Bir yüzyılı aşkın süregelen motor geliştirme çalışmalarında önemli bir yere sahip olan etkenlerden birisi de yakıtlardır.

  Yakıtın motor gelişmeleri üzerinde çok önemli bir etkisi vardır. İlk motorlar ortaya çıktığında gazların yakılması ile mekanik güç elde ediliyordu. Ancak 1880’lerin sonlarına doğru benzin ve hafif yağlar içten yanmalı motorlar için uygun olmaya başladı ve yakıtı buharlaştırıp yakıt-hava karışımı sağlayan karbüratörlerin gelişmesini sağladı. Her ne kadar benzin bu şekilde uygulama alanı bulsa da 1905 yılından öncesine kadar benzinin bazı avantaj ve dezavantajları vardı:

  Bununla birlikte 1907 yılında ciddi bir petrol kıtlığı başgösterdi ve 1907-1915 yılları arasında benzinin fiyatı ağır yağların fiyatının tam 5 katı oldu. Bu süreçte William Burton(1865-1954)’ın çalışmaları ve Standart Oil of Indiana kurumunun çalışmaları ağır yağların yanma sürecinin daha verimli olabileceğini gösterdi. Buna göre ağır yağlar içinde daha hafif uçucu gazlardan ayrıştırılırsa ve basınç altında yakılırsa yüksek yanma basınçları(ve verimleri) elde edilebilirdi. Bu çalışma yağların fiyatlarında tatmin edici bir düşüş yaşanmasını sağladı fakat yağın içindeki uçucu gazların ayrıştırılması soğukta ilk çalıştırma da sıkıntılar meydana gelmesine sebep oldu. Neyse ki 1912 yılında marş motoru bulundu ve bu sıkıntı da ortadan kalktı.

  Tarımda kullanılan içten yanmalı motorlarda hafif olduğundan dolayı gazyağı kullanılıyordu. Bu araçlarda ısıtmalı karbüratörler yakıtı buharlaştırıyordu ve aracın kontrolünü kolaylaştırıyordu.

 Birinci Dünya Savaşı’nın meydana geldiği yıllarında bizlerin ‘yakıtların yanıcılığı’ hakkındaki algımızın tamamen değişmesine sebep olan gelişmeler yaşandı. Bu gelişmeler özellikle de vuruntu problemi üzerineydi. General Motors, kurşun tetraetilin vuruntuyu önlediğini keşfetti ve 1923 yılında ABD’de yakıtlara katılarak ticarileşmesi sağlandı. 1930’ların sonlarında Eugene Houdry buharlaştırılmış yakıtı 450-800 C ‘lik bir katalizörden geçirerek kaliteli benzin elde etmeyi başardı. Eugene’nin bu buluşu ve diğer gelişmeler vuruntu riskini büyük ölçüde engelledi. Motorların sıkıştırma oranları, güçleri ve verimleri de aynı şekilde artış gösterdi.

  Tüm bu gelişmelerin yaşandığı ve on yıllarca yapılan yenilikler, motor tasarımında yeni faktörlerin oluşmasına sebep oldu. Bu faktörlerlerden birincisi otomotiv sektörünün hava kirliliğini çok arttırdığı ve bunun kontrol altına alınması gerektiği, ikincisi ise araçların yakıt tüketiminin iyileştirilmesi gerektiğidir.

  Otomotiv sektörünün hava kirliliği problemi ilk olarak 1940’larda Los Angeles’ta başgösterdi. 1952 yılında ise Prof. A. J. Haagen-Smit hava kirliğinin NOx bileşikleri ve HC(hidrokarbon)’ların reaksiyonlarından oluştuğunu ortaya koydu. Otomobillerde şüphesiz bu bileşikleri çıkaran yegâne kaynaktı. Bunun yanında dizel motorları benzinliden farklı olarak hem NOx, HC ortaya çıkartıyor hem de is emisyonlarına sebep oluyordu.

  Bu problemlerin baş göstermesi üzerine ilk olarak 1960’ın ilk yıllarında Kaliforniya’da otomobiller için emisyon standartları üzerine çalışmalar başlamıştır. Japonya ve Avrupa Ülkeleri de Kaliforniya’yı müteakip çalışmalara başlamıştır.

 Los Angeles ve Londra’da 1950’li yıllarda hava kirliliğinden kaynaklı olarak ölümler meydana gelmiştir. Bir gecede yüzlerce kişi kirli havanın yeryüzüne çökmesinden dolayı zehirlenerek ölmüştür. Bu hava kirliliğinin sebep olduğu en büyük iki olaydır. Standartların ortaya çıkmasında ve hava kirliliğinin önemli bir sorun olarak görülmesinde bu olaylar çok etkili olmuşur.

