Hayatın Virajlı Yollarında

Son 10 yıldır motorlar küçülüyor, ama güçlerini koruyor ve hatta daha da güçleniyorlar! Ve daha az yakıt tüketiyorlar. Peki bu nasıl oluyor?

Bir taraftan, çevre düzenlemeleri ile egzos emisyonlarının önem kazanması ve buna dayalı vergilendirme sistemleri, diğer taraftan petrolün “sürdürülebilir” bir kaynak olmadığı gerçeği ve artan akaryakıt fiyatları nedeniyle ortaya çıkan tasarruf ihtiyacı üreticileri daha verimli motorlar üretmeye itti. Bu ihtiyaç ya da zorunluluk ile ortaya çıkan motor konseptine, hacmine göre güçlü bu motorların hakkını teslim etmek için “downsizing” adı verildi.

“Tasarruf” iddiası ile yola çıkılmasına rağmen, daha az tüketen bu yeni nesil motorların güç çıkışları ve güç dağılımı da atmosferik motorların çok önüne geçmiştir.

Downsizing’in kelime anlamı “küçültme” demektir. Kelime olarak olumsuz bir anlam taşımasına ve otomotiv sektöründe yukarıda geçen zorunluluklarla uygulanan ve üretim maliyetlerini arttıran bir yöntem olmasına rağmen, bir devri kapatmış ve 2000’lerin sonunda “motor verimliliği” anlamında yeni bir dönem başlatmıştır.

En basit ifadesiyle, motorun hacmini küçültmek ancak alınan verimi ve gücü muhafaza etmektir, ya da, aynı hacimdeki motordan daha yüksek hacimdeki motorlara eşdeğer güç ve verim almaktır. Bu, küçük hacimden, aşırı besleme ile (çoğunlukla turbo ile) daha büyük hacimli motorlara eşdeğer güç sağlama prensibine dayanır. Downsizing uygulanmış bir 1.6 litrelik motor, asla sadece bir 1.6 litrelik motor değildir.

Binyıl değişince, sıkı emisyon baskısı altında kalan endüstriyi o zamana kadar sırt çevrilen turbo kurtardı. Devir bağımlısı olan atmosferik motorlar – bu özellikleri ile her ne kadar keyifli olsalar da – emisyon zorunlulukları için artık çaresiz kalıyordu. Çevresel tedbirler ve tasarruf gereklilikleri için motor hacimleri downsizing ile yavaş yavaş küçülürken, motor gücünü muhafaza etme yani küçülen hacimden daha yüksek güç alma görevi turboya verildi.

Atmosferik motor çağında (2000’lerin ortasına kadar) Avrupalılar ve Amerikalılar için bir otomobilden daha fazla güç almanın tek rasyonel yolu motor hacmini büyütmek oldu. Motor hacmini yükseltmeden güç çıkışını artırmak için “başka yerlerde” farklı çabalar da vardı: İskandinavya’da aşırı besleme (turbo), Uzakdoğu’da ise egzantrik mili ile subaplar arasında yeni mekanizmalar geliştirerek motorun daha fazla devir çevirmesini sağlayan ve yüksek devirlerde yüksek güç yakalayan uygulamalar denendi. Bu akılcı yöntemler gerçekten öncüydü, ancak dönemin ihtiyaçları ve öncelikleri içinde marjinal çabalar olarak kaldılar. Ya dayanıklılık sorunları nedeniyle, ya üretim maliyetlerine takıldıklarından ya da yüksek yakıt tüketimi ile beraber geldiklerinden yaygınlaşmadılar. Endüstriye hakim olan atmosferik motorlarda ise güç çıkışı motor hacmi büyüdükçe yükseliyordu. Yine bu nedenle, otomobilin güç çıkışı motor hacmine paralel büyüdüğünden, otomobillerin model kodları da hep motor hacimlerini sembolize etti.

