Gemi yakıt pompası ve enjektörü ana makine performansını direk olarak etkileyen iki önemli ekipmanlardır. Motordaki yanma kalitesi enjektörün verimli çalışmasına bağlıdır; bu da uygun otomasyonla ve optimum ateşleme zamanı ile oluşur. Kısacası bu yazımda sizlere gemi makinelerinin enerji üretimini sağlayan iki önemli unsur konusunda bilgilendirmeye çalışacağım.
Yakıt Pompası ve Enjektör Nedir?
Girişte, gemi yakıt pompası ve enjektörü yakıtı uygun zamanda ateşlemesi ile verimli çalışma etkeni olarak tanıttık. Burada bahsetmemiz gereken bir terim bulunuyor. Yakıtın silindirlere atomizasyon yolu ile püskürtülmesi işlemi. Peki atomizasyon nedir bu durumda?
Atomizasyon, yakıtın çok çok küçük parçacıklara ayrılması ve sıvı halinden kurtulup neredeyse gaz halini alarak, çok küçük zerreler haline gelmesi işlemidir. Böylece hava ile doğru oranda karışır ve yanma odasındaki yakıt parçacıklarının hızlı ve verimli bir şekilde yanmasını sağlar.
Yüksek yanma verimliliği için doğru ateşleme zamanı ile uygun atomizasyon şarttır.Silindire gönderilecek olan yakıtın püskürtme basıncı, enjektör tarafından kontrol edilir ve bu yakıtın miktarı ve zamanlaması yakıt pompası tarafından kontrol edilir. Bir yakıt enjektörünün bu ateşleme basıncı, üretici tarafından ayarlanan yay ayarına bağlıdır. Diğer yandan bir yakıt pompası, kem ve kemşaft konumuna göre çalışır. Ateşleme zamanlaması, kemşaft üzerindeki tırnaklar aracılığı ile düzenlenmektedir.
Ateşleme zamanı, üretici tarafından iki ve dört zamanlı motorlardaki kemşaft (eksantrik mili) hızı dikkate alınarak ayarlanır. Bir gemi yakıt sistemini anlamak için konuyu iki ana bölüme ayıracağız; gemi yakıt pompası ve enjektör.
Gemi Yakıt Pompası Çeşitleri
Bir gemi yakıt pompası ve enjektörü, dolayısı ile yakıt sisteminin tam olarak anlaşılabilmesi için, temel olarak gemi yakıt pompası nasıl çalışır sorusunun çok iyi şekilde cevaplanabilmesi gerekmektedir. Yakıt pompası temel olarak, ateşleme sırasına bağlı olarak doğru bir zaman aralığında yükten bağımsız olarak tüm silindirlere belirli miktarda yakıt püskürtmeye çalışır.
Enjektöre yüksek basınçlı yakıt sağlayan yakıt pompası; daha sonra silindire atomize yakıt enjekte etmek için valfi yay gerginliğine karşı açar. Denizcilik sektöründe kullanılan başlıca iki tip yakıt pompası vardır; Bosch tipi (püskürtmeli) ve common rail enjeksiyon sistemi.
Bosch Tipi (Püskürtmeli) Yakıt Pompası
Geleneksel bir deniz dizel motoru, yanma odasına yakıt enjekte etmek için bosch tipi püskürtmeli yakıt pompası kullanır. Hareketini kem şaft üzerindeki tırnaklardan alan, Plunger adı verilen tek pistonlu bir yapı içerir. Bu pistonun dönüş hareketinin tekrar aşağı yönlü olmasını sağlamak için, üst kısmına bir yay monte edilmiştir. Bu yay sayesinde plunger, düzenli olarak aşağı ve yukarı yönlü hareketi devam ettirmektedir.
Plunger, aşağı ve yukarı yönlü hareketini, barrel adı verilen bir yapı içerisinde yapmaktadır. Plunger üzerindeki helis kanalı, barrel içerisinden geçerek silindire enjekte edilecek yakıt miktarının kontrol edilmesine izin verir. Pistonun aşağı doğru hareketi ile hem emiş hem de püskürtme portları açılarak barrel içerisine yakıt dolması sağlanır. Şimdi, pistonun yukarı doğru hareketi ile, portlar plunger tarafından yüksek basınç oluşturarak püskürtme işlemine başlar.
Bu basınçta yakıt enjektörü discharge valfleri, yakıtı enjektörden püskürtebilmek için, enjektör içerisindeki yay tansiyonunu yenerek silindir içerisine yakıtı püskürtür. Bu aşamada yakıt püskürtme işlemi de plunger aşağıya inene kadar ve plunger üzerindeki helis kanalları tekrar kapanana kadar devam eder. Silindir içerisine gönderilecek olan yakıt miktarı, plunger üzerindeki helis açısı değiştirilerek ayarlanır.
Yakıt pompası içerisinde, üzerinde helis kanalı bulunan bu tek etkili pistonun dönme hareketi, yakıt pompasının index adı verilen dişli mekanizması aracılığı ile düzenlenir. Piston döndükçe, plunger üzerindeki sarmalın nispi konumu değişmeye başlar; bu da enjekte edilecek yakıt miktarını değiştirir. Pozitif sızdırmazlık sağlamak ve aşınmaları önlemek için bazı tasarımlarda ek çek valf tahliye vanası bulunur.
