Bilindiği gibi, bir tekne suyun kaldırma kuvveti sayesinde yüzer. Bu kuvvet, teknenin varlığıyla yer değiştiren, taşan (yani 'deplease' olan) suyun ağırlığına eşittir. bu bakımdan bir teknenin yüzebilmesi için taşırdığı suyun ağırlığından daha ağır olması gereki ki kaldırma kuvveti yetersiz kalıp tekne batmasın.
D.E.Ü. Deniz Bilimleri ve Teknolojisi Enstitüsü Amatör Denizci ve Yat Kaptanı Yetiştirme Kursu Ders Notları
Tekneler sadece suda yüzdürülmek gereğiyle yapılmış olasalardı, formları neredeyse birbirinin aynı gibi olabilirdi. Aralarındaki farklar sadece boyutları ve yapım malzemelerinden ileri gelebilirdi. Fakat teknelerin su yüzeyinde kalmanın, yüzmenin dışında da amaçları vardır. Su içinde hareket de edebilmelidirler. Ve bir kere hareket etmeye başladıklarında ise, doğanın birbirinden karmaşık kuralları, karmaşık işbirliği içinde tekneye etkimeye başlar. İşte bu karmaşık etkileri karşılamaya çalışan insanoğlu, tarih boyunca birçok tekne biçimi yaratmaya çalışmıştır. Biz de burada bir giriş olması amacıyla tekne formlarına ilişkin iki önemli tanımdan ve bunların motor seçimine olan etkilerinden söz edeceğiz.
Deplasman Tekneleri
Önündeki suyu itip ilerleyen bir deplasman teknesi hiçbirimize yabancı gelmiyor olsa gerek. İşte deplasman tekneleri, bir-iki kişiyi taşıyabilecek bir sandaldan veya bir işkampaviyadan tutun da deplasmanı bir milyon ton olan bir süper tankere kadar geniş bir yelpazeye yayılmışlardır. Bizim ilgi alanımıza giren tekneler bu yelpazenin oldukça aşağı kısmında kalmakla birlikte, boyutlarına göre orantılandığında oldukça tehlikeli denizli havalarda baş etmek zorunda kalmaktadırlar. Bu bakımdan bir teknenin denizciliği de az önemsenecek unsurlardan değildir.
Deplasman tekneleri yuvarlak sintine dönümlerine sahiptir (hemen burada, kanal gemileri gibi tek çeneli veya iki çeneli deplasman tekneleri de olduğunu belirtelim). Balıkçı gemilerini, can filikalarını, yük taşımacılığında bütün ticari tekneleri, büyük motoryatları gözünüzün önüne getirin. Birçok biçim ve boyuttaki deplasman tekneleri, kullanıcılarına her hizmeti sunmaya hazır gibidirler, yüksek hız dışında.
Deplasman teknelerine yönelik gerçekçi bir hız tahmini yapabilmek için aşağıdaki formülden yararlanılabilir.:
Hız [Knot]=1.4x(Suhattı boyu [ft])üssü½
Yani eğer hızlı bir tekne istiyorsak , boyu uzun bir tekne yapmak zorundayız. Teknemizin eni dar ise suyun içinde geniş teknelere nazaran daha rahat ilerleme olanağı bulur.
Burada söylediğimizin aksine, ileride de sözünü edeceğimiz gibi kayıcı tekneler ise kayıcı yüzeylerinin bitiminde geniş bir kıç yapısına sahiptirler. Böyle geniş bir kıç yapısı deplasman tekneleri için pek akılcı değildir. Çünkü tekne ilerlerken çok fazla sürüklenme oluşturur. Bununla birlikte birçok motor teknesi geniş bir kıça sahiptir. Çünkü böyle bir form belli bir boyda ve yapılan masrafta kullanılacak en fazla hacmi sağlarken özellikle yalpa hareketi için iyi bir denizcilik özelliği de vermektedir.
Motorlu teknelerde çoğunlukla bu tekne formlarını tercih etmekteyiz. Daha önce de bahsettiğimiz gibi bu tekneler ilerledikçe önlerindeki suyu iterler ve bu itiş sonucunda büyüklüğü tekne hızıyla artan dalgalar oluştururlar. Yine de belli bir formdaki tekneyi belli bir hızla yürütebilmek için gerekli gücü hesap edebilmek son derece karmaşıktır. Hele bir de bu güce etkiyen bütün etmenleri göz önüne almaya kalkarsak. İşte bu zorlu problemi çözmeye uğraşmak tekne tasarımcılarının işidir aslında.
Aşağıdaki şekilde motorlu teknelerin V/√L =1.34 değerinde ve boyu ifade eden "L" simgesinin de 25 [ft] / 40[ft] aralığındaki güç gereksinimleri anlatılmaktadır. Buradaki üç eğri ağır, orta ve hafif deplasman teknelerine karşılık gelmektedir.
Bazı teknelere ise gereksindiği gücü tespit etmek amacıyla tank testleri yapılır. Bu testler sonucunda direnç eğrileri elde edilir. Teknenin direnci bu şekilde elde edildikten sonra aşağıdaki formül yardımıyla "etkin beygir gücü" (ehp) dediğimiz değere ulaşabiliriz:
ehp=direnç(pounds) x hız(knot) x 0.0031
ehp/bhp oranı da gemiyi sevk edecek motor gücünün oransal değerini de verir ki buna da biz "sevk katsayısı" adını veriyoruz. Bu katsayı tekne hızına ögre değişecektir, fakat pervanedeki kayma nedeniyle oluşan kayıp, devir düşürücüdeki kayıp gibi nedenlerle nadiren %50'nin üzerine çıkar.
Örneğin, 30 [ft] (9.1 [m]) boyundaki, 6 tonluk bir teknenin V/√L =1.34'deki gereksindiği güce bakalım. Bu değerin ton başına 62 [lbs], yani toplam olarak 62x6=372 [lbs] olduğunu buluruz. Buradan da ehp=372x7.4x0.0031=8.53[lbs] değerini elde ederiz. Eğer sevk katsayısı 0.4 olarak kabul edilirse (ki bu değer bu tip ve boyuttaki tekneler için tipik bir değerdir) bhp=21.3 olarak bulunur. Bulduğumuz bu değerin sakin suda temiz bir karinayla gereksinim duyduğumuz bir motor gücü olduğunu unutmamalıyız. Oysa pratikte bize, aşırı yükleme koşullarını da dikkate aldığımızda daha büyük bir motor gerekeceği açıktır. Yani hesabımızı şöyle bir 30 [hp]'ye bağlamak uygun olur görüşündeyiz.