  Uygulamaya konulan emisyon standartları benzinli ve dizel araçlardaki emisyonların azaltılmasını başarmıştır. Benzinli motorlarda egzoz sistemine yerleştirilen katalizör ile vuruntuyu önleyen kurşunlu benzinin bir arada kullanılması katalizörün tıkanmasına yol açmıştır ve kurşunsuz benzin daha önemli hale gelmiştir. Üstelik kurşunsuz benzin kullanımı emisyonları beklenmedik şekilde azaltmıştır. İçten yanmalı motorların tasarımı ve işletimi de gelişmelere bağlı olarak yeni bir yön kazanmıştır.

  İçten yanmalı motorlar aynı zamanda önemli bir gürültü kaynağıdır. Motorda gürültünün birkaç kaynağı vardır: Egzoz sistemi, emme sistemi, soğutma amaçlı kullanılan radyatör fanı ve motor bloğu. Bu gürültüler aerodinamik etkilerden, motorda meydana gelen dönme kuvvetinden veya motorun çalışması esnasındaki süreçte meydana gelir. Araçların gürültü ve emisyonlarının azaltılması için gerekli kısıtlamalar ilk olarak 1970’in ilk yıllarında oluşturulmuştur.

  1970’li yıllar boyunca ham petrolün fiyatı birkaç kez artış gösterdi ve petrolün daha uzun yıllar kullanılması gerektiği fikri bu yıllarda ortaya çıktı (1973’te siyasi sebeplerden dolayı petrolün varil fiyatı 3 kat artmıştır). İçten yanmalı motorların verimlerini artırmak için yapılan büyük baskılar beraberinde yüksek verimlerde motor üretimini getirdi. Emisyon şartlarının oldukça fazla olmasının yanısıra çevresel etiklerden dolayı benzinin içindeki kurşun miktarları azaltıldı. Bu yüksek verimli benzinli motor yapmaya çalışan firmaları olumsuz etkiledi. Çünkü benzinin içindeki kurşunun azaltılması demek daha düşük sıkıştırma oranına sahip benzinli motor yapmak anlamına geliyordu. Şirketler bu kısıtlamalar yüzünden petrol kaynaklı olmayan alternatif yakıtlara yöneldiler. Doğal gaz, etanol, metanol, kömürden elde edilen dizel ve uzun vadede hidrojen yakıtlarının kullanımı bu yıllarda büyük önem kazandı. Motor firmalarının alternatif yakıtlara yönelmesi mevcut petrol kaynaklarının daha uzun yıllar kullanılması anlamına geliyordu. Günümüzde halen alternatif yakıt arayışı devam etmektedir. Mevcut teknoloji ile yukarıda sayılan alternatif yakıtlar elde edilebilmektedir. Ancak yakıtların elde edilmesi ekonomik değildir. Bu yüzden şu an için alternatif yakıtlar için “Enerji dengesi negatiftir.” denilmektedir. Bu şu demektir: Yakıtı elde etmek için harcadığımız enerji, yakıtı kullandığımızda elde edeceğimiz enerjiden daha fazladır.

  Yaklaşık 1 yüzyıl boyunca devam eden içten yanmalı motorların geliştirilmesi çalışmaları bu yıllarda en üst seviyeye ulaştı. Geleneksel buji ateşlemeli ve dizel motorların gelişimi sürekli devam etti. Yüksek verimli, yüksek güçlü, düşük emisyonlu motorlar geliştirildi. Malzeme teknolojisinin gelişmesiyle birlikte daha hafif, düşük maliyetli, ısı transferi düşük, farklı tipte ve yüksek verimli motorların üretimi mümkün hale geldi. Kademeli dolgulu motorlar gibi farklı tipte motorların üretilmesi güç/ağırlık oranını yükseltti.

  Emisyon standartları ilk çıktığı günden bu yana sürekli olarak değişmektedir. Otomotiv mühendisleri ve otomotiv şirketleri ayakta kalmak için standartların gereğini yerine getirmek zorundadır. Getirilen kısıtlamalara karşın meydana gelen gelişmeler gözönüne alınırsa otomotiv mühendislerini daha zor görevler beklemektedir. Ancak otomotiv mühendislerinin bu zorluğu aşacağı aşikar görünmektedir.

-İnternal Combustion Engine Fundamentals, John B. Heywood (Yazının içeriği büyük oranda bu kitabın tercüme edilmesinden oluşmuştur.)