Küçük hacimli yüksek performanslı (Downsizing) motor uygulamaları
Downsizing (motor hacimlerinin küçültülmesinden) sayesinde tüketim ve atık gaz salınımı kadar üretim maliyetleri de azalmaktadır. Ayrıca downsizing kompakt motorlar daha az yer kaplar. Bu durum yayaların emniyeti için kullanılacak alanın da artmasını sağlamaktadır. Bütün bu avantajları elde etmenin yoluysa değişken supap zamanlama sistemleri ve aşırı besleme sistemlerinin kullanımıyla tork üretim karakterinin baştan aşağıya değiştirilmesi. Tutumluluğu genlerinde taşıyan dizel motorlara nazaran benzinli motorlar için hacim küçültme konusu daha da büyük bir önem taşımaktadır. Özellikle VW Grubu bu durumu erkenden fark ederek, hem turbo hem de kompresörle beslenen TSI motorları geliştirdi. Küçük motor VW Passat ve Skoda Superb gibi orta sınıf modellerde de kullanılarak başarısını kanıtladı.
Bugünlerde motorlarda hacim küçültme (downsizing) ve performans arttırma düşüncesinin en iyi örneği şüphesiz 2006 yılında yılın motoru (engine of the year) ödülünü alan Volkswagen imzalı TSI motor. Volkswagen’in kompresör ve turbolu çift beslemeli 1,4 litrelik TSI motoru, adeta maksimum performans ve minimum yakıt tüketimi sağlayan bir güç fıçısı. 1,4 litrelik motor hacminden 140 ve 170 ps güç üretebilen çift beslemeli TSI teknolojisi, aşırı derecede verimli, ekonomik ve spor sürüşe yatkın bir motordur.
Düşük hacimli bu motor teknolojisi hem daha az yakıt tüketimi ve egzoz emisyonları hem de daha büyük güç ve tork ile daha keyifli bir sürüş sağlar. 170 ps’lik güç çıkışı, konvansiyonel 2.3 litrelik motorlarla aynı. Ancak bu güç %20 daha düşük yakıt tüketimiyle elde edilebilmektedir. Motor, 240 Nm’lik maksimum tork değerini ise, 1750 ile 4500 d/d’de sağlamaktadır.
Çift beslemeli, doğrudan enjeksiyonlu benzinli motor olan TSI’de, kompresör teknolojisinin düşük devirlerdeki gücü ve turbonun yüksek devirlerdeki üstün performansı bir araya getirilmiş. Böylece kesintisiz performans sağlanırken, daha küçük motor hacmine rağmen yüksek güç ve torktan ödün verilmeksizin yakıt tüketimi düşürülmüş. Birbirine seri olarak bağlı bir kompresör ve turboşarjın kombine edilmesi ile çift şarjlı “twincharger” litre başına 121,5 ps güç üretilmektedir. Rölantide yaklaşık 2400 d/d’ye kadar kompresör çalışmaktadır. 2400 ile 3500 d/d aralığında kompresör ihtiyaca uygun olarak manyetik kavramayla devreye girmektedir. Bir ayar klapesi emilen taze havayı kompresör üzerinden veya doğrudan turboşarja yönlendirmektedir. Sadece turboşarjlı işletimde, yaklaşık 3500 d/d’den itibaren ayar klapesi açık ve kompresör devre dışı kalmaktadır. Hava alışılagelmiş turbo motorlarda bilinen yolu takip ederek önce ara soğutucuya (intercooler) ve ardından gaz kelebeğiyle emme manifolduna ulaşmaktadır.
TSI; süperşarjlı ve turboşarjlı direk enjeksiyonlu FSI motoru temsil eder. Arttırılmış yanma verimi ile daha az yakıt tüketimi ve daha az emisyon oluşturur. Motor tarafından kayışla tahrik edilen süperşarj (kompresör) ve egzoz gazları tarafından tahrik edilen turboşarj seri bağlı olarak motoru çift beslemeli ve kesintisiz bir güç akışıyla besler. Çift beslemeli TSI teknolojisi, aşırı derecede verimli, ekonomik, spor sürüşe yatkın ve sürücüsüne büyük hacimli bir atmosferik motorun sunduğu performansı sunan bir motor teknolojisidir.
