Bu başlık altında hem diesel motorları ve hemde karbüratörlü makinelerle ilgili tarihçe geniş bir biçimde verilecektir.
İlk içten yanmalı makineyi yapma şerefi 1794 yılında İngiliz bilim adamı Street’e nasip oldu. Street’in makinesi ters çevrilmiş bir silindir ile hareketli bir pistondan oluşmıuştu. Silindirin alt kafası br ocakla ısıtılırken, üst bölümleri ise suyla soğutulmaktaydı. Bu ilk maknede yakacak olarak bir kaç damla terebantin esansı kullanılmakta ve yanmayı sağlayacak havayı silindire emilmek, çekebilmek için piston bir levye yardımıyla hareket ettirilerek yukarıya kaldırılmaktaydı. Ayrıca piston, silindir kafasına açılmış bir aralığa dokunan bir dış ısı kaynağının karışımı (terebantin esası – hava) yakması ve oluşan patlama sonucu yukarı hareket edebilmekteydi. Street’in ilk makinesinde silindirler, silindir ceketlerinde dolaştırılan su ile soğutulmaktaydı.
1824 yılında içten yanmalı makinelerin özellikle Diesel makinelerinin temel ilkeleri genç bir Fransız mühendisi Nicolas Leonard Sadi Carnot (1796-1832) tarafından ortaya konuldu. Termodinamikte en yüksek verimli çevrim olarak bilinen Carnot çevriminin babası, diesel motorları için kehanet sayılabilecek şu fikirleri önerdi;
1. Sıkıştırılmış havanın yakıtı kendiliğinden tutuşturması 15 te 1 oranında sıkıştırılan havanın 400 C ye kadar ısınabileceği ve bu durumdaki havanın kuru yonga parçalarını yakabileceği.
2. yanmadan önce havanın sıkıştırılması. Carnot yanmanın atmosferik basınç yerine yüksek basınçta olmasını ve sıkıştırma sonunda yakıtın verilmesini düşündü ve böylelikle enjektör fikrini de ortaya koymuş oldu.
3. Makine silindirinin soğutulması. Carnot sürekli bir işletme için silindir duvarlarının soğutulması gereğini vurguladı. Oysa Professor Diesel başlangınçta Carnot çevrimine uygun bir şekilde çalıştırmak amacıyla makinelerin soğutulmasının doğru olmadığı ve hatta silindirlerin mükemmel bir biçimde izole edilmesi gereğine inandığı için bir süre başarılı olamadı ve sonunda Carnot’un fikirlerini kabul etmek zorunda kaldı.
4. Egzos gazlarının ısılarından yararlanma. Yüz yıldan fazla bir süre geçtikten sonra Carnot’un bu buluşundan yararlanmayoluna gidildi. Halen modern gemilerde ve endüstride bu ilkelerden yararlanılarak egzos gazlarının artık ısılarından faydalnılmaktadır. Isı , makinelere verilen ısının tümünü işe çeviremez ve bir bölümünü egzos eder. Bu nedenle egzos gazları üzerinde bir miktar daha ısı kalır. Buna artık ısı adı verilir. Günümüzün modern motorlu gemilerinde bu ısıdan yararlanılarak buhar üreten kazannlarda kullanılmaktadır. Bu kazanlar egzos gazlarıyla çalıştıkları gibi limanlarda sıvı yakıtlarla da fayrap edilebilmektedirler.
Carnot’un ölümünden sonra uzun bir süre fikirleri üzerinde ciddi bir biçimde durulmadı.
Lenoir 1860: Lenoir’in ilk ticari içten yanmalı makineyi yapışı 1860 yılına rastlar. Bu makinede hava-yakıt karışımı piston tarafından silindir içine çekilmekte ve bu karışım bir elektrik kıvılcımı Sparkın yardımıyla ateşlenmekte, piston alt ölü noktasına veya storkunun sonuna doğru itilmekte ve egzos gazları ise dönüş strokunda dışarı atılmaktadır. Lenoir’in makinesi düzgün çalışmakla birlikte yanmanın atmosferik basınçta gerçekleşmesi nedeniyla % 4 gibi çok küçük bir ısıl verimine sahipti.
Beau De Rochas 1862: İçten yanmalı makinelerin ısıl veriminin yükseltilmesine ilişkin şu fikirler Beau De Rochas tarafından ileri sürüldü.
1. Mümkün olan en büyük silindir hacmi ile en az soğutma yüzeyi,
2. Genişlemenin mümkün olan çabuklukta yapılması,
3. Genişleme başlangıcında mümkün olan en yüksek basınç.
Beau De Rochas en iyi sonucu elde edebilmek için en önemli etkinin dört stroklu çevrimden yararlanmak olduğunu da belirtti. Dört stroklu çevrim;
1. Tüm strok boyunca emme,
2. Bir sonraki strok sırasında sıkıştırma,
3. Üst ölü noktada yanma ve onu izleyen üçümncü strokta genişleme,
4. Son veya dönüş strokunda egzos gazlarını kuvvetle silindir dışına atmayı içermektedir.
Otto 1867: Langen’le işbirliği sonucu Otto çok büyük hacimli serbest pistonlu bir makine yaptı. Bu maknede ters çevrilmiş çok uzun bir silindir kullanıldı. Patlama oluştuğu zaman piston yukarı doğru hareket etmekte idi. Gazların genişlemesi ve soğutulması sonucu silindir içinde oluşan küçük vakum nedeniyle, piston kendi ağırlığı ve üzerindeki atmosferik basınç dolayısıyla aşağı doğru hareket etmekteydi. Pistonun aşağı inişi sırasında güç, piston rod aracılığıyla kendisine bağlı bir Raçet’e (Tek yöne dönebilen bir tür dişli) ve oradan da makine miline iletilmekteydi. Otto’nun bu makinenin ısıl verimi % 12 dolaylarında olup o güne kadar elde edilenlerin en yükseği idi.