Downsizing uygulanmış motorlarda ise motorların güç seviyesi ile hacimleri arasında çok zayıf bir bağ var. Çünkü motorun ne kadar güç vereceğini motorun hacminden önce, (1) üzerinde bulunan aşırı beslemenin türü ve kapasitesi, (2) uygulanan yakıt enjeksiyon sisteminin hassasiyeti, ve (3) supapların hangi motor devrinde ne zaman ve ne kadar açılacağı ve açılan subapların çevrim sırasında ne kadar süreyle açık kalacağı belirliyor. İçten yanmalı motorlar artık bu 3 ayak üzerine inşa ediliyor: aşırı besleme, direkt enjeksiyon ve değişken subap zamanlaması. Tüm bu 3’lü pakete ise downsizing adı veriliyor.

Alt detaylar ise üreticilerin tercihine ve mühendislik becerisine göre şekilleniyor. Bazı motorlar singlescroll turbo ile çalışıyor, daha yüksek verimli örneklerde twinscroll turbo, bazılarında ise değişken geometrili turbo var. Maliyet göze alındıkça tek yerine çift turbo hatta 3 turbo kullanılıyor, bu turbolar seri ya da paralel bağlanabiliyor. Bazı üreticiler kompresör (supercharger) ile turbo’yu entegre ediyor. Yakıt beslemesi ise emme manifoldundan ya da direkt olarak yanma odası içerisine yapılıyor. Kimi üreticiler subapların açılma ve kapanma zamanlarını yöneten sistemler kullanırken, bazıları da bunun yanında subapların açık kalma aralıklarını değişken hale getiren sistemler de kullanıyor. Artık, subapların hem açılma kapanma zamanlaması hem de açılma aralıkları değişken… Downsizing böyle çalışıyor.

Downsizing motorlar, sürüş sırasında, ihtiyaç olduğunda, sahip oldukları turbo ile daha büyük hacimli motorları taklit edebilirken, direkt enjeksiyon sayesinde de daha küçük hacimli motorları taklit ederek çalışabiliyor. Farklı zamanlarda ve farklı sürüş şartlarında olsa dahi aynı motordan hem düşük tüketim ve emisyon hem de yüksek performans alınabiliyor.

Downsizing ile motor hacimleri küçüldü, eskiden büyük hacimle ve yüksek devir ile gelen güç, daha küçük hacimlerden aşırı besleme, direkt enjeksiyon ve değişken supap kontrolü ile gelmeye başladı.

Ancak downsizing, bu tanımdan daha fazlasıdır:

Downsizing uygulanmış motorların, geleneksel atmosferik motorlardan en önemli farkı motorun maksimum torkunu düşük bir devir düzeyinde vermesidir. Düşük devirde, uzun oranlı vitesler ve uzun ayarlı son dişli ile yapılan yolculuklar tasarruf getirir. Performanstan ise ödün verilmez. İstendiğinde düşük tüketim, istendiğinde yüksek performans sunan bir motor konseptidir.

Downsizing’in ilk örneği bir Peugeot 406’nın kaputunun altındaydı: 1997 yılında kullanılmaya başlanan XU10 J2TE kodlu turbo motoruyla Peugeot 406, belki de dünyanın bugünkü anlamda ilk downsizing uygulamasının yapıldığı otomobildi. 2.0 litrelik bu motor 145 HP gücündeydi. O tarihe kadar turbo, güç artışı için kullanılıyordu. Peugeot’un 406 modelinde daha önceden beri sunduğu 2.0 litre atmosferik motor zaten 136 HP (100 Kw) güç üretiyordu, bu yüzden bu 2.0 litrelik turbo motorun 145 HP’lik gücü (108 Kw), o dönem yapılan değerlendirmelerde düşük bulunmuş ve eleştirilmiştir. Aslında Peugeot’un yaptığı, düşük basınçlı bu turbo ile hem tasarruf sağlamak hem de tüketimde artış olmadan otomobilin ara hızlanma değerlerini iyileştirmekti.

Downsizing’in diğer bir ilk temsilcisi de Smart MCC’ydi. Mercedes Benz’in bu şehir otomobili, 599 cm3’lük aşırı beslemeli bir benzinli motora sahipti ve motor, dönemi için “öncü” özelliklere sahipti. 0.6 litre motor turbo besleme ile 55 HP güç, 90 Nm tork veriyordu.

