İçten yanmalı motor
İçten yanmalı motor, Motor gövdesinin içinde yer alan bir yanma odasında yakıtı ve havayı yakan ısı makinesi. (Basit tanımıyla, ısı makinesi, ısı enerjisini mekanik enerjiye çeviren bir makinedir.) Yakıtı, asıl hareket ettiricinin, yani mekanik hareketi yaratan aygıtın dışında yakan dıştan yanmalı motor (sözgelimi, buhar makinesi ve Stirling motoru) ile içten yanmalı motoru birbirinden ayırmak gerekir. Her iki temel motor tipi de sıcak, genleşen gazlar üretir; sonra bu gazlar, pistonları hareket ettirmek, türbin rotorlarını döndürmek ya da memeden basınçla çıkarken tepki ilkesine göre hareket oluşturmak için kullanılabilir.
Otomobillerin, teknelerin, çim biçme makinelerinin ve ev jeneratörlerinin çoğuna güç sağlamakta kullanılan içten yanmalı gitgel hareketli motoru pek çok kişi görmüştür. Ateşleme yöntemine bağlı olarak, içten yanmalı gitgel hareketli motorun iki çeşidi vardır: Kıvılcımla ateşlenen motor, sıkıştırmayla ateşlenen motor. Kıvılcımla ateşlenen motorda, yanabilir yakıt ve hava karışımını bir kıvılcım tutuşturur; sıkıştırmayla ateşlenen motorda yüksek basınçla sıkıştırılan yanma odasındaki havanın sıcaklığı artar ve püskürtülen yakıtı kıvılcım olmaksızın tutuşturur. Dizel (diesel) motoru, sıkıştırmayla ateşlenen bir motordur. Bu maddede, kıvılcımla ateşlenen motor üstünde durulacaktır.
TARİHÇE
İçten yanmalı motor Alman mucitleri tarafından geliştirilmiştir: Nikolaus Otto, bu tür ilk motoru yaptı ve patentini aldı (1876); Kari Benz, gücünü böyle bir motordan alan ilk otomobili yaptı (1885); Gottlieb Daimler, ilk yüksek hızlı motoru (1885) ve karbüratörü tasarladı; Rudolf Diesel, 1892'de, sıkıştırmayla ateşlenen motoru (dizel motorunu) buldu.
ÇALIŞMA İLKESİ
İçten yanmalı gitgel hareketli motorun çalışması ya dört zamanlı ya da iki zamanlı çevrime göre olur (zaman, pistonun motor içindeki bir kesintisiz hareketidir).
"Otto çevrimi" adı da verilen dört zamanlı çevrimde, silindir içindeki pistonun aşağı doğru hareketi, kısmi bir vakum oluşturur. Yanma odasında bulunan supaplar, krank miline bağlı bir eksantrik (kam) milinin hareketiyle denetlenir. Dört zaman, diziliş sırasına göre, emme, sıkıştırma, güç iletme (iş) ve atma (egzoz) diye adlandırılır. Birinci zamanda, atma supabı kapanırken emme supabı açılır; atmosfer basıncının zorlamasıyla odaya gaz ve hava karışımı dolar. İkinci zamanda, piston yukarı doğru çıkarken, emme ve atma supapları kapanır; karışım, normal atmosfer basıncından (1 kg/cm²'den) 4,9-8,8 kg/cm² basınca kadar sıkıştırılır. Üçüncü zamanda, sıkışmış durumdaki karışım (ya kıvılcımla ya da sıkıştırmayla) ateşlenir; yanmanın ürettiği ısı, gazların silindir içinde genleşerek pistonu aşağı itmesine neden olur; piston kolu, oluşan gücü pistondan krank miline aktarır; krank mili, gitgel hareketini (başka bir deyişle, yukarı-aşağı ya da ileri-geri hareketi) dönel harekete çevirir. Dördüncü zamanda piston yukarıya çıkarken atma supabı açılır ve yanmış gazlar dışarı atılır; böylece, silindir yeni bir çevrime hazırlanır.
Kıvılcımla ateşlenen iki zamanlı içten yanmalı motorlarda emme ve sıkıştırma işlemleri ile güç iletimi ve atma işlemleri tek zaman halinde birleştirilir.
MOTORUN ALTSİSTEMLERİ
Gitgel hareketli içten yanmalı motorda ateşleme, yakıt besleme, soğutma ve egzoz sistemleri gibi bazı altsistemler vardır.
Ateşleme sistemi. Kıvılcımla ateşlenen motorun ateşleme sistemini oluşturan öğeler, kıvılcım üreten buji, bujiyi distribütöre bağlayan kablo ve kıvılcımı doğru zamanda doğru silindire gönderen distribütördür. Distribütör, düşük voltajlı enerjiyi yüksek voltajlı enerjiye çeviren bir bobinden ya da manyetodan, yüksek enerjili kıvılcım alır.
Bazı ateşleme sistemlerinde günümüzde, geçmişte kullanılan platin sistemine göre genellikle daha verimli olan ve daha az sorun çıkaran elektronik devreler kullanılmaktadır. Ateşleme sistemlerinin çoğu, akü ya da manyeto biçiminde bir dış elektrik kaynağı gerektirir. Yakıt besleme sistemi. Kıvılcımla ateşlenen motorlarda, yakıt ile havayı karıştıracak bir sistem gereklidir. Bu, ya bir karbüratör ya da yakıt püskürtme (enjeksiyon) sistemi olabilir. Karbüratör, yakıtı çok küçük parçacıklara ayırarak motora giren havayla karıştırır. Sonra bu karışım, yanma odasına doğru giderken emme manifoldunda buharlaşır. Yakıt püskürtme sistemi, denetimli bir sis halinde yakıtı havanın içine püskürtür; bu işlem ya emme manifoldunda ya da her silindirin emme supabının ya da supaplarının hemen önünde gerçekleştirilir.
