Diesel Motor Karakteristikleri DEN 322 Diesel Motor Karakteristikleri

Diesel motorlar Motor kullanıcısı açısından seçimi etkileyen faktörler: motor performansı yakıt tüketimi ve kullanılan yakıtın fiyatı motor gürültüsü ve hava kirliliği yaratan emisyonları motor maliyeti ve donanım masrafları motorun güvenilirliği ve dayanıklılığı, bakım gereksinimleri ve bunların motorun çalışma peryodunu ve işletme masraflarını nasıl etkileyeceği Motor performans ifadesi: motor işletme sahasında her devirde üretilen maksimum güç ve moment motor işletmesinin ekonomik ve ihtiyaçlara cevap veren devir ve güç bölgesi

Diesel motorlar Motor performans tanımları: Maksimum dizayn gücü: bir motorun kısa sürelerle çalışması sırasında üretilmesine izin verilen en yüksek güç Normal dizayn gücü: bir motorun sürekli çalışması sırasında üretilmesine izin verilen en yüksek güç Dizayn devri: normal gücün üretildiği krank mili dönme hızı

Diesel motorlar Havanın belirli bir oranda sıkıştırılması sonucu oluşan sıcaklığın, yakıtın tutuşma sıcaklığından yüksek olduğu ilk makinanın patenti 1892 yılında Prof. Rudolf Diesel tarafından alınmıştır. Sıkıştırma ile yanma esasına göre çalışan makinalar Diesel motorları olarak isimlendirilmiştir. Çalışma prensibi Diesel motorlarda bir çevrim sırasında gerçekleşen olaylar: havanın emilmesi havanın sıkıştırılması yakıtın püskürtülmesi dolgunun ateşlenmesi ve yanması gazların genişlemesi egzost gazlarının atılması

Diesel motorlar Pistonlu motorların bir çevrimindeki olaylar makinanın dizaynına bağlı olarak pistonun iki veya dört strokunda tamamlanır. Strok deyimi pistonun silindir içinde gidebileceği en üst nokta ile en alt nokta arasındaki mesafedir. Bu noktalara sırasıyla üst ölü nokta (ÜÖN) ve alt ölü nokta (AÖN) adı verilir. Böylece iki stroklu bir makinada krank milinin bir tam devrinde, dört stroklu makinada ise iki tam devrinde bir çevrim tamamlanmış olur

Dört stroklu diesel motor ÜÖN Piston Silindir Egzost supapı Emme supapı Biyel Krank Yakıt enjektörü Strok AÖN Emme stroku (1) Sıkıştırma stroku (2) Güç stroku (3) Egzost stroku (4)

İki stroklu diesel motor Yakıt enjektörü Silindir Piston Biyel Krank Egzost portu Süpürme portu Püskürtme Egzost Süpürme Sıkıştırma

Silindir geometrisi AÖN : Alt Ölü Nokta ÜÖN : Üst Ölü Nokta Vc : boşluk hacmi Vd : deplasman hacmi B : silindir çapı L : strok l : biyel uzunluğu a : krank yarıçapı q : krank mili açısı ÜÖN AÖN L B s l a q Vc Vd Sıkıştırma oranı, rc Deplasman hacmi, Vd Ortalama piston hızı, Sp N, krank mili dönme hızı

Fren momenti ve gücü Moment bir motorun iş yapma yeteneğidir, güç ise işin yapıldığı hızdır. Dinamometre ile ölçülen motor gücü, fren gücü veya efektif güç olarak isimlendirilir. Bu güç, motor tarafından sevkedilen kullanılabilir güçtür. b F Yük Rotor Stator N Motor tarafından etkiyen moment: Motor tarafından üretilen ve dinamometre tarafından absorbe edilen güç, moment ile açısal hızın çarpımına eşittir: SI birim sisteminde:

İndike iş ve güç Silindir içindeki gazların pistona olan iş transferi indike iş olarak isimlendirilir. Silindir basıncı ve karşılık gelen silindir hacmi bir P-V diyagramı halinde çizilerek genişleme ve sıkıştırma eğrileri arasında kalan alan entegre edilerek hesaplanabilir. İndike güç: Burada nR, her güç stroku için krank mili dönme sayısıdır

Ortalama efektif basınç (mep) Moment bir makinanın iş yapabilme yeteneği için değerli bir ölçü olmasına rağmen motor büyüklüğüne bağlıdır. Daha faydalı göreceli motor performans ölçüsü, çevrim başına elde edilen işi çevrim başına deplase edilen silindir hacmine bölünmesi ile elde edilir. Bu parametreye ortalama efektif basınç denir. Ortalama efektif basınç, imep SI birim sisteminde: Güç için indike veya fren değeri kullanılarak, imep veya bmep ifade edilebilir.

