Teknik Makaleler

Downsizing ve Turbo Bölüm 1

Mesut Taşdemir
Birincisi ve en önemlisi biz Japon severler downsizinge karşıyız diyoruz ama downsizing’in ağa babası ve kralı Japon otomobil firmalarıdır. Dünya zaten bu yüzden Japon otomobil firmalarını seviyor.
Kaldı ki bir çok örneği sıralayacağım;
 Japon otomobil tarihine bakarsanız Japonlar otomobilden önce minicik motorlu motorsikler ile bu işe başladılar daha sonra sanılanın aksine Toyota değil Honda sayesinde tüm Dünya’ya açılan Japonlar büyük motorların cirit attığı amerika kıtasına CVVC modeli nam-ı diğer civic modeli ile giriş yaptığında tüm Amerika şok yaşadı çünkü 60’lı yılların ortasında devasa motorlar ile elde ettikleri gücü küçük japon kardeşimiz 1.6 motorla elde ediyordu. Ve üstüne üstlük inanılmaz uygun fiyatlıydılar. İlk başlarda motorları inanılmaz hassas ve yürütmesi zor motorlardı ancak 10 yıllık zaman diliminde Japon firmalarının hızlıca bu motorlara yönelmesi nedeniyle yürütme ve arıza sorunları giderildi ve Japonlar en dayanıklı motorlara sahip oldular.
 1973 yılında yaşanan petrol krizinde ise alternatif yakıt ve teknolojiler bir bir üreticileri daha az yakan daha uzun ömürlü otomobil yapmaya  itti. Şimdi de olduğu gibi birçok hybrid ve/veya elektrikli motorlar çeşitli başka yakıt türleri (hatta nükleer yakıt kullanma düşüncesi) denendi. Bu sırada hala günümüzde baş tacı edilen kompackt sedan ve HB sınıfları ortaya çıktı. Otomobiller belirli karaktere ve sınıflara bölünmeye başladı. ABD başta olmak üzere Japonya, Almanya devletleri otomobillerin belirli standartlarda olması gerektiğini kabul ettiler.
Emisyon, yol güvenliği v.b onlarca konu hakkında uluslararası kanunlar belirlenmiştir. Bu kanunların çoğundan haberimiz yoktur ancak ister inanın ister inanmayın bir otomobilin far sayısı ve konumuna kadar her şey belrili regülasyonlar içinde olmak zorundadır.
Böylece otomobil firmaları bu sabit regülasyonlar altında üretim maliyetini düşürmek ve bu regölasyonlara uymak amacıyla çeşitli birleşmelere ve hatta bilgi paylaşımı yapmaya başladılar. Seri üretim teknolojileri (Toyota JIT), parça üretim teknolojileri (BOSCH, Denso, Renesis v.b) böylece tüm otomobil firmaları belirli standartı yakalamış oldular.
Peki motor teknolojisi bunun neresinde? 
Gördüğünüz üzere aslında downsizing olayı bugunkü mesele değil otomobil dünyasının varoluşundan beri büyük motor ve çok yakıt hep bir problemdi. Ve bununla beraber önü geliştirmeye açık aynı zamanda kompleks olan motor teknolojisi yıllarca evrildi.
  • Kısa bir örnek vermek gerekirse; karbüratör gibi karmaşık ve hava girişi kısıtlı olan sistemler ilk önce çok geliştirildi daha sonra mekanik beslemeye ardından emme subabı yakınına çok noktadan enjekte edilerek püskürtülerek tanecikli hale getirildi  (mpi),en son da direkt olarak yüksek basınçlı sistemlerin gelişmesi sayesinde direkt enjeksiyon sistemlerine geçildi. (Daha çok hava daha iyi yanma için hep bunlar)
  • Krank gücü ile itilen ufak çubuklar tahteravalli mantığı subapları açıp kapıyordu. Bu sistem aşırı sürtünmeli ve aynı zamanda motor devri yükseldikçe parçaların çalışmasının uyumsuzlaşması sebeyiyle bir kayış yardımı ile üstteki ufak kam miline aktarılmaya başlandı. Hava-yakıt karışımını içeri alan subapların tek ve büyük olması havanın girişini zorlaştırıyordu çünkü toplam çevre çapındaki giriş alanı kısıtlı idi. Bu yüzden üstten çift egzantriğe geçip piston başına 2 emme 2 egsoz olmak üzere 4 subapa geçildi. Bununla beraber motor devrine göre optimum yakıt değerlerini  ayarlamak mesele haline gelmişti üstüne üstlük her devirde ne kadar hava-yakıt karışımını gerekli olacağını hesap eden karmaşık bilgisayar sistemleri de gelişince (yük altında boşta v.s) ilk önce ECU’suz araçlarda daha önceden belirlenmiş devirlerde ayarlanan subap ayar mekanizmaları geliştirildi bkz: v-tec v.b . Bunun bir adım sonrası ise mivec gibi elektronik denetim sistemi kendi üzerinde olan sürekli kendini kontrol edebilen motorlar gelişince sürekli değişken subap sistemine geçildi. Yakın zamanda ise artık hem sürtünmeden dolayı oluşan kaybı azaltmak hem krank milini daha da hafifletmek amacıyla piezo elektrik kontrollü subaplar hayatımıza karışacak.

