Hayatın Virajlı Yollarında

Yeni ortak platformunu SPA (Scalable Product Architecture) olarak adlandıran Volvo motor mimarisinde gerçekleşen değişimi de VEA (Volvo Engine Architecture) ismi ile parlatıyor. Ayrıca Volvo, 2.0 litreden daha büyük hacimli bir motor üretmemek konusunda yemin etmiş durumda. Seri bağlı çift turbolar ve Hybrid sistemler ile 2.0 litrelik benzinli ve dizel motorlarını rakiplerin 3.0 ve 4.0 litrelik motorları seviyesine çıkaran Volvo, D5 dizellerinde turbo boşluğunu yok etmek için de basit ama işe yarayan etkili bir sistem geliştirmiş: PowerPulse.

Çinli Geely yönetimine giren Volvo, Ford motorları ile vedalaşıp 2016 model yılı ile beraber bantlarda olan mevcut model serisinin kaputları altına tekrar kendi geliştirdiği 3 yeni motoru yerleştirmeye başlamıştı. Farklı güç çıkışları olan 2.0 litrelik benzinli ve dizel makineler ve ayrıca kompakt modeller için 1.5 litrelik üçüncü bir motor. Tüm bu motorlar Volvo’nun VEA (Volvo Engine Architecture) adını verdiği ve 2006 yılından bu yana üretimde olan motor ailesine ait. 2018 yılı itibariyle üretime alınan yeni nesil 1.5 litrelik versiyon (B3154T) hariç tüm benzinli ve dizel motorlar 4 silindirli ve 2.0 litre hacminde; hem benzinli hem de dizel motorlar aynı bloğu kullanıyor (çap 82 mm x strok 93.2 mm). Volvo’nun gelecekte 2.0 litre’den daha büyük hacimli bir motor üretme planı da yok. Motorların güç çıkışı turbo ve kompresör kullanımı ile 320 HP’ye ulaşıyor. Daha fazla güç için Volvo bu benzinli motorları Hybrid versiyonlarında kullanırken elektrik motorunun gücüne başvuruyor. Volvo XC90 T8 TwinEngine’de olduğu gibi.

Burada ilginç olan şey Ford kontrolünden çıktıktan ve Çinli Geely sermayesine geçtikten sonra Volvo’nun yeni motorlarını çok kısa sürede geliştirip üretime alması. Ayrıca yeni 2.0 litre motorlar pazardaki en iyiler arasında. Buradaki dönüşümü önemli bir başarı olarak görmek gerekiyor. Gerçekte Volvo kendi motorları için geliştirme programını daha 2007 yılında, Ford yönetimi devam ederken başlatmıştı. Yani buradaki geliştirme sürecinin 10 yıllık bir geçmişi var. Geely satınalması ile beraber Volvo, motorların üretimi için kaynağa kavuşmuş oldu ve teknik olarak özellikle Alman makineleri ile rekabete “hazır” olan motorlar için İsveç’in Skövde kentindeki tesislerde seri üretime başladı. Çevre bilinici ile geliştirilen VEA motorlar geçmişte olduğu gibi yine Drive E etiketi taşıyor.

Ayrıca Volvo, 2.0 litreden daha büyük hacimli bir motor üretmemek konusunda yemin etmiş durumda. Seri bağlı çift turbolar ve Hybrid sistemler ile 2.0 litrelik benzinli ve dizel motorlarını rakiplerin 3.0 ve 4.0 litrelik motorları seviyesine çıkarıyor.

Volvo’nun D4204T kodlu son dizeli D5 etiketli versiyonlarda çift turbo ile 225 HP (165 kW) üretiyor. Bu en güçlü versiyonu Volvo dahili olarak D4204T23 ismi ile kodluyor.