Fabrika verileri VW Golf VI’da 1.4 TSI’ın (160 hp) sadece 6,3 l/100 km yakıt tüketeceğini belirtilmektedir. Bu da 150 hp gücüne sahip 2.0 FSI’ya oranla her 100 km’de 1,6 litre daha az tüketim anlamına geliyor. Şekil 1’de her iki motorun güç ve tork eğrisi gösterilmiştir. VW Up’ta kullanılacak olan 1,2 litrelik motor ise, 3 silindiriyle eşdeğer güce sahip bir 4 silindirli motordan yüzde 5 ile 6 arasında daha az yakıt tüketebilecek. Golf GTI’dan tanıdık olan ve artık 211 hp güce ve değişken supap zamanlama sistemine sahip hale getirilen 2,0 litrelik TFSI motor, 2010 yılında Audi Q5’in hibrid motorlu versiyonu için temel motor olarak hizmet verecek.
Şekil 1: VW Golf VI’da 1.4 TSI (160 hp) ve 2.0 FSI (150 hp) ile tork ve güç açısından kıyaslanması.
Bu değişim lüks sınıfa kadar uzanmaktadır. BMW bile motorlarında turbo besleme kullanmaya başladı. Bunun ilk örnekleri yeni 7 Serisi ve X6’da kullanılan 4,4 litrelik çift turbo beslemeli V8 motor [Şekil 2]. Bu motor, 4 eksik silindirle V12’nin sahip olduğu performans seviyesine ulaşabiliyor ve buna rağmen daha az yakıt tüketiyor.
Audi ise yeni S4’de 3,0 litrelik kompresör beslemeli V6 motor kulanlar, yerini doldurduğu V8’in performansını sunabiliyor. Yakıt tüketimi de yaklaşık %20 oranına düşebilmektedir. Sportif otomobillerde aşırı besleme sayesinde performansı ikiye katlamak bile mümkün olabilmektedir. Ancak sadece sınırlı bir turbo boşluğu toleransı ve tork üretiminin dengelenmesi şartıyla. BMW’nin çift Vanos sistemi ve piezo seramik enjektörlü direkt enjeksiyonlu yakıt sistemi, tüketimi %20 oranında azaltmaya yardımcı olmaktadır. Piezo seramik enjektörler çok yeni sayılmaz. Uzun zamandır dizel motorlarda kullanılmaktadır. BMW, dizellerde piezo enjeksiyon sayesinde elde edilen tasarrufu yaklaşık yüzde 5 olarak açıklıyor.
Değişken geometrili turbo besleme sistemler, alt devir cansızlığının önüne geçebiliyor. Fakat bu çözüm sadece düşük sıcaklıkta çalışan dizel motorlar için uygulanabiliyor. Benzinli motor için bu çözümü sunan tek üretici Porsche ve onun bulduğu çözüm de gerçekten çok karmaşık ve pahalı. Mercedes motor geliştirme şefi Leopold Mikulic bu konuya heyecanla yaklaşıyor: “Elbette ki benzinli motorlar için değişken geometrili türbin çalışmaları yapıyoruz.” Diyor. BMW ise çift turbo besleme sistemi kullanmayı tercih ediyor.
VW motor şefi Wolfgang Hatz doğru maksimum yükleme derecesini şu an litre başına 175 Nm olarak buluyor. Bu tezi de şu ana kadar 2.0 TFSI ile Audi A4 ve Q5’de gerçekleştirilmiş durumda. Hatz ekliyor: “hacim küçültme ve devir düşürme daha az tüketim için benzinlilere en büyük kapıyı açıyor. Aşırı beslemeli motor, atmosferik beslemeli motorla aynı devri çevirirken daha az tüketimle daha yüksek tork verisi sunabiliyor” [Şekil 3].
Dizel motor üreticileri arasında BMW en mantıklı davranışı sergiliyor ve aşırı beslemeli 3,0 litrelik 6 silindirlilerin faydasıyla V8’den tamamen vazgeçmek istiyor. Hazırda yeni bir 4 silindirli dizel motor bekleten Mercedes de, benzer bir yola başvurmaya hazırlanıyor.
Şekil 2: BMW 7 serisi’nin turbo beslemeli daha küçük motorlar sayesinde yüksek yakıt tasarrufu. | Şekil 3: Audi A4’ün önceki nesline göre performans, tork ve tüketim konusundaki gelişimi. |
Günümüzde kullanılan diğer küçük hacimli, yüksek performanslı motorlara örnekler Tablo 1’de gösterilmiştir.
