Otomobil Motorları

Otomobillerde Kullanılan Motor Teknolojileri

Otomobillerde kullanılan motorlar, günümüzde sahip olduğumuz malzeme, üretim ve elektromekanik teknolojiler ile daha hafif ve dayanıklı materyallerden üretilen,  gelişmiş yakıt verimliliğine, çalışma stabilitesi ve performans özelliklerine sahip olmalarına karşın temel çalışma prensipleri, Alman mühendisi Nikolaus August Otto’nun 1876′da yaptığı dört zaman esasına göre çalışan ilk motoruna dayanır. İçten yanmalı motorların fosil yakıtlara olan bağımlılığı yakın gelecekte sürdürülebilir olmaktan çıkacaktır. Bu kaynaklara belli ülkelerin sahip olması ve yön vermesinin yanında bu tür yakıtların kullanımının sonucunda CO2 emisyonu salınımı nedeniyle çevre kirliliğine yol açmaları ve bunun neticesinde küresel ısınmanın artması ile meydana gelen iklim değişiklikleri, fosil yakıt kullanımının olumsuzlukları olarak karşımıza çıkmaktadır. Sanayi devriminden sonra meydana gelen çevre sorunları ve artan enerji ihtiyacının sürdürülebilir bir biçimde karşılanması gerekliliği günümüzde tüm dünyanın öncelikli gündem konuları arasında yer almaktadır. Bu kapsamda yapılan araştırmalar elektrik enerjisinin gelecekte fosil yakıtların yerini alabileceği yönündedir. Pek çok otomobil markası elektrik motoru ile çalışan modellerini geliştirmeye  devam etmektedir.

Benzinli Motor
Alman mühendisi Nikolaus August Otto, 1876′da dört zaman esasına göre çalışan ilk motoru yapmıştır. Hava gazı ve hava karışımının sıkıştırılması ile bunu bir alevle ateşleyerek motoru 150-200 devir/dakika ile çalıştırmayı başarmıştır. Hava ile yakıt karışımının bir silindirde sıkıştırılması ve buji yardımıyla patlama etkisi yaratacak şekilde yakılması yöntemiyle güç üreten motorlara buji ile ateşlemeli motorlar (BAM) veya içten yanmalı motorlar denir.

Bir çok Avrupalı mühendis içten yanmalı motor tasarlamıştır.1862’de Fransız mühendisi Beau-De Rochas dört zamanlı çevrimin esaslarını ortaya koymuştur. Alman mühendisi Nikolaus August Otto, 1876’da dört zaman esasına göre çalışan ilk motoru yapmıştır. Hava gazı ve hava karışımının sıkıştırılması ile bunu bir alevle ateşleyerek motoru 150-200 devir/dakika ile çalıştırmayı başarmıştır. 1885 yılında ise Alman mühendisler Gottlieb Daimler ve Karl Benz kendi motorlarını ürettiler ve bunu yine kendi tasarımları olan otomobilde kullandılar.

Benzinli motorun çalışma prensibini oluşturan çevrim dört zamanlı motor çevrimi veya Otto çevrimi olarak da anılır. Bu çevrim 1876 yılında Alman mühendis Nikolaus Otto tarafından bulunmuştur. Çevrim dört aşamadan oluşur.

  1. Emme: Karbüratörden gelen benzin-hava karışımı, emme sübabının açılması ile silindir içine çekilir.
  2. Sıkıştırma: Piston yukarı çıkarak benzin-hava karışımını sıkıştırır.
  3. Yanma: Sıkışan ve ısınan karışım, bujiden çıkan kıvılcım ile tutuşur. Oluşan patlama ile piston aşağı doğru itilir.Hareket gücü bu aşamada üretilmiş olur.
  4. Egsoz: Bu aşamada ise pistonun yukarı hareketi ile yanma sonucu oluşan gazlar egsoz sübabından dışarı atılır ve bir çevrim tamamlanarak, diğer çevrim yeniden başlar.

1885 yılında ise Alman mühendisler Gottlieb Daimler ve Karl Benz kendi motorlarını ürettiler ve bunu yine kendi tasarımları olan otomobilde kullandılar.