Otto 1876 yılında çalışma ilkeleri Beau De Rochas tarafından ortaya konulan dört stroklu makineyi yaptı. Bu makine, günümüzün benzin ve tek etkili diesel motorlarına benzemekteydi. Bu yatık makinede her dışarı strok işi ve her içeri strok ise hava ile yakıtın karşılaştırılmasını sağlamaktaydı. Yakıt (benzin) ile hava ayrı bir silindirde karıştirilmakta ve kuvvet silindirine giren karışım, portlar piston tarafından kapanıncaya kadar egzos gazlarını süpürme görevi yapmaktaydı. Pistonun strokunda yeni karışım sıkıştırılmakta ve alev yardımıyla yakılmaktaydı. Street’in makinesinde olduğu gibi alev sürekli olarak bir port içinde ileri geri hareket eden ve silindir kafası üzerinde bulunan bir slayd valf tarafından sağlanmaktaydı.
Ackroyd -Stuart 1890: Patlayıcı bir karışımın yanıcı buharlarının veya hava ile benzin karışımının çok erken yanmasına engel olmak için, sürekli bir kıvılcım veya iyice ısılmış bir ateşleme kafası biçiminde ve silindir içi ile bağlantısı bulunan sürekli bir ateşleyiciye gerek avrdır. Buluşunu içine alan patent 1890 yılında Stuart-Ackroyd tarafından alındı. Buluş, karışım için gerekli miktardaki hava sıkıştırılmalı ve sonra bu belirli miktardaki sıkıştırılmış hava içine, patlayıcı bir karışım oluşturabilmek amacıyla gerekli yanıcı sıvı kerosen (lamba petrolu) veya benzin sağlanmalıdır, fikrini de içermekteydi.
Yuarıda belirtilen buluşları içine alan makine Hornsby-Ackroyd adı ile bilinir. Bu makinede yakıtın buharlaşma ve yakılması içinyardımcı bir yanma hücresinin kızgın duvarlarından yararlanıldı ve hücre silindir başlığına bağlandı. Dış bir kaynakla ısıtılsn bu hücre bir veya birkaç kanalla silindire bağlanıyor ve böylelikle makinenin ilk hareketi sağlanıyordu.
Hornsby-Ackroyd makinesi, yanmayı oluşturmak açısından yüksek sıcaklıkta hava elde edilmesi düşünülmediğinden ve yapısı bakımından günümüzün yüksek devirli diesel motorlarına çok benzemekteydi. Çünki olayların sırası şöyle idi.
1. Temiz havanın sıkıştırılması,
2. Ön yanma odasının varlığı,
3. Yakıtın, sıkıştırma strokunun sonuna doğru kızgın ön yanma odası içine püskürtülmesi.
Uygulamalı termodinamikte yararlanılan Carnot çevrimi iki izoterm (sabit sıcaklık) ile iki adyabat eğrisinden oluşmaktaydı. Profesör Diesel ilk makinesinde soğutulma bir yana silindirleri, adyabatik sıkıştırma ve genişleme elde edebilmek amacıyla ısıya karşı çok iyi bir biçimde izole etti. Bir yandan çok yüksek sıkıştırma basıncı (100 Kgf/cm2) ve adyabatik sıkıştırma, silindirlerin soğutulmaması ve diğer yandan adyabatik genişleme sağlayarak Carnot çevrim verimine yaklaşma düşüncesi Prof. Diesel’in ilk makinesinin başarısızlığına yol açtı.
Prof.Diesel’in ilk makinesi Almanya’da petrol bulunmaması nedeniyle pudra kıvamındaki toz kömür ile çalıştıracak şekilde düzenlenmeişti.
1895 yılında yapılan makine ise Dr.Diesel’in tam bir başarısı oldu. Bu makine dört stroklu, sıkıştırma basıncı 30-40 Kgf/cm2 olan, su ile soğutmalı ve yakıtı yüksek basınçlı hava ile püskürtülen ir makine idi. Street’ten beri en büyük gelişmeyi gösteren bu makinenin ısıl verimi % 24 dolaylarındaydı. Dr.Diesel’in M.A.N firması ile yaptığı işbirliği sonucu ise, bugünün modern diesel motorlarına benziyen dört stroklu ve mekanik püskürtmeli bir makine oluştu. Gerçekte bu makine Dr.Diesel’in düşündüğünden ayrı türde bir motor olmasına değin, sonradan yapılan tüm mekanik püskürtmeli makinelere de yanlış olarak Diesel Motoru adı verildi.
Prof.Diesel’in vazgeçmek zorunluluğu duyduğu kömür tozu kullanma yöntemi kendisinden sonra gelen pek çok kişi tarafından denenmiştir. Bunlar arasında en başarılı olanı Rpa-Pawlikovski motorunu yapan Polanyalı bilim adamı Pawlikovski’dir.
