By | 15 Ocak 2022
Porsche Variable Valve Lift

Giriş

İçten yanmalı motorlar ilk ortaya çıktığı zamandan bu yana geliştirilmektedir. Geliştirme ekseni genellikle verimlilik ve emisyondur. Bunların yanında üretim maliyeti, geliştirme maliyeti, dayanım vb konular da hem önem kazanmış hem de ciddi ilerlemeler kaydedilmiştir. Bu yazımda otomobil tahrik sistemlerinin bugününü anlamak için motor teknolojilerindeki gelişmelerden bahsedeceğim.

1. Değişken Supap Zamanlaması

Değişken Supap Zamanlaması (Variable Valve Timing, VVT) motor çevriminin zamanlarının oluşmasını sağlayan emme ve egzoz supaplarının açılma zamanlarıyla oynanmasını ifade eder.

VVT, motorların verimliliğini ve yakıt tüketimini iyileştirmek için motora eklenen mekanik parçalardan biridir.  VVT,
eksantrik mili ve aracın performansını izleyerek eksantrik milinin dönüş hızını kontrol eder. Araç performans farklılıklarını algıladıkça, emme ve egzoz valfinin açılıp kapanmasını içeren dört valf olaylarının zamanlamasını değiştirir [1,37]. Her VVT’nin benzer bir süreci olmasına rağmen, bireysel şirketlerin motorun verimliliğini ve performansını artıran kendi benzersiz valf zamanlama sistemi vardır. Bunların bir kısmı aşağıda gösterilmiştir.

1.1. Ford Ti-VCT

Twin Independent Variable Valve Timing (Ti-VCT) kelimesinin kısaltmasıdır. Ti-VCT uygulamasından emme ve egzoz supapları birlikte ve bağımsız olarak kontrol edilebilmektedir. Bu benzersiz özellik sayesinde motordaki EGR yerine kullanılabilmekte, bu da EGR’ye olan ihtiyacı ortadan kaldırmakta veya azaltmaktadır.

1.2. Toyota VVT-i

Valuable Valve Timing-Intelligence kelimesinin kısaltmasıdır. Yakıt tüketimini %6 oranında düşürmektedir [2]. Ti-VCT’ye benzer şekilde emme ve egzoz valfleri kontrol edilmektedir. Bu komponent sayesinde yakıt ekonomisi iyileştirilmekte, NOx ve hidrokarbon emisyonları azaltılmaktadır[3,39].

Valuable Valve Timing Intelligence

Şekil 1: Toyota VVT-i teknolojisi [3].

VVT teknolojisinin yanısıra sıklıkla karıştırılan VVL (Variable Valve Lift) teknolojileri de geliştirilmiştir. Burada VVT’den farklı olarak valflerin zamanlamasını değiştirmek yerine valflerin açılma miktarları (ing: lift) değiştirilmektedir. Böylece gazların hareket edebileceği alan değiştirilerek yanma odasına giren ve çıkan gazlar kontrol edilebilmektedir.

VVL teknolojisine bir örnek Porsche tarafından bulanan VarioCam teknolojisi olabilir. Şekil 2’de sistem gösterilmiştir. VarioCam sisteminde bulunan pin sayesinde kam mili üzerinde bulunan 2 farklı kam mili profilinden biri seçilmekte ve kontrol sağlanmaktadır. VVL’de VVT’ye benzer şekilde yakıt ekonomisini iyileştirmeye ve emisyonları düşürmeye katkı sağlamaktadır.

Porsche Variable Valve Lift

Şekil 2: Porsche VarioCam teknolojisi.

2. Motor Devri Düşürme

İngilizcede Engine Downspeeding olarak isimlendirilen stratejidir. Motordaki kayıpları (özellikle sürtünme kayıplarını) azaltmak için motorun belli hız bantları için düşük devirlerde çalıştırılmasını, böylece de yakıt tasarrufu yapılmasını sağlar. Genellikle ağır vasıta araçlarda tercih edilmektedir.

NACFE (North American Council for Freight Efficiency)’ye göre bu strateji tek başına uygulandığında %2-3 civarında, diğer teknolojilerle kombine edildiğinde %3-6 oranında yakıt tüketimi azaltma potansiyeline sahiptir. Aynı zamanda motor gürültüsünü de azaltmaktadır [4,41].

Bu stratejiyi ilk olarak Volvo 2011 yılında uygulamıştır. Volvo belli sabit hız noktalarında motor devrinin 1350 dev/dk’dan 1150 dev/dk’ya düşürmenin yakıt tüketimini toplamda %3 oranında düşürdüğünü fark etmiştir [5,44]. Ancak Volvo D13TC motorunda denendiğinde %11 oranında yakıt tüketiminde iyileşme görülmüştür.

3. Motor Hacmi Düşürme

Motor hacmi düşürme (engine downsizing) birçok firma tarafından denenen bir stratejidir. Motor hacmini küçültmek yakıt ekonomisini iyileştirmekte ve emisyonları düşürmektedir [6].

