HCCI motor nedir? Nasıl çalışıyor?

İçten yanmalı motorlar üstündeki çalışmalar 1800'li yılların başına dayansa da otomobillerde ilk benzin yakıtlı içten yanmalı motor k...

İçten yanmalı motorlar üstündeki çalışmalar 1800'li yılların başına dayansa da otomobillerde ilk benzin yakıtlı içten yanmalı motor kullanımı 1886 yılında Mercedes-Benz'in kurucularından Karl Benz tarafından gerçekleştirilmiştir. 1893 yılında ise Rudolf Diesel ilk sıkıştırma ile kendinden ateşlenen ve günümüz dizel motorlarının çalışma prensibine sahip içten yanmalı motorun patentini almıştır. 1900 yılında ise yine Rudolf Diesel günümüzde bilinen ilk dizel motoru tanıtmıştır.  (Kapak fotoğrafı temsilidir)

Bwnzin motoru nasıl çalışır? Hangi parçalardan oluşmaktadır?

Görüleceği gibi benzin motorunun otomobillerde kullanımı üzerinden 130 yıl, ilk dizel motordan ise 116 yıl zaman geçmiş. Bu dönem içerisinde dizel olsun benzin olsun içten yanmalı motor teknolojilerinde inanılmaz değişimler olmuş olsa da her iki yakıt tipinin ateşleme prensibi ile ilgili yöntemde herhangi bir değişiklik olmadı. Dizel motorlarda ateşleme işlemi hala yakıtın sıkıştırılmış havaya püskürtülmesiyle kendiliğinden gerçekleşirken benzin motorlarında hava-yakıt karışımının buji tarafından ateşlenmesiyle gerçekleşiyor.

Egzantrik mili olmayan motor geliyor

Diğer taraftan 1890 yılında dizel motorların çalışma prensibine benzer bir şekilde benzin yardımı ile çalışan çeşitli motorlar da geliştirilmişti. Bu tip motorlar daha hızlı ve rahat tutuşması sayesinde ilk olarak benzin ile çalıştırılıyor daha sonra dizel benzeri olan yoğun yağ tipindeki yakıtlara döndürülerek kullanılıyordu. Çok düşük devirlerde çalışma kapasiteleri ile de genellikle ağır iş taşıtlarında ve genelde traktörlerde 1950'li yıllara kadar sınırlı bir şekilde kullanıldılar. Ancak yine de buji olmadan ateşleme yapabilen ve sürekli bu şekilde çalışabilen benzin motorları geliştirilemedi.

Nissan DIG-T 1.5lt 400ps motor ne kadar gerçekçi?

2000'li yılların ortalarına geldiğimizde ise çeşitli markalar bujsiz ateşleme yapabilen benzin motorlarını geliştirmeye başladılar. 2005 yılında Honda, yeni nesil Hybrid güç sistemine sahip araçlarında kullanılmak üzere bu tip motorları tasarladığını duyurmuştu. 2007 yılında ise GM'in geliştirdiği motor Opel Vectra C kasa araca monte edilmişti ve 97km/saat hızın altından motor bujisiz olarak kendiliğinden sıkıştırma yolu ile ateşlenebiliyorken 97km/saat üstünde bujili ateşleme devreye giriyordu. Araçta 2.2lt hacminde Ecotec atmosferik-benzin motoru bulunuyordu ve ortalama olarak 6.6lt/100km yakıt tüketimi elde edilmişti.

Opel Vectra 2.2lt Ecotec HCCı prototipi
VW ise normal sürüş şartlarında kendiliğinden ateşleme sistemi ile çalışan ancak hızlanmalarda bujinin devreye girerek ateşleme yaptığı motorunu VW Touran araçta test etmişti. Mercedes (DiesOtto) ve Hyundai de benzer sistemleri halen test etmeye devam ediyor. Mazda ise bu teknolojiyi Wankel motorlarda kullanmak üzere hala çeşitli çalışmalarda bulunuyor. Ayrıca markanın halen kullandığı Sky-Activ teknolojisi de bujisiz ateşlemenin temellerini oluşturuyor. Nissan'ın da bu konuda çalışmaları olduğu biliniyor.

Sıkıştırma oranı ile bujisiz benzin motoru ilişkisi nedir?

