Dizel motor, yüksek verim ve güç gerektiren araçlarda yaygın olarak kullanılan motordur. Dizel yakıtların benzinli yakıtlara göre daha ucuz olması sebebiyle tercih edilmesinin yanında ağır vasıtalarında, yük araçlarında dizel motorlar kullanılır. Yüksek oranda emisyon yayması sebebiyle birçok ülkenin terk etmeyi planladığı dizel motorların çevreye verdiği zararların minimuma indirilmesi için birçok sistem deneniyor. Ancak yakın gelecekte bazı ülkelerin dizel motorları yasaklayacağı gerçeği de otomotiv firmalarını kara kara düşündürüyor. Türkiye’de ise son 10 yılda dizel motorlu araç kullanımı yüzde 400 oranında artmış durumda. Hayatın bir parçası haline gelen dizel motorlar aslında nedir, makalemizden öğrenebilirsiniz.
Tarihçesi
Dizel motor, 1876 yılında Nikolaus Otto’nun benzinli motorun icadından 16 yıl sonra, Alman mühendis Rudolf Diesel tarafından 1892 yılında icat edildi. “Dizel çevrimi” olarak 23 Şubat 1893 tarihinde patenti alınan dizel motor, Rudolf Diesel’in petrole bağımlılığı azaltmak için kömürle çalışan motor icat etme çalışmalarını geliştirmesi sonucu ortaya çıktı. Kömürün yanması ile ortaya çıkan duman çevrede büyük sorunlar doğurdu. Bu sebeple Diesel, tasarladığı motorda değişiklikler yaparak farklı yakıtlar denedi. Geliştirdiği motorda ilk olarak biodizel (yer fıstığı yağı) yakıt kullanan Diesel, motorun tanıtımını 1900 yılında düzenlenen uluslararası bir fuarda yaptı.
Dizel Motorların Çalışma Prensibi
Dizel motorlar, “içten yanmalı” motor grubunda yer alır. Dizel motorların çalışma prensibi; “motor içindeki silindirde pistonun basıncı ile sıkıştırılan havanın (veya oksijen içeren bir gazın) basınçla yüksek sıcaklığa ulaştığı anda üzerine yakıt püskürtülmesi sonucu havanın alev alarak patlaması ve açığa çıkan enerji ve basıncın pistonu itmesi” şeklinde gerçekleşir. Yanma odasına ne kadar çok hava alınabilirse motor performansı o kadar artar. İyi atomize olmuş yakıtın yüksek oranda havaya karışması sonucu meydana gelen yanma işlemi dizel motorun maksimum tork (çekiş kuvveti) üretmesini sağlar.
Dizel motorların çalışma prensibini daha farklı ifadelerle şöyle anlatabiliriz:
Piston, silindirde en üst noktaya geldiği anda hava en yüksek basınca ulaşır. Sıkıştırılan havaya enjeksiyondan (atomizer meme) dizel yakıt (mazot) püskürtülür. Yanma odasında sıkışan havanın üzerine püskürtülen yakıt, sıcak basınçlı havayla birleştiği anda yanma ve patlama olayı gerçekleşir. Patlama sırasında yanan hava genleşir ve büyük bir basınç açığa çıkar. Bu basınç silindirin en üst noktasındaki pistonu aşağı doğru hızla iter. Pistonun bağlı olduğu piston kolu (biyel), itme hareketini motorun altında bulunan krank miline iletir. İtme hareketi krank milinde dönme momentine dönüşür. Bu hareket saniyede onlarca kez tekrarlanır. Her defasında bir silindire çekilen hava yandıktan sonra egzoz kanalları aracılığı ile dışarı atılırken, diğer silindirlerde de yanma ve egzoz işlemi devam eder. Motorda üretilen dönme hareketi debriyaj, şanzıman (vites kutusu) ve akslar aracılığı ile tekerlere kadar iletilir. Böylece aracın hareket etmesi sağlanır.
Turbo Şarj Sistemi
Dizel motorların hemen hemen tamamında “turbo şarj” sistemi kullanılır. Bu sistem, motor performansını yüzde 40 oranında artırır, yakıt tasarrufu sağlar ve egzoz emisyonlarını düşürür.
Şöyle ki; temiz havanın silindirdeki yanma odasına çekilmesi ve yanan havanın dışarı atılması “emme” ve “egzoz” kanalları (manifotlar) aracılığı ile gerçekleşir. Egzoz gazlarının dışarı atıldığı kanalların bir bölümünde “turbo şarj” adı verilen helezonik bir parça vardır. Motordan çıkan egzoz gazları, turbo türbin kanatçıklarını döndürerek, egzoz gazları dışarı atılır. Turbo şarjın kompresör kanatçıkları ise, dışarıdan temiz hava alarak basınçlandırır. Basınçlı hava, “intercooler” adı verilen bölümde havayı soğutarak silindirlere daha fazla hava girmesini sağlar. Soğuyarak yoğunlaşmış hava, yanma odasına gönderilir ve böylece motorun torku ve beygir gücü artar.