Tablo 1: Küçük hacimli yüksek performanslı motorlar
Tanımlama | Motor Hacmi (cc) | Mak. Güç (PS) | Mak. Moment (Nm) | 0-100 km/h hızlanma, (s) | Ortalam Yakıt Tük (100 km/l) |
Alfa Romeo Mito 1.4 | 1368 | 155 | 230 | 8,0 | 6,5 |
Audi A4 2.0 TFSI* | 1984 | 211 | 350 | 6,5 | 7,4 |
BMV 740i** | 2979 | 326 | 450 | 5,9 | 9,9 |
Honda Civic Type R | 1998 | 201 | 193 | 6,6 | 9,1 |
Lancia Delta 1.4 T | 1368 | 150 | 206 | 8,7 | 7,0 |
Mazda RX-8 Wankel | 1308 | 231 | 211 | 6,4 | 11,4 |
Mazda3 MPS | 2261 | 380 | 380 | 6,1 | 9,6 |
Mercedes C200 CGI | 1796 | 184 | 250 | 9,5 | 7,9 |
Mercedes*** SLK 200 K | 1796 | 184 | 250 | 7,6 | 7,7 |
Mini Cooper S**** | 1598 | 175 | 240 | 7,1 | 6,2 |
Mitsubishi Colt CZT 1.5 | 1499 | 150 | 210 | 8,0 | 6,8 |
Opel***** Astra 1.6 Sport Turbo | 1598 | 180 | 230 | 8,5 | 6,8 |
Opel Corsa 1.6 Turbo OPC | 1598 | 192 | 230 | 7,2 | 7,9 |
Opel Astra 1.4 Sport Turbo | 1364 | 140 | 200 | 9,9 | 5,9 |
Peugeot 207 RC Le Mans 1.6 THP | 1598 | 175 | 240 | 7,1 | 7,2 |
Range Rover 5.0 Supercharged | 5000 | 510 | 625 | 6,2 | 14,9 |
Saab 9-3 Seda 2.0 TS Vector | 1988 | 210 | 300 | 8,8 | 9,6 |
Seat Ibiza SC 1.4 TSI | 1390 | 160 | 235 | 7,9 | 6,3 |
Seat Leon 2.0 TSI Cupra | 1984 | 240 | 300 | 6,4 | 8,3 |
VW****** Golf GT 1.4 TSI | 1390 | 160 | 240 | 8,0 | 6,0 |
* Audi’nin birçok modelinde hacim küçültme stratejisi uygulanan başka motor seçenekleri kullanılmaktadır. | |||||
** BMW’nin bazı modellerinde hacim küçültme stratejisi uygulanan başka motor seçenekleri kullanılmaktadır. | |||||
*** Mercedes’in E200 ve E250 modellerinin bazılarında hacim küçültme stratejisi uygulanan motorlar kullanılmaktadır. | |||||
**** John Cooper Works ve diğer S modellerinde hacim küçültme stratejisi uygulanan motorlar kullanılmaktadır. | |||||
***** Opel’in Astra ve Insignia modellerinin bazısında da hacim küçültme stratejisi uygulanan motorlar kullanılmaktadır. | |||||
****** VW’nin Passat, Tiguan, Touran ve Scirocco gibi birçok aracında hacim küçültme stratejisi uygulanan motor kullanılmaktadır. | |||||
Özel Kaynaklar:
Niels Fehre ve Horst Schneider, “Hybrids and Electric Vehicles: Hype or sustainable investment? The truth about market potential and investment ideas”, Industrials/Global Autos – Equities, 13 October 2009.
Demir, A., “Minimumdan maksimum almak: Küçük hacimli, yüksek performanslı motorlar teknolojileri”, Otohaber Dergisi, 08-14 Ocak 2007/02.
Anonymous, Otohaber Otoborsa Eki, Sayı: 16, 12-18 Nisan 2010.
Genel Kaynak: Dr. Abdullah DEMİR tarafından 09/05/2010 tarihinde hazırlamış olan ve bu tarihte henüz yayımlanmamış olan “Küçük Hacimli – Yüksek Performanslı Motor Teknolojileri ve Uygulamaları” makalesinden derlenmiştir.