Mazda'nın yeni geliştirdiği Sky-Activ teknolojisine sahip benzin motorlarında sıkıştırma oranları oldukça yüksek ve bu da aslında bujisiz ateşlemenin temelini oluşturuyor. Mazda'nın 1.5lt atmosferik benzin motoru 14.0:1 gibi inanılmaz bir sıkıştırma oranına sahip ve bu aynı hacimdeki dizel motorunın 14.8:1 oranı ile hemen hemen aynı. Bu sayede de 1.5lt atmosferik bir motordan ortalama olarak 5.0lt tüketim elde edilebiliyor. 


Diğer taraftan dizel yakıtın daha zor tutuşan bir yakıt olması nedeniyle dizel motorlar benzin motorlarına göre daha yüksek sıkıştırma oranlarına sahiptir. Ancak benzin motorlarında bu oran yükseldiği zaman detonasyon yani vuruntu ihtimalinin artması nedeniyle yüksek sıkıştırma oranı çok fazla tercih edilmez. İşte Mazda'nın bu teknolojisi sayesinde hem sıkıştırma oranı oldukça yüksek hem de vuruntu gerçekleşmiyor. Bu arada Sky-Activ'in 2 jenerasyonu halen geliştirme aşamasında ve benzin motorunda 14.0:1 olan oranın 18.0:1 oranına çıkması planlanıyor. Bunun da bujisiz benzin motorunun yakın gelecekte önünü açacak en büyük gelişme olduğunu söyleyebiliriz. 

Değişken sıkıştırma sistemi Turbo'ya rakip olur mu?

Bujisiz benzin motoru nasıl çalışıyor?

HCCI yani Homogeneous Charge Compression Ignition ifadesi Türkçe'ye anlaşılır bir şekilde çevrilirse Homojen hava-yakıt karışımının (dolgusunun) sıkıştırma ile tutuşması olarak düşünülebilir. Bu da yanma odası içerisinde tam olarak karışmış hava-yakıt karışımına sahip olduğumuzu belirtiyor diyebiliriz. Ayrıca sıkıştırma konusuna yukarıda değinmiştik. Burada hava-yakıt karışımının tutuşabilmesi için yüksek bir sıkıştırma oranı gerekiyor. Kısacası bu motor homojen hava-yakıt karışımının yüksek basınçta kendiliğinden tutuşması ile çalışıyor denilebilir.

Aşağıdaki teknik resimden sistemin dizel ve benzin motoruna göre farkına bakalım;
  • Dizel motorda piston tarafından sıkıştırılan havanın üzerine dizel yakıtı yüksek basınçlı enjektörden püskürtülüyor ve bunun sonucunda da tutuşma hemen püskürtmeyi yapan enjektörün önünde başlıyor ve ilerliyor. Ancak homojen bir karışım söz konusu değil.
  • Benzin motorda emme supabından gelen hava ile bu sırada püskürtülen yakıt karışmaya başlar ve piston tarafından sıkıştırılır. İdeal sıkıştırma oranında ise buji çakarak ateşlemeyi gerçekleştiriyor. Ancak yine homojen bir karışım söz konusu değil.
  • HCCI motorda ise aynen benzin motorunda olduğu gibi emme supabından hava alınırken enjektörden yakıt püskürtülüyor. Piston ise yukarı hareket ederek hava yakıt karışımını yüksek bir oranda sıkıştırıyor. İyice sıkışan ve basıncı artan hava-yakıt karışımı pistonun hareketi sırasında homojen bir şekilde karışmış oluyor. Basıncın ve dolayısı ile sıcaklığın artması ile de homojen karışımın çeşitli noktalarında tutuşmalar başlıyor ve karışım daha verimli bir şekilde yanıyor. 

