Dizel Çevrimi Nedir ? Dizel Motorlar Nasıl Çalışır ?

Günümüzde bir çok aracın çalışmasını sağlayan dizel motorlar dizel çevrimi ile çalışırlar. Bu yazımızda da bu çevrimi ve dizel motorların çalışma prensibini inceleyeceğiz.

Dizel Çevrimi Nedir ?

Dizel çevrimi sıkıştırma-ateşlemeli pistonlu motorlar olarak bilinen dizel motorların ideal termodinamiksel çevrimidir. İlk olarak 1890’larda Alman makine mühendisi Rudolf Diesel tarafından ileri sürülen CI (sıkıştırma-ateşlemeli) motorlar yapısı ve çalışma prensibi bakımından benzinli motorlara benzerlik göstermektedir.

Benzinli ve Dizel Motorlar Arasındaki Farklar

Buji-ateşlemeli motorlar olarak da bilinen benzinli motorlarda benzin-hava karışımı yakıtın kendiliğinden tutuşma sıcaklığına yakın bir değere kadar sıkıştırılır ve buji ateşlemesiyle yanma başlar. Dizel motorlarda ise başlangıçta pistona sadece hava girer ve bu hava motorin yakıtını tutuşturabilecek sıcaklığa kadar sıkıştırılır ve ardından yakıt bu sıcak havaya püskürtülerek yanma işlemi başlar. Benzinli motorlarda bulunan karbüratör ve bujinin yerine dizel motorlarda yakıt enjektörü vardır.

Benzinli motorlar dizel motorlara göre daha düşük sıkıştırma oranına sahiptir. Bunun en büyük nedeni de benzinli motorların sıkıştırma stroğu sırasında yakıt-hava karışımının kendiliğinden tutuşmasını sınırlamak için sıkıştırma oranı fazla yüksek tutulmaz. Dizel motorlarda ise sıkıştırma stroğunda sadece hava sıkıştırıldığından yakıt püskürtüldüğünde verimli bir yanma gerçekleşmesi için sıkıştırma oranı yüksektir (genellikle 12-24 arası). Dizel motorlarda kendiliğinden tutuşma olayının olmaması nedeniyle benzine vuruntu dayanıklılığını arttırmak için ilave edilen birçok katkı maddesi dizel yakıtına katılmaz. Bu da dizel yakıtının benzine göre daha ucuz olmasını sağlar.

Benzinli ve dizel motorlar pistonlu motorlar bilinir ve çalışma prensipleri benzerdir. Bunun hakkında ayrıntılı bilgiyi “Otto Çevrimi ve Benzinli Motorlar” adlı yazımızda derlemiştik. Dizel çevrimi ile Otto çevrimi arasındaki en önemli fark ise benzinli motorlarda sıkıştırma stroğunda sabit hacimde ısı girişi olurken, dizel motorlarda sabit basınçta ısı girişi olur.

İdeal Dizel Çevrimi

Dizel motorların çalışma prensibi açıklayan çevrim ideal dizel çevrimiolarak bilinir. Otto çevriminde olduğu gibi dizel çevrimi de 4 hal değişiminden meydana gelmektedir. Aşağıdaki basınç-hacim ve sıcaklık-entropi grafiklerinde bu hal değişim durumlarını görebilirsiniz.

1-2 : İzantropik (Sabit entropide) sıkıştıma işleminde entropi sabit kalırken, basınç ve sıcaklık artar hacim ise azalır.

2-3: Sabit basınçta ısı girişidir. Bu hal değişiminde basınç sabit kalırken, sıcaklık,hacim ve entropi artmaktadır. Çünkü bu hal değişiminde dizel yakıt sıkıştırılan sıcak hava üzerine püskürtülerek yanma işlemi başlamıştır.

3-4: İzantropik genişleme bu hal değişiminde piston genişler, entropi sabit kalır, sıcaklık ve basınç düşer hacim ise artar.

4-1: Sabit hacimde sistemden ısı çıkışıdır. Egzoz gazlarının dışarı atıldığı bu hal değişiminde ise hacim sabit kalırken entropi,sıcaklık ve basınç düşer.

Dizel Çevrimi Sıkıştırma Oranı ve Verimi

Bilindiği gibi dizel çevrimi de otto çevrimi gibi kapalı bir piston silindir düzeneği içerisinde gerçekleşir. Sabit basınçta sisteme verilen ısı miktarı ve sabit basınçta atılan ısı miktarları aşağıdaki formüller ile bulunabilir.

Yukarıdaki formülde u iç enerji, h entalpi, v özgül hacim, c öz ısı, T sıcaklık ve q değerleri de giren ve çıkan ısı değerlerini temsil ediyor.

Bu formüllere göre ise ideal Dizel çevrimi verimi aşağıdaki gibi ifade edilebilir.

Yanma işlemi sonundaki ve öncesindeki silindir hacimleri oranına ön genişleme oranı veya kesme oranı denir ve aşağıdaki gibi gösterilir.

Çevrimdeki 1-2 ve 3-4 durum değişimleri ve izantropik ideal gaz bağıntıları kullanılarak dizel çevrimi verimi aşağıdaki gibi ifade edilir.

Otto ve Dizel Motor Verimleri

Dizel motorlar önceki paragraflarda bahsettiğimiz gibi yüksek sıkıştırma oranına sahiptirler bu yüzden de benzinli motorlardan daha yüksek bir verime sahiptir. Ayrıca dizel motorlar genellikle benzinli motorlara göre daha düşük devirlerde çalışır ve hava yakıt oranı da daha yüksektir. Bu yüzden dizel motorlarda yanma daha iyi bir şekilde gerçekleşir.

Aşağıdaki grafikte standart dizel motorları için ortalama sıkıştırma oranlarını ve verimlerini görebilirsiniz.

Dizel motorlar, yüksek verime ve düşük yakıt maliyetine sahip olduklarından lokomotifler, güç jeneratörleri, büyük gemiler ve ağır vasıta taşıtları gibi yüksek güç düşük maliyet gerektiren alanlarda kullanılır.

Dizel çevrimi, dizel motorların oluşturulmasında ve veriminin arttırılmasında büyük rol oynamıştır. Günümüzde hala motor veriminin arttırılması için dizel çevrimi aktif olarak kullanılmaktadır.

Kaynak: Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik

Dizel çevrimi ile ilgili soru, görüş ve önerileriniz için bize aşağıdaki kısımdan yorum yazmayı unutmayın.