Benzinli motorlarla ilgili bazı genel tanımlar ve terimler
1-) Ölü Nokta: Pistonun silindir içerisindeki hareketi esnasında, yön değiştirmek   için bir an durakladığı (hareketsiz kaldığı) yere ölü nokta denir.İkiye ayrılır:
1-a-) Üst Ölü Nokta(Ü.Ö.N.): Pistonun silindir içerisinde çıkabildiği en üst noktada, yön değiştirmek için bir an durakladığı yere üst ölü nokta denir.Ü.Ö.N. olarak gösterilir.
1-b-) Alt Ölü Nokta(A.Ö.N.): Pistonun silindir içerisinde inebildiği en alt noktada, yön değiştirmek için durakladığı yere alt ölü nokta denir.A.Ö.N. olarak gösterilir.
2-) Kurs(strok),Piston Yolu: Pistonun; alt ölü nokta ile üst ölü nokta arasında almış olduğu yola kurs veya piston yolu denir.
3-) Silindire (Kurs hacmi): Pistonun alt ölü noktadan üst ölü noktaya kadar silindir içerisinde yaladığı hacme denir.
4-) Silindir Hacmi: Piston üst ölü noktada iken üzerinde kalan hacimdir.
5-) Toplam Silindir Hacmi: Bir silindir hacmi ile motorun silindir sayısının çarpımına eşittir.
6-) Toplam Kurs Hacmi: Silindire ile motorun silindir sayısının çarpımına eşittir.
7-) Yanma Odası Hacmi: Piston üst ölü noktada iken,silindir kapağı ile pistonun  üst yüzeyi arasında kalan hacimdir.
8-) Zaman: Pistonun silindir içerisinde iki ölü nokta arasında yaptığı bir harekete zaman denir. Başka bir deyişle krank milinin 180°lik  dönme hareketi ile pistonun iki ölü nokta arasında yaptığı harekettir.
9-) Çevrim: Bir motorda iş elde etmek için tekrarlanmadan meydana gelen olayların toplamına çevrim denir.bir çevrim krank milinin 720°lik dönüşü ile tamamlanır.
10-) Sente: Pistonun sıkıştırma zamanını bitirip, ateşleme zamanı başlangıcında Ü.Ö.N.’da bulunduğu anda, her iki supabın kapalı olduğu duruma sente denir.
11-) Supap Bindirmesi: Pistonun, egzoz zamanını bitirip,emme zamanına başlamak üzere Ü.Ö.N.’da bulunduğu anda, emme ve egzoz supaplarının beraberce bir müddet açık oldukları ana supap bindirmesi denir.
12-) Beraber Çalışma: Çok silindirli motorlarda; genellikle silindir veya pistonlar, beraber çalışırlar.

Bir motorun iki pistonu aynı anda Ü.Ö.N.’da oluyorsa bu pistonlar beraber çalışıyor demektir.Dört silindirli motorlarda (1-4) ve (3-2) numaralı silindirler beraber çalışırlar.

Günümüzde otomobil üreticileri tarafından daha düşük CO2 emisyon değerlerine sahip, yakıt verimliliği yüksek benzinli motorların yeni model otomobillerde daha yaygın kullanıldığı görülmektedir.

Dizel Motor
Dizel Motoru, içten yanmalı bir motor tipidir. Daha özel bir tanımla, dizel motor oksijen içeren bir gazın (genellikle bu atmosferik havadır) sıkıştırılarak yüksek basınç ve sıcaklığa ulaşması ve silindir içine püskürtülen yakıtın bu sayede alev alması ve patlaması prensibi ile çalışan bir motordur. Bu yüzden benzinli motorlardan farklı olarak ateşleme için bujiye ve yakıt oksijen karışımını oluşturmak için karbüratöre ihtiyaç yoktur.

1892′de Alman Mühendis Rudolf Diesel tarafından bulunmuş ve daha sonra 23 Şubat 1893′te patenti alınmış bu süreç dizel çevrimi olarak bilinir. Motorun mucidi, geniş kömür yataklarına sahip olan Almanya’nın petrole bağımlılığını azaltmak için kömürle çalışan bir motor yapmayı hedeflemiştir. Ancak kömür tozunun yanmasından dolayı ortaya çıkan kül büyük sorunlar doğurmuş, daha sonraları ise motorda farklı yakıtların kullanılması tasarlanmıştır. Nitekim Rudolf Diesel, motorun sunumunu 1900’deki Dünya Fuarı’nda, yakıt olarak yer fıstığı yağı (Biodizel) kullanarak yapmıştır. Gaz sıkıştırıldığında, sıcaklığı yükselir, dizel motoru bu özelliği kullanarak yakıtı ateşler. Hava, dizel motorunun silindiri içine çekilir ve bir piston tarafından, kıvılcım ateşlemeli (benzinli) motorlardakinden çok daha yüksek (25 katı bulabilir) bir oranda sıkıştırılır. Hava sıcaklığı 500-700 °C’a ulaşır. Piston hareketinin en tepe noktasında, dizel yakıt yüksek basınçla atomizer memeden geçerek yanma odasının içine püskürtülür, burada sıcak ve yüksek basınçlı hava ile karışır. Bu karışım hızla tutuşur ve yanar. Hızlı sıcaklık artışı ile yanma odası içindeki gaz genleşir, artan basınç, pistonu aşağı doğru hareket ettirir. Biyel (piston) kolu, krank mili çıkışına dönme gücü olarak iletilir.