Bilinen en ünlü “ilk örnek” ise Volkswagen Grubu’nun 2005 yılında Frankfurt Otomobil Fuarı’nda tanıttığı 1.4 TSI’dir. BMW ve PSA tarafından geliştirilen 1.6 litrelik N13B16 ve yine BMW tarafından geliştirilen, Toyota Yaris Hybrid kadar yakıt tüketip Porsche 911 ile eşdeğer performansı veren BMW i8’de kullanılan 1.5 litrelik B38 de mükemmel ve olgun güncel bir başka örnektir.

Büyük üreticilerin motorları üzerindeki plastik kapakları ve bagaj kapaklarını onurlandıran TwinPower Turbo, PureTech, EcoBoost, TSI, TFSI, TCe, SIDI gibi isimlendirmelerin arkasında downsizing var. Bugün direkt enjeksiyon ve değişken supap kontrolü ile organize çalışan modern turbolar temiz ve çevreci ve aynı zamanda güçlü olabilen modern içten yanmalı motorlara hayat veriyor.

Downsizing’in sağlıklı çalışması ve amacına ulaşması için aşırı besleme, direkt benzin enjeksiyonu ve değişken supap kontrolü gibi sadece motorda yapılan düzenlemeler yetmiyor (Bunlar eskiden de vardı) İlave olarak 3 unsura daha ihtiyaç var:

1. Şanzımanın çok oranlı olması: “Eskiden” otomatik şanzımanlarda 4 vites yeterli (!) oluyordu. Yeni nesil otomatik şanzımanlardaki oran sayısının önce 6’ya, sonra 8’e ve şimdi de 9’a çıkarılması, hız için değil, downsizing motorlardan verim almak için yapılan bir uygulama. Çünkü, daha çok sayıda vites oranı demek, hızlanmalar sırasında, motorun bir alt vitesden bir üst vitese geçerken, vites oranları birbirine çok yakın olduğu için motorun çok dar bir devir aralığını kullanması demek, bu da verimlilik ve tasarruf demek. (Yıllardır otobüs ve kamyonlarda kullanılan 12 vitesli otomatik şanzımanların çalışma prensibi buydu. Bu yöntem şimdi otomobillerde de kullanılmaya başlandı.) Manuel şanzımanların eklenen 6. vites oranı da bu amaca hizmet ediyor, vites oranları birbirine daha yakın. Daha ilerisi de mümkün: Porsche 7 ileri vitesli manuel şanzımanlar kullanıyor.

2. Şanzımanın uzun oranlı bir “en yüksek vites”e sahip olması ve “son dişli”’nin uzun oranlı ayarlanması: Downsizing’in başarılı çalışması için hızlanmaların yanında stabil sürüşlerde de motorun düşük devirde tutulması gerekiyor. Otomobil ideal (yasal ve ekonomik) sürüş hızlarında (90-110 km/h) ne kadar düşük devirde hareket ederse o kadar verimli oluyor. BMW 316i (E90) 6 ileri otomatik 2.000 devir’de 90 km/h yapıyordu, BMW 316i (F30) 8 ileri otomatik 2.000 devir’de 110 km/h yapıyor. Artık daha düşük devirde daha yüksek hıza ulaşmak mümkün, ya da daha düşük devir çevirerek eskinin aynı hızlarında yolculuk yapmak mümkün. Daha düşük devir daha düşük tüketim anlamına geliyor. Aynı zamanda gürültü düzeyini düşürüyor. Motorun ömrünü uzatıyor.

3. Motorun torkunu düşük devirde üretmesi: Daha düşük devir çevirerek, daha yüksek hızları istiyoruz. Üstelik bu düşük devir bantlarında, çekiş gücü kaybı yaşamadan, vites düşürmeden hızlanmak ve hatta rampa tırmanmak istiyoruz. Çünkü tasarruf için uzun oranlı bu şanzımanların torkunu düşük devirde üreten bir motorla kombine edilmesi gerekiyor. Atmosferik motorlarda bu mümkün değildi, hızlanmak için viteslerle oynamak ve aracı devirlendirmek gerekiyordu. Çünkü tork, motor devirlendikçe geliyordu. Yükselen devir de daha fazla püskürtme ve daha fazla ateşleme demek;  bu da tüketimin artması anlamına geliyordu. Önyargılı davranıp “Turbo uygulanan downsizing motorlarda ise hiç mümkün olamaz” diyenler olacaktır. Böyle düşünenler “çünkü turbo boşluğu (turbo lag) var” cevabını verecektir. Ama öyle olmuyor. TwinScroll turbo ya da değişken geometrili turbo gibi akıllı aşırı besleme teknikleri sayesinde downsizing uygulanmış modern motorlarda turbo boşluğu yok.