Not 1: Volvo’nun kullandığı T3 ve D5 gibi kodlamaların ne anlama geldiğini merak edenler için: Volvo güç çıkışlarının önüne benzinli motorlar için T, dizel motorlar için D harfini ekliyor ve ardından gelen her bir rakam motorun güç sınırını anlatıyor. Dizel motorlarda D1 115 HP’ye kadar, D2 135 HP’ye kadar, D3 165 HP’ye kadar, D4 200 HP’ye kadar, D5 250 HP’ye kadar; benzinli motorlarda T1 125 HP’ye kadar, T2 150 HP’ye kadar, T3 175 HP’ye kadar, T4 225 HP’ye kadar, T5 275 HP’ye kadar motor güçleri için kullanılıyor.

Not 2: Volvo’nun motor kodlamasının açılımını merak edenler için: Baştaki ilk harf yakıt/çevrim tipini ifade ediyor, B benzinli, D dizel. İkinci hane silindir sayısı. Üçüncü ve dördüncü haneler motor hacmi. Beşinci hane silindir başına subap sayısı. Altıncı hane hava emiş/besleme tipi (T turbo) ve son hane de motorun güç çıkışına göre jenerasyonu. Örnek olarak, buradaki D4204T23 motor için; D dizel, 4 silindirli, 2.0 litre, silindir başlına 4 subaplı, aşırı beslemeli (turbo) ve 23. tip (225 HP)

1.969 cm3 hacimli bu motor yine VEA’nın parçası olan benzinli B4204T motor ile aynı motor bloğunu paylaşıyor. Volvo’nun elindeki en büyük hacimli motor 2.0 litre hacminde, ve bu motorun benzinli ve dizel versiyonları da ortak mimariye sahip. Silindir çapı 82 mm, strokları 93.2 mm olan Volvo motorları bu uzun stroklu undersquare yapıları ile alt devirde yüksek çekiş yaratma odaklı olarak tasarlanmış.

2016 yılından beri üretimde olan motor pazardaki en gelişmiş 2.0 litrelik dizel makine durumunda. Bu ünvanı ise 3 önemli özelliği ile kazanıyor:

Birincisi, D4204Tmotor yakıt enjeksiyonunda i-ART adı verilen bir sistem kullanıyor (i-ART, Intelligent Accuracy Refinement Technology için kısaltma). Sistem, dünyada ilk kez, modern Common Rail enjeksiyon sisteminde olduğu gibi her bir silindire yakıt püskürten enjektör basınçlarını “ortak yollu” olarak değil, enjektörlere yerleştirilen yakıt basınç sensörleri sayesinde bağımsız olarak kontrol edebiliyor. 2.500 bar’lık yüksek enjeksiyon basıncını ve sıcaklığı takip etmek üzere her silindir ve her bir enjektör için ayrı birer basınç sensörü bulunuyor. Bu minyatür sensörler her bir enjektördeki püskürtme faaliyetini izliyor. Püskürtülen motorin miktarı ve püskürtme zamanlaması sürekli kontrol altında. Tam gaz sürüş sırasında enjektörler saniyede 1.000 kez (!) püskürtme yapıyor, bu bakımdan kullanılan teknoloji olağanüstü hassas çalışıyor. Motorda kullanılan enjektörler Denso üretimi ve bu i-ART sisteminin hakları da Denso’ya ait.

Yorum: Dünyanın ikinci büyük otomotiv yan sanayii tedarikçisi olan Denso Corporation bir Toyota grup şirketi. Doğal olarak insan, bu teknolojinin nasıl olup da “ilk kez” bir Toyota ya da Lexus üzerinde değil de Volvo’da kullanılabildiğini sorguluyor. İlk kullanım gerçekten de bir Toyota üzerinde oldu. Denso bu püskürtme kontrol sensörlerini 2011 yılında geliştirmişti, ve sistem ilk kez Güney Amerika pazarında satılan 7. kuşak (AN10 kasa) Toyota Hilux’lerin en üst versiyonunda sunulan 3.0 litrelik D4-D motorlarında kullanıldı. Ticari amaçlı bir araç üzerinde ve azgelişmiş bir pazarda kullanılması, sistemin zayıf noktalarını ve gelecekte yaratabileceği sorunları öngörmek amaçlı bir harekettir. Diğer taraftan, Volvo’nun, i-ART’ın “dünyada ilk kez” bir Volvo’da kullanıldığı iddiası da haklı. Volvo, global pazarda bu sistemi kullanan ilk üretici oldu.