Hem karbüratörler, hem de yakıt püskürtücüler, çok farklı hava sıcaklıklarında, motor hızlarında ve yüklerinde, doğru yakıt- hava karışımı oranını korur; bu oran, yaklaşık on beş kısım havaya bir kısım yakıttır. Yakıt püskürtme sistemi, yükseklik değişikliklerini de ödünleyebilmektedir.
Marş sistemi. İçten yanmalı motorlarda herhangi bir marş (ilk hareket) sistemi gereklidir. Küçük motorlar, genellikle, bir ip çekilerek ya da bir kola ayakla basılarak çalıştırılır. Daha büyük motorlarda, sıkıştırılmış hava ya da elektrikli marş sistemi kullanılabilir. Elektrikli marş sisteminde, motor çalışmaya başlayıncaya kadar krank milini döndüren bir marş düzeneği (yüksek torklu bir elektrik motoru) vardır. Marş motorları, büyüklüklerine göre son derece güçlüdür ve yüksek akım (200-300 amper) kullanacak biçimde tasarlanmıştır. Büyük başlangıç akımları, akünün çabuk boşalmasına neden olabilir; bu nedenle, genellikle ağır iş tipi bir akü kullanılır. Solenoyit denilen ve düşük voltajlı şalterle harekete geçirilen bir elektrik anahtarı, bu bağlantıyı keser. Bu yolla, ateşleme anahtarı, marş motorundan uzağa yerleştirilebilir; ama gene de marş motorunu açıp kapatabilir.
Soğutma sistemi. İçten yanmalı motorlar yüksek yanma sıcaklıklarında (kıvılcımla ateşlenen motorlar yaklaşık olarak 2 760 °C'ta, dizel motorlarıysa daha da yüksek sıcaklıklarda) çalıştıkları için, soğutma sistemi önemlidir; Soğutma sistemi olmasa, bu yüksek sıcaklıklar motorun birçok parçasına zarar verir ve eritirdi. Soğutma sistemi, temel olarak, yanma ısısını metale, suya ya da havaya dağıtır ve sıcaklığı otomatik biçimde düzenleyerek, motorun en elverişli sıcaklığı olan yaklaşık 93 °C'ta çalışmasına olanak sağlar.
Küçük çim biçme makinelerinde, motorlu testerelerde, elektrik jeneratörlerinde ve motosikletlerde yaygın olarak kullanılmasının yanı sıra, küçük arabalarda ve uçaklarda da kullanılan hava soğutmalı motorların soğutma sistemi, genellikle hiç hareketli parça gerektirmez; bu nedenle de bakım gereksinmesi çok azdır ya da hiç bakım gerektirmez. Silindir kapağı (ya da en üst bölümü) ve silindir bloğu, kanatçıklı olarak dökülür; bu kanatçıklar, çevredeki havaya açık olan yüzeyi genişleterek, daha çok ısının yayılmasını sağlar. Çoğunlukla bir kapak ya da örtü yardımıyla, hava akımı kanatçıklara yönlendirilir. Motor güçlü hava akımından uzağa yerleştirilirse, bazen fan da kullanılır.
Su soğutmalı motorlarda, motor bloğunda su gömlekleri vardır. Silindirleri saran bu gömleklerde suyun sürekli dolaşımını sağlamak için, çoğunlukla santrifüj pompası kullanılır. Bu yolla, yüksek yanma ısısı silindir çeperinden alınarak dolaşan suya iletilir. Sonra bu su radyatörde soğutulur; böylece, sudaki ısı enerjisi, radyatörün daha soğuk olan çevre akışkanına aktarılır. Çevre akışkanı, motorun uygulanmasına bağlı olarak hava ya da su olabilir.
Egzoz sistemi. İçten yanmalı motorların egzoz (atık gaz) sistemi, yanmış sıcak gazların motordan etkili biçimde uzaklaştırılmasını sağlar. Bazı küçük motorlarda egzoz gazları doğrudan çıkarak atmosfere karışabilir. Büyük motorlardaysa, daha gürültülü oldukları için herhangi bir susturucu kullanılması gerekir. Çoğunlukla silindir biçiminde olan susturucunun içindeki düzenek, ses dalgalarını söndürerek, içerdikleri enerjiyi susturucunun içine dağıtır; atık gazları ondan sonra dışarı bırakır.
Motorun güç üretme kapasitesi, birçok özelliğe bağlıdır. Bunlardan biri, yanma odasının hacmidir. Piston ile silindirin büyüklüğü artırılarak ve silindir sayısı çoğaltılarak hacim büyültülebilir. Silindirler, doğru ya da sıralı olarak (arka arkaya), yıldız biçiminde (çember oluşturacak biçimde), V biçiminde (V harfi oluşturacak biçimde) ya da düz (karşılıklı) olarak düzenlenebilir. İçten yanmalı motorun başka bir türü olan Wankel motorunda hiç silindir yoktur; onun yerine, yanma odasında hareket eden bir rotor bulunur.
Aktarma. İçten yanmalı motorda, mekanik enerjiyi denetleyerek gerekli yere yönlendirmek için bir tür aktarma (iletim) sisteminin de bulunması gerekir; sözgelimi, otomobillerde, bu enerjinin itici tekerleklere yönlendirilmesi gerekir. Yüklü durumdayken bu motorlara ilk hareket verilemediği için, marş, sırasında motoru yükten "ayırmak" ve motor çalışma hızına ulaştığında yükü yeniden uygulamak için, aktarma sistemi kullanılır.