Çok soğuk havalarda, dizel yakıt koyulaşır, viskozitesi artar, balmumu kristalleri oluşur veya jel haline dönüşür. Yakıt enjektörü, yakıtı silindirin içine etkili bir şekilde itemez ve bu yüzden soğuk havalarda motorun çalıştırılmasını zorlaştırabilir. Dizel teknolojisinde bu zorluğu yenmek için çeşitli önlemler geliştirilmiştir. Sıkça kullanılan bir uygulama, yakıt hattı ve yakıt filtresini elektrikle ısıtmaktır. Bazı motorlarda silindir içinde bulunan kızdırma bujileri denen küçük elektrikli ısıtıcılar, çalıştırmak için silindirleri önceden ısıtırlar. Az sayıda motorda kullanılan başka bir teknolojide ise, manifold içindeki rezistans telli ısıtıcılar, motor çalışma sıcaklığına gelinceye dek giriş havasını ısıtır.

Dizel motorlarda yakıt enjeksiyonu, endirekt ve direkt olarak iki tiptir. Endirekt enjeksiyonda yakıt, dizel motorda yanma odası dışında, ön oda olarak adlandırılan yere verilir. Yanma başladığında yanma odasının içine yayılır. Bu tipte motordaki aşırı gürültü ve titreşim düşürülür, fakat ısı kaybı artar ve motor verimi düşük olur. Direkt enjeksiyon ise modern dizel motorlarda kullanılır. Burada motordaki yanma odasına yakıt doğrudan püskürtülür.

dizel motorların avantajları:
– Dizel motorlarda mazot dediğimiz daha ucuz bir yakıt kullanılır. Mazot yakıtı elde edilirken benzin gibi uzun safhalar gerektirmez. Bu yüzden daha ucuz yakıttır.

– Dizel motorların performansı günümüzde benzinli motorların performansını yakalamıştır.
– Düşük maliyetle yüksek oranlarda güç üretmeleri dizel motorlara avantaj sağlar.
– Dizel motorları soğuk iken çalıştırmak biraz güç olabilir. Ama günümüz teknolojisi bunu çözmüştür.

LPG’li Motor
LPG dönüşümü yapılmış bir aracın benzin sisteminde hiçbir değişiklik olmaz.Bu sebeple araç hareket halindeyken bile benzinden gaza veya gazdan benzine tek bir düğme vasıtası ile geçilebilir.

Dünyada sonu olmayan bir gelişimi gerçekleştiren araç ve otomotiv teknolojisi gerçeği ile karşı karşıyayız. Ancak gelişen teknoloji ekolojik dengeyi de göz önünde bulundurmak zorundadır. Ülkemizde de daha çok mutfaklarda bunun yanı sıra ısıtma, aydınlatma ve sanayinin çeşitli kesimlerinde kullanılan LPG (LİKİT PETROL GAZI) ( Liquid Petroleum Gas ) son yıllarda otomobillerde, forkliftlerde ve değişik tür araçlarda kullanılırken dünyada ise, bilhassa Amerika’da otomobil, otobüs, kamyon, traktörlerde ,sulama pompalarında, çiftlik araçlarında, havalandırma cihazlarının çalıştırılmasında, petrol kuyularında sondaj donanımlarına güç elde etmede kullanılmaktadır. Yeraltı kaynaklarının kullanımı dünya üzerinde pek dengeli olmadığından aynı zamanda azalan kaynak ve artan maliyetler araç ve otomobillerde alternatif yakıt kullanımını ön plana çıkarmıştır. LPG yakıt sistemleri alternatif yakıt olarak kullanılan maliyeti yüksek miktarı gün geçtikçe azalan benzin, motorin ve mazota göre daha ucuz, çevre kirliliği daha az olan LPG yakıt sistemleri kullanılmaya başlanmıştır. LPG yakıt olarak benzinden daha tehlikeli değildir.LPG patlayıcı olmayıp parlayıcıdır. Benzin ise hem parlayıcı hem de patlayıcıdır.