Dizel Motorlardaki Enjeksiyon Sistemi
Dizel motorlarda yakıt püskürten enjektörler, yakıt tasarrufu ve emisyon oranları için önemli bir parçadır. Enjektörler, yakıtı zerreler halinde atomize hale getirir ve girdap şeklinde yanma odasına veya ön odaya püskürtür. Dizel motorların en karmaşık parçası enjektörler, en karmaşık sistemi ise enjeksiyon sistemidir. Enjektörler yüksek ısıya ve basınca dayanıklı olarak üretilir. Enjeksiyon işleminin başlama zamanı, motor verimi için de çok önemlidir. Yakıt enjeksiyonunun (püskürtülme) zamanlaması yeni nesil dizel motorlarda elektronik sistemlerle yapılmaktadır. Böylece hem yakıt tasarrufu sağlanır, hem dışarı salınan gazın emisyon oranları düşürülür, hem de motorun verimi artırılır. Bu zamanlama, pistonun üst noktaya ulaşması, motor hızı ve motorun yükü ile bağlantılı olarak gerçekleşir.
Dizel motorlardaki yakıt enjeksiyonları “direkt” ve “endirekt” olarak iki türdedir. Direkt enjeksiyon, yeni nesil modern motorlarda kullanılır ve yakıt çok yüksek basınçlarda direkt olarak silindir içindeki yanma odasına verilir. Bu sistemde enjeksiyon işlemi tek seferde veya 2-5 seferde kademeli olarak uygulanabilir. Böylece daha yumuşak ve gürültüsüz bir yanma gerçekleşir. Bu tip motorlarda egzoz zamanında da az miktarda yakıt püskürtme işlemi yapılarak hidrokarbonların ve partiküllerin yakılması sağlanır ve emisyon oranları düşürülür. Yakıtın yüksek basınca ulaştırılması için hareketini eksantrik milinden alan basınç pompası kullanılır.
Endirekt enjeksiyonda ise, yakıt yanma odası dışında ön bir odaya verilir. Yanma işlemi başladığında yanma odasına aktarılır. Endirekt enjeksiyonlu dizel motorlarda gürültü ve titreşim daha azdır; ancak ısı kaybı ortaya çıktığından motor verimi düşer.
Dizel Motor Çeşitleri
Yeni nesil dizel motorlarda farklı teknolojiler kullanılabiliyor. Bu sebeple motorlar bazı çeşitlere ayrılıyor. Dizel motorların; Turbo Direct Injection (TDI), Common Direct Turbo Injection (CDTI) ve High Pressure Direct Injection (HDI) şeklinde üç çeşidi bulunuyor.
TDI: Turbo beslemeli, direkt enjeksiyonlu motorlardır. Yakıt direkt olarak yanma odasına püskürtülür. Bu motorlar, aldıkları enerjinin yüzde 45’ini enerjiye çevirebilir. Çevreci bir motordur.
CDTI: “Common rail” sistemini kullanan motorlardır. Bu sistemde yanma odasındaki hava-yakıt karşımı 1,5 katına kadar artırılabiliyor. Aynı zamanda motora ihtiyacı kadar yakıt gönderebilir. Böylece yakıt tasarrufu sağlar. Daha sessiz çalışırlar.
HDI: Yüksek basınçla çalışan bir motordur. Yanma odasına 1800 bara kadar basınçla yakıt gönderebilir. Bu sayede motor verimi artar. Çevreci motorlar arasında yer alır.
Dizel ve Benzinli Motorlar Arasındaki Fark
Pratikte dizel motorlar ile benzinli motorlar arasında ciddi bir fark yok. Her iki motor da kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye çeviren içten yanmalı motorlardır. İki motor arasındaki temel fark, yakıtlar ve yakıtların yanma işlemleridir. Her iki motor da dört zamanlıdır. Yani; emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz evrelerini gerçekleştirirler.
Dizel motorlarda buji ve karbüratör gibi parçalara ihtiyaç duyulmaz. Benzinli motorlarda hava ve yakıtın karıştırılması için karbüratöre, sıkıştırılan havanın yakılması için de kıvılcım üreten ateşleme parçası bujilere ihtiyaç vardır.
Dizel motorlarda basınç uygulanan hava veya gaz yüksek sıcaklığa ulaşır. Sıkıştırılmış sıcak havaya yakıt püskürtülmesiyle hava alev alır ve patlar. Yani dizel motorun doğal hareketi sırasında hava sıkıştırılır ve üzerine yakıt püskürtüldüğünde kendiliğinden yanar. Benzinli motorlarda yakıt ve hava karıştırıldıktan sonra silindire ulaştırılır ve daha sonra buji aracılığı ile yanma işlemi gerçekleşir.
Dizel motorlarda havaya uygulanan basınç, benzinli motorlarda uygulanan basıncın yaklaşık 20 ila 25 katıdır. Dizel motorlarda sıkıştırılan havanın sıcaklığı 500 ila 700 dereceye kadar ulaşır.
Benzinli motorlardan farklı olarak dizel motorlarda rastlanan bir sorun da soğuk havalarda yaşanıyor. Dizel yakıtları soğuk havalarda kristalleşerek jelimsi bir yapıya dönüşebilir. Bu sebeple enjektör, yanma odasına yakıtı etkili bir şekilde iletemez. Böylece motorun çalışması zorlaşır. Eski tip dizel motorlarda çok sık karşılaşılan bu sorunu aşmak için soğuk havalarda yakıt depolarının ısıtıldığı görüntüleri haberlerde çok görmüşsünüzdür. Yeni nesil dizel motorlarda ve dizel yakıtlarda bu sorunu aşmak için bazı sistemler geliştirildi. Yakıt hattı ve yakıt filtresi elektrikle ısıtılarak bu sorunun önüne geçilmesi sağlandı. Emme manifoltlarına yerleştirilen rezistanslar vasıtasıyla havanın ısıtılması da bu sorunu aşmak için uygulanan başka bir yöntem.
Dizel motorların benzinli motorlardan bir farkı da, dizel motorlarda emme sübabı olmamasıdır. Bu sebeple dizel motorların hızını kontrol etmek için bir üniteye ihtiyaç duyulur. Bu ünite, motora gelen yakıtı kontrol altında tutarak motor hızını sınırlar. Yeni nesil dizel motorlarda elektronik kontrollü, benzinli motorların sistemine benzeyen hız kontrol üniteleri kullanılıyor. Elektronik hız kontrol ünitesi, çeşitli algoritmalar, kalibrasyonlar, sensorlar ve hidrolik valfler vasıtasıyla yakıt miktarını ve yanma zamanlamasını ayarlar ve motor hızını kontrol altında tutar.
Dizel motorlarda benzinli motorlara oranla doğaya emisyon oranları yüksek gazlar yayılır. Dizelde yanma işlemi homojen yani tam olarak yapılmadığından doğada sera etkisi olan gazlar daha çok yayılır. Dizel motorlarda yanma işleminin kalitesi arttıkça emisyon oranları düşerek motor verimi artmaktadır. Bunun için yeni teknolojiler kullanılarak yeni sistemler geliştirilmektedir.
Benzinli motorlarla dizel motorlar arasındaki bazı farkları kısaca maddeler halinde sıralayalım:
- Dizel motorlarda sıkıştırılan hava yakılır, benzinli motorlarda hava-yakıt karışımı yakılır.
- Dizel motorlar güçlü, benzinli hızlıdır. Yani; dizel motorlar daha fazla tork üretir, benzinli motorlar kısa sürede hızlanabilir.
- Benzinli motorlar dakikada 9000 devir yapabilirken, dizel motorlar dakikada 5000 devire ulaşabilir.
- Dizel motorların 100 kilometrede tükettiği yakıt, benzinli motorların tükettiği yakıttan daha azdır.
- Dizel motorların parçaları daha ağır ve dayanıklıdır. Bu sebeple maliyetleri daha fazladır.
- Kamyon, TIR, otobüs, iş makineleri, trenler, vinçler, gemiler, traktörler gibi güç gerektiren araçların motorları dizeldir.
- Dizel motorlar daha gürültülü ve titreşimli çalışır.
- Benzinli motorlarda yanma işlemi direkt olarak buji tarafından gerçekleştirilir; dizel motorlarda enjeksiyonlar yanma odasına yakıt püskürterek yanma işlemine dolaylı olarak katılır.
- Dizel yakıtı (mazot), benzinden daha ağırdır, daha yavaş buharlaşır, daha yağlıdır, daha fazla karbon içerir, daha fazla enerji üretir.
- Gaza basıldığında; dizel motorlarda enjektörlerin açık kalma süresi artırılır, benzinli motorlarda karbüratördeki yakıt-hava karışımı artırılır.
Bunları Biliyor Musunuz?
- Türkiye’de ilk yerli dizel motor, Mart 2017 tarihinde Tümosan fabrikalarında üretildi.
- Kara ve deniz yük taşımacılığın yüzde 95’i dizel motorlu araçlarla yapılır.
- Dizel motorlarda biyodizel, doğalgaz ve bitkisel yağlar gibi alternatif yakıtlar kullanılabilmektedir.
- Şimdiye kadar üretilmiş en verimli motorlar, dizel motorlardır. Yani, alınan enerjiden üretilen enerjinin en yüksek orana ulaştığı motorlardır.
- Yılda 20-30 bin kilometrelik yol kat edilmiyorsa dizel araç kullanmak ekonomik olarak mantıklı değildir.
- Fransa, 2020 yılından itibaren dizel motorlu araçları yasaklamayı planlıyor.
- Türkiye’de dizel motorlu araç kullanımı son 10 yılda yüzde 400 oranında arttı.
- Türkiye’de yaklaşık 4 milyon adet dizel motorlu araç bulunuyor.