Dizel Motor Nedir? Nasıl Çalışır? Özellikleri Nelerdir?

Avrupalı otomobil üreticileri yakın gelecekte, dizel motorlu otomobil pazarının çok daha genişleyeceğini düşünmektedirler.

Rudolf Diesel (Almanya) tarafından icat edilen ve 1892 yılında patenti alınan dizel motor, benzinli motor ile karşılaştırıldığında, dizel olanların daha az yakıt tükettiği (%30) ve daha düşük emisyon çıkardığı görülmektedir. Dizel yakıtı olan mazotun enerji yoğunluğunun benzinden daha yüksek (1 galon mazot=147.000 BTU, 1 galon benzin=125.000 BTU), pompa fiyatının ise benzinden daha düşük olması da (benzinden daha düşük bir rafinasyon ile üretmenin önemli avantajlarıdır.

Ayrıca son yıllarda kullanımına başlanan yüksek basınçlı akümülatör (Common-Rail/CR) sistemi sayesinde dizel motor imajı değişmiş, otomobillerde kullanımı daha uygun hale gelmiştir. Yaklaşık bir yüzyıl önce Robert Bosch tarafından geliştirilen ve yakın geçmişe kadar aynı isime sahip firmanın hakimiyetini koruduğu dizel pazarında, Siemens, Delphi, Denso gibi firmalar da baskılarını hissettirmeye başlamışlardır.

Müşteri talepleri, emisyonlar ve yakıt fiyatları açısından, özellikle küçük hacimli dizel motor pazarı daha hızlı gelişmektedir (ör: Smart 800 cc turbodizel, Fiat Seicento 1.2 litre turbo dizel, Ford Fiesta 1.4 litre, Toyota Yaris 1.4 litre common-rail). Delphi ve Siemens firmaları tarafından geliştirilen yüksek basınç dizel pompası (1600 bar), bilgisayar yazıcılarında kullanılan prensiple çalışan ve konvansiyonel solenoidli enjektörlerden çok daha hızlı olan piezoelektrik enjektörler bu alanda sağlanan diğer önemli gelişmelerdir.

Benzinli motorlardan farklı olarak dizel motorlar ateşleme sistemine gerek duymazlar. Yapıları itibarıyla yanma, yüksek bir basınç ve ısı kombinasyonu altında gerçekleşmektedir. Böyle yüksek bir basınçla başa çıkabilmek için sağlam ve ağır bir bloğa gerek duymaktadırlar. Bu nedenle, dizel motorlar benzinlilerden daha ağırdır. Ateşleme sisteminin olmayışı, tamir ve bakımı kolaylaştırmaktadır.

Motor gücünün silindirlere püskürtülen yakıt miktarıyla ayarlanması nedeniyle gaz kelebeğinin bulunmayışı, yüksek basınç akümülatörü ve direkt yakıt püskürtme motorun verimliliğini arttırmaktadır. Direkt püskürtme (Direct injection/DI) yakıtı yanma odasına enjekte etmenin en kolay yoludur.

Bu prensibe göre enjektör, yakıtı doğrudan piston başı içerisindeki boşluğa doğru püskürtmektedir. Düşük yakıt tüketimi ve emisyonlar (kurum, N0x) DI sisteminin özellikleridir ancak, oldukça gürültülü çalışmaya neden olmaktadır. Direkt püskürtmeli dizel motorların tasarımında şu hususlar dikkate alınmaktadır:

  • Yakıt püskürtme sistemi,
  • Piston başındaki + yanma odası,
  • Silindir içerisindeki hareketlilik (ör. Türbülans),
  •  Emme portu ve manifoldunun tasarımı,
  • Strok/çap oranı,
  • Supap zamanlaması,
  • Turboşarj,
  • EGR,
  • Egzoz gazının atılması,
  • Yakıt kalitesi.

Direkt püskürtme sistemi kullanmayan dizel motorlar dahi daha fakir hava/yakıt karışımıyla çalışabilmeleri nedeniyle benzinli olanlara göre üstün yakıt ekonomisine sahiptir. Üretilen güç biraz daha düşük olsa da, hafif veya kısmi yük altında yakıt ekonomisi ön plana çıkmaktadır.

Dizel motorlarda üretilen gücün bir miktar düşük olmasının bir nedeni de, fazla yüksek kompresyon oranıdır. Bir yanda yüksek basınç ve ağır pistonlar devirli dönmeyi engellemekte, diğer yanda ise, güç yerine yüksek torka öncelik verilmektedir. Bu sorunun çözümlenmesi için, üreticiler turboşarj sistemini devreye sokmaktadırlar. Turbo’nun yüksek devir gücü, dizelin tork eğrisine çok uygun düşmektedir.