Özgül yakıt tüketimi (sfc) ve verimi Özgül yakıt tüketimi, birim güç çıkışı için motora gönderilen yakıt miktarıdır. Bir motorun verilen yakıtı iş üretmek için ne kadar verimli kullandığının bir ölçüsüdür. Burada, motora gönderilen yakıt debisidir. SI birim sisteminde: Pratikte sfc çoğunlukla, g/kWh olarak ifade edilir. Bir motorun veriminin ölçüsü, yakıt dönüşüm verimi olarak bilinir. Bir çevrimde üretilen gücün bir çevrimde verilen yakıt enerjisine oranı olarak tanımlanır. veya QHV, yakıtın kalorifik değeridir ve ticari hidrokarbon yakıtlar için 42-44 MJ/kg arasında değişir.

Hava-yakıt oranı ve Volümetrik verim Motor deneylerinde hem hava debisi, hem de yakıt debisi ölçülür. Bunların oranı motor işletme koşulları bakımından önemlidir. hava-yakıt oranı : yakıt-hava oranı : Bir motorun emme prosesi verimliliğinin ölçüsü olan parametre volümetrik verimdir. Volümetrik verim sadece dört stroklu motorlar için tanımlanmıştır. Emme sistemine havanın hacimsel akış hızının piston tarafından deplase edilen hacime bölünmesi ile elde edilir. Burada, ra,i giriş havası yoğunluğudur.

Performans parametreleri Güç için: Dört stroklu motorlar için volümetrik verim bağıntısı kullanılabilir: Güç için: Moment için: mep için: yazılabilir. Güç-mep için:

Performans parametreleri Türetilen bağıntılardan faydalanarak iyi motor performansı için: yüksek yakıt dönüşüm verimi yüksek volümetrik verim giriş havasının yoğunluğunu arttırarak belirli deplasman hacmindeki bir motorun güç çıkışının arttırılması motorda faydalı olarak yakılabilecek maksimum yakıt-hava oranı yüksek piston ortalama hızı istenir.

Yüksek devirli bir diesel motorun performans diyagramı Normal dizayn gücü (MCR)

Pervane yasası Efektif güç: Toplam direnç: veya: Pervane dönme hızı gemi hızı ile orantılıdır: Pervane momenti dönme hızının karesi ile orantılıdır: Pervanenin absorbe ettiği güç dönme hızının kübü ile orantılıdır:

Makina – pervane uyumu Makina ve pervanenin uyumu enerjinin korunumu prensibinin bir uygulamasıdır. N, dev/dak T, Nm Tahrik makinası momenti Yük momenti Denge noktası Makina tarafından üretilen güç, yükün absorbe ettiği güce eşit olmalıdır. Dönen bir mil aracılığıyla güç iletimi iki faktör ile karakterize edilir: devir hızı, (dev/dak) ve moment (Nm). Makinanın pervaneye doğrudan bağlandığı ve yataklar gibi enerji absorbe edecek elemanların olmadığı basit hali düşünelim. Makina ve pervanenin devri ve momentleri prensip gereği aynı olmalıdır. Makina ve pervanenin moment – devir karakteristiği çizildiğinde, bu eğrilerin kesiştiği nokta çalışma noktasıdır.

Makina yük diyagramları Bir diesel motorun efektif gücü, ortalama efektif basınç (pe, mep) ve krank mili dönme hızı (n) ile orantılı olduğu gösterilmişti. c diğer sabitler yerine kullanıldığında efektif güç: ile gösterilebilir. Sabit efektif ortalama basınç için: yazılabilir. Sabit hatveli bir pervane için pervane kanununa uygun olarak güç: ile ifade edilir. Kullanım kolaylığı bakımından makina ve pervanenin güç – devir karakteristikleri logaritmik eksenler kullanılırsa, genel olarak: yazılabilir. Dolayısıyla karakteristikler, y=ax+b, lineer fonksiyon ile gösterilebilir.

Gemi sevk çalışma noktaları Makina marjı (MP’nin %10’u) Deniz marjı (PD’nin %15’i) L1-L3, L2-L4 :sabit mep doğruları 2 :kirli tekne ve kötü hava pervane çalışma doğrusu 6 :temiz tekne ve iyi hava pervane çalışma doğrusu MP : belirlenmiş sevk noktası SP : servis sevk noktası PD : pervane dizayn noktası PD’ : alternatif pervane dizayn noktası LR : hafif çalışma HR : ağır çalışma dev/dak

Makina yük diyagramı Makina mil gücü, %A Makina devir hızı, %A A %100 referans noktası M dizayn gücü, MCR O optimizasyon noktası 1 : Optimizasyon noktasından (O) geçen pervane eğrisi 2 : kirli tekne ve kötü deniz şartlarındaki pervane eğrisi 3 : devir sınırı 4 : moment/devir sınırı 5 : mep sınırı 6 : temiz tekne ve sakin hava şartlarındaki pervane eğrisi 7 : sürekli çalışma için güç sınırı 8 : aşırı yükleme sınırı 9 : deniz tecrübesi devir sınırı 10 : sabit mep doğruları Makina devir hızı, %A