Otto ve Dizel Motorların Farkları
Transkript
Otto ve Dizel Motorların Farkları
Otto ve Dizel Motorların Farkları “İçten Yanmalı Ve İçten Patlamalı Motorlar Arasındaki Verim Farkları” Osman Saygıner - osman@sayginer.com - www.sayginer.com Otto döngülü motor, 1876 yılında Nikolaus August Otto tarafından keşfedildi. Döngüsünde dört aşama bulunduğundan dolayı ‘dört evreli motor olarak da biliniyor. Benzine dayalı bu motor düşük verimli olduğundan, 1892 yılında Rudolf Diesel, motorine dayalı ve daha yüksek verime sahip, kendi adıyla anılan motoru geliştirdi. Bunların her ikisi de ‘içten yanmalı veya ‘içten patlamalı. Dolayısıyla, önce sorunuzda bir düzeltme yapmak gerekiyor: ‘İçten yanmalı veya ‘içten patlamalı ifadeleri eşanlamlı olarak kullanılıyor. Yani, ‘otto ve ‘diesel motorların her ikisi de, diyelim ‘içten patlamalı veya bu motorlar, ‘içten patlamalı motorların iki türünü oluşturuyorlar. Bu durumda sorunuzu şu şekilde düzeltmek gerekiyor: İçten patlamalı benzin (otto) ve içten patlamalı dizel (diesel) motorları arasındaki verim farkının nedeni nedir?... İçten patlamalı bir motorda bilindiği gibi, sıvı bir yakıt, silindir hacmi içerisine enjekte edildikten sonra, silindir yüzeyinin sıcaklığı nedeniyle buharlaşıyor. Yakıt buharları, bu arada açılan emme vanasından alınan havayla karıştırılıp sıkıştırılıyor. Sıkışmanın belli bir aşamasında bu karışım; benzinli motorlarda bir kıvılcımla, dizel motorlarda ise sıkışmanın etkisiyle; kimyasal tepkimeye girerek patlıyor. Böylelikle, başlangıçtaki yakıt karışımının içerdiği kimyasal enerji, ısı enerjisine; patlayan karışımın genleşirken piston üzerinde yaptığı iş sayesinde de, mekanik enerjiye dönüştürülmüş oluyor. Daha sonra, yanma ürünleri bir çıkış vanasından dışarı atılıp, döngü yeniden başlatılıyor. Motorun termodinamik verimi, elde edilen mekanik enerjinin, silindirde açığa çıkan ısı enerjisine oranı olarak tanımlanıyor. Öte yandan, dizel ve benzin yakıtları arasında önemli bazı farklar var. Dizel yakıtı oluşturan moleküller, benzindekilere oranla daha uzunlar ve daha fazla sayıda karbon içeriyorlar. Tipik olarak; benzin C9H20, dizel yakıt C14H30 yapısında. Yani dizel yakıt benzine oranla daha kaba bir molekül yapısına sahip ve ham petrolden eldesi, daha az ayrıştırma işlemi (rafinasyon) gerektiriyor. Bu yüzden benzinden daha ucuz. Halbuki enerji yoğunluğu benzininkinden daha fazla. (Örneğin 1er litre dizel ve benzinin enerji içerikleri yaklaşık 40.8 ve 34.7 milyon joule kadar.) Dolayısıyla yakıt olarak benzine göre, iki yönden birden avantajlı. Öte yandan iri kıyım molekül yapısı, dizeli benzine oranla çok daha az uçucu kılıyor. Nitekim kaynama noktası, benzininkinden, hatta suyunkinden bile daha yüksek. Şimdi bir de dizel ve benzin motorları arasındaki farkı hatırlayalım: Bilindiği gibi, bir dizel motorda; önce hava silindirin içine alınıp, 14:1 ile 25:1 arasında yüksek bir oranda sıkıştırıldıktan sonra, dizel yakıt silindirin içine doğrudan ve ısınmış olan havanın üzerine püskürtülüyor. Sıkıştırılmış havanın sıcaklığı, dizel yakıtı ateşlemek için yetiyor. (motor soğuksa eğer, bir elektrikli rezistansın başlangıçtaki yardımıyla) Halbuki bir benzinli motorda, hava ile benzin; silindire girmeden önce (ya çok önce, bir karbüratör düzeneğinde, ya da emme aşamasından hemen önce, silindirin hemen dışında) karıştırılıp silindire öyle veriliyor. Bu karışım 8:1 ile 12:1 arasında bir oranda sıkıştırılıp, bujiden kaynaklanan bir kıvılcımın yardımıyla ateşleniyor. Örneğin dakikada 6000 devirle çalışan bir motorda, saniyede yaklaşık 100 kere tekrarlanan bu kısa süreli döngü sırasında verimi düşüren ana etkenler şunlar: 1. Enjekte edilen sıvı yakıt tümüyle buharlaşmamış olabiliyor. 2. Emme vanasından alınan havanın miktarı, buharlaşmış olan yakıt miktarını tümüyle yakacak kadar oksijen içermeyebiliyor. 3. Hava ile buharlaşmış yakıt iyice, yani homojen olarak karışmamış olabiliyor. 4. Dolayısıyla yakıt buharlarının tümü, tam olarak yakılamıyor. 5. Yüksek sıcaklıktaki yanma ürünleri, içerdikleri ısı değerlendirilemeksizin, çıkış vanasından dışarı atılıyor. Bu etkenlerin, benzinli ve dizel motorlardaki etkinlik düzeylerinin farklı olması, dizel motorun daha yüksek verimle çalışmasına yol açıyor. Buradaki en önemli verimsizlik unsuru, emme vanasının açıklığı veya açık kalma süresi. Ki bu, buharlaşmış olan yakıta ne kadar oksijenin katıldığını belirliyor. Sıradan motorlarda bu süre, silindirdeki buharlaşmış yakıtın miktarını ve hacimsel dağılımını göz önünde bulundurmaksızın hep aynı kalıyor ve sabit periyodlarla tekrarlanıyor. Bu verimsizlik unsurunu zayıflatmak amacıyla, yeni motor tasarımları, vananın açık kalma süresini bilgisayar kontrollü olarak yapıyor. Halbuki ‘dıştan patlarlı, örneğin buhar kazanlı bir motorda, yakıtın iyi karıştırılıp tam yanmasının sağlanabilmesi için gereken zaman esnekliği ve manevra sahası var. Öte yandan, sıcak yanma ürünlerinin ısıl enerjisi, hemen tümüyle değerlendirilebiliyor. Dolayısıyla, yukarıdaki verimsizlik unsurları büyük oranda ortadan kaldırılabiliyor ve içten patlarlı motorlara oranla daha yüksek verimler başarılabiliyor. Kaynak http://biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz/index.php?ka tegori_id=4&soru_id=2976