Ve bu verdiğim iki örnek yanında hava alması ve daha az sürtünme olması için motor bloğunda yapılan ve diğer komponentlerde yapılan yüzlerce binlerce ar-ge yi yazmıyorum ki ana konumua dönelim.

Gelelim günümüzdeki downsizing olaylarına bunu iki dalda inceleyelim; hacim ve piston sayısı, turbo

Hacim ve Piston Sayısı
Biliyoruz ki hacim küçültme kulağımıza Türk milleti olarak çok da kötü gelmese de hep alaycılık ve küçümseme söz konusu. Aslında işin iç yüzü tam olarak böyle değil.
Günümüzde hacim küçültmenin temel sebebi motorun ve aracın ağırlığını azaltmakdır ancak motorun hareketli parçaları azaldıkça ve hafifledikçe yanma daha hızlı ve verimli gerçekleşir. Döküm demir motorlar yerine geliştirilen aliminyum alaşım motorlar esneklik sayesinde ısıyı daha stabil tutup daha kolay yayabiliyor. Daha çabuk ısınıp operasyon sıcaklığına gelebiliyorlar. Üretimi ve ince işçiliği yani mühendislik anlamında üzerinde çalışması daha başarılı ve kolay. Böylece motor blokları ve diğer parçalar çok çok daha iyi bir şekilde birbirlerine uyum sağlıyorlar. Bu da kullanılan malzemelerin tolerans değerlerini azaltıyor ki bu da verimi arttırıyor.

Malzeme mühendisliğinde ve dünyasında yaşanan inanılmaz gelişmeler motor ömürlerini son 10 yıla göre inanılmaz yükseltti. Çünkü malzeme teknolojisi eskiden tamamen deneme-yanılma üzerine yapılan deneyler sonucu yapılırken Formula 1 gibi üstün motor sporları teknolojileri sağolsun bilgisayar ortamında yapılan yüksek işlem güçlü simulasyonlarda belki bir insan ömrünün yetmeyeceği deneyleri satatler içinde alıyorlar. Bu da yeni nesil alaşım metallerinin doğuşuna neden oldu. Ancak malzeme teknolojisinde hala daha yapılacak ilerlemeler var bunların iki sebebi var birincisi metal üretim teknikleri hala daha ilkel denilecek kadar basit. Aynı zamanda yeni bulunan kompozit ve nano kompozitlerin seri üretimi henüz mümkün değil.

Bütün bunlar bir araya geldiği zaman motorlar artık küçülseler bile örneğin 1.0 bir motor ağabeyi 2.0 motor kadar gücü üretip ve kaldıracak kadar güçlü oluyor.

Silindir sayısı azaltma konusunda ise eskiden yapılan 3 silindirli motorların yapılan mühendislik hesaplarının yetersizliği yüzüdnen stabillik olanığı azdı ancak son teknoloji tasarım ve gelişmeler ile 3 silindirli motorlar oldukça stabil çalışmaya başladı Bkz: 1.5 3 silindir BMW motorları v.b … Peki bu 3 silindir neden? Aynı sebepten daha az parça daha az sürtünme! Böylece 1.0 ecoboost motorunu ele alalım 999 cc bir motor 3 silindir her biri 333 cc böylece silndir çapı 4 silindirlik bir 1 litrelik motora göre daha geniş aşaı yukarı 1.4 4 silindir turbo motor silindir gücü ve dayanıklılığı elde ediyor. Kısaca aslında büyük motor gibi davranan küçük motor elde edilmiş oluyor.