Eğer V/√L =1.34 değerini dikkate alsaydık, yani seyrimizde 7.4 yerine 7.5'lik bir hızı hedefleseydik, teorik bhp değerimiz sadece ondalık bir hız artımıyla zaten 21'den 30'a çıkıverecekti. Bu da bir deplasman teknesini dikkatle seçilmiş belli bir hızın üstünde sevk ettirmeye çalışmanın maliyetlere ne denli acımasızca yansıdığını göstermesi açısından ibret vericidir.
Kayıcı tekneler
Deplasman teknelerinden uzunca bir süre sonra kayici tekneler tarih salınesine çıkmışlardır (1950'lerin ortasında). Tasarımları, bakım ve tutumları, işletmeleri ileri teknolojinin nimetleriyle gerçekleştirilmiştir, gerçekleştirilmektedir. Formlarının, çizgilerinin geliştirilmesinde deplasman
teknelerinde olduğu gibi yalnızca kullanımdaki deneyimlerden değil, model deney tanklannda yapılan sofistike çalışmalardan yararlanılmıştır.
Düşük hızlarda bir deplasman teknesi gibi hareket eden kayici tekneler, hızın yükselmesiyle suyun yüzeyine tırmanıverirler. Teknenin dibinin dümdüz olması suyun yüzeyinde ilerlemek için çok elverişli ise de, suya tutunan yüzeyin olmaması dümen hakimiyetini çok zorlaştınr. Aynca formu böyle olan bir tekne en küçük bir dalgada güçlü vuruntulara da maruz kalır. İşte bu bakımdan çoğu kayici tekne, dalgalan yarabilmek ve daha vuruntusuz ilermek için `V' şeklinde kesitlere sahiptir. Kıç tarafa gittikçe de kesitler daha düz hale gelir ki bu form da suyun yüzeyine çıkmak, yükselmek için bir kaldırma yaratır.
Kayici teknelerin tasarımındaki temel unsur, dibinin su yüzeyiyle yaptığı açıdır ki buna (deadrise) kalkıntı açısı denir. 20°'lik açı ortalama bir V kesitli tekneyi ifade ederken, daha büyük açılar derin-V kesitli tekneleri, daha küçük açılar ise sığ-V kesitli tekneleri elde etmeye yararlar. Tekne tasarımda çok çeşitli yaklaşımlar söz konusu ise de en yaygın kayici tekne formu, Değişken-V kesitli olarak adlandınlabilecek 16°=19° arasında değişen açılarla oluştuımuş olanlandır.
Daha önce de belirttiğimiz gibi, kayma hızına ulaşmak için yüksek bir beygirgücü ihtiyacı vardır kayıcı teknelerin. Bu da yakıt faturalarınızın kabarık olması anlamını taşır. Aynı miktarda yakıta sahip bir kayici tekne, bir deplasman teknesinden çok daha az seyir mesafesine sahip olmakla birlikte gideceği yere çok çok daha erken ulaşır hımbıl deplasman teknesine nazaran.
Derin-V ve Değişken-V kesitli tekneler trim kanatlannın ayarlanna ve pervanenin itme açısındaki küçük değişimlere son derece duyarlıdır. Trim kanatları tekne kaymaya başladığı vakit, kıçta su yüzeyine paralel olarak açılan, dikdörtgen şeklinde kontrol kanatlarıdır. Kullanıcı, kanatları aşağıya doğru çevirmek, teknenin başını yukarıya kıçını ise aşağıya doğru iterek ona bir trim yaptırmak amacına ulaştırır. Pervanenin itme açısı ise bildiğimiz içten takmalı motorlarda sabitken, dıştan takmalı veya içten/dıştan takmalı motorlarda ise ayarlanabilir haldedir.
Tekrar edecek olursak bu tip tekneler bir kayma hızına ulaştıklarında teknenin bir kısmı suyun yüzüne çıkar ve bu durumda hesaplarımızda dikkate aldığımız hız/boy değeri (ki burada sözü edilen boy suhattı boyudur) 2.5 ve belki de daha fazlaya ulaşır. Tekneyi kaldıracak yeterli yüzeyi elde etmek için doğru formu bulmak ve bunu teknenin ağırlığıyla orantılı yeterli bir güçle desteklemek şarttır. Bu tip tekneler için güç ve hız arasındaki ilişkiyi şöyle bir formülle ifade edebiliriz:
Bu ifadedeki "K" değeri ise, boyları 20 [ft] ile 40 [ft] (6 ± 12.2 [m]) arasında değişen kayıcı tekneler göz önüne alındığında 2.25'ten 3.85'e kadar değişim içindedirler.
Beygir gücü (hp)
Aslında bu birimi daha fazla kullanmadan önce tam olarak ne anlama geldiğini incelememizde yarar var. Çünkü sadece "beygir gücü" demekle, yani standartlaşma özürlü bu birimi kullanmakla kafa karıştırmaktan öteye gidemeyiz. Bilindiği gibi 'güç' yapılan 'iş' ile orantılıdır. Bir 'beygir gücü'nün Britanyalı tanımı (yani 'emperyal' tanımı) "dakikada yapılan 33.000 [ft.lb]'lik iş' olarak karşımıza çıkar. Yani "100 [lbs] 'lik bir ağırlığı, 330 [ft] 'lik bir mesafeye bir dakikada taşıyan güç "tür bir emperyal beygir gücü. Şansımız var ki bu değer, dünyanın çeşitli yerlerinde, çeşitli simgelerle ifade edilen metrik ölçekteki beygir gücü değerlerinden çok çok farklı değildir (Fransa'da CV (cheval vapeur), Almanya'da PS (pferdestarke) ve İskandinavya'da HK (hastkraft)):
1 emperyal hp = 1.014 metrik hp ya da,
1 hp, PS, CV ya da HK = 0.986 emperyal hp
Güç birimi olarak kullandığımız `kilovat'ın ise yukarıdaki değerlerle ilişkisi ise şöyledir:
1 metrik hp = 0.735 kW
1 emperyal hp = 0.745 kW
Bir motorun ürettiği gerçek güç, değişik yükleme koşullarında çalışmasını ölçmek amaçlı yapılan testler sonucunda ortaya çıkar. Motor; alternatör ya da dinamo, tatlı su pompası, devir düşürücü ve egzost sistemi gibi motorun gücünden yararlanarak o gücü sönümleyen yardımcılarla donanmış olabilir de, olmayabilir de. Ancak bütün bunları hesaba katarak pervane şaftına vereceği gerçek gücü (tabii belli bir atmosferik basınç ve sıcaklık koşulunda) anlayabiliriz.
