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmektedir.

Aşağıda bir çevrimde yanmayı meydana getiren olayların açık grafiği ve  yanmanın safhaları görülmektedir. Dizel motorlarında yanma, sıkıştırma zamanı sonuna doğru silindire emme zamanında alınan havanın sıcaklığı yaklaşık olarak 600–900 °C’ye yükseltilmesiyle sıcaklığı ve basıncı yükselen havanın üzerine enjektör tarafından yakıtın basınçlı olarak püskürtülmesi sonucu gerçekleşir (Avrupa standartlarına göre yanma sonunda oluşan egzoz emisyonlarını kontrol altına almak için taşıt motorları “Euro” normlarına uygun olarak üretilmelidir.).

Dizel çevrimi supap zaman ayar diyagramı

Dizel motor yakıtı olarak kullanılan motorini genellikle C17H34 temsil eder. Yakıt ile havanın karışarak tam yanması sonucunda yanma ürünleri oluşur. Bunlar karbondioksit (CO2), su (H2O) ve azot (N2)’dur. Eğer yakıt çevrim sonucu tam olarak yanmamış ise bu bileşenlere ek olarak karbonmonoksit (CO), hidrokarbon (HC), azot oksit (NOx), partikül madde (PM) gibi ürünler de oluşur. Motorin-hava karışımının yanması sonucu genelde oluşan ürünler;

C17H34 + 25.5(O2 + 3.76 N2 )→NOx, CO2, CO, CH4, H2O, N2, PM’dir.

Dizel motorunda yanma safhaları

Yanma olayı;

• Tutuşma gecikmesi,
• Kontrolsüz yanma (hızlı yanma),
• Kontrollü yanma,
• Gecikmiş yanma olmak üzere dört aşamada gerçekleşir.

Tutuşma Gecikmesi: Sıkıştırma sonunda silindire püskürtülen yakıt hemen tutuşmaz. Tutuşabilmesi için oksijenle karışması ve sıcaklığının yükselmesi gerekir. Bu nedenle enjektörün yakıtı silindire püskürtmesinden, ilk alev çekirdeğinin meydana geldiği zamana kadar geçen süreye tutuşma gecikmesi denir.

Kontrolsüz Yanma (Hızlı Yanma): Tutuşma gecikmesi süresi içinde silindire püskürtülen yakıt ısınır, oksijenle karışır ve buharlaşır. İlk alev çekirdeği meydana geldiği anda yakıtın hepsi birden yanmaya katılır ve hızlı bir yanma oluşur. Hızlı yanma basıncın aniden yükselmesine neden olur ve motor parçaları arasındaki boşlukların birden alınması sonucunda motor vuruntulu ve sert çalışır. Bu vuruntuya dizel vuruntusu denir. Günümüzde bu vuruntuyu azaltmak amacıyla başlangıçta püskürtülen yakıtın miktarının düşürülmesi için kademeli püskürtme yöntemi geliştirilmektedir.

Kontrollü Yanma: Kontrolsüz yanmanın sonunda silindir içindeki basınç ve sıcaklık enjektörden püskürtülen yakıtı doğrudan yakabilecek bir değere ulaşır. Bu nedenle püskürmeye devam eden yakıt hiçbir gecikme olmadan yanar. Basınç en yüksek noktaya erişinceye kadar yükselir. Geri kalan püskürme ve yanma sırasında basınç sabit kalır.

Gecikmiş Yanma: Yakıtın silindire püskürmesi bitmiş ve piston AÖN’ye inmektedir. Daha önce püskürtülen ve yanma fırsatı bulamamış yakıt genişleme süresince oksijen buldukça yanar. Bu yanmaya gecikmiş yanma denir