TURBO!

Turbo’nun ağa babasının kim olduğunu biliyoruz? SAAB! Uçak üreten bir firma arabaya da tabi ki böyle bir şey yapar illa ki. Saab’ın zamanının CEO’sunun (ve tam bir mühendis kafalı biri) ünlü sözü aslında her şeyi açıklar nitelikte  ;
“Otomobillerimizde motor yağının etkin çalışması için yağ pompası kullanıyoruz. Soğutmak için de bir su pompamız vardı. Biz de neden arabanın en önemli konusu olan hava için bir hava pompası koymuyoruz? Evet bizim araçlarımızın daha iyi hava alması için turboya ihtiyacı vardı.” 
Böylece günlük otomobil dünyasında turbo devrimi başlamış oldu. Ancak bir sorun vardı turbo inanılmaz güç veriyordu dengesiz bir şekilde hem de! yakıt tüketimini de arttırması cabası idi çünkü turbo çalışmak için düşük sıkıştırma oranına sahip motor bloğu istiyordu. Bu da turbonun aktif devrinde olmadığı zamanlarda zengin karışım kullanması gereken bir motor bırakıyordu.
Böylece turbo devrinin 1. çağı kısa sürdü ve piyasadan yok oldu!

2. çağ ise yazının başında bahsettiğim emisyon regülasyonları yüzünden motorların verimsiz yanmalarını iyileştirmek için daha çok havaya muhtaç olmaları idi. Ve bunun yanında sertleşen rekabet koşullarında daha fazla güç ve daha az yakan otomobiller piyasada isteniyordu. Büyük bloklu çok sayıda piston kulllanmak ise artık eskimiş bir çözümdü bu iş için çünkü hafif olmayan bir araba asla az yakmazdı. Mercedes ve BMW başta olmaz üzere yavaş yavaş devasa motorlarına turbo takarak hacimlerini küçültüp gerçek hayatta dahi inanılmaz yakıt tüketimini düşürerek verimini yükselttiler. Peki ya ailelerimiz ile uzun süre seyahat ettiğimiz minik motorlu araçlar? Tabi ki onlarında emisyonları ve yakıt tüketimleri önemli idi .Ayrıca artan güvenlük donanımlarıi konfor donanımları v.b onlarca etken otomobilleri şişmanlatmaya başlatmıştı hem daha fazla güç lazımdı hem de arabaların daha hafifi olması lazımdı çözüm küçük hacim ve Turbo!

E peki ama turbo çok yakmıyor muydu? Evet öyle idi ancak artık motorların boyutları küçüldüğü için hacimsel olarak çok yakma oranı düştü, gelişen malzeme teknolojileri sayesinde turbo motorlarda 12:1 oranında inanılmaz derrece yüksek sıkıştırma oranına sahip olduğu için yakma olayı azaldı.
Turbo teknolojisi de boş durmadı aynı mivec v-tec de olduğu gibi motor devrine göre giren gaz oranına göre kendini ayarlayan turbolar gelişti.

Malzeme mühendisliğinin gelişmi sayesinde daha ince yağlar kullanıma başlandı bu da turboların verimi bir adım daha ileri taşıdı.

Bu arada bu 2 silindirli fındık motorun turbo dizaynı ve üretimi Mitsubishiye ait; Fiat 500 twinair

Her şeyi buraya kadar olumlu konuştum yok mu hiç eksisi yok mu hiç alternatif de turboya yöneliyorlar? Var var olmaz mı? 

Yazının devamını sizden gelen yorumlar ile yazacağım özellikle HCCI ve Hybrid sistemler üzerinden giderek downsizing ve turbo meselesinin eksilerini ele alacağım. Şimdilik bu kadar yazabildim… 🙂

Forum konusu: Küçük motorlu Turbo Araçlar

Editör Hakkında

Mesut Taşdemir

Mesut Taşdemir

1994 doğumluyum. OKS Türkiye birinciliği ile Fen Lisesi mezunu oldum. Daha sonra özel bir üniversitedede burslu devam ederken ailevi nedenlerden ötürü öğrenimimi kestim. Pamukkale Üniversitesi’nde Makine Mühendisliği bölümünde devam ettirmekteyim. Halen daha severek okuduğum bölümle alakalı olması nedeniyle de otomobiller ile organik bir bağım var . Ve bakış açım hep bu yönde oluyor.