Benzin Motorlarını Coşturacak Yeni Teknojiler

[İlhan 6.821]

Elektrikli motorların otomobillerde yaygınlaşmaya başlaması ve dizel motorların emisyon kuralları ile ilgili sorun yaşamaya başlaması nedeniyle içten yanmalı motorların geleceği uzun vadede tehlikeye girmiş gibi görünüyor. Yaptığımız analizlerde dizel motorun bir süre sonra yerini hem benzin hem elektrik motoru barındıran hybrid sistemlere bırakacağını öngörmüştük.

 

Diğer taraftan dizel motorlardaki bu düşüş benzin motorlarında yükselişe işaret ediyor da olabilir diye düşünüyoruz. Hybrid sistemlerde genellikle benzin motorların tercih edilmesinin olarak ise hafif olmaları, üretim maliyetlerinin daha düşük olması, ağırlıklarının daha düşük olması, daha yüksek güç üretmeleri ve emisyonun daha rahat düşürülebilir olması gösterilebilir. Bu nedenlerden dolayı üreticiler bitti bitiyor derken benzin motorlara oldukça önem vermeye başladılar. 

 

Bu doğrultuda içten yanmalı motorlar için son zamanlarda bazı önemli patent başvuruları yapıldı ve prototipler tanıtıldı. Biz de bu gelişmeleri analiz etmiştik. Genel anlamda bakılırsa 4 yeni teknolojinin içten yanmalı motorları ciddi anlamda coşturma potansiyeli bulunuyor. Ayrıca bu 4 teknolojiye başka teknolojiler de eklenebilir.  Bu yeni teknolojiler sayesinde;

• Motorda hafifleme
• Motorda küçülme
• Motor hacminde düşüş
• Motor silindir sayısında düşüş
• Sessiz çalışma
• %50-%70 daha düşük yakıt tüketimi
• Daha düşük emisyon değerleri
• Düşük devirlerde yüksek güç
• Düşük devirlerde yüksek tork
• Yüksek verim

gibi özellikler sağlanacak gibi görünüyor. Bu 4 teknolojinin hangisi veya hangileri hayat bulur onu bilemiyoruz ancak özellikle benzin motorların ömrünü uzatacak potansiyeli bulunuyor. 4 teknolojinin birden uygulanabilmesi ise Koenigsegg ve Nissan'ın 1.6lt 400ps güce sahip prototip motorlarını karşımıza seri üretim hali ile çıkarabilir. Ayrıca bu motorlar tek başlarına veya hybrid sistemlerde direkt olarak veya menzil arttırıcı olarak çok daha yaygın bir şekilde kullanılabilir. 

 

 

Egzantrik milsiz supap sistemi

Çin kökenli Qoros otomobil markası Çin'in Beijing şehrinde devam etmekte olan otomobil fuarında daha önce İsveçli Supersport otomobil üreticisi Koenigsegg'in tanıttığına benzer bir supap teknolojisini tanıttı. Qoros'un bu şeklide bir tanıtım yapmış olması bize göre Koenigsegg markasının yaptığından daha önemli. Sonuçta Qoros herkese hitap eden modeller üreten bir marka ve bu sayede egzantrik mili olmayan motor teknolojisi karşımıza çok daha erken çıkabilir. Bu nedenle İsveçli ünlü süper sport otomobil üreticisi Koenigsegg bu teknolojinin öncüsü olarak görünüyor ancak Çin otomobil markası Qoros daha önce ve ekonomik bir şekilde motorlarında kullanabilir. Daha öncede bu tip egzantrik milsiz teknolojiler bulunuyordu ancak prototipten öteye geçememişti.


Kam mili olmayan motorda, silindirler içerisine hava alınmasını ve egzoz gazlarının atılmasını sağlayan supabları hareket ettiren bir egzantrik mili bulunmuyor. Günümüzde tüm içten yanmalı motorlar hareketini krank milinden kayış veya zincir vasıtasıyla alan egzantrik miline sahip ve supablar bu sayede açılıp kapanabiliyor.
 

Egzantrik mili ve supabların açılıp kapanması

Aşağıda 4 silindirli üstten çift egzantrik miline sahip motorun nasıl çalıştığı görülebilir. Millerin bağlı olduğu dişliler hareketini kayış veya zincirden alır. Millerin üzerinde bulunan farklı yönlere bakan kamlar sayesinde supablar farklı zamanlarda açılıp kapanır. Günümüzde farklı devirlerde farklı  ve farklı sürelerde supabların açılıp kapanabilmesini sağlayan değişken zamanlamalı supap sistemleri bulunuyor ancak supap teknolojisi burada takılmış bulunuyor.

