İçten yanmalı motorların geleceği

Elektrikli otomobiller, kuşkusuz otomotiv endüstrisinin gelecek planında geniş yer tutuyor. Elektrik motoruna geçişle içten yanmalı motora yardımcı birçok parçadan kurtulan, rutin bakım zahmetini minimuma indiren üreticilerin elektrikli otomobil hülyasını gerçeğe dönüştürmek için yüksek enerji yoğunluğuna sahip, hızlı şarj olabilen bataryalar geliştirmesi yeterli olacak. Bu uğurda milyarlarca dolar harcamayı göze alan dünya devleri, 130 yılı aşkın süredir kullandıları içten yanmalı motorların ar-ge faaliyetlerini de aksatmıyor. Peki, sektörün geleceği elektrikli otomobiller üzerine inşa edilirken içten yanmalı motorlara yönelik yatırımlarla nereye varılmak isteniyor?

Otomobillerde ilk kez kullanılmaya başladığı 19. yüzyılın sonlarından beri daha az yakıt tüketmesi için sürekli bir değişim halinde olan içten yanmalı motorlar, endüstrinin ileri gelen isimlerine göre henüz ömrünün yarısına yaklaşmış dahi sayılmaz. Uzmanlar, elektrikli otomobillerin içten yanmalı motorları tamamen ortadan kaldıracağı yönündeki varsayımların aksine gelecekte bugünkünden çok daha yüksek verimlilikle çalışan, emisyon değerleri yok sayılacak kadar azaltılmış fosil yakıtlı motorların kullanılmaya devam edeceğini savunmakta beis görmüyor.

Avrupa Birliği'nin EURO standartlarıyla baskı altında tuttuğu otomobil üreticileri, ABD, Çin ve Japonya gibi devasa pazarlarda devlet politikası haline gelmiş olan zehirli egzoz gazlarının salınımını azaltma planlarına uygun hareket etmek zorunda. Haliyle emisyon rakamları, son 20 yılda sektörün yönelimlerini belirleyen, ar-ge faaliyetlerine hedef gösteren ve hatta devasa şirketlerin kartelleşmesine sebep olan yegane unsur haline geldi. Emisyon mevzusunda firmaların rekabet yüzünden aldığı önlemlerin vehametini birkaç yıl önce Volkswagen ile başlayıp diğer küresel holdinglere de sıçrayan dizel skandalı en iyi şekilde göstermişti. Zorlu dönemlerden geçerek kamuoyu önündeki imaji zedelenen içten yanmalı motorlar, şirketlerin popülist elektrikli otomobil planlarına rağmen uzun bir süre daha hayatta kalmayı sürdürecek. Bunu nasıl mı başaracak? İşte cevabı;

Dizel gibi çalışan benzinli otomobiller geliyor

İçten yanmalı motorlar genel olarak yakıt/hava karışımı ateşleme sistemine sahip. Benzinli motorlarda kullanılan buji ile ateşleme ve dizellerde kullanılan yüksek basınçla sıkıştırma. Yaklaşık iki asır önce keşfedilen yakıtın elektrikle ateşlenerek yakılması yöntemi, dizellerdeki basınç halinde sıkıştırılarak ateşleme yöntemine kıyasla daha fazla yakıt tüketimine sebep oluyor. Bunu değiştirmek için dizel gibi çalışan benzinli motor sistemleri geliştirmeye çalışan otomotiv devlerinden biri nihayet geçen sene başarılı oldu. Mazda, buji kontrollü sıkıştırma sistemiyle normal benzinli motorlardan yüzde 20-30 daha az yakıt tüketerek daha geniş bir devir aralığında daha yüksek tork değerleri elde ettiğini açıkladı. Yeni motor 2019'da Mazda 3 ile piyasaya sürülecek.

Skyactiv-X adını verdiği yeni motorunu dizellerde olduğu gibi yakıt-hava karışımını sıkıştırarak ateşleyebilmek için özel bir yanma odası tasarlayan Mazda, odanın belirli bir kısmında yoğunlaşan basınç halindeki karışımı küçük bir buji ile ateşleyerek yakıyor. Sıkıştırılmış karışım, hem daha az yakıt tüketimi sağlıyor hem de turbolu motorların aksine daha geniş bir devir aralığında optimum tork üretilmesine imkan tanıyor. Motor, sadece sıkıştırmalı sistemle değil, yakıt bakımından zengin sıradan buji ile ateşleme modunda da çalışabiliyor.

