GİRİŞ

Bir içten yanmalı motorun düşük yüklerde çalışması sırasında bazı silindirin deaktive kullanılması fikri 20. yy üçüncü çeyreğinin başlarında ortaya atılmıştır. Bu fikrin oluşmasındaki temel sebep rölantide gereksiz güç üretimini engellemek ve değişken hacimli motor hayalini gerçekleştirmektir.

Otomatik silindir deaktivasyonu ile   Volkswagen TSI 1.4L(ACT) 2013 Stutgart Almanya da gerçekleştirilen Uluslararası   Motor Fuarında Yılın “En iyi motor ödülünü” aldı.

Volkswagen 1.4-litrelik TSI benzinli motor da 1.0- 1.4 L motor hacmi kategorisinde üst üste yedinci kez “Yılın Motoru” ödülünü kazandı. Bu, uluslararası motor teknolojisi rekabetin 15 yıllık geçmişinde 1.4-litre TSI en başarılı motoru yapar. Bu teknoloji daha çok 8 veya 12 silindirli motorlarda daha tanıdık ve bilindik hale gelmiştir. Bunun nedeni kamyon gibi büyük motorlu taşıtlarda sürekli yük taşımacılığı yapılmadığından, güç ihtiyacı sürekli olmaz. Ayrıca bu motorların özgül yakıt sarfiyatları ve emisyon değerleri oldukça yüksek olması nedeniyle 8-12 silindirli motorlarda daha yaygındır.  Wolfsburg merkezli şirket, geçen yıl dört silindir aktif silindir yönetimi tanıtarak ilk üretici oldu. Aktif silindir teknolojisi POLO ve GOLF 1.4 TSI motorlarında kullanılmıştır.

ACT tarihçesi;

• İlk uygulamalarından bir tanesi 1981 yılında General Motors tarafından Cadillac modelindeki aracında karşılaşmaktayız. Bu modelde 8 silindire sahip motor, ihtiyaç durumuna göre 4 veya 6 silindirli olarak da çalışabilmektedir. Fakat bu sistem beklenmedik problemler oluşturmuştur. Bunların başında elektronik endüstrisinin henüz tam anlamıyla gelişmemesi nedeniyle sistemin cevap süresi uzun ve mekanizmanın oluşturulması bir o kadar da zahmetliydi. General Motors, keşfettiği bu teknolojiye ACM yani Active Cylinder Management adını vermiştir.
  Şekil 1. CADİLLAC Aktif silindir yönetimli ilk aracı

• 1982 de Mitsubishi firması V6 motorlarında kullanılmıştır. Fakat bu da istenen başarıyı sağlayamamıştır. Mitsubishi firması 1993 yılında kendi değişken supap zamanlaması teknolojisini geliştirmesi sonucun da bu teknoloji daha etkin hale geldi ve MIVEC-MD varyantını tanıttı.
• Alfa Romeo da 1982 de bu alanda çalışmalar yapmıştır.

Aktif silindir teknolojisinin çalışma prensibi;

Bu teknoloji aktif durumdayken emme ve egzoz supaplarını tahrik eden kamları yatay eksende öteleyerek supapların açılması engeller. Bu sayede hava, silindir içine alınmaz. ECU tarafından kontrol edilen enjektörler, deaktif edilen silindirlere yakıt enjekte etmez. Böylece bu silindirler güç üretmeyerek boşta dönerler.

Motorun normal çalışması ve silindir deaktivasyonu arasındaki geçiş ateşleme zamanlaması, kam zamanlaması ve gaz kelebeği konumundaki değişiklikleri kullanarak, düzeltir (elektronik kontrollü gaz kelebeği sayesinde).

Başlıca iki temel problemi vardır. Bunlar;

• Düşük devirlerde deaktif olan silindirlerin motor titreşimini artırması.
• Deaktif olan silindirlerde yanma meydana gelmemesi nedeniyle bu silindirler daha soğuktur bu nedenle dengesiz soğutma oluşur.

Şekil 2. ACT modülü (Volkswagen)

Şekil 3. ACT Kam mili ve ACT’nin Kam üzerindeki konumu

Bu teknolojinin sağladı avantajlar başlıca şu şekilde sıralanabilir;

– Özgül yakıt sarfiyatını azaltır.

Benzinli motorlarda H/Y=15kgH/1kgY olarak stokiyometrik olarak tanımlanır.

bu formülden de anlaşılacağı üzere motor hacmi λazaldıkça emilen hava miktarı azalır ve dolayısıyla silindir içine sevk edilen toplam yakıt miktarı azalır. Özgül yakıt sarfiyatı formülünden de anlaşılacağı üzere yakıt miktarının azalması ile özgül yakıt sarfiyatı azalır.

Örneğin 2.0 L hacme sahip bir motor bu teknoloji sayesinde istenildiğinde 1 L motor gibi çalıştırılabilir. Bu neden ile de özgül yakıt sarfiyatı düşürülmüş olur.