Pervane şaftına verilen güce `şart beygir gücü' (shp) deriz ve bu değer herhangi bir yardımcısı olmayan çıplak motorun krank şaftından ölçülmüş olan gücünün (bhp) yaklaşık %20 eksiği olarak dikkate alınabilir.
Tek motor mu, çift motor mu?
Oldukça fazla güç gerektiren yüksek hızlı tekneler çoğunlukla iki motora gereksinim duyarlar. Biraz daha yavaş tekneler söz konusu olduğunda ise ya büyük bir tane motor ya da küçük iki motor takılması konusunda seçim yapılması zorunluluğu doğar. İki pervaneli teknelerin manevra yeteneği yüksek olur ve bu nitelik küçük dümenlere sahip olmak gereksiniminin bulunduğu kayıcı tekneler için özellikle önemlidir. Bu arada şu küçük dümenlerin de düşük hızlarda etkinliklerinin azalması gibi sorunları olduğunu da hatırlatmak isteriz.
`İki motor daha emniyetlidir' diyebilmemiz için ise bu iki motorun birbirinden tamamıyla bağımsız çalışması gerektiğini bilmeliyiz. Örneğin ikisinin de ayrı birer yakıt sistemi olması gerekliliği gibi. Aksi takdirde avantaj ibremiz tek motorlu teknelere doğru döner. Çünkü sağlanması gereken aynı miktarda güç için tek motor daha ucuz, daha hafif, daha basit yapılı, yakıt sarfıyatı daha az, işletme maliyeti ise yaklaşık yarı yarıya düşüktür. Tek motorlu teknenin. pervanesi de iki motorluya nazaran daha az sorun çıkaracaktır.
Ticari tekneler ve balıkçı tekneleri de tek motorludur ki bu da bize hangi seçeneğin cebimize daha az ıstırap çektireceği konusunda iyi bir fikir verir.
Güç kaynakları
Çok özel uygulamaları olan, çok çok az sayıda gaz türbinli tekneler, bir avuç kadar elektrikli tekne ve bir kaç özel ve özenli buhar motorlu tekne dışında gezinti tekneleri içten yanmalı motorlarla tahrik edilmektedir. Değindiğimiz gibi ve hemen her sohbet konusunda olduğu gibi istisnalar üzerinde de bol bol çene yanştırabiliriz.
Yüksek hızlı fan yardımıyla sıkıştınlan havanın yanma odasından (burner) geçerken yakıtla buluşmasıyla oluşan yanmanın yarattığı genişlemeyle yararlı iş elde etmek esasıyla çalışan gaz türbinleri, boyutlarının küçüklüğü ve ağırlığının azlığı oranında avantajlı olarak görülebilir. Fakat gezinti tekneleri için çok pahalıdırlar, çok fazla yakıt harcarlar ve tekne içindeki kullanılabilir hacimleri de fazlaca işgal ederler. Ayrıca küçük bir teknedeki bir gaz türbininin kompresör kanatlanna zarar veren tuz serpintisi etkisi altında kalma tehlikesi de söz konusudur. Bize denizde daha fazla gaz türbini görme şansımız, araba endüstrisinin bu konudaki çalışmalarının sonuçlarıyla çok yakından ilgiliymiş gibi gelmektedir. Günümüzde gaz türbininin denizdeki uygulamaları hemen hemen tamamıyla hızlı askeri gemilerle sınırlı kalmaktadır.
Buharlı makinaların en büyük değeri sessizliğidir. Fakat çok hacimli, ağır ve verimsiz olmaları gibi daha bir çok faktör (örneğin harekete geçebilmek için gereksinim duyulan zaman) bu motorların devrinin kapandığına dair bizi ikna etmeye çalışır. Bu tip motorların gönülden tutkunlarının o eski günleri yeniden yaşama ve yaşatma gayretlerine rağmen.
Elektrikli teknelere ise bir yeniden dönüş olabilir gibi geliyor. Özellikle sık batarya değiştirme olanaklarının bulunduğu iç su yollannda. Örneğin dıştan takma küçük elektrik motorları Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ve Kanada'daki göllerde hala yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bir elektrik motoru neredeyse hiç ses çıkarmaz, çalıştırması kolay ve bakım-tutumu ucuzdur. Bataryaların sürekli olarak iyileştirildiği, geliştirildiği göz önüne alınacak olursa (defalarca doldurulabilen, belli bir boyut ve ağırlıkta günden güne daha fazla güç üretenlerine rastladığımız bataryalar vardır) elektrikli motorları da parlak bir geleceğin beklediğini söyleyebiliriz.
Parafın (kerosen) ise benzinden oldukça ucuz bir yakıt olmasına karşın kullanımında bazı komplikasyonlara hazır olmayı gerektirir. Bir kere motoru bu yakıta göre ayarlamalıyız. Benzin ile çalışmaya başlayan motor daha sonra parafın kullanmaya geçebilmelidir ki, bu iş anlaşılacağı gibi iki ayrı yakıt sistemini gerektirir. İkinci olarak sıkışma oranını 7:1'e düşürmek gerekecektir ki, bu da elde edilecek gücü düşürecektir. Üçüncü komplikasyon parafınin daha yağlı bir yakıt olmasından kaynaklanır ki, motor daha sık dekarbonizasyona gereksinim duyar. Dördüncüsü ise parafınin elleçlemesinin daha tehlikesiz olmasına karşın daha kokulu bir yakıt olmasından kaynaklanır. Bütün bunlar göz önüne alındığında bu olumsuzlukların yakıt maliyetinde bize sağlanan yarardan daha önemli, daha dikkate şayan olduğu görülür.