LPG dönüşümü yapılmış bir aracın benzin sisteminde hiçbir değişiklik olmaz.Bu sebeple araç hareket halindeyken bile benzinden gaza veya gazdan benzine tek bir düğme vasıtası ile geçilebilir.İstenilmesi durumunda LPG montajı esnasında takılmış olan benzin valfinin kapatılması ile LPG sistemi tamamen devre dışı kalacaktır. LPG kullanan taşıtların benzin kullanan taşıtlara göre performanslarında çok fazla  değişiklik olmaz ( – %2-3).Bu durum hacimsel olarak kalorifik değerinin benzine göre düşük olmasından kaynaklanır. İhmal edilebilir.Bu dezavantajına karşılık sahip olduğu %10 oktan fazlalığı sayesinde motor vuruntusunu (detonasyon ) yapmaması önemli bir avantaj oluşturmaktadır. Ayrıca LPG ekonomiktir. Benzine göre şehir içi trafiğinde %40-50, uzun yolda % 65 oranında daha ekonomiktir

Wankel Motor
Wankel motorunun pistonlu içten yanmalı motorlara göre daha basit bir yapısı vardır. Motorun oval bir gövdesi ve bu oval gövde içine yerleştirilmiş 1 veya tasarımına göre 2-3 rotoru bulunmaktadır. Rotor hem içerden hem dışarıdan bir dişli ile motorun eksantrik miline bağlanır. Wankel motoru dört zaman ilkesine göre çalışmaktadır. Dört zamanlı motor çalışma prensibi ile emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz zamanları rotorun çevresinde olur. Motor benzini bir koldan alır, rotor sürekli dönerek bu alınan benzini motorun diğer tarafına taşıyarak sıkıştırır ve burada bujiler tarafından ateşlenir. Ardından dönmeye devam eden rotor yakılan benzini motorun diğer tarafında bulunan egzoz kanadına taşıyarak motordan atılması sağlanır.

Motorun mucidi Felix Wankel çalışmaları sonucu ilk motorunu 1929’da yapmayı başardı. 1957’de çalışmalarını tamamlayan Felix Wankel bu motoru ilk defa denedi ve 1957 yılında 50 cm3 sınıfında dünya hız rekorunu kırmayı başardı. 1967’de motoru geliştiren Wankel bu motora çift rotor eklemeyi başardı. Bir yıl sonra 1958 yılında üretilen KKM57P (Kreiskolbenmotor) ilk defa Almanya Neckarsulm’daki NSU firması standına getirildi ve Wankel motorlarının günümüzdeki haline benzemekteydi. 1967 yılında NSU Ro 80 çift döner rotorlu wankel motorunu üretti. NSU Ro 80, 2×497,5 cm3 motor hacmine sahipti. 5500 d/d’de 136 hp güç üretiyordu. Motorun ağırlığı 103 kg, sıkıştırma oranı 9/1’di. NSU’dan başka o yıllarda Japon Toyo Kogyo Firması da Wankel motorlu otomobiller üretmiştir. 1972 yılında Amerikan GM firması 5 yıl içinde 50 milyon dolar harcayarak 185 BG gücünde bir Wankel motorunu geliştirerek otomobillerinde kullanmaya başlamıştır. Yine Amerikan Ford firması Wankel motorunun kendi araçlarında kullanılması için çeşitli anlaşmalar yapmıştır. Bunların dışında Japonya’da Datsun, İngiltere’de Rolls-Royce ve İtalya’da Alfa Romeo firmaları Wankel motoruyla ilgilenmişlerdir. 1970 yılnda Wankel motorun tüm haklarını Mazda firması aldı.

Wankel Motorun avantajları arasında; hafif olması, daha az yer kaplaması, düşük sarsıntıyla çalışması,  daha az hareketli parça ile daha yüksek güç sağlayabilmesi gösterilebilir.  Wankel Motorun en önemli dezavantajı ise rotorun sürekli sürtünmesinden kaynaklanan çabuk yıpranmasıdır. Bu nedenle motorun ömrü günümüzde kullanılan dort zamanlı içten yanmalı motorlara göre oldukça kısadır. Wankel Motorun yüzey/hacim oranı yüksek olması nedeniyle yakıt sarfiyatı fazladır.

Hybrid Motor
İstenildiğinde benzinli istenildiğinde elektrik motoruyla ilerleyebilen ilk aracı 27 yaşındayken Ferdinand Porsche yapmıştır. 1902 yılında ‘Mixte-Wagen’ adını verdiği aracı tanıtmıştır.