Sonuçta, günümüzün turbo-dizelleri, aynı kapasitedeki benzinli motorlarla aynı gücü üretirken, üstün düşük devir torku ve yakıt ekonomisi sunmaktadırlar. Gelişen dizel teknolojisinin önündeki en büyük sorun sis ve kuruma neden olan karbon veya HC partikülleridir. Ancak, benzinin sudan ucuz olduğu ABD’de Avrupa’nın tersine çok az dizel motorlu otomobil üretilmekte ve geleceğe dönük yatırımlar daha çok hidrojenle çalışan yakıt hücresi (Fuel-cell/FC) üzerine yapılmaktadır. Ancak, bir çok uzmana göre, FC teknolojisinin yakın gelecekte, konvansiyonel içten yanmalı motorların yerini alması biraz zor görülmektedir.

Çalışma Prensibi: Benzinle çalışan motorlar, silindire alınan hava miktarını ayarlamak için, gaz pedalıyla kontrol edilen gaz kelebeğini kullanmaktadır. Emilen havanın oranına bağlı olarak gereken miktardaki yakıt, enjektörler yardımıyla havayla karışmak üzere emme portlarına veya doğrudan silindirlere püskürtülmektedir. Bu karışım daha sonra bir buji tarafından ateşlenmektedir.

Dizel motorların çalışma prensibi ise çok daha farklı olup, hava/yakıt karışımı yanma odasının dışında hazırlanmamaktadır. Bu amaç doğrultusunda, yakıtın kompresyon zamanı sonunda, sıkıştırılmış (14/1-25/1) sıcak hava (700-900°C) içerisine doğrudan püskürtülmesi gerekmektedir. Bu şekilde karışımın kendi kendine ateşlenmesi sağlanır.

Dışarıdan herhangi bir ateşlemeye gerek olmaması, dizel prensibinin bir avantajıdır. Gaz kelebeğinin bulunmaması nedeniyle, hava miktarı, motor devri ve yükünden bağımsız olarak hemen, hemen aynı seviyede kalmaktadır. Motor gücü, püskürtülen yakıtın miktarıyla ayarlanır. Bu nedenle, dizel motoruna yakıt beslenmesi konusunda özel bir sisteme gereksinim duyulmaktadır. Yakıtın yanma odasında sıkıştırılmış olan hava içerisine basınç altında püskürtülmesi gerekmektedir.

Yakıt Püskürtme Sistemi: Sistem şu kısımlardan oluşmaktadır:

1), Yakıt pompası: Yakıtı yüksek basınçla enjektörlere yollamaktadır.

2), Enjektörler: Gereken miktarda yakıtın silindirlere püskürtülmesi görevlerinden sadece bir tanesidir. Diğeri ise, püskürtülen yakıtın dengeli bir şekilde dağıtımının sağlanmasıdır. Bu işlevin yerine getirilmesi enjektör memesinin tipine bağlıdır (ör: tek veya çok delikli). Yakıt pompasında oluşturulan yakıt basıncının enjektör içerisindeki yaylı bir iğneyi hareket ettirmesi hemen, hemen tüm tasarımların ortak yönüdür. Piezoelektrik teknolojisi ile üretilen tipler, konvansiyonel solenoidli olanlardan çok daha verimlidir (elektrik akımına tepki süresi, 0.1 milisaniyedir ve 4 kat daha hızlıdır). Pompanın basıncı belli bir değerin altına düşene kadar püskürtme işlemi devam eder.

3) Besleme pompası: Depodan yakıtı emerek yakıt pompasına ulaştırır.

4) Filtre: yakıt içerisindeki suyu ayırır.

5) Yüksek basınç borusu: Çelikten imal edilmiş olup yakıtı enjektörlere ulaştırır.

Püskürtme sisteminin 4 ana fonksiyonu bulunmaktadır:

1), Yakıtın beslenmesi: Dizel yakıt pompalarının sıralı dağıtıcı (in-line distributor type (eski tip) veya radyal/döner dağıtıcı (radial/rotary distributor type) tipleri kullanılmaktadır. Elektronik kontrollü olanlara ilaveten, tamamen farklı bir metotla çalışan yüksek basınç akümülaterlü (common-rail) tipler de hızla yaygınlaşmaktadır. Düz tip yakıt pompalarında her bir silindir için ortak bir kontrol çubuğu tarafından tahrik edilen pompa elemanı mevcuttur. Dağıtıcı tipler ise düz, olanların tersine, sadece tek bir pompa elemanına sahiptirler. Dağıtıcı plancır tarafından gerçekleştirilen döndürme ve kaldırma hareketleri sonucunda, gereken yakıt miktarı uygun silindire gönderilmektedir.