Bu saydıklarımıza içten yanmalı motorlarda kullanılabilecek olan ve son yıllarda önemli bir teveccüh gören `propan' adlı yakıtı da ekleyebiliriz. Bu yakıtın, motorun ona uyarlanma maliyetinin yüksekliği ve deniz kıyılarında pek fazla tedarikçisinin bulunmaması gibi olumsuzlukları vardır.
Benzinli ya da dizel?
Çoğu tekne sahibi benzinli motor ve dizel motor seçenekleri karşısında derin bir kararsızlığa düşer. Bu konudaki bir seçimi tamamıyla teknenin kullanım amacı yönlendirecektir. Tabii bunu söylerken küçük ve hızlı kayıcı teknelerin daha iyi güç/ağırlık oranına sahip benzin motorları dışında yararlanabilecekleri bir seçeneklerinin olmadığını da vurgulamak gerekecektir.
Aynı güç için benzin motorlan daha ucuzdur. Araba motorlanna da benzer olduğu için bir çok insana tanıdık gelir ve bu tanışıklık bakım-tutum kolaylığını da getirir. Ayrıca daha hafif, daha az kokulu ve çalışırken daha sessizdirler. Yakıt fiyatları oldukça yüksektir ve yangın, hatta eğer çalıştırılması sırasında duyarlı uyarı sistemleri söz konusu değilse büyük patlama riskleri vardır. Elektrik sistemi de darbelere ve deniz suyuna karşı oldukça duyarlıdır. Motor uygun bir şekilde takılmış ve iyi bakılıyorsa saydığımız ciddi problemlerle karşılaşımayabilinir de.
Dizeller tabiatları itibariyle deniz ortamında çok daha güvenilirdirler, yakıt maliyetleri gözle görülebilir bir şekilde düşüktür (Gerçi günümüzde hiç bir yakıt `ucuz' olarak nitelenemez gayet iyi bildiğiniz gibi. Hatta bazı ülkelerde dizel yakıt da benzin kadar ağır vergilendiriliyor.) ve yangın ve patlama riski de en aza indirilmiştir. Fakat maliyeti yüksektir. Yüksek bir iç basınca dayanımlı olabilmek için çok daha güçlü bir yapıya gereksinim duydukları için oldukça da ağırdırlar, yakıt enjeksiyon sistemleri için profesyonel bir bakıma ihtiyaç duyarlar (çünkü bu sistem çok küçük toleranslarda çalışır ve ortam kirliliğine karşı son derece duyarlıdır) ve daha gürültülü ve kokuludurlar. Bunlarla birlikte ağırlık dezavantajı kısmi olarak giderilebilir: Dizel motorlarla donatılmış tekneler belli bir seyir alanında daha az yakıt taşımaktadır. Aynı zamanda uygun bir şekilde yerleştirilmiş ve yeterli yalıtılmış motorlann gürültü ve kokusu ciddi bir problem olmaktan çıkacaktır.
Sonuç olarak seçim kullanım amacına sıkı sıkıya bağlıdır. Küçük, hızlı teknelerin hemen hemen tamamı benzin motorlarının herhangi bir çeşidiyle donatılacaktır, çünkü gereksindikleri gücü sağlamak için başvurulacak bir dizel motor, bu tekneler için çok ağır kalacaktır. Diğer açıdan bakıldığında balıkçı gemilerinin büyük bir kısmı ile büyük yolcu teknelerinin neredeyse tamamının dizeller ile güçlendirildiğini görürüz.
Motor yerleşimi
Motorların tekne üzerinde yerleşimi için temelde üç uygulama vardır: dıştan takma (outboard), içten takma (inboard) ve dıştan yönlendirme (outdrive) ki buna içten-dıştan takma ya da kıştan yönlendirme (sterndrive) de denmektedir. Bunlara son zamanlarda artan bir şekilde uygulanan yelkenli yönlendirme birimi (saildrive unit) de eklenebilir. Yelkenli yönlendirme birimi, diştan takma ya da dıştan yönlendirme motorlarının alt kısmına benzeyen özel bir aktarma koluyla yönlendirilen bir içten takma motordur ve teknenin omurgasına yerleştirilir. İçten takmalı motorlann bir diğer çeşidi de su jetleridir ki bunlann ayrıntılarına ileride değineceğiz.İÇTEN TAKMA MOTOR MONTAJ ŞEKİLLERİ
iÇTEN TAKMA (INBOARD)
Bu montaj şeklinde pervane, motor ve şanzımana şaft yardımıyla bağlıdır. Bu tip montajlarda motor, şaft ve pervane çok düzgün bir eksen ile bağlı olmalıdır. Düzgün olmayan, merkezden kaçık, yalpalayan bir dönüş şafta ve en önemlisi gövdeye zarar verebilir.
V-TİPİ MONTAJ (V-DRIVE)
Bu montaj şeklinde motor, şanzıman ve su pompası teknenin ön tarafına bakacak şekilde montajlıdır. Yani motor diğer montaj şekillerine göre ters durmaktadır. Ve pervane motorun tam altına denk gelmektedir. Bu montajın avantajı motoru ve aktarma organlarını arka kısıma alarak yer kazanmaktır.DÜMEN TİPİ (STERN DRIVE)Bu montaj şekli içten-dıştan takma olarak da bilinir. Motor ve şanzıman teknenin içindedir. Dümen-pervane sistemi çapraz hareket yapabilen aktarma sistemi ile teknenin dışındadır. Bu sistemde yönlendirme pervanenin sağa sola çapraz dönmesi ile yapılmaktadır.
