DÜNYANIN EN VERİMLİ MOTORU
Günümüzde gelişen mühendislik ile birlikte teknolojide birçok ilerleme kaydediyoruz. Bilindiği üzere mühendisliğin odaklandığı temel hususlardan biri verimliliktir. Süregelen gelişmeler çerçevesinde birçok alanda verimlilik artışı sağlayabiliyoruz. Peki mühendisliğin en temel konularından olan içten yanmalı motorlara gelindiğinde durum nasıl?
Günümüz teknolojisini göz önüne aldığımızda motorların çok verimli olacağı yanılgısına kapılabiliriz. Gelgelelim durum tam olarak böyle değildir. Örneğin ortalama bir içten yanmalı araba motorunu ele aldığımızda verimlilik oranı sadece %30 civarında olmaktadır. Dünya üzerindeki en verimli motora gelecek olursak yapımı için çok yüksek paralar harcanan ve ileri mühendislik kullanılan Formula arabalarına bakmak gerekir. Formula 1 arabaları günümüzde sıradan araçlara göre çok daha verimli çalışan motorlara sahiptirler. Söz konusu verim yaklaşık %50’dir. Bir motorun daha fazla verimle çalışması demek, hem daha fazla güç üretmesi hem de CO2 salınımının azalması demektir. Peki bir motorda verim nasıl artırılır?
Araçlarda yakıt enerjisinin bir kısmı hareket için kullanırken büyük bir kısmı ise ısıl olarak kaybedilmektedir. Bu kaybı önlemek için termal verimlilik alanında çalışmalar yapmak gerekir. Termal verimlilik konusuna F1 tarafından bakacak olursak, Formula 1 motorlarında zaman içinde büyük geliştirmeler yapıldığını görebiliriz. Örneğin ‘v8 era’ motorlar döneminde yaklaşık 29% verim alınırken 2014 yılında ‘V6 turbo-hybrids’ dönemine geçildiğinde verim %40 seviyelerine gelmiştir ve nihayet günümüzde %50 seviyesini geçmeyi başarmıştır.
Formula1 motorlarında ısıl verimi artırmak için başlıca iki sistem mevcuttur. Bunlar KERS(Kinetic Energy Recovery
System) ve ERS(Energy Recovery System)’dir.
KERS
KERS ERS’nin atası olarak kabul edilir ve yerini ERS’ye bırakmıştır. KERS ve ERS Türkçe olarak sırasıyla Kinetik Enerji Geri Kazanım Sistemi ve Enerji Geri Dönüşüm Sistemi olarak adlandırılabilir. KERS frenleme sırasında ortaya çıkan enerjinin geri kazanılmasını sağlıyordu. ERS ise KERS’den iki kat daha fazla güç üretimi ve 10 kat daha fazla kullanılabilme kapasitesine sahip. Bunun sebebi KERS’den farklı olarak hem ısı hem de mekanik
enerjinin geri dönüşüme sokulması. Ayrıca akışın iki yöne de sağlanabiliyor olmasıdır.
ERS
ERS iki motor jeneratör ünitesi (MGU-K ve MGU-H), Enerji Deposu ve kontrol elektronikleri adlı 3 elemandan oluşmaktadır;
a)MGU-K: Motor Jeneratör Ünitesi Kinetik anlamına gelir. KERS’in
güncel versiyonu da diyebiliriz. Frenleme sırasında oluşan kinetik
enerjiyi ES sisteminde depoladıktan sonra elektriğe dönüştürmek için
kullanılır. Aynı zamanda hızlanma esnasında devreye girerek,
zamanlama dişlileri ile krank miline bağlı olduğu için, otomobilin
sürücüsü hızlandığında motor görevi görerek tur başına 33 saniye
kullanılabilen ilave 160 beygir gücü sağlar. Bir yarış turunda kullanımı
2MJ ile sınırlıdır.
b)MGU-H: ‘Motor Generator Unit Heat’in kısaltmasıdır ve şimdilik araba imalatından daha çok yarışta bulunabilen bir sistemdir. Isı enerjisinin geri dönüşüme sokulduğu elemandır. Türbin ile kompresör arasında motorun turbo şarjına bağlanır ve egzoz gazlarından gelen ısı enerjisini yakalayarak elektrik enerjisine dönüştürür. Ayrıca, sürücünün gereksinimlerine bağlı olarak turbo için bir kontrol sistemi görevi görür, onu hızlandırır veya yavaşlatır. MGU-H sisteminin kullanılmasıyla, Formula 1 araçları neredeyse sıfır turbo gecikmesine sahiptir.
MGU-H enerji depoları MGU-K tarafından kullanılır. MGU-H’nin geri kazanabileceği güç miktarı çok büyüktür, yani MGU-K’ye
4 MJ kadar destek sağlayabilir. Bu, KERS ile mümkün olanın 10 kat fazlasıdır.
Sonuç olarak, Formula arabalarının sıradan arabalara göre çok daha fazla verimle çalışmalarının temel nedeni geri kazanım sistemleridir. Bu sistemler seri üretim maliyetleri çok yüksek olduğundan sıradan araba motorlarına uygulanamamaktadır fakat günümüzde bazı ticari hibrid araçlarda benzer sistemler kullanılmaya başlanmıştır.