İkincisi, motor, litre başına 120 HP’lik iddialı güç seviyesine seri bağlı bir çift turbo ile ulaşıyor. Ancak Volvo’nun turbo sistemi diğer sıralı çift turbo sistemlerinden farklı bir teknikle sıkıştırma yapıyor ve 2 aşamalı olarak çalışıyor. Bu “2 staged” turboda, turboyu tekrar turbo sıkıştırıyor! Diğer seri bağlı sıralı çift turbo sistemlerinde, alt devirler için ayrı, yüksek motor devirleri için ise ayrı birer turbo türbini bulunur. Küçük ancak yüksek basınçlı turbo alt devirleri canlandırırken, devir yükseldikçe görevi üzerine alan büyük turbo da yüksek güç üretiminden sorumludur. Bu yöntem yüksek güç çıkışı sağlarken lag olarak bilinen alt devir boşluğunu da azaltır. Volvo’nun 2 aşamalı çift turbo sisteminde ise yine seri bağlı olmakla beraber farklı büyüklüklerde değil, birbirine denk büyüklükte turbolar kullanılıyor ve bu 2 turbo türbini belirli devir aralıklarında görev almak yerine tüm devir bandı boyunca beraber sıkıştırma yapıyor (Seri bağlı: Turbolar motor silindirlerini ayrı ayrı paylaşmıyor, her 2 turbo da 4 silindirden birden besleniyor) Bu turbo dizaynında, 38 mm çaplı birinci turbo hava filtresinden gelen temiz havayı 2 kat sıkıştırıyor; 53 mm çaplı ikinci turbo ise bu sıkıştırılmış havayı tekrar 2 kat sıkıştırıyor, böylece sistem 4 kat sıkıştırma yeteneği ile çalışıyor. Birbirine denk büyüklükte 2 turbonun bu tip kullanımı aşırı besleme sisteminin sıkıştırma yeteneğini 2 ile çarpıyor. İkinci turbonun sağladığı ilave “boosting” etkisi daha yoğun ve fazla havanın silindirlere gönderilmesini sağlıyor. Yanma için daha fazla hava ise daha yüksek güç demek. Bu da 2.0 litrelik dizeli motoru 225 HP’ye taşıyor.

Bu teknik, yüksek güç potansiyeli taşısa da turbo boşluğu riskini üzerinde taşıyor. Motorun daha mütevazi olan D4 versiyonlarında bu 2 turbo da mono-scroll tip sabit geometrili geleneksel mimariye sahip. Volvo D5 versiyonlarında ayrıca bu turbolardan birini değişken geometrili turbo (VNT) olarak görevlendirilmiş. VNT’nin düşük devirlere daha duyarlı olan hareketli kanatçıkları ile motorun erken tepki vermesi ve boşluğun azaltılması sağlanmış. D4204T bir VNT turbonun çift turbo uygulaması içine entegre edildiği ilk motorlardan. Ancak Volvo bununla da yetinmemiş.

Üçüncüsü ve en önemlisi, Volvo bu çift turbolu motorda, yine ilk kez, turbo boşluğunu tamamen yok etmek hedefi ile PowerPulse adını verdiği bir sistem kullanıyor: Motor yüksek devirlerinde hacmine göre canlı ve güçlü, alt devirlerde yakalandığında da gaz pedalı hareketlerine anında cevap veriyor. Volvo’nun 235 HP’lik dizelinde turbo lag yani turbo boşluğundan eser yok! Volvo bunu PowerPulse ile başarmış. PowerPulse çok sade ama akıllı bir çözüm.

Peki PowerPulse nasıl çalışıyor?