FIŞKIRTMA-JET TİPİ (JET-DRIVE)Bu montajda motor teknenin içinde yer alır ve şanzıman sistemi yoktur. Yüksek hızlı su emiş pompası ve ayarlanabilir fışkırtma ağzı (noozle) şanzımana benzer hareket ederek, yönlendirmeyi kontrol eder. Hızlanmak istediğimizde fışkırtma ağzı açılıp kapanma hareketi yaparak şanzıman gibi çalışır. Sağa sola dönerek dümen görevini yapar.- V-TİPİ MONTAJ (V-DRIVE)
DÜMEN TİPİ (STERN DRIVE)
FIŞKIRTMA-JET TİPİ (JET-DRIVE)
Deniz motorları
İster benzinli, ister dizel olsunlar deniz motorlarının büyük bir çoğunluğu araba motorlarına benzer bir şekilde dört zamanlıdırlar. Bir benzin motorunun karbüratöründe karıştırılan benzin ve hava, pistonun aşağıya inmesiyle başlayan emme zamanında, emme valfinden geçerek silindire emilir. Emme ve egzoz valflerinin kapalı olduğu sıkıştırma zamanında yükselen piston bu karışımı sıkıştırır ve strokun sonunda bujilerle oluşturulan kıvılcım yardımıyla karışım patlatılir. Hızla yanan yakıt silindirde genişlemeyi sağlayarak (iş zamanı) pistonu aşağıya iter. Daha sonra açılan egzoz valflerinden çıkan yanmış gazlar egzoz manifoldunu ve boruları takip ederek dışarıya atılırlar. Bu egzoz zamanını takip ederek aynı çevrim tekrarlanır. İyi bir motor işleyişi, temelde içeriye gerekli yakıt/hava karışımını gönderen karbüratöre, doğru zamanda güçlü bir kıvılcım oluşturulmasına ve emme ve egzoz valflerinin doğru zamanda açılıp kapanmasına bağlıdır.
Dört zamanlı dizel motorlarda emme zamanında, kanşım yerine sadece hava emmek dışında çok benzer bir şekilde çalışırlar. Emilen hava, piston strokunun en üst noktasına geldiği zaman yakıt pompası tarafından silindir içine düzgün bir şekilde püskürtülen yakıtı tutuşturacak sıcaklığa dek sıkıştırılarak ısıtılır. Ardından yakıt yanarak yararlı işi gerçekleştirir ve devrin geri kalan kısımlarında tıpkı bir benzinli motorun işleyişi gerçekleşir.
İki zamanlı motorlarda silindire yakıt ve hava alma, yanma, yanmanın yararlı işe dönüşmesi ve yanmış gazların dışan atılması operasyonu krankşaftın bir dönümünde, yani pistonun iki strokunda gerçekleşir. Bu motorlarda yakıt dört zamanlı motorlardaki kadar ekonomik bir şekilde yakılmaz. Ayrıca iki zamanlı motorlar, iç yağlama için yakıtlarına bir miktar yağan kanştırılmasını gereksinirler ki bu da ekonomikliği olumsuz yönde etkiler.
Dizel motorlar
Dizel motorlar, tekne sahipleri için günden güne artan bir şekilde çekici hale gelmeye başladığı için, bu motorlann çalışmaları konusunda biraz daha ayrıntıya girmeye değer sanırız.
Benzinli motorlardaki karbüratör, bobin, distribütör ve bujilerin yerine dizellerde enjeksiyon pompası ve yakıt enjektörleri bulunur. Dizel yakıtı, normal sıcaklıklarda püskürtülebilir bir yapıda değildir ve silindirin yanma
odasında basıncı arttınlarak sıcaklığı yaklaşık 550 °C'nin üzerine çıkarılmış hava ile karşılaşarak yanması için çok yüksek basınçta enjekte edilerek iyi bir şeilde püskürtülmesi gerekir. Pistonun sıkıştırma strokunun sonunda silindir içindeki havanın gerçek basıncı, motor tipine göre değişmekle beraber aşağı-yukarı 550 [lbs/square inc]'dir. Yakıtın iyi bir şekilde silindirin içine enjekte edilebilmesi için çok yüksek basınç altında çalışması gerektiğini söylemiştik. İşte bu yüksek basınç enjeksiyon pompası yardımıyla sağlanır. Enjeksiyon pompası da hız ve motor gücünü kontrol eden bir governörle donatılmıştır.
Yakıt yanma odalanna, tutucularla sabitlenmiş nozullar yardımıyla püskürtülür. Her silindirde bulunan bu parça, enjektör ya da atomizör adını taşır.
Tipik bir dizel yakıt sistemi Şekil 5'de gösterilmektedir. Bu sistemdeki yaşamsal önemi olan birim, çok küçük miktarlardaki yakıtı enjektörlere ve dolayısıyla yanma odalarına ulaştırmak ile motorun yükünü ve hızını her koşulda takip etmek zorunda olan yakıt enjeksiyon pompasıdır. Doğru zamanda ve etkin bir yanmanın gerçekleşebilmesi için yakıtın basıncının 7000 [lbs/sq.inc]'den büyük olması gerekmektedir. Şekil 3.7'deki gibi günümüzün yakıt pompalan, soğuk ortamdaki çalışmalar için fazladan yakıt desteği yapan donanım (jikle), turboşarjlı motorlarda yakılacak yakıtın miktarını kontrol için destekleme sistemi (boost control) ve motorun hızına göre enjeksiyon zamanlamasını değiştiren otomatik avans gibi yardımcı donanımlar vardır.
Şekil 6. Yakıt Sisteminin Genel GörünümüMotorun yarısı bir hızla dönen kemşaft pompa gövdesinin alt kısmında, boylamasına bir şekilde yeralır. Manivelalar yayla yüklenen tulumba silindirlerini hareket ettirirler. Bunlar herbir silindire dikine olarak yerleştirilmişlerdir. Herbir silindir için pompalama birimi bir barrel (tutucu, namlu) ile bir tulumba silindirinden ve geri dönüşsüz bir valften oluşur.Tulumba silindirinin strokunun alt kısmında yakıt galerilerinden (geçitlerinden) gelen yakıt namludaki giriş kapısından pompalama birimine doğru yönlenir. Tulumba silindiri kemşaft tarafından yukarıya doğru itildiğinde, giriş portunun silindirin üst ucu tarafından kapatılmasıyla yakıt silindirin üzerinde hapsedilir. Giriş valfini açacak denli yüksek basınç oluştuğunda ise yakıt pompadan enj ektöre gönderilir.