Not: Benzin ve HCCI motorda'da yakıtın enjektör ile direkt püskürtüldüğü düşünülebilir. Resimler genel anlatım içindir. 
Dizel motor, benzin motor ve HCCI motor farkı
Her ne kadar HCCI motor için dizel gibi çalışan benzinli motor desek de görüldüğü gibi tutuşma aşaması dizel motorda yakıtın çok yüksek basınç ile püskürtülmesi sayesinde gerçekleşiyorken HCCI motorda hava-yakıt karışımının tamamen karışarak farklı ve çoklu noktalarda kendiliğinden tutuşması ile gerçekleşiyor. Yani dizel motorlardaki gibi yüksek basınçlı enjektörler bu sistemde gerekmiyor. Sadece yakıtın yanma odasına düşük bir basınçla püskürtülmesi yetiyor. Kısacası bu sistem tipik bir direk enjeksiyonlu benzin motorunun çok yüksek sıkıştırma ile ayarlanmış yüksek teknolojiye sahip gelişmiş bir versiyonu ve bujiye de gerek kalmıyor.

Honda, değişken hacimli motor için çalışıyor

Bilgi açısından aşağıda direkt yakıt enjeksiyonlu bujili benzin motorunun detayını görebilir, HCCI sistemde ise bujinin olmadığı bir şekli kafanızda canlandırabilirsiniz. Ayrıca yakıtın basınçlı şekilde yanma odasına püskürtülmesine gerek kalmadığı için hava-yakıt karışımı dışarıda hazırlanarak emme supabı ile yanma odasına alınabilir. Bu sayede yüksek ısıya supablardan başka bir parça maruz kalmaz.

Direkt enjeksiyonlu yakıt sistemi
İzah ettiğimiz HCCI prensibi sadece bujisiz çalışan sistem için olsa da bir de hem bujisi olan ancak bazı zamanlar bujinin ateşleme yaptığı karma bir sistem bulunuyor. Bu sistem farklı otomobil üreticileri tarafından deneniyor ancak çalışma prensipleri birbirlerinden farklı. Kimisinde aracın belli bir hızına kadar bujisiz ateşleme gerçekleşirken belli hızların üstünde buji devreye girerek ateşleme gerçekleşiyor. Bir diğerinde ise normal ve sakin kullanımlarda bujisiz sistem devrede iken gaza fazla basılırsa buji devreye girerek ateşeleme yapıyor. Kısacası HCCI sistemi geliştirilmeye çok müsait ve farklı kombinasyonlar uygulanabilir. 

HCCI motorun avantajları nelerdir?
  • Dizel motorlarına göre benzer hatta daha yüksek verim, benzin motorlarından çok daha yüksek verim sayesinde dizel motordan bile daha düşük yakıt tüketimi
  • Düşük yanma sıcaklığı sayesinde daha basit parça kullanımı sonucu dizel motordan çok daha düşük, benzin motor ile aynı veya daha düşük motor parça maliyeti
  • Düşük basınçlı enjektörler sayesinde daha düşük maliyet
  • Daha düşük yanma süresi sayesinde daha iyi gaz tepkileri
SONUÇ

HCCI motorlar ve hem bujili hem bujisiz ateşleme yapabilen karma motor sistemleri halen birçok otomobil üreticisi tarafından sessiz sedasız ve derin bir şekilde geliştiriliyor. Bu sistemin modern anlamda 10 yıllık mazisi olsa da oldukça üstünde duruluyor ve özellikle hybrid araçlar için kilit bir teknoloji olabilir. Sağladığı yüksek verim, düşük tüketim ve emisyon ile maliyet sayesinde içten yanmalı motorların iyiden iyiye küçülerek ve ucuzlayarak hybrid sistemlerde çok daha rahat bir şekilde kullanılabilirler. 

Faydası genellikle sakin ve sabit hızlı sürüşlerde ortaya çıktığı için büyük motorlarda kullanılmayabilir ancak öyle görünüyor ki özellikle hybrid sistemlerde kullanılacak geleceğin içten yanmalı motorlarında bu sistem yaygın bir şekilde yer alabilir. Çözülmesi gereken en büyük sorun ise yüksek sıkıştırma oranı nedeniyle vuruntu riski. Ancak Mazda Sky-Activ teknolojisine sahip yüksek sıkıştırma oranlı motorlar şu anda sağlıklı bir şekilde kullanılıyor ve ikinci nesil Sky-Activ teknoloji ile 14.0:1 oranı 18.0:1 oranına çıkabilir. Bu da HCCI teknlojisinin önünü açacak gibi görünüyor. 

İlgili Konular

TEKNİK BİLGİ 3976333209386001320

Yorum Gönder Yorumlar

Sosyal Medya

Arama

Facebook

item