Araba motoru nasıl çalışır

Bu makalede araba motoru hakkında kısa bir bilgi verilmiştir

Arabayla haşır neşir olan hemen herkes en azından bir kere arabanın kaputunu açıp içine bakmıştır. İlk bakışta araba motoru kafa karıştırıcı metal, boru ve kablolardan oluşmuş karmaşık bir yapıdır. Bu makalede motorun ardındaki temel fikir ve performansı arttırıp hataları gidermek için bazı ayrıntılı bilgiler verilecektir.

Benzinli motorların temel amacı benzini hareket enerjisine çevirmektir. Benzini harekete çevirmenin günümüzdeki en kolay yolu, benzinin bir motor içinde yakılmasıdır. Bu yüzden araba motorları içten yanmalı motorlar olarak bilinir. Burada not olarak düşülmesi gereken iki şey vardır :

• İçten yanmalı motorların iki farklı şekli vardır. Bunlar dizel motorlar ve benzinli motorlardır.

• Eski buharlı motorları kullanan tren, buharlı gemi gibi makinalardaki motorlar dıştan yanmalı motorlardır. Buharlı motorlarda, buhar oluşturulabilmesi için kömür, odun, petrol vb yakıtlar motorun dışında yakılır. İçten yanmalı motorlar dıştan yanmalı motorlara göre daha verimlidir. Bunun yanısıra içten yanmalı bir motor dıştan yanmalı eşdeğerine göre oldukça ufak boyutlara sahiptir.

İçten Yanma

Benzin gibi yüksek enerjili bir yakıtı çok az miktarda kullanarak, ufak ve kapalı bir boşluğa koyup ateşlenirse genleşmiş gaz formunda inanılmaz bir enerji açığa çıkacaktır. Bu enerjiyle bir patatesi 150 metre uzağa fırlatabilirsiniz. Böylece yanma enerjisi patates üzerinde hareket enerjisine dönüştürülmüş olur. Bu işlemin belli bir döngü içinde ve dakikada bunun gibi yüzlerce patlama yapacak şekilde yapılması araba motorunun temelini oluşturur.

Günümüzde araçların çoğunda 4 zamanlı benzinli motorlar kullanılır. 4 zamanlı motor uygulamaları mucidi Nikolaus Otto’ yu onore etmek için Otto Döngüsü olarakta isimlendirilir. Dört zamanlı motorun işlem adımları

1. İçeri yakıt alma

2. Sıkıştırma

3. Yakma

4. Egzoz

Bu örnekte patates silahındaki patatesin yerini pistonun aldığı görülmektedir. Piston bağlantı çubuğuyla krank miline bağlıdır. Krank mili döndüğünde pistonu boşaltma işlevi görür. Döngüsü boyunca motorda meydana gelen olaylar :

1. Piston en tepede başlar, yakıt içeri alma vanası açılır. Piston motor silindirinin hava ve benzin ile tam olarak dolması için aşağı iner. Bu olaya içeri yakıt alma zamanı denir.

2. Yakıt alındıktan sonra piston eski yerine hareket eder ve hava/benzin karışımını sıkıştırır. Sıkıştırma patlamayı daha şiddetli hale getirir.

3. Piston tepe noktasına ulaştığında ateşleme ünitesi benzini ateşler. Silindir içinde depolanmış benzin patlama yapar ve pistonu aşağı iter.

4. Piston bir kez en alt noktasına çarptığında egzoz vanası açılır ve silindirin içindeki egzozu egzoz borusuna gönderir.

Artık motor bir sonraki döngü için hazırdır. Bu bir döngü halinde devam eder. Ancak burda içten yanmalı motorda meydana gelen hareketin dairesel, patates üzerinde meydana gelen hareketin ise doğrusal olduğu unutulmamalıdır. Araba motorunda pistonların lineer hareketi krank mili sayesinde dairesel harekete dönüştürülmektedir.

Temel Motor Parçaları

Motorun çekirdeğini silindir ve silindir içinde yukarı aşağı hareket eden pistonlar oluşturur. Yukarıda örnek verilen motor tek silindirlidir. Ancak birçok araçta 4-6 ve 8 silindir bulunmaktadır. Çok silindirli motorlar genellikle dizilişlerine göre sıralı, V ve flat olmak üzere üçe ayrılırlar.

Sıralı silindirler

V tipi silindirler

Flat tip silindirler

Değişik konfigürasyonlar farklı avantajlar ve dezavantajlar getirmektedir. Araca uygun seçim yapılmalıdır.

Bazı temel motor parçaları incelenecek olursa :

Ateşleme : Bu ünite hava/yakıt karışımının yanması için ateşler. Daha düzgün bir çalışma için kıvılcım doğru anda çakmalıdır.

Vanalar : Yakıt giriş ve egzoz vanaları kendi zamanlarında açılıp kapanarak hava ve yakıtın girmesini ve dışarı atılmasını sağlarlar. Bu iki vanada sıkıştırma ve yanma zamanlarında kapalıdır.

Piston : Piston silindir içinde yukarı aşağı hareket eden silindir bir parçadır.

Piston Halkaları : Piston halkaları pistonun alt ve üst köşelerinden sızma olmasını engeller.

Bağlantı Çubuğu : Bu çubuk pistonu krank miline bağlar.

Krank Mili : Krank pili pistonun doğrusal hareketini dairesel harekete dönüştürür.

Alt Karter : Krank milini çevreler. İçten yanmalı motoru yağlamak için yağın pompalandığı ve devir daim için tekrar geri döndüğü depodur.

Motor Problemleri

Motorla ilgili ortaya çıkan problemler 3 ana sorundan biri olabilir.