Dizel Motor Enjeksiyon Yakıt Pompası
Her silindirin stroku sabittir, fakat püskürtülen yakıt miktarı akış yivinin ayarlanmasıyla değiştirilebilir. Bu ayarlama akış yivinin strokun sonundan önce akış portuna gelişim sağlayarak yapılır. Akış yivi, silindirin üzerinde kesilmiş olan helisel şekilli bir oyuktur. Bu noktada yakıt akış yivi ve daha sonra da portundan dışarıya gönderilir, yakıt geçitlerine geri döner ve enjeksiyon kesilir. Akış yivinin açıldığı noktada akış portu da kısma valfi ve governorün etkisi altında olan silindirin dönmesiyle konum değiştirir.
Yakıt pompasından sonra sistemin en önemli elemanı yakıt enjektörleridir. Bir enj ektör, yakıtın yanma odasına enjekte edildiği bir nozuldan ve silindir başına bağlanmış, nozulun içine yerleştirildiği bir nozul tutucudan oluşur. Enjektör ve nozulların motorun gücüne bağlı olan değişik boyutlan söz konusudur. Temelde üç çeşidi vardır: doğrudan enjeksiyonlu motorlarda kullanılan tekli ve çoklu delikli (hole) tipler ve dolaylı
enjeksiyonlu motorlarda kullanılan iğnecikli tip. Son olarak anılan tip çok daha yumuşak ve zedeleyiciliği düşük bir püskürtme yapar.
Bir enjektör, yay-yüklenmiş bir valftir özünde ve yakıt pompasından gelen yakıtın basıncıyla çalışır. Yanma odasında oluşması beklenen sıkıştırılmış hava ile gerçekleştirilmiş hızlı ve tam bir karışım için iyi bir püskürtme gerekmektedir. İşte enjektör, kendisine gönderilen belli bir miktardaki yakıtı bu şekilde harcar. Enjektörler, çok ince duyarlıklarda çalışacak şekilde yapılırlar. Yapımlarında, 8700 [lbs/sq.inc] itme basıncına kadar dayanım gösterecek malzemeler kullanılır. Nozullar, birden altıya kadar farklı çap ve boylardaki enjeksiyon hollerinde, farklı püskürtme açılarında, değişken oranlardaki enjeksiyonlarda ve motorun ilk çalıştırma için gerekli yardımcı pükürtme yuvalarında çalışabilecek şekilde her motora göre farklı olarak tasarlanırlar. Temel olan şey, doğru nozulun daima ve sadece onun için imal edildiği özel bir motora takılabileceğidir.
Enjektöre giren yakıt, gövdenin içindeki geçitlerden ve nozuldan geçerek nozulun valfini çevreleyen bir odaya varır. Valf, yakıt pompasının enjeksiyon strokunda yay yardımıyla kapalı tutulur, ta ki yakıtın basıncı bir anda yayın basıncın geçene dek. Sonra valf açılır ve yüksek basınçlı yakıtın geçitlerden geçmesine izin verir ve bu yakıt nozul musluğundan püskürtülür. Enjeksiyonun sonunda yakıt basıncı aniden düşer, yay valfi tekrar yerine oturtur ve yakıt akışı aniden sona erer.
Enjeksiyon pompasının ve enjektörlerin pompalama işlemleri, her biri toplu iğne başından daha küçük çok az miktarlardaki ve çok yüksek basınçtaki yakıtın dakikada yüzlerce kez akışından oluşur. Kısma valfi ve governörün kontrolündeki tamıtamına doğru miktarlardaki yakıt her seferinde yerine ulaştırılmalıdır ve enjeksiyonda çok hassas bir şekilde doğru zamanda gerçekleştirilmelidir. Bu denli hassas gereklilikler enjeksiyon pompası ve enjektörlerin bileşenlerinin çok çok küçük toleranslar içinde çalışmasını gerektirir (bir inçin on binde dördü hassasiyetle, 0.00004 [in]). Bu bakımdan yakıttaki kir veya suyun ciddi hasarlara yol açmasını beklemek kehanet olmaz.
Kritik konumda olan herhangi bir parçadaki aşınma, enjeksiyon sırasında pompanın düşük basınçlı tarafına doğru yakıt sızıntısına yol açar ki bu da gönderilen yakıtın miktarını düşürür. Düşük motor hızında, bu olumsuzluğun en çok dile getirilen etkisi motorun çalışmaya başlayamayacak denli yetersiz krank hızında bulunmasıdır.
Böylelikle temiz yakıt kullanımı ve yakıt tankı ile enjeksiyon pompasının arasına uygun fıltrasyon donanımlarının yerleştirilmesinin önemi de ortaya çıkar.
Kafes veya tül (gauze) filtreler her ne kadar iyi olsalar da dizel motorlar için tamamıyla yararsızdırlar. İyi bir modern filtre kullanmak şarttır.
Burada gösterilen FS filtresinin üç temel parçası vardır: filtre başı (motora veya perdeye bağlamak için bir braketi de vardır), değiştirilebilir kağıt filtre elemanı ve altlık. Kağıt eleman çok ince katı parçacıkları ve küçük su parçacıklarını tutmak için tasarlanmıştır. Su birçok nedenden dolayı yakıtın içinde bulunabilir. Oldukça büyük miktarda su, yakıt tankının içindeki buhann yoğunlaşmasıyla birikebilir. Şekildeki filtre yakıttaki suyu gidermek ve katı parçacıklardan yakıtı arındırmak amacıyla bir ön seperatör olarak tasarlanmıştır. Yakıt tankı ile yakıt pompası veya besleme pompasının arasına yerleştirilir.
Yakıt filtrelerinin düzenli aralıklarla bakılması etkinliklerinin korunması için şarttır. Bakım filtre elemanlannın yenilenmesi, birikinti odasının ya da su kapanının temizlenmesinden ibarettir. Bakımın en önemli kısmı temizliğin son derece ciddi bir şekilde sağlanması, herhangi bir kirin sistemin içine girmemesine dikkat edilecektir.Güç eğrileri
Yapımcılann broşürlerinde ve el kitapçıklannda bir motorun üreteceği gücün değerleri, motorun devrine karşılık gelecek şekilde çizilmiş grafiklerle gösterilir. Şekilde de gösterildiği gibi Şekil 8. çoğunlukla iki eğri verilecektir: biri motorun sürekli ürettiği güç için, diğeri ise aralıklarla ürettiği maksimum güç için.