Bu yazıda bahsedilen diğer teknolojilerin aksine motor hacmini düşürme stratejisi tartışmalı bir konudur. Bazı uzmanlar bunun işe yaradığını, verimliliği arttırdığını iddia ederken bazıları yüksek hacimli motorların gerçek kullanımda daha verimli noktalarda çalıştığını ve düşük hacimli motorlara göre daha verimli olduğunu iddia etmektedir. Teknik olarak bakmak gerekirse olay hacim düşürme değil doğru hacimlendirme (right sizing)dir. Çünkü motor hacmini düşürdüğünüzde aynı güç çıkışını elde etmek için turboşarj, süperşarj gibi ekstra komponentler koymak gerekebilir ki bunlar her zaman verimliliği arttıracak şekilde çalışmaz.

Motor hacmi düşürme stratejisine örnek olarak Volkswagen verilebilir. Volkswagen bazı modellerinde benzinli motor hacmini 1.0 litreye (3 silindir) düşürmüştür. Ancak hem mevcut benzinli 1.0 lt benzinli motorlarda hem de 1.6 lt dizel motorlarda motor hacmini düşürme gibi bir planı yok. Bunun sebebi (yukarıda bahsedilen) olaydır yani motor hacminin düşürülmesinin hem ekstra işyükü çıkartması hem de maksimum güçte daha fazla yakıt tüketmeye sebep olabilmesidir [7,47].

4. Kademeli Yakıt Enjeksiyonu

İngilizce Fuel Stratified Injection (FSI) olarak isimlendirilen yakıt enjeksiyon teknolojisidir. GDI motorlara çok benzemesine rağmen yakıt enjeksiyonunda ve hava emiş sisteminde yapılan değişiklikler ile verimlilik arttırılmaktadır.

GDI motorlarla ilgili detaylı bilgiye şu yazımızdan ulaşabilirsiniz: Direkt Püskürtmeli Benzin Motorlarının Avantajları ve Dezavantajları

FSI’da yakıt yanma odasına tek bir seferde püskürtülmek yerine şartlara bağlı olarak farklı kademelerde püskürtülmektedir. Yani enjeksiyon tek bir seferde değil 2 seferde veya 3 seferde yapılmaktadır. Buna ek olarak yapılan hava hareketlerinde ve enjektör konumlandırmasında yapılan değişiklikler ile ısı kayıpları azaltılmakta, güç çıkışı arttırılmakta ve emisyonlar düşürülmektedir.

Audi direk enjeksiyonlu kademeli püskürtmeyi turboşarjlı bir motorda uygulamayı 2004 yılında başarmış ve bunu yapan ilk firma olmuştur [8,51].

5. Motor Yapısı

Motorlar I tipi, V tipi, boksör tip vb. olmak üzere farklı yapılarda üretilmektedir. Bunlardan I tipi ve V tipi şu an en popüler olan uygulamalardır.

Sonuç

Motor teknolojilerinde yakıt ekonomisini iyileştiren ve emisyonları düşüren farklı teknolojiler geliştirilmiş ve başarılı şekilde uygulanmıştır. Ancak bazı uzmanlar artık içten yanmalı motorlarda verim artış limitine gelindiğini, bundan sonraki geliştirmelerin çok maliyetli ve az kazançlı olacağını ileri sürmektedir. Her ne kadar tersini iddia eden ve bu konuda çalışmalar yapan uzmanlar olsa da dünyadaki birçok ülkenin sıfır CO2 ve sıfır emisyon hedefi koyması sebebiyle mecburen içten yanmalı motorlara yapılan yatırımlar azalmaktadır.

Şunu da belirtmek gerekir ki sıfır emisyon hedefine ulaşmak için içten yanmalı motorlar ile alternatif yakıtlar ile (e-fuels, hidrojen vb) çalışmalar yapılmaktadır.

 

Yararlanılan Kaynaklar:

  • [1] Serrano, J. R., Arnau, F. J., Martín, J., & Auñón, Á. (2020). Development of a variable valve actuation control to improve diesel oxidation catalyst efficiency and emissions in a light duty diesel engine. Energies13(17), 4561.
  • [2] Shigeta, N., & Hosseini, S. E. (2021). Sustainable Development of the Automobile Industry in the United States, Europe, and Japan with Special Focus on the Vehicles’ Power Sources. Energies14(1), 78.
  • [3] Newsroom, T. G. (2020). Provides Outstanding Performance and Fuel Economy. Toyota Global Newsroom: Plano, TX, USA.
  • [4] Engine Downspeeding, https://nacfe.org/technology/downspeeding/, erişildi: 29 Mayıs 2021
  • [5] The Right Technology at The Right Time, https://www.volvotrucks.us/news-and-stories/volvo-trucks-magazine/the-right-technology-at-the-right-time/, erişildi: 29 Mayıs 2021.
  • [6] Strategic Insights into Engine Downsizing Trends of North American Heavy-duty Truck Manufacturers, https://www.slideshare.net/sandeepkar/north-american-truck-engines-are-shrinking, erişildi: 29 Mayıs 2021
  • [7] VW Suggests Engine Downsizing is Done; Emissions Rules Are the Reason, https://www.greencarreports.com/news/1108773_vw-suggests-engine-downsizing-is-done-emissions-rules-are-the-reason, erişildi: 29 Mayıs 2021.
  • [8] FSI/TFSI principle, https://www.audi-technology-portal.de/en/drivetrain/engine-efficiency-technologies/fsi-tfsi-principle, erişildi: 29 Mayıs 2021.

Adem Oruz

29 Mayıs 2021

One Reply to “Otomobil Tahrik Sistemlerinin Bugünü ve Yarını: Motor Teknolojilerindeki Son Gelişmeler”

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir