Geçen 1 haftadır, otomotiv gündemini meşgul eden, Tekirdağlı bir ustanın Halit Avcıoğlu’nun yaptığı, Kare Pistonlu motorla, gerçekten 1 litre ile 100 kilometre gidebilir misiniz? yazımızda bu konuya değineceğiz.
Tekirdağlı motor ustamız şu şekilde gündeme geldi, dedi ki; benim farklı bir tasarımım var. Dünyada olmayan bir motorum var. Bunun da, en büyük özelliği; 1 litre benzin ile 100 kilometre gidebileceksiniz dedi.
Bu motorun 3 farklı özelliği var.
- Kare Pistonlu Motor. Normalinde, bütün otomobillerin bütün motosikletlerin, pistonları silindir şeklindedir. Ustamız diyor ki; ben kare pistonlu yaptım ve bu daha iyi olacak.
- Yakıt sistemini değiştirdim. Enjektör yada karbüratör olmayacak. Bunun yerine benzin buharı kullanacağım.
- Güç Artışı. Manevra usulü, bununla güç artışı sağlayacağım.
Yazımızda da, liste halinde bahsedilen özelliklerin ne anlama geldiği, nasıl sorunlar çıkarabileceği, nasıl işe yarayabileceği bunları değineceğiz.
Kare Pistonlu Motor
Öncelikle, en büyük karakteristik özelliği olan Kare Piston’dan başlayalım. Ustamızın iddiasına göre, çok daha iyi bir şekilde yakıt ekonomisi sağlayacak. Fazladan güç üretilmesini sağlayacak.
Aslında bu, yeni bir konsept değil. İçten yanmalı motorlar icat edildikten sonra, çok çeşitli varyasyonlar denendi. Çok farklı deneyler yapıldı. Çeşit çeşit mekanizma denendi. Aslında, kare piston yeni bir tasarım değil. Daha önceden, piston olarak denenen gruplar arasında bu da var.
1920’li yıllara baktığımız zaman. Hali hazırda, kare pistonlu motorun alınmış patentini, bulmanız mümkün. Onun yanında da, daha yakın zamanda da yapılmış, 2 zamanlı olarak çalışan, yine kare pistonlu motor örnekleri de mevcuttur.
Peki bu, piston neden daha önce otomotiv firması tarafından üretilmedi? motor üstüne yıllardır tecrübesi olan, üreticiler tarafından üretilmedi. Hiç mi akıllarına gelmedi? Asıl sorunda burada başlıyor.
Daire şekli ve 3 boyuta döndüğümüz zaman. Silindir şeklinin özel bir anlamı var. Matematiksel olarak da, diğerlerinden biraz daha farklı.
Örneğin; bir dörtgene baktığımız zaman, kare yada dikdörtgen olabilir. 4 tane köşesinin olduğunu göreceksiniz. Beşgene geçtiğiniz zaman, 5 köşe, altıgen de 6 köşe. Bunları her arttırdığınız zaman ve şekle baktığınız da, daireye döndüğünü göreceksiniz.
Çemberin teorik tanımı da zaten, sonsuz köşeli bir köşegendir. Yani, 7 8 9 köşegenleri arttırıp sonsuza kadar götürdüğünüz zaman, çember şekli ortaya çıkacaktır. Peki bu ne anlama geliyor? Makine mühendisliğinde ve materyal üstüne baktığınız zaman, köşeli tasarımlar pek sevilmez.
Çünkü;
kare dörtgen veya çokgenleri kullandığınız zaman, her köşe kritik stres noktası oluşturur. Bu da ne demek; basınç aslında bu noktayı, çok daha fazla zorlayacaktır. Daha fazla, stres oluşur sivri köşeler etrafında. Bu da şu anlama geliyor; stres noktalarının kırılmasına, zarar görmesine, çatlamasına neden olur.Bu yüzden, hiçbir üretici yüksek basınç altında çalışan şeylerde, köşeli tasarımları tercih etmez. Gündelik hayatınızda da, çok rahat bir şekilde bunu görebilirsiniz.
En basit örneği; Kola kutusudur. Hiç bir zaman gazlı içecek kutularını köşeli bir şekilde görmezsiniz. Çünkü içinde, atmosferden daha yüksek basınca sahip, içecek bulunur. Karbondioksit de var. Daha yüksek bir basınç oluşturuyor.
Bu içeride ki yüksek basınç, her yöne eşit miktarda basınç uyguluyor. Çember şeklinde ki yapısı nedeni ile, bu malzeme üstünde herhangi bir stres noktası oluşturmaz. Her tarafa, eşit bir şekilde dağılır bu basınç.
Neden Köşeli Bir Tasarım Olmamalı
Eğer köşeli bir tasarım olsaydı, elinizden düşürdüğünüz anda yada ufak bir darbe anında, köşeden çatlayıp kendi kendine patlardı. Bu köşeli tasarım yüzünden, aslında zamanında çok büyük olaylar yaşandı. Uçaklara baktığımız zaman, ilk yolcu uçaklarında, sivri köşeli dikdörtgen pencereli uçaklar kullanıldı.
Yine uçak uçarken, iç kavim basınç ile atmosfer basıncı, yukarıda daha düşük olduğu için arada fark var. Bu iki taraf arasında ki basınç farkı yüzünden, bu camlar sıkıntı çıkardı. Camların çatlamasına. Uçağın dış yüzeyinde çatlamalar neden oldu. Bir çok uçakta, bu yüzden düştü.
İşin özeti;
Böyle köşeli tasarımlar, zaman içinde büyük sorunlara yol açtığı için, sürekli patlama ve çatlamalara yol açtığından dolayı, bu zamanla evrimleşti ve her şey silindir şeklini almaya başladı.
Ustamızın yaptığı, bu motorda da hem blokta, hem de piston üstünde aşırı stres noktaları oluşacağı için, uzun vade de büyük ihtimal çatlamalar, kırılmalar meydana gelecektir. Yani, köşeli tasarım aslında kimsenin aklına gelmediği için değil. Zamanında denenip, sorunlara yol açtığı ve bu şekilde beğenilmediği için, tasarımlar bu noktaya geldi.
Ustamız diyor ki;
Ben sordum araştırdım böyle bir şey var mı diye. Bilir kişilere sordum diyor. Belki, orada biraz yanlış yönlendirilmiş olabilir. Yeterince araştırma yapılmamış olabilir. Ama değindiğimiz gibi, vakti zamanında bunların denenmişleri, hali hazırda mevcut.
Bu kare şeklinin, sadece malzeme ve yapısal etkisinin dışında, yanma konusunda etkisi olacaktır. İçten yanmalı motorların, silindirlerin de patlama olduğu zaman. Oluşan alev, genellikle orta noktadan oluşur. Yani, çemberin merkez noktasında, bir kıvılcım oluşturulur.
Bu şekilde de, yanmış gaz dışa doğru genişlediği zaman, bütün duvarlara aynı zamana ulaşır. Dairenin yapısı gereği, bütün noktaları merkez noktasına eşit uzaklıktadır.Ama kare piston da böyle bir şey söz konusu değil. Köşe noktaları, kenarlardan daha uzakta. Bu da ne demek; oluşan patlama sonucu, çıkan alev bu köşelere daha geç ulaşacak. Kenarlara ise, erken ulaşacak anlamına geliyor.
Bu da piston üstünde, eşit olmayan basınç dağılımı vede sıcaklık dağılımı yaratacak. Köşeler daha soğuk olacak. İç kısımlar, daha sıcak olacak. Bu şekilde yine, köşeli tasarımların büyük sorunlarından bir tanesi de budur.
Yakıt Sistemi
2. değişiklik ise, o da, ustamız diyor ki; karbüratör yada enjektör sistemi kullanmayacağım. Enjeksiyonlar olmayacak. Bunun yerine, benzin buharı kullanacağım.Bu sistemde aslında, var olmayan bir sistem değil. Hem daha ilkel versiyonları var. Hem de, günümüzde üstünde çalışma yapılan, baya gelişmiş versiyonları da var.
Karşılaştırma açısından, ilkel versiyonlarda şu şekilde çalışır; en basitinden, bir hobi motoru ( el motoru) aldığınız zaman. Karbüratör yada enjektör yoktur. Bu basit tasarımlarda, motorun emme manifolduna, bir tane boru bağlanır.
Borunun diğer ucu da, direkt yakıt deposuna bağlanır. Motor emme zamanını gerçekleştirdiği vakit, daha düşük bir basınç oluşturur. Bu şekilde, benzin deposunda ki buharlaşmış yakıtı çeker. Bunu nargile gibi düşünebilirsiniz. Bir taraftan, vakum misali çektiğiniz zaman, suyun içinde kaynamışcasına fokurdar. Orada, düşük basınç alanı oluşur.
Nargile de, yanmış tütünü çekiyor iken, burada da aynı şekilde buharlaşmış benzini çekip, motora gönderebilirsiniz. Aslında bu değindiğimiz gibi, hem ilkel hem de eski bir sistemdir.
Dezavantajları Nelerdir?
Tam olarak, yakıt hava oranını bunda ayarlayamıyorsunuz. Motor ne çekerse, o halki koşulda da, benzin ne kadar buharlaşmış ise, onu alıp motora direkt gönderiyorsunuz.
Zaten zamanında, bu sistem işe yaramadığı için, yakıt hava oranının ayarlanmasını anladıkları için, Karbüratör gibi bir sisteme geçtiler.
Karbüratörle de, ihtiyaç duyulan anda gaz pedalına basış şeklinize göre, güç yada ekonomi ihtiyacınıza göre, yakıt miktarı ve hava miktarı ayarlanıp doğru oranda karışabiliyor. Direkt, buharlaşmış yakıtı gönderdiğiniz zaman, böyle bir şansınız yok.