2) Yakıt miktarının ayarlanması: Emilen havanın miktarı, devir ve yüke bağlı olarak değişmektedir. Püskürtülen yakıtın miktarı değiştirildiğinde ve püskürtme zamanlaması sabit tutulduğunda, yakıt tüketimi grafikte görüleceği gibi etkilenmektedir. Motor tarafından üretilen güç, püskürtme miktarıyla doğru orantılı olduğundan, püskürtme miktarı gaz pedalının açısına göre ayarlanmaktadır. Püskürtme miktarının ayarlanması, pompa içerisindeki ayar mekanizması ve governör tarafından yapılmaktadır.

3), Püskürtme zamanlamasının ayarlanması: Ateşlemedeki gecikmeye bağlı olarak, yakıtın püskürtüldüğü, ateşlendiği ve yakıldığı nokta ile maksimum yanma basıncına ulaşıldığı nokta arasında bir süreye gereksinim vardır. Bu sürenin motor devriyle bir ilgisi bulunmadığından, püskürtme zamanlamasını ayarlamak veya değiştirmek için bir zamanlayıcı (timer) kullanılmakta ve değişen devire göre en uygun yanma elde edilmesini sağlamaktadır.

4), Yakıtın atomizasyonu: Pompa tarafından uygulanan basınç sonucunda, yakıt enjektörlerden atomize olmuş bir halde yanma odasına püskürtülmektedir. Bunun sonucunda yakıt, havayla karışarak ateslenebilir hale gelir. Yakıtın atomizasyonunun dengeli olarak yapılabilmesi çok önemli olduğundan, özel emme supapları, ön-yanma/ateşleme odaları (pre-combustion chamber) veya diğer sistemler yardımıyla karışımın türbülans hareketi yapması sağlanmaktadır. Özellikle otomobillerde kullanılan dizel motorlarda ön-yanma odaları çok sık uygulanmaktadır.

Yanma odasının üzerinde ve silindir kapağında bir boşluk olarak tasarlanan bu bölge, yakıtın püskürtülerek, yanmanın başlatıldığı yerdir ve yanma odasına bir boğazla bağlanmıştır. Ön-yanma odası DI püskürtmenin sert çalışma özelliğini yumuşatsa da, boğaz kısmında meydana gelen akış kaybı nedeniyle, yakıtın türbülans hareketiyle döndürüldükten sonra yanma odasına gönderildiği bir türbülans odasına sahip sistemlerin ilk amacı, yakıt ekonomisidir. Daha geniş bir boğaza sahip olan bu sistemlerde meydana getirilen türbülans ile, yanmamış yakıt ve hava partikülleri tamamen karıştırılmaktadır.

Benzinli motorlarda kullanılan elektronik kontrol sistemlerindekine benzer gelişmeler sayesinde dizel motorlarda da yakıtın hassas olarak püskürtülmesi sağlanmış hatta, başka çalışma parametreleri de ilave edilmiştir. Püskürtülen yakıtın miktarı, elektronik rölanti kontrol sistemi sayesinde, rölanti devrinin dış şartlardan etkilenmeden korunabilecek şekilde hassas olarak adapte edilebilmektedir. Daha da ileri bir gelişme sayılan, püskürtmenin elektronik kontrollü olarak başlatılmasında, elektronik frekans valfı aracılığıyla ideal hale getirilen hassas ateşleme zamanlamasından yararlanılmaktadır.

Her şeyden önce, bunun emisyon kalitesi üzerinde olumlu etkileri vardır. İstenildiğinde kontrol sistemine, püskürtme miktarının, motorun ısınmasının veya egzoz gazı dolaşım sisteminin (EGR) kontrolü ilave edilerek, tam elektronik dizel kontrolü haline getirilebilir. Bazı dizel motorlarda, soğuk havalarda, kompresyon işleminin silindirdeki havayı, ateşlemeyi sağlayacak yeterli ısıya ulaştıramadığı durumlarda, kızdırma bujileri (glow-plug) kullanılmaktadır.

Kızdırma bujisi, elektrikle ısıtılan bir tel olup, motorun soğukta çalışmasını kolaylaştırmaktadır. Kısa bir çalışma süresinden sonra ısınan motor, kızdırma bujisi olmadan da ateşlemeyi yapabilecek düzeye ulaşır. Günümüzde kalem tipi kızdırma bujileri kullanılmaktadır ancak, büyük motorlarda pek tercih edilmezler.

Yorumu Gönder