 

egzantrik mili - egzantrik mili, zincir be krank mili

 

Tanıtılan bu yeni teknoloji ile egzantrik mili sistemden atılmış. Bu sistemde supablar tamamen elektronik olarak kontrol ediliyor ve pnömatik yani hava ile çalışan yaylar tarafından açılıp kapatılıyor.  Bu sayede motor sisteminden 2 adet egzantrik dişlisi, 2 adet egzantrik mili ve 1 adet zincir veya triger kayışı eksilmiş. 

 

Bu oldukça gelişmiş sistem sayesinde supabların artık çok daha rahat bir şekilde kontrol edilebileceği belirtiliyor. Bu sayede her bir supabın ayrı ayrı kontrol edilebildiği değişken zamanlamalı sistem elde ediliyor. Hem %30 güç artışı bekleniyor hem de silindir kapatma teknolojisinin bu sayede çok daha kolay bir şekilde uygulanabileceği tahmin ediliyor. Egzantriksiz sistemin ise avantajlarının aşağıdaki şekilde olması bekleniyor.

 

 

Değişken motor hacmi

 

Şimdi ise yaşanan bir gelişme geleceğin içten yanmalı motorlarının nasıl olabileceğine dair daha da fazla ışık tutuyor. Honda tarafından tasarlanan ve patent çizimleri görüntülenen bu motorda pistonlar farklı çap ve yüksekliklere sahip. Ayrıca krank milinin kol boyları da bu nedenle farklı uzunluklarda tasarlanmış. Bunun sonucu olarak da yanma odalarının hacimleri birbirlerinden farklı. Yani 4 silindirli bir motor için 4 farklı hacimde yanma odası karşımıza çıkıyor. 2.000cc hacme sahip 4 silindirli bir motor için örneğin 600cc, 550cc, 450cc ve 400cc olarak 4 farklı yanma odası olabilir. Bu değerleri konunun rahat anlaşılması için verdiğimiz için tamamen tahmini belirtilmiştir. Böyle bir veri Honda tarafından belirtilmemiştir.
 

 

 

Ancak farklı piston ve krank ölçülerinin bu hali ile herhangi bir kazancı bulunmuyor. Dikkat çeken esas teknoloji ise VW markasının ACT yani silindir kapatma sistemine benzer bir mekanizma ile ortaya çıkıyor. Silindirlerin farklı düzenlerde çalıştırılması sayesinde çok farklı ve değişken silindir hacimleri elde edilebiliyor. 4 silindirli bir motor için 1, 2, 3 veya 4. pistonların ayrı ayrı veya kendi aralarında ikişerli veya üçerli ve en son olarak tümünün beraber çalıştırılması durumunda çok farklı hacim kombinasyonları ortaya çıkıyor. Akılda kalma açısından Dalton Kardeşlerin her birinin bir piston olduğunu düşünebilirsiniz. Farklı boylarda olması sayesinde her bir silindirin farklı tüketim, güç ve tork değerleri olacaktır.

 

Bu şekilde bir çalışma sayesinde kullanıma göre ekonomik tüketime sahip silindir tek başına devrede iken güç ihtiyacına bağlı olarak diğer silindirler tek tek veya hepsi beraber devreye girebiliyor. Otobanda 90km/saat ile sabit bir şekilde seyreden bir araçta en ekonomik silindir yeterli olabilir ve bu sayede oldukça düşük tüketim değerleri de elde edilebilir. Veya şehir içi kullanımda 2 veya 3 silindir devrede olabilir. Performanslı kullanımlarda ise 4 silindir birden devrede olarak maksimum güç elde edilebilir. Ayrıca güç ve tork ihtiyacına göre tek başına 1,2 ,3,4 veya 1-3, 1-4, 2-3, 3-4 veya 1-2-3, 1-2-4, 2-3-4 ve benzeri silindir dizilimleri ortaya çıkabilir.

 

Patent çizimlerinde sıralı 2, 3, 4 ve V şeklinde 6 silindirli motorların üzerinde çalışıldığı anlaşılıyor. Gerçek kullanımda tüketim ve performans olarak ne kadar fayda sağlayacağını veya üretime geçecek derecede fiyat-performans getirisine sahip olup olmayacağını bilemiyoruz ancak mantık olarak oldukça iyi bir teknoloji ve içten yanmalı motorların tüketim değerlerini oldukça aşağı çekebilecek niteliklere sahip. Motor konusunda birçok markadan önde olan Honda'yı bu konuda tebrik etmek gerekir.
 