–Daha düşük kirletici emisyonlarını sağlar.

Yakıt sarfiyatının azalması ile birim zamanda tüketilen yakıt miktarı azalması sonucunda kirletici emisyonlar azalır. Mükemmel tam yanma denklemini yazarsak;

Bu denkleme göre tüketilen yakıt miktarının azaltılması sonucunda emisyonlarında azalacağı aşikardır.

–Sürtünme kayıplarını azaltır.

Motorun efektif güç;

 Bu bütün kayıpların içinde sürtünme kayıpları önemli bir paya sahiptir. Bu sürtünme kaybı silindir cidarları ve piston segmanları arasında meydana gelir.

Şekil 4. Krank-Biyel Mekanizması

Burada oluşan kuvvetler motorun yanma odasında patlama sonucunda meydana gelen basınç sonucunda oluşur. F kuvvetinin artması yani patlamanın meydana gelmesi sonucunda  kuvveti artar. Yatay kuvvet bileşenin artması nedeniyle de sürtünme artar. Örneğin 4 silindirli bir ACT sistemi sayesinde 2 ve 3 numaralı silindirlerde yanma olmaması nedeniyle sürtünme kuvvetleri neredeyse hiç meydana gelmez. Bu vesileyle hem özgül yakıt sarfiyatı azalır hem de kirletici emisyonlar azaltılmış olur.

Bir içten yanmalı motor ömrünün %70’i düşük yüklerde geçirir. Buda pompalama kayıpları olarak bilinen verimsizliğe neden olur. Örneğin 4 silindirli ACT sistemine sahip bir motorda 2. ve 3. silindirler devre dışında kalabilmektedir. Dolayısıyla pompalama kayıpları daha azdır.

 

Volkswagen modellerinde 2012 yılında kullanılmaya başlanan 1,4 TSI 140 PS gücündeki motor, ACT teknolojisiyle sunulmaktadır.

4 silindirli ve egzoz turboşarjı ile aşırı beslenen bu 16 subaplı modern motor, 250 NM maksimum torkunun 100 NM ve daha düşüğü talep edildiği durumlarda ve 1250 ila 4000 d/d arasında, saatte 130 km/s hızın altında ilerlendiği sırada 2 ve 3 numaralı silindirlerini kapatır. Bunu, egzoz ve emme subaplarına kumanda eden egzantirik milini 0 dereceli bir noktaya kaydırarak yapar ve aynı anda yakıt enjeksiyonunu ve buji ateşlemesini de keser.

Merak edilen soru; “ihtiyaç halinde” ne olacağıdır. Cevap, krank milinin 1,5 turu yeterlidir. İlgili silindirler sarsıntısız ve hissedilmeden devreye girecek şeklinde olacaktır. Bu değer motor devrine bağlı olarak değişmektedir.

Bu teknolojiyi barındırmayan, 103 kW/140 HP bir TSI motoru 100 kilometrede 4.7L yakıt sarfiyatı ve 108 g/ km  salınım değeri vardır. Oysa bu teknolojiye sahip aynı motor 100 kilometrede 4.5L yakıt sarfiyatı ve 105 g/ km  salınımına sahip olur.

TSI motorların ilk halinden günümüze, yakıt tüketimi ve CO2 emisyon değerleri ile karşılaştırıldığında, iç sürtünmeyi azaltarak ağırlık düşürücü ve termal yönetimi optimize gibi tedbirlerle de kısmen % 9 azalmış oldu. Bu motorlar da ACT kullanımıyla %16’e varan yakıt tasarrufu sağlanmış olur.

ECU Güç stabilitesini hesaplar ve kaydeder ve bir selonoidli aktüatör kullanarak sürgülü kamın konumunu ayarlar. Deaktif olan silindirlere yakıt beslemesi kesilir böylece yakıt tasarrufu sağlanır. Ayrıca ateşlemede kesilir böylece buji aşınmaları azaltılarak buji ömürleri de artırılmış olur.

Tüm bunların sayesinde ortalama %16 daha az yakıt sarfiyatı elde edilebilmektedir (NEDC normlarına göre 0,4 lt/100 km daha düşük tüketim).

Silindirlerin açılıp kapatılması tamamen mekanik eyleyiciler ile gerçekleşmektedir; sistemin devreye girmesi veya devreden çıkması motor devrine göre değişmekle beraber 13-36 milisaniye arasındadır. Bunların yanında sistemin deaktif olması sadece gaz pedalına basmak ile olmamaktadır. Gaz pedalı sensörü ve gelişmiş yazılımlar sayesinde sürüş profili sürekli olarak izlenmektedir. Standart profillerin dışında bir sürüş farkedilirse –stepze yollarda sürüş veya otoyolda sportif sürüş– ACT deaktif edilmektedir. ACT, sürücü isteğine bağlı olarak da kumanda edilebilmekte ve modu değiştirilebilmektedir.

Şekil 5. NEDC çevrimi

 

KARŞILAŞTIRMA

Şekil 6. Motor karşılaştırılması