Aşırı beslemeli bir motordan alınabilecek güç neredeyse “sınırsız”dır. Burada verilebilecek en güzel örnek, BMW’nin 1970’lerde Formula 1’de kullandığı 1.5 litrelik turbo motordur (M12) Formula 1’de turbonun henüz yasak olmadığı dönemlere ait bu motor 1.500 (yazı ile bin beş yüz) HP güç üretiyordu.

Aşırı beslemeli bir motordan istendiği kadar güç almak mümkün; aşırı besleme bir üretici tercihidir, alınacak gücün ise teoride sınırı yok, ancak güç çıkışı bir noktada sabitleniyor. Çünkü önemli olan sadece yüksek güç almak değil, önemli olan aynı zamanda bu motorun yüzbinlerce km dayanacak kadar dayanıklı ve uzun ömürlü olması; turbo boşluğu – turbo lag yaşatmaması, yani günlük kullanıma uygun olması ve alt devirlerden itibaren dengeli güç dağılımı sağlaması; hafif olması, kompakt boyutlarını koruması ve kaput altında az yer kaplaması, bakımlar sırasında kolay müdahale edilebilmesi; üretim ve bakım maliyetlerinin kabul edilebilir seviyelerde kalması; kullanıcı hatası durumunda ya da kötü yakıta denk geldiğinde kendisini koruyabilmesi; ve hepsinden önemlisi de tasarruflu olması, aşırı tüketmemesi ve doğaya karşı saygılı yani düşük emisyonlu olmasıdır.

Otomobillerin de daha tasarruflu olması ve daha az tüketmesi gerekiyor. Ancak burada amaç sadece düşük yakıt tüketimine sahip otomobiller üretmek değil. Çünkü burada bahsedilen “tasarruf” konusu sadece hanehalkı / per capita olarak bizim kişisel tasarrufumuz değil. Bu önemli, ama asıl önemli olan dünyanın, gezegenin kendisinin tasarruf edilmesi. Artık, havayı, suyu, enerji kaynaklarını çok ama çok hızlı tüketiyoruz, atmosfere olması gerekenin çok üzerinde CO2 bırakıyoruz.

İçerisinde olduğumuz durum ciddi ve sorumlusu daha fazla gelişmiş ülkeler (biraz da Hindistan’daki inekler), ancak en büyük sahiplenme yine gelişmiş ülkelerdeki bilinçli bir azınlıktan geliyor. Otomobillerde motor teknolojilerindeki geliştirmeler de bundan kaynaklı. Bütün amaç CO2 salınımını düşürmek. Bu yüzden birçok Avrupa ülkesinde vergiler artık motor hacmine göre ya da motor gücüne göre değil, CO2 emisyonlarına göre belirleniyor.

Konu buradan, yani emisyonların (özellikle de CO2 salınımının) azaltılmasından geliyor.

Emisyonların azaltılmasının tek yolu da daha tasarruflu motorlar yapmak. Ama tasarruflu motor üretmek performanstan vazgeçilmesi anlamına da gelmemeli. “Downsizing” uygulanmış motorların ortaya çıkış hikayesi de budur.

Downsizing ulaşılması gereken bir son nokta değil, bir “ara dönem”. Bu ara dönemin içerisinde ikinci bir ara dönem daha var: hybrid araçlar. İşler yolunda giderse bu dönemin ardından sıfır emisyonlu bir dönem başlayacak. Bu da büyük olasılıkla bataryalı elektrikli araçlar ile gerçekleşecek, ancak hidrojen gibi bazı alternatif yakıtlar da bulunuyor. Ne olacağını ömrümüz yettiği kadar göreceğiz.

Birbirimize, insanlara ve doğaya karşı saygılı olursak bir şeylerin yolunda gitme olasılığı daha yüksek. Otomobiller de bunun bir parçası.