Gelecek yıl Mazda3 ile piyasaya sürülecek olan Skyactiv-X, içten yanmalı motorların 2020 sonrası devreye girmesi beklenen EURO 7 standartlarına uyumu çerçevesinde çok önemli bir gelişme olarak değerlendiriliyor.

Motorların sıkıştırma oranı değiştirilebilecek

İçten yanmalı motorların verimliliğini artırmaya yönelik bir diğer önemli çalışma ise pistonların yakıtı sıkıştırma oranını değişken hale getirebilme üzerine. Bu fikri geliştirmek için 20 yıldır ar-ge faaliyeti yürüten Renault-Nissan grubu, bu sene satışa sunacağı Infiniti QX50 otomobilinde değişken sıkıştırma oranlı yeni VC-Turbo motoruna yer vererek otomotiv endüstrisinde bir ilke imza attı.

Piston ile krank mili arasına yerleştirilen bir mekanizma, Nissan'a geliştirdiği motorun pistonlarını 6 milimetreye kadar daha yukarı ya da daha aşağı hareket edecek şekilde ayarlayabilmesine imkan tanıyor. 14:1'den 8:1'e kadar sonsuz sayıda sıkıştırma oranına göre çalışabilen motor, düşük yakıt tüketimi için yüksek sıkıştırma, turbonun devreye girmesine yardımcı olacak yakıt bakımından zengin çalışma döngüsünde ise düşük sıkıştırmaya göre elektronik olarak ayarlanıyor. Böylece en verimli şekilde en yüksek güç üretimini mümkün kılan Nissan'ın VC-Turbo motoru, dört silindir olmasına rağmen 268 beygir güce ulaşarak sınıfının en iyileri arasına girmeyi başarıyor.

Değişken sıkıştırma oranı dışında hibrit turbo olarak isimlendirdiği yeni bir tür turbo, ısı dağıtımını ve turboya gaz akışını kolaylaştıracak ana motor bloğuna gömülü egzoz manifoldu, ayarlanabilir sübap zamanlama gibi en yeni içten yanmalı motor teknolojilerini bünyesinde barındıran VC-Turbo, muadil motorlara kıyasla yüzde 27 yakıt tasarrufu vaat ediyor. İlerleyen dönemde Renault-Nissan grubu diğer araçların da dizel motordan daha ucuza mal edilen değişken sıkıştırma oranlı bu motorla satışa sunulması bekleniyor.

Hafif hibrit sistemler yakıt verimliliğini artıracak

Tam elektrikli otomobiller öncesi yeni araçların büyük bölümünün hibrite dönüşmesi bekleniyor. Yukarıda bahsettiğimiz yeni içten yanmalı motor teknolojileri, işte tam da bu dönüşümde kritik rol üstlenecek. Önümüzdeki dönemde yeni motorlarla birlikte yakıt tüketimini düşürecek en büyük hamle, hafif hibrit sistemlerin yaygınlaşması olacak. Renault ve Mercedes'in bu hususta büyük yol katettiği biliniyor.

Birden fazla çeşidi bulunan hafif hibrit kabaca, motora ya da şanzumana monte edilmiş veyahut ikisi arasına yerleştirilmiş bir elektrik motorunun 48V batarya ile kalkış sırasında, yokuşta ve turbo boşluğunun etkisini azaltmak üzere belirli devir aralıklarında devreye girerek ana motora yardımcı olduğu sistemlere verilen addır. Hem performansı hem de yakıt tasarrufunu artırıcı etkisi sayesinde benzinli motorların verimliliğini yüzde 15 oranında artırabilen hafif hibrit sistemler, üstelik alternatör ve start-stop kalkış görevini üstlenerek motor aksamının ağırlığını da artırmamış oluyor.

Start-stop özellikli motorların bir üst seviyeye çıkarak küçük elektrik motoruyla tork ve beygir gücü desteği kazanabildiği hafif hibrit araçlar, diğer hibrit türlerine kıyasla maliyetin en az artış gösterdiği sistemlerden biri. Elektrikliye dönüşümün hafif hibrit ile başlayıp prizli hibritler ve sonrasında menzil artırıcılı elektrikli araçlara doğru sürmesi bekleniyor.

Fosil yakıtların er ya da geç otomotiv endüstrisine veda edeceği kesin. Ancak önümüzdeki yıllarda içten yanmalı motor teknolojileri sektöre yön vermeye devam edecek. Bunu her geçen gün yeni modelleri duyurulan prizli hibrit araçlar ve henüz tam manasıyla piyasaya entegre edilememiş menzil artırıcılı elektrikli otomobillere bakarak anlamak mümkün.