Adlarından da anlaşılacağı gibi, sürekli üretilen güç motorun saatler boyunca ve belki de günlerce çalıştığı zaman üretilen güçtür.
Aralıklarla ürettiği maksimum güç ise sınırlı dönemde, örneğin on iki saatlik bir çalışma döneminde üretilen bir saatlik çok yüksek bir güçtür.
Aynı grafikte burulına (tork) eğrisi de gösterilir ki bu değerler motorun testi sırasında yapılan frenle ölçülmüş gerçek değerlerdir.
Bu değerler yardımıyla aşağıdaki formül kullanılarak fren beygir gücü (breake horse power) hesaplanır:
Burulma kilogrammetre (kgf.m) veya Newton metre (Nm) cinsinden de ifade edilebilir.
Burulma eğrisi, maksimum fren ortalama etkin basıncına (break mean effective pressure, bmep) karşılık gelen motor devrinde en yüksek değerine ulaşır. Gözönüne alınan çeşitli etmenler ile motorun ürettiği güç arasında aşağıdaki formülle anlatılan bir ilişki söz konusudur:
Burada P, silindirlerdeki ortalama efektif basınç (in.lbs/sq.in); L, strok uzunluğu (ft); A, pistonun alanı (sq.in) ve N ise bir dakikada faal halde gerçekleşen strok sayısı (dört zamanlı motor için N değeri, motor devrinin yarısı kadardır).
Bazı üreticiler de motor eğrileriyle birlikte özgül yakıt tüketimi eğrisini de verirler. Bu motorun bir saatte, beygir gücü başına üreteceği yakıt miktannın ağırlık olarak ifadesidir (lb/hp/hr veya g/kW/hr).
Optimum yakıt tüketimine burulmanın en yüksek olduğu hız aralığında varılacağı şekilden anlaşılmaktadır.
Aynı grafikte tipik bir pervane yasası eğrisi de gösterilebilir. Bu eğri pervanenin farklı devirlerde sönümleyeceği gücü anlatmaktadır. Pervane yasası eğrisinin güç eğrisiyle birleştiği nokta, motorun üretebileceği maksimum sürekli gücü temsil etmektedir. Bundan düşük güçlerde motor sadece kısmi olarak yüklenmiştir, pervane ve motor eğrilerinin arasındaki uzaklık motorun sağlayabileceği rezerv gücü belirtmektedir.
Aynı güçte iki motorun karşılaştırılmasında bazı şekiller, ilginç sonuçlara ulaşmamıza yardımcı olurlar. Örneğin yüksek performanslı bir teknede güç/ağırlık oranı çok önemlidir. Fakat bu karşılaştırmayı yaparken dikkatli olmak gerekir. Şekiller, dişli kutusu gibi her iki motorda da bulunan benzer donanımları içermeyebilir, bu da sağlıklı sonuçlara ulaşmamıza engel olur. Daha çok güç üretmenin ve güç/ağırlık oranını iyileştirmenin bir yolu da motorun yüksek devirde çalışmasıdır ki bu göz önüne alınması gereken başka bir etmeni de beraberinde getirebilir: piston hızı. Bu etmen motorun servis ömrünü büyük ölçüde belirler.
Ortalama piston hızını hesaplamak için inç biriminde olan piston uzunluğunu rpm (devir) ile çarparak sonucu 6'ya bölmek gerekir. Gerçek denizel dizel motorlarda piston hızı yaklaşık 1500 [ft/min] iken, denizel benzin motorlan 3000 [ft/min]' e kadar ulaşabilirler. Yanş motorlan ise bu değerin üstündedir.
Ortalama piston hızını kabul edilebilir bir boyutta tutmak için stroku kısaltmak veya silindir çapını arttırmak olasıdır. Tabii bu çabalar belli dereceye kadar olumlu sonuç verecektir. Stroke/çap oranı benzin motorları için 1 'den küçük, dizeller içinse l'den büyüktür. Bu demektir ki dizeller benzinlilerden çok daha stroka sahiptir ve daha düşük devirlerde çalışırlar ki bu nitelikleriyle daha iyi hava giriş-çıkışı ve yakıt yanmasına izin verirler.
Özgül yakıt tüketimleri, iki motordan hangisinin daha ekonomik çalışacağı konusunda belirleyicidir. Dizel motorlar 0.40 [lb/hp/hr] yada 0.22 [1/hp/hr]' den daha az yakıt tüketirler. Dört zamanlı benzin motorları ise çok ender olarak 0.50 [lb/hp/hr] ya da 0.31 [l/hp/hr] değerinden daha iyi sonuç verecek tüketimi gerçekleştirirler. Fakat bu tür motorlar için ortalama olarak 0.56 [lb/hp/hr ] ya da 0.34 [1/hp/hr] değeri alınabilir.
Neredeyse bütün dıştan takma motorların içinde yeraldığı iki zamanlı benzin motorları dört zamanlı motorlardan çok daha kötü yakıt tüketirler: 0.65 [lb/hp/hr] ya da 0.40 [1/hp/hr].
Yakıt tüketimi konusuna gelmişken, kullanılan yakıtın ne denli azının gerçek pervane itmesine dönüştüğünü belirtmek biraz moral bozucu olacaktır. Yakıttaki ısı enerjisinin kabaca %30'u şaft beygir gücüne dönüşür ve bu oranın da yalmca %60'ı pervaneden itme elde etmek için kullanılır. Başka bir şekilde anlatacak olursak, satın aldığınız her 10 litre yakıtın sadece 1.8'i tekneyi sevk etmekte kullanılır. Geri kalan 8.2 litre soğutma suyunu ısıtmak için (3 litre), egzoz olarak (3 litre), motor yardımcılannı çalıştırmakta (1 litre) ve pervane kayıplan için (1.2 litre) yakılır.