Püskürtme zamanlamasını değiştirmek için pistonun barrel içerisindeli etkin yüksekliğini değiştirmemiz gerekir. Pistonun yüksekliğinin barrel içinde artırılması yakıtın ilerlemesine yol açar; yüksekliğinin / konumunun düşürülmesi yakıt enjeksiyonunun gecikmesine neden olur. Püskürtme zamanının önemi, maksimum basınç, termal verimlilik ve genel yakıt verimliliği gibi pozitif değişimlerin ortaya çıkmasını sağlamaktadır.
Diğer taraftan da yakıt pompası içerisindeki pistonun ve barrelin hareketi aşırı titreşim ve şok yükü gibi olumsuz etkilere neden olur. Yakıt püskürtme gecikmesi sadece yanma sonrası korozyon, yüksek egzoz sıcaklığı, düşük termal verimlilik gibi bir dizi olumsuz etkiye yol açar. Değişken enjeksiyon Zamanlaması (Variable Injection Timing – VIT ) ile yakıt enjektörünün ilerletilmesi ve geciktirilmesi için uygun bir eşleşme elde edilir. Variable Injection Timing – VIT ile ilgili daha detaylı bilgi almak için önceki yazılarımı kontrol edebilirsiniz.
Common Rail Enjeksiyon Sistemi
Common rail enjeksiyon sistemi, yakıtın yüksek basınçlı bir yakıt hattı aracılığıyla enjekte edildiği bir yakıt püskürtme yöntemidir. Bu enjeksiyon yöntemi, kirliliği ve toplam yakıt tüketimini azaltmaya yardımcı olan optimize edilmiş, ideal bir yanma sağlar. Sistemin kendisi çok eski olmasına rağmen son zamanlarda önem kazanmaktadır. Her ünite için geleneksel püskürtmeli pompanın aksine; bu enjeksiyon yöntemi tüm silindirler için ortak bir yüksek basınç pompasına sahiptir.
Common rail yakıt sistemi çalışma prensibi konusunda kısaca bilgilendirme yapmamız gerekirse, yakıt tankında bulunan yakıt, düşük basınçlı besleme pompası ile yüksek basınçlı yakıt pompasına iletilir. Burada ortalama 1000-1500 bar basıncına çıkarılan yüksek basınçlı yakıt, common rail adı verilen yakıt manifolduna gönderilir. Her silindir için zamanlama ayarlaması ECU (Electronical Control Unit – Elektronik Kontrol Ünitesi) tarafından yapılan yakıt solenoid valfleri uygun zamanda sırası ile açılarak, zamanı gelen enjektöre yakıtın geçişine izin verir. Bu esnada sistemin tüm sıcaklık ve basınç kontrolleri de yine ECU tarafından kontrol edilir.
Gemi Yakıt Enjektörleri
Gemi yakıt pompası ve enjektörü konusunun bir diğer vazgeçilmez elemanı da yakıt enjektörleridir. Üst tarafta yakıt pompasının gemi yakıt sistemlerinde nasıl bir görev yaptığını öğrendik. Şimdi merak edilen diğer soru olan gemi yakıt enjektörleri nasıl çalışır sorusunu cevaplamaya çalışacağım.
Bir yakıt enjektörünün verimli şekilde çalışması demek, istenen ayar basıncında yakıtın silindirlerin içerisine püskürtülmesi demektir. Bu enjeksiyon basıncı üretici tarafından, çalışacağı dizel makinelere bağlı olarak ayarlanır. Bir yakıt enjektörü, meme ve gövde olmak üzere temel olarak iki ana parçadan oluşur. Meme ve enjektör gövdesi çiftler halinde yapılır ve yüksek basınçta çalıştıklarından dolayı, herhangi bir sızdırmazlık olmaması için çok hassas davranılır.
Bir yakıt enjektörü, yaylı valf kullanarak 500 bara kadar yüksek basınç elde edebilir. Yakıt pompasından gelen yüksek basınçlı yakıt yakıt enjektörü gövdesinin alt tarafına etki eder. Bu basınç belirli bir noktaya ulaştığında, iğne valfini yay gerginliğine karşı kaldırır; püskürtme yoluyla atomize yakıtın enjekte edilmesi. Enjeksiyon uygulaması, iğne valfinin oturma alanından basıncı önemli ölçüde azaltır; yakıt enjeksiyonunun durmasına neden olur.
Düşük devirli gemi makinelerinde kullanılan ağır yakıtlar, enjektörlerde tıkanmalara neden olabilmektedir. Bunun engellenmesi için, enjektörlere özel bir sirkülasyon hattı dizayn edilmiştir. Makinelerin stop edilmesi durumunda, ağır yakıtın enjektörler içerisinde donmasını engellemek için enjektör içi yakıt sirkülasyonunu sağlayan booster pompası kullanılmaktadır. Bazı gemi yakıt sistemlerinde ise, enjektörlerin ve enjektör memelerinin aşırı ısınmasını kontrol altında tutmak için enjeksiyon içerisinde su sirkülasyonu yapılarak, aşırı ısınmaların önüne geçilmektedir.
Gemi Yakıt Pompası ve Enjektörü Nasıl Çalışır?
Enjektör çalışma prensibi için aşağıdaki videoya bakabilirsiniz.
Yakın bir zamanda yayına alacağım gemi yakıt pompası ve enjektörü ile ilgili sorunlar ve çözümler konulu yazımızda ise, bu sistemlerde karşılaşılan sorun ve çözümlerini bulabileceksiniz.
Ayrıca sistem elemanlardan enjektör ve yakıt pompası detaylı bakım ve onarımlarına ilişkin videolar ile de burada yazılan bilgilerinizi pekiştirebileceksiniz.