Hibrid (Hybrid Electric Vechile) otomobillerin amacı benzin sarfiyatını azaltmaktır. Bunu sağlamak için sıkışık trafikte, düşük hızlarda benzin motoru yerine elektrik motorunu kullanmakta ve bu sayede kısmen 0 emisyon salınımı sağlamaktadırlar. Elektrik motorunun çalışması için gerekli enerji benzin motoru çalıştırıldığı zamanlarda ya da frenleme sırasında akülere şarj edilmektedir. Dolayısıyla bu araçların elektriğe bağlanarak şarj edilmesi gibi bir gereksinim yoktur. Hibrid motorları taşıtlar basit bir anlatımla bataryalı elektrikli araçların motoru ile günümüzde kullanılan benzinli veya dizel araçların içten yanmalı motorların birleşimidir. Aslında bu motorlara melez motorlarda denilmektedir.

İstenildiğinde benzinli istenildiğinde elektrik motoruyla ilerleyebilen ilk aracı 27 yaşındayken Ferdinand Porsche yapmıştır. 1902 yılında “Mixte-Wagen” adını verdiği aracı tanıtmıştır. Viyanalı bir fayton üreticisi olan Ludwig Lohner ile birlikte çalışan Porsche 4 silindirli bir Daimler motoruna aküler , bir jeneratör ve elektrik motorları eklemiştir. Bu haliyle Mixte benzinli motor stop edildiğinde bile akülerin çalıştırdığı elektrikli motorla ilerlemeye devam edebilmekteydi. Hybrid motor teknolojilerinin kullanıldığı Hibrid otomobillerin yaygınlaşabilmeleri, performans verimliliklerinin artmasının yanında üretim maliyetlerinin düşmesi ile mümkün olabilecektir. Bunun yanında, aslında benzine kısmen de olsa yine bağımlı olan hibrid araçlar bir geçiş dönemi teknolojisi olabilirler. Sonuç olarak çevresel etkenler ve enerji verimliliği konuları düşünüldüğünde tamamen elektrik enerjisi ile çalışabilen otomobillerin üretimi ufuktaki asıl hedef olarak görülmektedir.

Elektrikli Otomobil Motorları
Otto’nun motoru temel prensiplerinde önemli bir değişiklik yapılmaksızın otomobilleri bu güne kadar başarı ile taşımıştır. Ancak petrol türevleri yakıldığında ortaya çıkan zehirli gazlar ve benzin motorlarının çalışmasında oldukça önemli görevler üstlenen kurşun elementinin egzoz gazıyla çevreye yayılması ayrıca benzinli motorlarda kullanılan ve sıklıkla değiştirilen kullanılmış motor yağları önemli ölçüde çevre kirliliğine neden olmaktadır. Bunlara ek olarak motorlu araç sayısının gün geçtikçe çok hızlı bir şekilde artması ve petrol kaynaklarının tükenme noktasına yaklaşması, artık vazgeçilmez bir araç olan otomobili farklı tahrik sistemleri ile hareket ettirmenin yollarını bulmayı kaçınılmaz kılmıştır. Temiz ve yaygın bir enerji kaynağı olan elektrik enerjisinin bu konunun dışında bırakılması ise mümkün değildir. Elektromobil adı verilen bu otomobiller çeşitli türlerdeki elektrik motorları ile hareket ettirilmektedirler. Bir elektrikli otomobilin tahrik sistemi temel olarak elektrik enerjisi kaynağı, elektrik motoru ve kontrol sisteminden oluşmaktadır. Elektrikli otomobiller, atık gazlar oluşturmamaları ve motor yağı kullanmaması sonucu çevre dostu olmalarının yanında bir mekanik vites kutusuna ihtiyaç duymamaları, frenleme esnasında enerjiyi geri kazanabilmeleri, sessiz çalışmaları gibi özellikleri ile klasik içten yanmalı motorlara sahip otomobillere karşı önemli avantajlar sağlamaktadırlar. Ancak kullanılan akümülatörlerin ağır, hantal, kapasitelerinin sınırlı ve dolum sürelerinin oldukça uzun olması, aynı şekilde elektrik motorlarının da güç/ağırlık ve güç/hacim oranlarının kötü olmasından dolayı bu gün için benzinli otomobillerin yerini tam olarak alamamaktadır.

Otomotiv Sanayi
Türk Otomotiv Sektörünün Gelişimi
Otomotiv Terimleri
Elektrikli Araçlar