Otto Çevrimi (Benzin) ve Dizel Çevrimi

Benzinli ve dizel (çevrimi) motorlar arasındaki farklar araçlarla ilgilenen çoğu kişi tarafından en azından birkaç cümleyle açıklanabilecek şekilde bilinmektedir. Örneğin herkes benzinli motorların içten yanmalı olduğunu ve dizel motorların patlamalı olduğunu bilir. Fakat bu yazımızda bu motor türlerinin enerji üretme prensipleri ele alınmıştır.

Araçlarda kullanılan motor çeşitleri temelde ikiye ayrılır. Bunlar benzinli motorlar (otto çevrimi) ve dizel motorlardır (diesel çevrimi). Pratikte ikisi de birer standart hava çevrimleridir. Teorik olarak ikisi de yakıtlardan elde edilebilen kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye çeviren motorlar olarak tasarlanmıştır. Üretilen bu mekanik enerji pistonları silindirlerin içinde yukarı-aşağı doğru hareket ettirmektedir. Bu doğrusal hareket krank denilen bir yapı yardımıyla dairesel harekete dönüştürülerek aracın ilerlemesini sağlayan tekerleklere iletilir.

Bu çevrimleri ideal hale yaklaştırmak ve daha anlaşılabilir hale getirmek için bazı kabuller yapılır.

• Hava ideal gaz kabul edilir.
• Çevrim bir kapalı sistem olarak düşünülür
• Yanma işleminden sonra havanın mol sayısının değişmediği kabul edilir.
• Gazların molar ısılarının söz konusu sıcaklık aralığında sabit kaldığı kabul edilir.

Benzinli Motor (Otto Çevrimi)

Otto çevrimi, sabit hacimde yapılan bir standart hava çevrimidir. Bu çevrim benzin ve gazla çalışan içten yanmalı motorlarda kullanılır. Otto çevriminde ikisi adyabatik (ısı ve kütle değişimi olmama durumu) ikisi de sabit hacim olmak üzere dört işlem vardır.

Otto Çevriminde dört işlem şöyledir:

• Adyabatik Sıkıştırma

Silindirin içi hava ve yakıt buharı karışımı ile doludur. Pistonun ileri hareketi ile gaz tersinir adyabatik olarak V1 hacminden V2 hacmine kadar sıkıştırılır

• Yanma İşlemi

Silindir içindeki yakıt ateşleme (bujilerle) yapılarak yakılır. Yanma işlemi bir anda patlama şeklinde gerçekleşir. Bu nedenle işlem sabit hacimde yapılmış kabul edilir. Bu işlem sonucunda gazın basıncı maksimum bir değere erişir.

• Adyabatik Genleşme

Pistonun geri dönüşü ile gaz tersinir adyabatik olarak V2 hacminden V1 hacmine kadar genleşir. Bu işlem sırasında gazın iç enerjisi azalır ve iş elde edilir.

• Silindirin Boşaltılması

Piston başlangıç noktasına geldiğinde silindir içinde V1 hacminde gaz vardır. Çevre basıncından daha yüksek basınçlı olan bu gaz dışarı atılır. Bu işlem çevrimde gerçekleşmez. (egzoz). Bu nedenle Otto Çevrimi yarı açık bir çevrim olarak kabul edilir.

Diesel Çevrimi

Diesel Çevrimi de dört işemden oluşur. Bunlardan ikisi tersinir adyabatiktir. Yanma işlemi sabit basınçta yapılır. Egzoz gazlarının dışarı atılması işlemi ise sabit hacimde gerçekleşir.

Diesel çevriminde başlangıçta silindir içine yalnızca hava alınır. Bu çevrimde sıkıştırma oranı Otto çevrimine göre çok yüksektir. Sıkıştırma sonunda hava sıcaklığı silindir içine yakıt püskürüldüğü zaman alev alacak kadar yükselir. Yani ayrıca bir yakma kıvılcımına (bujiye) ve  yakıt oksijen karışımını oluşturmak için karbüratöre gerek kalmaz.

Diesel Çevriminde birbirini izleyen dört işlem şöyledir:

• Adyabatik Sıkıştırma

Hava tersinir adyabatik olarak sıkıştırılarak hacmi V1 den V2 ye kadar düşürülür. Adyabatik sıkıştırma işleminde sıkıştırma oranı hacimsel olarak verilir. r=V₁/V₂

• Yanma İşlemi

Silindir içine yakıt püskürtülür. Yakıt, yanma sıcaklığının üzerindeki hava ile karşılaşınca derhal hava alır. Bu sırada basınç sabittir. Silindir içinde sabit basınca karşı hacim genişlemesi meydana gelir. Genişleme oranı V₃/V₂ dir.

• Adyabatik Sıkıştırma

(3) noktasında silindir içinde bulunan gazlar en yüksek sıcaklıktadır. Bu gazlar tersinir adyabatik olarak V₃ hacminden V₄ hacmine genişler.

• Gazların Dışarı Atılması

(4) noktasında gazlar dışarı atılır. Bu işlemde hacim sabit kalır. (V₄=V₁)

Dizel Motorlu Araçların Özellikleri

1- Dizel motorlar aksamlarının yapısından dolayı daha fazla ses çıkarmaya meyillidir.

2- Aynı kapasitedeki benzinli bir araçtan daha az güç üretebilirler.

3- Bunu dengelemek için turbo sistemi kullanırlar ve bu sistem otomobilin hızlanma sürecinde ufak gecikmelere sebep olabilir.

4- Benzinli araçlara göre daha pahalıdırlar.

5- Daha sık ve düzenli bir şekilde kullanılmaları gerekmektedir.

6- Düşük hızlarda daha az güç üretirken daha fazla torka sahiptirler.

7- Motorları daha sık ve önleyici bakım gerektirir.

8- Petrol kullanımı olarak benzinli araçlara göre çok daha fazla verimlilerdir.

9- Daha fazla emisyon yayarlar.

Benzin Motorlu Araçların Özellikleri

1- Daha ucuzlardır.

2- Aynı hacimde daha yüksek güç üretirler.

3- Dizel motorlar gibi sık sık ve düzenli olarak kullanıma gerek duymazlar.

4- Daha az bakım görmeleri gerekir.

5- Benzin daha pahalı olduğu ve verimleri daha düşük olduğu için aynı KM için daha fazla bütçeye mal olurlar.

6- Kullanımı dizel motorlara göre daha rahat ve keyiflidir.

7- Düşük torkdan dolayı daha az yük kapasitesine sahiptirler.

8- Bu maddelere göre seçim yaparken; eğer sürekli uzun yol seyahatlerine çıkacak veya yük taşıyacaksanız dizel motorlar; şehir içinde kısa mesafelerde ama keyifli bir kullanım peşindeyseniz ise benzinli araçları seçebilirsiniz.

KAYNAK

Mühendislik Termodinamiği – Prof. Dr. Metin Gürü/ Prof. Dr. Hayri Yalçın

www.tech-worm.com