Benzinli Motorların Gelişim Süreci Hakkında Bilinmeyenler
Çoğumuz benzinli motorlar hakkında bir şeyler biliyoruz. Otomobil tutkunlarının bilgisini aslına bakarsan sorgulamıyoruz fakat bazı detaylar var ki her insanın hakim olmadığı, daha ilkin duymadığı şeyler olabiliyor.
Arabaların birçok detayı hakkında içerik yazıyoruz fakat bu sefer birazcık daha derinlemesine ineceğiz.
Birazcık tarih, birazcık teknik, birazcık da geleceği hakkında işte benzinli otomobiller hakkında azca malum bilgiler:
Benzinli motorun tarihiyle başlamış olalım mı?
Endüstri devrimi sonrasında benzinli motorların gelişimi birçok mucidin garip denemeleriyle karşılaştı. Fransız Icat eden Nicéphore Niépce 1807’de “pyréolophore” adını verdiği bir motor geliştirdi.
Bu içten yanmalı motorda yakıt olarak likopodyum ve reçine tozu karışımı kullanıldı. İlk motor, ticari başarı kazanamadı sadece görünüşte içten yanmalı motorlar için mühim bir temel attı.
1860’larda Belçikalı Étienne Lenoir, kömür gazıyla çalışan iki zamanlı bir motor buluş etti ve hatta 1863’te “hippomobile” adında olan aracı Paris’ten joinville-le-Pont’a kadar ortalama 9 km sürerek tarihin ilk içten yanmalı motorlu vasıta yolculuğunu yapmış oldu. 16 km hızla yürüyüşten hâllice olsa da bu denemeler, daha verimli ve kuvvetli motorların iyileştirme isteğini körükledi.
1886’ya gelindiğinde ise Alman Mühendis Karl Benz, tarihin ilk çağdaş otomobili sayılan Patent-Motorwagen’i üretti ve patentini aldı.
Fakat bu yeni icadı halka duyurmak için garip bir pazarlama hamlesi gerekiyordu. Karl Benz’in eşi Bertha Benz, 1888’de aracı alıp iki oğluyla yolculuğa çıktı ve ergonomik çözümleriyle tarihe geçti.
Yakıt bitince eczaneden benzin benzeri ligroin solventi satın alarak dünyanın ilk benzin istasyonunu fiilen oluşturdu; tıkanan yakıt hattını kulak iğnesiyle açtı.
İlk dönem otomobillerde motorların çalıştırılması da ciddi bir sorundu.
Elektrikli marş motoru hemen hemen yokken aleti çalıştırmak için ön çalıştırma manivela kolunu elle çevirerek motoru “kranklamak” gerekiyordu. Bu işlem hem zor hem de tehlikeliydi.
1908 kışında Byron Carter isminde bir icat eden, yolda kalan bir Cadillac otomobilini çalıştırmaya yardım ederken motor geri tepip kolunu fırlattı ve Carter’ın çenesini kırdı. Bu vakadan sonrasında zatürreden öldüğü söylense de bazı kaynaklar kangren olup öldüğünü de belirtiyor.
Cadillac’ın kurucusu bu vakadan sonrasında mühendislere yönerge vererek 1912 model Cadillac’larda ilk elektrikli marş motorunu standart hâle getirdi ve böylece elle kranklama devri bitti.
Benzinli motorların carnot prensibiyle çalıştığını biliyor muydunuz?
Bir benzinli motor, kontrollü mini patlamalarla yakıttaki kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürüyor. Dört zamanlı motorda (emme, sıkıştırma, yanma, egzoz) pistonlar silindir içinde hızla hareket ediyor.
Mesela, 3000 devir/dakikada çalışan bir motor, saniyede ortalama 9 metre hızla hareket eden pistonlarla dakikada 100’e yakın mini patlama üretiyor. Spor otomobillerde bu hız 20-25 m/s’ye çıkabiliyor!
Sadece motorlar yakıt enerjisinin tamamını kullanamıyor, büyük kısmı ısı olarak kayboluyor. Çağıl motorlar teoride %50 verimliliğe ulaşsa da pratikte bu oran %20-40 içinde. Verim ise sıkıştırma oranı ve ısı farkıyla sınırı olan. Kısmi yükte çalışırken verim daha da düşüyor, bundan dolayı bazı motorlar silindir kapatma özelliğiyle verimi artırıyor.
Kısacası, motorlar inanılmaz bir mühendislik harikası olsa da enerjinin mühim bir kısmını kaybediyor.
Bir öteki şaşırtıcı nokta ise oktan sayıları ve vuruntu meselesi.
“Yüksek oktanlı benzin daha kuvvetli.” şeklinde bir yanlış kanı var. Gerçekte oktan sayıları, benzinin patlamaya (vuruntuya) karşı direncini gösteriyor. Yüksek oktanlı yakıt, yüksek sıkıştırma oranlı performans motorlarında kontrolsüz patlamayı engelleyerek daha sıhhatli yanma sağlıyor; bu da motorun daha ileri ateşlemeli avansı ve yüksek güçle çalışabilmesine imkân tanıyor.