*******************
İçten Takma Motorlar
Bir tekneyi güçlendirmenin alışılagelmiş ve en çok bilinen yolu içten takma motor takılarak yapılanıdır. Motor teknenin altındaki yerleştirilebilecek en aşağı noktaya konur, bu konum kabaca teknenin ortasına denk gelir ve motor bir devir düşürücü aracılığıyla pervaneyi döndürür. Şaft su geçmez kış salmastra kovanından geçerek pervaneye ulaşır. Pervane teknenin kıç tarafında uygun bir şekilde yerleştirilmiş olmalıdır. Tek motorlu teknelerde pervane teknenin merkez ekseninde ve iyi korunmuş durumdadır, fakat çift pervaneli teknelerde pervaneler merkez ekseninden uzaktırlar ki böyle olunca daha korunmasız, kolayca hasarlanır ve canlı tutunmasına daha uygun halde olurlar.
Çift pervaneler normalde birbirlerine ters yönde dönerler. Dönüşler genellikle dışa doğrudur; sancak pervanesi kıçtan bakıldığında saat yönünde döner (sağa dönüşlü) ve iskeledeki pervane ise saatin tersi yönde döner (sola dönüşlü). Dışa dönüşlü pervaneler içe dönüşlü olanlardan çok daha iyi sonuç verirler. Ters dönüş, birbirine göre ters çalışan iki motorun takılmasıyla veya çoğunlukla olduğu gibi devir düşürücülerden birinin yönünün değiştirilmesiyle sağlanır.
Dıştan sürüşlü (outdrives) motorlar
Zaman zaman kıçtan sürüşlü, içten-dıştan takma olarak da anılan dıştan sürüşlü motorlar üreticilerinin verdikleri adlarla da anılırlar: Z-Drive, Aquamatic, Mercuiser, Sternpower, vb.) ve tekne kıçının ön tarafına takılmış içten takma bir motorun, çoğunlukla dıştan takma motorlarınkine benzeyen bir kaldırma koluyla birleşimidirler.
Sürücü şaft kıç yatırmasından geçerek bir konik dişli düzeneğine varır ki burada hareket ileri/boşta/geri dişlilerinden düzenlenerek dikey şafta iletilir ve buradan da bir başka konik dişli düzeneğiyle dipte olup pervaneyi döndüren şafta gelir. Sürücü sağlayan birim, tıpkı dıştan takma motorlarda olduğu gibi gemiyi yönlendirmek amacıyla hareketli olarak yapılmıştır ve bu yetenek pervaneye ulaşıp onu kontrol edebilmek, tekneyi kolaylıkla kıyıya çekebilmek ve bir taşıyıcıya yerleştirebilmek olanağı Sağlar.
Çok güçlü modeller ise bir güç kanatçığıyla donatılmıştır. Bu donanım yardımıyla yol üstündeki geminin trimi ayarlanabilir. Ayrıca kolun mekanik olarak kaldınlabilmesiyle tekne sığ sularda çalışabilir.
Yukarıda sayılan iki dişlinin verimi düşürmesine karın dıştan sürüşlü motorlar 20+30 [ft] yani 6.1÷9.2 [m] boy aralığındaki ayna kıç teknelerde oldukça popülerdir.
Pervaneye ulaşmak için sürüş birimi kaldırıldıysa veya tekne karaya çekildiyse motorun kendisi teknenin içinde korunmuş ve emniyete alınmış olur. Ayrıca çalışma zamanı dışında sistemin korozyondan korunmuş olması da önemlidir. Bu motorlann bir diğer avantajı ise bir bütün olarak monte edilebilmelerinin getirdiği ekonomikliktir. içten takmalı motorlann yatakları, şaftı, salmastrası gibi donanımlanyla bağlandığı gözönüne alınırsa bu motorları yerleştirmenin dah kolay ve ucuz olduğu sonucuna vanlır. Sürüş birimleri hem benzin motoruyla hem de dizel motorlarla çalışabilir.
Dümen donanımı dıştan takma bir motorunkine çok benzese de düşük hızlarda, pervane hareket etmezken kullanımları iyi sonuç vermez. Bu bakımdan rotayı tutabilmek için güç itmeleri sağlamak gerekir. Bu olumsuzluğu gidermek için bazı önden sürüşlü (sterndrive) motorlarda ek bir dümen vardır. Diğer devantajlan olarak pervanenin çok derine batmamış olması ki kıçtan gelen denizlerde tehlike yaratacak bir durumdur, bakımının alışılagelmiş sevk araçlarından daha kapsamlı olması, aynada açılan delikten içeriye su sızmasını önlemek görevini üstlenen kauçuk altlıkların düzenli kontrol ve yenilenmeye gereksinim duymaları sayılabilir.
Yelkenli teknelerde kullanıma yönelik motorlar
Diğerlerine nazaran son derece yeni bir uygulamadır. Teknenin omurgasına yerleştirilen bu motorlar küçük yolcu yelkenlileri için tasarlanmıştır.
Birçok motor teknesi de az alan kapladığı ve yerleştirilmesi kolay olduğu için bu tür aktarım mekanizmasını kullanmaktadır.
Günümüzde bu uygulama sadece oldukça küçük, hızlı tekneler için geçerlidir ve ancak deplasman teknesi formundaki teknelerin yaklaşık 25 [ft], yani 7.6 [m] boylarına kadar olanlarında iyi sonuç verir.
Soğutma sistemi
Teknelere takılan birçok motor özellikle kamyon ve araba gibi kara araçları için üretilen motorlardan uyarlanmaktadır.
Bir kamyon ya da araba motorunun denizde kullanımı için iki temel değişikliğin yapılaması gerekir: soğutma sisteminin yeni koşullara uyarlanması ve denizel devir düşürücülerin takılması. Çoğu deniz motoru su soğutmalıdır, teknenin civarından alınan su ya doğrudan doğruya ya da bir ısı değiştiricisinden geçirilerek motorun içinde gezdirilir. Yani içinde suyu hava ile soğutan bir radyatör ve soğutulmuş suyu motorun çevresinde oluşturulan kapalı devrede gezdiren pompa yoktur.