Her iyi şey kendi zayıf noktası ile beraber gelir ve hastalık sebebini kendi üzerinde taşır. Yüksek güç çıkışı sunan aşırı beslemeli motorların da bir hastalığı var: Turbo lag yani turbo boşluğu ya da turbo gecikmesi… Akıllı turbo besleme teknikleri kulanan downsizing motorlarda da bu zayıf nokta azaltılmış olsa dahi devam ediyor.

Güç artışı için motora entegre edilen turbo sistemlerinde, enerjisini egzoz basıncından alan turbo türbinlerinin dönmesi ve motora besleme yapacak yeterli basınca ulaşması için motorun belirli bir devir düzeyine ulaşması gerekiyor. Bu da, bu devir düzeyinin altında motorun uyuması ve verimsizlik anlamına geliyordu. Turbo yeterli basınca ulaştığında ise ani gelen çekiş gücü ile bir “performans patlaması” yaşanıyor. Ayrıca yine bu yüzden, dinamik kullanımda motorların sürekli yüksek devirlerde tutulması gerekiyor. Bu çalışma karakteri, performans odaklı kullanımda sürücüler için bir keyif unsuru iken, sakin kullanım gerektiren trafik şartları ile tezat oluşturuyor. Yüksek güç çıkışına, etkileyici performansına ve taşıdıkları keyif unsuruna rağmen, turbo motorlar uyuyan alt devirleri ve ani çekiş gücü ile günlük kullanım ihtiyaçlarına (hala) tam olarak cevap veremiyor. Aşırı beslemeli motorlar geleneksel atmosferik örneklerin dengeli güç dağılımlarına ulaşmış değiller.

Yüksek güç çıkışından vazgeçmeden, üreticiler bu “boşluk” ile mücadele etmek için farklı teknikler denedi: BMW 335i’nin N54 motorunda olduğu gibi 1 yerine paralel bağlı 2 turbo kullanmak ve 6 silindiri üçer üçer bu 2 turbo arasında paylaştırmak; Mercedes E250 BlueTEC’in OM651’indeki gibi seri bağlı çift turbo uygulayıp alt devirleri yüksek basınçlı küçük bir turboya emanet etmek; Volvo’nun D4 dizelindeki gibi seri bağlı 2 aşamalı çift turbo kullanmak; Volkswagen Golf GT’nin Twincharger TSI’sinde yapıldığı gibi turbo boşluğu için bir kompresörden yardım almak; Mercedes-AMG A45’in 2.0 litrelik motorunda olduğu gibi TwinScroll Turbo kullanmak; Fiat’ın MultiJet’te, PSA’nın DV6 HDi’de, Renault’un 1.5 dCi’de yaptığı gibi değişken geometrili turboya başvurmak; ya da Audi’nin 3.0 TDI için yapmaya çalıştığı gibi elektrikli turbo (daha doğrusu egzozdan güç almadığı için bir elektrikli kompresör) kullanmak…

Hepsi endüstrideki zenginliği tarif ediyor. Hepsi büyüleyici. Kompresör en eski ve sağlam, paralel çift turbo mükemmel, seri sıralı çift turbo dahiyane, seri 2 aşamalı çift turbo hırslı, değişken geometrili turbo yaratıcı, TwinScroll Turbo akıl dolu, elektrikli turbo ise mükemmel ve temiz bir çözüm. Volvo ise bakış açısını değiştirerek başka bir yol bulmuş. Burada, emme sistemine entegre bir kompresör ya da egzoz manifolduna bağlı bir turbo türbini yok. Yani, Volvo çözümü motorun dışına taşımış. Volvo’nun yaptığı daha basit, sade ve gerçekten işe yarayan etkili bir çözüm:

Bir hava kompresörü, bir şişe ve bir supap… Hepsi bu kadar! PowerPulse, elektrik motorundan güç alarak havayı sıkıştıran bir kompresör, bu kompresör ile sıkıştırılan havayı depolayan silindir tasarımlı bir hazne ve “gerektiğinde” bu sıkışmış havayı “serbest bırakan” bir supaptan oluşuyor.