Değişken sıkıştırma oranı

Infiniti tarafından 2.0lt 4 silindir turbo benzin motorda kullanılmak üzere tasarlanan ve seri üretimine yakında başlanacak değişken sıkıştırma oranı sistemi, bu sıkıştırmanın farklı oranlarda gerçekleşmesini sağlamak için farklı ve motor beyni tarafından otomatik olarak kumanda edilen bir krank mili mekanizması kullanıyor. Sabit sıkıştırma oranına sahip geleneksel içten yanmalı bir motorda ise pistonlar krank miline doğrudan bağlıdır. Aşağıdaki animasyonda sıralı 4 silindirli bir motorun nasıl bir hareket krank mili mekanizmasına sahip olduğu görülebilir. 

 

Sıralı 4 silindirli motor

Sabit sıkıştırma oranına sahip aynı hacim ve silindir düzeneğine sahip turbo-benzin motor yaklaşık 11.0:1 sıkıştırma oranına sahipken dizel motor yaklaşık 16.5:1 sıkıştırma oranına sahip olabilir. Bu oranlar sabittir ve daha önce de belirttiğimiz gibi bir problem veya dışarıdan bir müdahale olmadığı sürece değişmez. Infiniti'nin yeni tanıttığı değişken sıkıştırma oranlı sistemde ise yüksek performans için sıkıştırma oranı 8.0:1 oranına kadar inebiliyorken yüksek verim için de 14.0:1 oranına kadar çıkabilmektedir.

 

 

Yukarıdaki sıkıştırma oranları BMW 1.5lt 3 silindir motora sahip BMW 1.18i (benzin) ve 116d (dizel)  modellerine aittir.

 

Infiniti değişken sıkıştırma sistemi

Yukarıda da belirttiğimiz gibi sıkıştırma oranının değiştirilebilmesi için motorun krank miline bağlı bir ayar mekanizması bulunuyor. Bu ayar mekanizmasının amacı piston kafasının silindir içerisinde üst ölü noktaya (ÜÖN) çıktığı seviyeyi ayarlamak ve bu sayede hava-yakıt karışımının sıkıştırma oranını değiştirmek. Ancak bu ayarı gerçekleştirebilmek için de daha karmaşık bir krank mili ve kontrol mekanizması karşımıza çıkıyor. Aşağıdaki çizimde bu mekanizmanın hareketi sonucunda yer değiştiren noktalar kırmızı çizgilerle, sabit kalan noktalar ise mavi çizgilerle belirtilmiştir. 

 

• Kontrol ünitesi: Sistemin ana hareket kaynağı da diyebiliriz. Motor beyninden aldığı komutları, uyguladığı güç ile mekanizmanın hareket etmesini sağlar. Kısacası bu sistemin güç kaynağı da denilebilir. Yukarıda (1) ile gösterilen dönme hareketini yaparak sistemi açar ve yüksek verim yani yüksek sıkıştırma moduna geçirir ve tersine döndürür.
• Hareketli kol: Kontrol ünitesinin komutlarını kontrol şaftına iletir.
• Kontrol şaftı: Kontrol ünitesinden hareketli kol vasıtasıyla aldığı hareketi krank miline iletir.

Değişken sıkıştırma sistemi çalışma prensibi

1. Kontrol ünitesi motor beyninden aldığı komut ile mekanizmayı hareket ettirecek kadar döner.
2. Hareket kolu belli bir açıyla kontrol şaftını döndürür.
3. Dönen kontrol şaftı krank milini yukarı iter.
4. Yukarı itilen krank mili sayesinde piston daha da yukarı çıkar ve sıkıştırma oranı yükselir ve sistem dizel motoru gibi çalışarak verim odaklı çalışır.
5. Yüksek verim yerine yüksek güç istendiğinde ise mekanizma tam tersi şekilde çalışarak pistonu aşağı çekerek sıkıştırma oranının düşürür ve sistem benzin motoru gibi çalışarak güç odaklı çalışır. 

Bujisiz tutuşan benzin-hava karışımı

 

HCCI yani Homogeneous Charge Compression Ignition ifadesi Türkçe'ye anlaşılır bir şekilde çevrilirse Homojen hava-yakıt karışımının (dolgusunun) sıkıştırma ile tutuşması olarak düşünülebilir. Bu da yanma odası içerisinde tam olarak karışmış hava-yakıt karışımına sahip olduğumuzu belirtiyor diyebiliriz. Ayrıca sıkıştırma konusuna yukarıda değinmiştik. Burada hava-yakıt karışımının tutuşabilmesi için yüksek bir sıkıştırma oranı gerekiyor. Kısacası bu motor homojen hava-yakıt karışımının yüksek basınçta kendiliğinden tutuşması ile çalışıyor denilebilir.


