Hepimiz benzinli motorlar hakkında bir şeyler biliyoruz. Araba tutkunlarının bilgisini zaten sorgulamıyoruz ama bazı detaylar var ki herkesin hakim olmadığı, daha önce duymadığı şeyler olabiliyor.
Arabaların birçok detayı hakkında içerik yazıyoruz ama bu sefer biraz daha derinlemesine ineceğiz.
Biraz tarih, biraz teknik, biraz da geleceği hakkında işte benzinli arabalar hakkında az bilinen bilgiler:
Benzinli motorun tarihiyle başlayalım mı?
Sanayi devrimi sonrasında benzinli motorların gelişimi birçok mucidin ilginç denemeleriyle karşılaştı. Fransız Mucit 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 ancak görünüşte içten yanmalı motorlar için önemli bir temel attı.
1860’larda Belçikalı Étienne Lenoir, kömür gazıyla çalışan iki zamanlı bir motor icat etti ve hatta 1863’te “hippomobile” adı verilen aracı Paris’ten joinville-le-Pont’a kadar yaklaşık 9 km sürerek tarihin ilk içten yanmalı motorlu araç yolculuğunu yaptı. 16 km hızla yürüyüşten hâllice olsa da bu denemeler, daha verimli ve güçlü motorların iyileştirme isteğini körükledi.
1886’ya gelindiğinde ise Alman Mühendis Karl Benz, tarihin ilk modern otomobili sayılan Patent-Motorwagen’i üretti ve patentini aldı.
Fakat bu yeni icadı halka duyurmak için ilginç bir pazarlama hamlesi gerekiyordu. Karl Benz’in eşi Bertha Benz, 1888’de aracı alıp iki oğluyla yolculuğa çıktı ve pratik 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 henüz yokken aleti çalıştırmak için ön çalıştırma manivela kolunu elle çevirerek motoru “kranklamak” gerekiyordu. Bu işlem hem zor hem de tehlikeliydi.
1908 kışında Byron Carter isimli bir mucit, yolda kalan bir Cadillac arabasını çalıştırmaya yardım ederken motor geri tepip kolunu fırlattı ve Carter’ın çenesini kırdı. Bu olaydan sonra zatürreden öldüğü söylense de bazı kaynaklar kangren olup öldüğünü de belirtiyor.
Cadillac’ın kurucusu bu olaydan sonra mühendislere talimat 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.
Örneğin, 3000 devir/dakikada çalışan bir motor, saniyede yaklaşık 9 metre hızla hareket eden pistonlarla dakikada 100’e yakın mini patlama üretiyor. Spor otomobillerde bu hız 20-25 m/s’ye çıkabiliyor!
Ancak motorlar yakıt enerjisinin tamamını kullanamıyor, büyük kısmı ısı olarak kayboluyor. Modern motorlar teoride %50 verimliliğe ulaşsa da pratikte bu oran %20-40 arasında. Verim ise sıkıştırma oranı ve sıcaklık farkıyla sınırlı. Kısmi yükte çalışırken verim daha da düşüyor, bu nedenle bazı motorlar silindir kapatma özelliğiyle verimi artırıyor.
Kısacası, motorlar inanılmaz bir mühendislik harikası olsa da enerjinin önemli bir kısmını kaybediyor.
Bir diğer şaşırtıcı nokta ise oktan sayıları ve vuruntu meselesi.
“Yüksek oktanlı benzin daha güçlü.” gibi 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 sağlıklı yanma sağlıyor; bu da motorun daha ileri ateşlemeli avansı ve yüksek güçle çalışabilmesine imkân tanıyor.
Ancak motorunuz yüksek sıkıştırmalı veya turbo beslemeli değilse, yüksek oktan yakıt doğrudan ekstra güç vermez. Beklenen biçimde, dizel motorlar ise benzinlilerin aksine buji kullanmaz; yakıtı sıkıştırmanın yarattığı yüksek sıcaklıkla tutuşturur.
Benzinli motorlarda darbe riski nedeniyle bu yöntem uygulanamazken günümüz benzin motorlarında doğrudan püskürtme, gelişmiş ateşleme kontrolü ve darbe sensörleri sayesinde sıkıştırma oranları yavaş yavaş artırılıyor.