Bu sistemin, günümüzde olan biraz daha, teknolojik versiyonlar var diye değinmiştik. Bunlarda da, yakıtı çok fazla basınçlaştırıp, ısıtmanız gerekiyor. Yapılan çalışmalarda bu yönde. Çok ısıtıp çok basınçlaştırıp, süper kritik denen bir nokta var. Buraya kadar ısıtıp, motora öyle göndermek. Bu şekilde yakıt verimliliğini arttırmak.
Ama bununda sıkıntısı var;
Benzini o kadar çok ısıtmanız ve basınçlaştırmanız gerekiyor ki; motor da ürettiğiniz gücün çoğu, bu yakıtı sıkıştırmaya ve ısıtmaya gidiyor. Bu nedenle de, çalışan düzgün bir şekilde verimlilik getiren, avantaj sağlayan bir sistem tam olarak henüz yok.
İlerleyen zamanlarda olur mu? yada ustamız buna bir çözüm bulur mu? bilemiyoruz. Ama şu an için, bu sistemde büyük dezavantajlar var.
Özellikle günümüzde ki, Turbolu otomobiller kullanıldığı için, bunlar gibi birşey yapıldığı zaman da, yakıtın basıncının turbonun basıncından, yüksek olması gerekiyor ki silindirin içine girsin. Turbo basıncı bir tarafta, yakıt basıncı bir tarafta eğer turbo basıncı daha yüksek olursa, yakıtın içeri girmesini engeller.
Yine bir şekilde, enjektörle yada farklı bir sistemle, pompayla yada ısıtmayla bu yakıtın basıncının arttırılması gerekiyor. Bu da, yapılması gerekenlerden bir tanesi.
3. konumuz ise;
ustamız bir sistem yaptı. Manivela tarzı. Burada, piston direkt kranka bağlı değil. Arada bir mekanizma daha var. bu şekilde gücü katladığını değiniyor.
Manivela denilen sistem aslında; kaldıraç sistemi. Çubuğa, bir destek noktası veriyorsunuz. Uyguladığınız gücün, güç kolunu arttırıyorsunuz. Bu şekilde daha fazla, moment oluşturup daha kolay bir şekilde yapmak istediğiniz yapıyorsunuz. Evet burada, uyguladığınız kuvveti, arttırıp azaltabilirsiniz. Bu konu da hem fikiriz. Ama bu tip basit makinelerde, asla işten kazanamazsınız.
Yani bu da şu demek;
siz bir şeyi kaldırmak istiyorsunuz. 100 kiloluk bir kütle var karşınızda. Bu kütleyi, yukarı kaldırmak istiyorsunuz. Kendiniz kaldıramadınız. Tahterevalli usulü, bir destek yaptınız. Altına bir destek koydunuz ve kaldırdınız.
İstediğiniz şey, 100 kiloluk bir kuvvet uygulayamadığınız için, 20 kilo ile bunu yapmak. Burada, kuvveti 5/1’ine düşürdünüz. 5’de 1’e az kuvvet ile güç uyguladınız. Ama yoldan da, aynı şekilde kaybedersiniz.
Buda ne demek; kuvveti 5/1’ine düşürürseniz. Yolu da 5’de 1’ine düşürürsünüz. 1 metre yukarı kalkacak şeyi, 20 santimetre yukarı kaldırabilirsiniz anlamına geliyor. Bu sistem de, hali hazırda arabalarımız da var.
Şanzıman olarak düşünecek olursak;
1. viteste, arabanız çok daha hızlı bir şekilde hızlanır. Daha atiktir. Fakat, yüksek hıza ulaşamazsınız. Yani, 50 km/s olarak maksimumda kalır. 2. vitese geçersiniz. Burada, 1. vites kadar hızlanamazsınız. İvmesi daha azdır. Sizi geriye doğru, daha az iter.
Bu da aynı şekilde, motora uygulandığı zaman. Evet, kuvveti arttırırsınız. Ama yoldan kaybedeceğiniz için, toplam işte herhangi bir kazancınız olmaz. Bu da, 100 beygirlik bir motoru, 200 beygire çıkardığınız anlamına gelmez. 100 beygirlik motor, hala 100 beygirdir. Bu konu da değişmez.
Ürettiği Tork’u arttırırsınız. 100 Nm (Newton metre) yerine, 200 Nm oluşturursunuz. Aynı şekilde de, devirden kaybedersiniz. 5.000 devir çeviren bir motor ise bu, artık 2.500 devir çevirir.
Kısaca şöyle düşünebilirsiniz; 5 (bin) devir çeviren, 100 Nm Tork üreten motorunuz vardır. Araya bu sistemi koydunuz. Artık 200 Nm tork üretiyor. Ama 5 (bin) yerine 2 (bin) 500 devir çeviriyor. Günün sonunda bu motordan, fazla güç elde ettiğiniz anlamına ne yazık ki gelmez.