Aşağıdaki teknik resimden sistemin dizel ve benzin motoruna göre farkına bakalım;

• Dizel motorda piston tarafından sıkıştırılan havanın üzerine dizel yakıtı yüksek basınçlı enjektörden püskürtülüyor ve bunun sonucunda da tutuşma hemen püskürtmeyi yapan enjektörün önünde başlıyor ve ilerliyor. Ancak homojen bir karışım söz konusu değil.
• Benzin motorda emme supabından gelen hava ile bu sırada püskürtülen yakıt karışmaya başlar ve piston tarafından sıkıştırılır. İdeal sıkıştırma oranında ise buji çakarak ateşlemeyi gerçekleştiriyor. Ancak yine homojen bir karışım söz konusu değil.
• HCCI motorda ise aynen benzin motorunda olduğu gibi emme supabından hava alınırken enjektörden yakıt püskürtülüyor. Piston ise yukarı hareket ederek hava yakıt karışımını yüksek bir oranda sıkıştırıyor. İyice sıkışan ve basıncı artan hava-yakıt karışımı pistonun hareketi sırasında homojen bir şekilde karışmış oluyor. Basıncın ve dolayısı ile sıcaklığın artması ile de homojen karışımın çeşitli noktalarında tutuşmalar başlıyor ve karışım daha verimli bir şekilde yanıyor. 

Not: Benzin ve HCCI motorda'da yakıtın enjektör ile direkt püskürtüldüğü düşünülebilir. Resimler genel anlatım içindir. 

Dizel motor, benzin motor ve HCCI motor farkı

Her ne kadar HCCI motor için dizel gibi çalışan benzinli motor desek de görüldüğü gibi tutuşma aşaması dizel motorda yakıtın çok yüksek basınç ile püskürtülmesi sayesinde gerçekleşiyorken HCCI motorda hava-yakıt karışımının tamamen karışarak farklı ve çoklu noktalarda kendiliğinden tutuşması ile gerçekleşiyor. Yani dizel motorlardaki gibi yüksek basınçlı enjektörler bu sistemde gerekmiyor. Sadece yakıtın yanma odasına düşük bir basınçla püskürtülmesi yetiyor. Kısacası bu sistem tipik bir direk enjeksiyonlu benzin motorunun çok yüksek sıkıştırma ile ayarlanmış yüksek teknolojiye sahip gelişmiş bir versiyonu ve bujiye de gerek kalmıyor.

 

Bilgi açısından aşağıda direkt yakıt enjeksiyonlu bujili benzin motorunun detayını görebilir, HCCI sistemde ise bujinin olmadığı bir şekli kafanızda canlandırabilirsiniz. Ayrıca yakıtın basınçlı şekilde yanma odasına püskürtülmesine gerek kalmadığı için hava-yakıt karışımı dışarıda hazırlanarak emme supabı ile yanma odasına alınabilir. Bu sayede yüksek ısıya supablardan başka bir parça maruz kalmaz.
 

Direkt enjeksiyonlu yakıt sistemi

İzah ettiğimiz HCCI prensibi sadece bujisiz çalışan sistem için olsa da bir de hem bujisi olan ancak bazı zamanlar bujinin ateşleme yaptığı karma bir sistem bulunuyor. Bu sistem farklı otomobil üreticileri tarafından deneniyor ancak çalışma prensipleri birbirlerinden farklı. Kimisinde aracın belli bir hızına kadar bujisiz ateşleme gerçekleşirken belli hızların üstünde buji devreye girerek ateşleme gerçekleşiyor. Bir diğerinde ise normal ve sakin kullanımlarda bujisiz sistem devrede iken gaza fazla basılırsa buji devreye girerek ateşleme yapıyor. Kısacası HCCI sistemi geliştirilmeye çok müsait ve farklı kombinasyonlar uygulanabilir. 

 

Kaynak: SekizSilindir

Tüm haberi görüntüle

[Fotifoti 2.389]

Güzel çalışmaymış, paylaşım için teşekkürler

[Misafir]

Emeğine sağlık abi faydalı bir paylaşım keşke dünyada savaşlar için bahane aranacağına insanlığın faydası için yapılacak birşeyler aransa 

[NoooFearrrr 597]

Yeni teknoloji motorlar çok farklı olacaklar anlaşılan. 

Çok güzel bir makale olmuş .