Özetle, benzinli motor çalışma analizi, içinde gerçekleşen hızlı ve tekrarlı patlamalar ile termodinamik sınırlamalara ayrılan ilginç bir denge.
Mühendisler, benzinli motorların performansını ve miktarını artırmak için yıllar içinde pek çok yaratıcı çözüm geliştirdi.
- Wankel Döner Motor: Piston yerine üçgen rotor kullanılan motor, dönen hareket sayesinde kompakt ve dengeli çalışıyor. Mazda, RX-7 ve RX-8 modellerinde bu motoru kullanarak döner motoru ünlendirdi ama ne var ki rotor ucundaki temasların çözülme sorunları ve yüksek yakıt tüketimi gibi zorluklar, Wankel motorunun yaygınlığını sınırladı.
- Değişken Supap Zamanlaması (VVT): Klasik motorlarda supapların açılma zamanları sabit ve bu ayar her devirde en iyi performansı veremez. VVT teknolojisi ile ise supapların açılma/kapanış zamanları motor devrine ve yüküne göre ayarlanabilir.
- Turboşarj ve Süperşarj: Turboşarj, egzoz gazıyla çalışarak motora daha fazla hava basıyor. Süperşarj ise krank milinden güç alıyor. Her ikisi de küçük motorlara büyük güç sağlıyor.
- Silindir Devre Dışı Bırakma: Çok silindirli motorlarda, düşük hızda bazı silindirler kapatılarak yakıt tasarrufu sağlanıyor. İhtiyaç hâlinde ise tüm silindirler devreye giriyor.
- Direkt Yakıt Enjeksiyonu: Bunda ise yakıt doğrudan silindire püskürtülüyor. Böylelikle daha verimli yanma, daha az vuruntu ve daha iyi performans sağlanıyor.
Son olarak geleceğe bakalım ve içeriğimizin sonuna gelelim.
Herkesin aklında olan sorulardan biri de elektrikli motorların yükselirken benzinli motorların sonunun ne olacağı. Mühendisler, içten yanmalı motorları daha temiz, verimli ve çevre dostu hâle getirmek için yenilikler üzerinde çalışıyor.
Örneğin, Mazda’nın Skyactiv-X motoru, SPCCI (Kıvılcımla Kontrol Edilen Sıkıştırma Ateşlemesi) teknolojisiyle benzinli motorların daha az yakıt tüketmesini sağlıyor. Bu sistem, düşük yükte benzin-hava karışımını dizel gibi sıkıştırarak yakıyor ve bu da verimliliği artırıyor.
Nissan/Infiniti ise değişken sıkıştırma oranlı motorlar geliştirdi. VC-Turbo motor, sürüş koşullarına göre sıkıştırma oranını 8:1 ile 14:1 arasında değiştirerek hem yüksek performans hem de düşük yakıt tüketimi sağlıyor. Bu teknoloji de benzinli motorların gelecekte daha ekonomik ve güçlü olmasını mümkün kılıyor.
Sentetik yakıtlar da benzinli motorlar için umut vadediyor. Yakıtlar, laboratuvarda üretilerek karbon nötr bir şekilde çalışmayı mümkün hâle getiriyor. Porsche gibi şirketler de sentetik yakıt tesisleri kurarak bu alanda öncülük ediyor. Ayrıca hidrojen yakıtlı içten yanmalı motorlar da alternatif bir çözüm olarak değerlendiriliyor.
Gelecekte, benzinli motorların daha akıllı ve entegre hâle gelmesi bekleniyor. Gelişmiş elektronik kontrol üniteleri ve yapay zekâ destekli sistemler ise motorların en verimli şekilde çalışmasını sağlayacak gibi duruyor.
Sonuç olarak, benzinli motorlar önümüzdeki yıllarda daha temiz, verimli ve farklı yakıtlara uyum sağlayabilen bir yapıya kavuşabilir. Elektrikli araçların yaygınlaşmasına rağmen içten yanmalı motor teknolojisi hâlâ gelişimini sürdürüyor ve gelecekte de önemli bir rol oynayabilir.
Kaynaklar: Bosch, Car and Driver, Carter Car