Elektrikli kompresör hava filtresine bağlı bir hat ile tozdan arındırılmış temiz havayı çekerek 2 litre kapasiteli bir hazne içinde sıkıştırıyor (12 bar). Havanın depolandığı bu silindir şekilli tankın üzerinde valf ile kontrol edilen ikinci bir çıkış daha bulunuyor. Bu çıkış ise başka bir kanal üzerinden basınçlı havayı egzos manifolduna entegre çalışan turbo sistemine taşıyor. Sürücü gaz pedalını zemine yapıştırdığında, hazne çıkışındaki supap serbest kalıyor ve sıkışmış hava turboya gönderiliyor. Sıkıştırılmış hava tam da bu sırada turbo bıçaklarını döndürmek için ihtiyaç duyulan basıncı yani sürücünün ihtiyaç duyduğu çekiş gücünü sağlıyor. Bu sistem sayesinde, küçük turbonun dakikada 150.000 devirle dönerek tam kapasiteye ulaşması sadece 0.3 saniye sürüyor. Egzos basıncı henüz zayıf olsa da PowerPulse’nin haznesinde saklı hava sayesinde beslenen turbonun palleri gecikme olmadan güç üretimini gerçekleştiriyor. Haznedeki havayı serbest bırakan valfin yaptığı anlık “vuruş” turboya hayat veriyor; sistemin ismi de buradan geliyor: PowerPulse.

Başka bir deyişle Volvo, emme kanalındaki temiz havayı sıkıştırıp egzos kanalına göndererek turbo lag sorununu çözmüş. PowerPulse tek atımlık bir kurşun değil, günlük kullanımdaki ani hızlanmalar kadar, dinamik kullanımda arka arkaya yapılan ani sıkıştırmalarda da cevap veriyor.

D4204T motorda soğutma sıvısı silindir kapağını boylamasına değil enlemesine geçerek radyatöre geri dönüyor. Enlemesine soğutma sıvısı akışı sayesinde her bir silindir eşit derecede soğutuluyor. Verimlilik için örnek olarak devirdaim pompası da elektrikli hale getirilmiş; Volvo soğutma suyu devirdaimini de motordan ayırarak elektrikli olarak gerçekleştiriyor (aynı elektrikli direksiyon sistemlerinin motordan hidrolik desteği ile güç çalan direksiyon pompasını ortadan kaldırması gibi) Bu uygulamalar motor üzerindeki yükü azaltıp verimliliği sağlıyor.

Motorun Euro 6 standartlarını karşılaması için kompakt ve az yer kaplayan tek bir hazne içerisinde DPF ve LNT görev yapıyor. DPF (Diesel Particulate Filter) partikül maddeleri depolayıp yakmak için çalışırken, LNT (Lean NOx Trap) da azotoksit emisyonlarını biriktiriyor ve tüm bunlarla motor Euro 6b gerekliliklerine uyum sağlıyor. Eleştiri: Motor özellikleri ile mükemmel sıfatını hakeden dizelin tek eksiği SCR sisteminin bulunmayışı.

Motorun daha mütevazi versiyonları da var. Bu versiyonlarda PowerPulse bulunmuyor ve turbo sisteminde de VNT yok:

D5 dizelin tek turbolu versiyonu ise D4 etiketli baz modellerde kullanılıyor; önden çekişli modellerde (D4) kullanılan versiyon D4204T14 koduna, AWD modellerdeki (D4 AWD) versiyon ise D4204T6 koduna sahip. Bu baz versiyonlar da yine çift turbo ile 190 HP güç çıkışına sahip, ancak her iki turbo da mono-scroll formunda, yani bir değişken geometrili türbin bulunmuyor.

D4’lerde motor 190 HP, ancak aktarma sistemine göre çekiş güçlerinde ince ayarlar yapılmış. Önden çekişli D4’lerin maksimum torku 400 Nm ve motor bu torka 1.750 devirde ulaşıyor. Dört tekerlekten çekiş ile donatılan D4 AWD’lerde ise tork 420 Nm ve bu daha yüksek olan tork değerini motor daha düşük bir devirde 1.500 devirde vermeye başlıyor.