Sadece motorunuz yüksek sıkıştırmalı yada turbo beslemeli değilse, yüksek oktan yakıt direkt fazladan güç vermez. Beklenen şekilde, dizel motorlar ise benzinlilerin aksine buji kullanmaz; yakıtı sıkıştırmanın yarattığı yüksek sıcaklıkla tutuşturur.
Benzinli motorlarda darbe riski sebebiyle bu yöntem uygulanamazken günümüz benzin motorlarında direkt püskürtme, gelişmiş ateşleme kontrolü ve darbe sensörleri yardımıyla sıkıştırma oranları yavaş yavaş artırılıyor.
Özetle, benzinli motor emek harcama analizi, içinde gerçekleşen süratli ve tekrarlı patlamalar ile termodinamik sınırlamalara ayrılan garip bir denge.
Mühendisler, benzinli motorların performansını ve miktarını çoğaltmak için seneler içinde pek oldukca yaratıcı çözüm geliştirdi.
- Wankel Döner Motor: Piston yerine üçgen rotor kullanılan motor, dönen hareket yardımıyla kompakt ve dengeli çalışıyor. Mazda, RX-7 ve RX-8 modellerinde bu motoru kullanarak döner motoru ünlendirdi fakat ne var ki rotor ucundaki temasların çözülme sorunları ve yüksek yakıt tüketimi şeklinde zorluklar, Wankel motorunun yaygınlığını sınırladı.
- Değişken Supap Zamanlaması (VVT): Klasik motorlarda supapların açılma zamanları durağan(durgun) ve bu ayar her devirde en iyi performansı veremez. VVT teknolojisi ile ise supapların açılma/kapanış zamanları motor devrine ve yüküne gore ayarlanabilir.
- Turboşarj ve Süperşarj: Turboşarj, egzoz gazıyla emek vererek motora daha çok hava basıyor. Süperşarj ise krank milinden güç alıyor. Her ikisi de ufak motorlara büyük güç sağlıyor.
- Silindir Dönem Dışı Bırakma: Fazlaca silindirli motorlarda, düşük hızda bazı silindirler kapatılarak yakıt tasarrufu sağlanıyor. İhtiyaç hâlinde ise tüm silindirler devreye giriyor.
- Direkt Yakıt Enjeksiyonu: Bunda ise yakıt direkt silindire püskürtülüyor. Böylelikle daha verimli yanma, daha azca vuruntu ve daha iyi performans sağlanıyor.
Son olarak geleceğe bakalım ve içeriğimizin sonuna gelelim.
Her insanın aklında olan sorulardan biri de elektrikli motorların yükselirken benzinli motorların sonunun nasıl sonuçlanacağı. Mühendisler, içten yanmalı motorları daha temiz, verimli ve çevre dostu hâle getirmek için yenilikler üstünde çalışıyor.
Mesela, Mazda’nın Skyactiv-X motoru, SPCCI (Kıvılcımla Denetim Edilen Sıkıştırma Ateşlemesi) teknolojisiyle benzinli motorların daha azca yakıt tüketmesini sağlıyor. Bu sistem, düşük yükte benzin-hava karışımını dizel şeklinde sıkıştırarak yakıyor ve bu da verimliliği artırıyor.
Nissan/Infiniti ise değişken sıkıştırma oranlı motorlar geliştirdi. VC-Turbo motor, sürüş koşullarına gore sıkıştırma oranını 8:1 ile 14:1 içinde değiştirerek hem yüksek performans hem de düşük yakıt tüketimi sağlıyor. Bu teknoloji de benzinli motorların gelecekte daha ekonomik ve kuvvetli olmasını mümkün kılıyor.
Bileşik yakıtlar da benzinli motorlar için ümit vadediyor. Yakıtlar, laboratuvarda üretilerek karbon etkisiz bir halde emek harcamayı mümkün hâle getiriyor. Porsche şeklinde firmalar de bileşik yakıt tesisleri kurarak bu alanda öncülük ediyor. Ek olarak hidrojen yakıtlı içten yanmalı motorlar da alternatif bir çözüm olarak değerlendiriliyor.
Gelecekte, benzinli motorların daha akıllı ve entegre hâle gelmesi umut ediliyor. Gelişmiş elektronik denetim üniteleri ve suni zekâ destekli sistemler ise motorların en verimli şekilde çalışmasını sağlayacak şeklinde duruyor.
Netice olarak, benzinli motorlar gelecek yıllarda daha temiz, verimli ve değişik yakıtlara uyum sağlayabilen bir yapıya kavuşabilir. Elektrikli araçların yaygınlaşmasına karşın içten yanmalı motor teknolojisi hâlâ gelişimini sürdürüyor ve gelecekte de mühim bir rol oynayabilir.