• Kötü yakıt karışımı

• Sıkıştırma eksikliği

• Ateşleme eksikliği

Bunun yanında binlerce tali neden problem yaratabilir. Bu 3 temel problemin motor üzerindeki etkilerini inceleyelim

Kötü Yakıt Karışımı :

Bu problem birçok farklı şekilde ortaya çıkabilir.

• Benzin bitmiştir, dolayısıyla motor hava alabilir ancak benzin alamaz.

• Hava alma vanası tıkanmış olabilir

• Yakıt sistemi çok fazla yada çok az yakıt veriyor olabilir. Bu yüzden tam doğru bir yanma gerçekleşemez.

• Yakıtta kirlilik olabilir ( Örneğin yakıt tankında su olması ). Yakıttaki bu kirlilik yakın yanmasını önleyebilir.

Sıkıştırma Eksikliği :

Eğer hava ve yakıt karışımı doğru bir şekilde karıştırılamazsa yanma işlemi olması gerektiği gibi olmayacaktır. Sıkıştırma eksikli üç nedenden kaynaklanabilir :

• Piston halkaları yıpranmış olabilir

• Çıkış ve giriş vanaları sızdırma yapıyor olabilir

• Silindir üzerinde delik olabilir

Silindirler üzerinde en sık görülen delik silindir kafası olarak bilinen yerde görülür. Genellikle silindir ve silindir kafası iyi bir sızdırmazlık sağlamak için contayla birbirlerine tutturulurlar. Eğer conta kırılırsa silindir ve silindir kafası arasında küçük boşluklar oluşabilir. Bu delikler kaçağa neden olacaktır.

Ateşleme Eksikliği :

Ateşleme bazı nedenlerden dolayı ya yetersiz olabilir yada hiç olmayabilir.

• Eğer ateşleme bujisi eskimişse ateşleme gerçekleşmez.

• Eğer kablo bağlantısı kopmuş veya unutulmuşsa ateşleme gerçekleşmez.

• Eğer ateşleme istenen zamandan önce veya sonra yapılırsa yakıt doğru zamanda ateşlenemeyecektir.

Karşılaşabilinecek diğer belli başlı sorunlar :

• Eğer akü bitmişse motor açılamaz

• Eğer valfler doğru zamanda açılmazsa veya kapanmazsa hava girişi ve çıkışı olmayacağından motor çalışmaz

• Eğer egzoz borusuna bişeyler sıkıştırılmışsa egzoz dumanı dışarı çıkamayacağından motor çalışmayacaktır

• Eğer yağ bitmişse pistonlar silindir içinde yukarı aşağı özgürce hareket edemeyecek ve motoru yavaşlatacaktır.

• Eğer krank milinin rahatça dönmesini sağlayan mil yatağı aşınırsa krank mili dönemeyecek dolayısıyla motor çalışmayacaktır.

Motor Valfleri ve Ateşleme Sistemleri

Birçok motor alt sistemi farklı teknolojiler kullanır. Şüphesizki en iyi teknolojilerin kullanımı motorun performansını arttıracaktır. Modern motorlardaki bu alt sistemlerin incelenmesine valf dizilerinden başlanabilir

Valf dizileri valfler ve bunların açılıp kapanmasını sağlayan mekanizmalardan oluşur. Bu açılma ve kapanma sistemlerine eksantrik mili de denmektedir. Ekstantrik milinde yukar ve aşağı hareket etmesini sağlayan yuvarlak bölümler vardır.

Birçok modern motor endirekt millere sahiptir. Bu eksantrik milin yukarıda görüldüğü gibi vanaların altına yerleştirildiği anlamına gelir. Mildeki mil dirseği valfleri çok kısa bir bağlantıyla doğrudan aktive eder. Eski nesil motorlarda ise eksantrik mil krank milinin yanınta bulunan alt karterde bulunurdu. Bu uygulama mil dirseğinin hareketini yavaşlatmaktaydı. Zamanlama kemeri veya zamanlama zinciri krank mili ile eksantrik mili arasında bağlantı yapar ve valflerin pistonlarla senkronize çalışmasını sağlar. Birçok yüksek performanslı motor silindir başına 4 valf bulundurur. Bu valflerin ikisi giriş için ikisi çıkış için kullanılr. Bu dizilim silindir başına iki eksantrik mili kullanımı gerektirir.

Ateşleme sistemi yüksek voltajlı bir elektrik oluşturur ve bunu buji ile ateşleme teline ulaştırır. Elektrik ilk olarak distribütöre gider. Distribütör merkezden giden bir kablo v dışarıdan distribütöre giren 4-6 veya sekiz tel vardır ( silindir sayısına göre ). Bu ateşleme kabloları herbir bujiye elektrik şarjı gönderir.

Motor Soğutma Sistemi

Birçok arabada soğutma sistemi olarak radyatör ve su pompası bulunmaktadır. Su silindirler etrafındaki dar geçitten geçer. Daha sonra radyatörden geçerek soğutulur. Motorsiklet, çim biçme makinası ile pek az arabada hava soğutma kullanılmaktadır. Hava soğutma motoru hafifleştirir ancak motor daha sıcak olacaktır. Buda motor performansını ve ömrünü azaltacaktır.

Birçok arabanın normalde bir havalandırması vardır. Yani hava akımı hava filtresinden geçerek doğrudan silindirlere gider. Yüksek performanslı motorlar turboşarjlı veya superşarjlıdır. Bu havanın motorlara en başta basınçlı olarak geldiği anlamını taşır. Böylece herbir silindire daha fazla hava yakıt karışımı sıkıştırılabilir ve motorun performansı arttırılabilir. Turbocharger’ lar egzoz borusuna bağlı küçük bir türbin kullanırlar. Böylece gelen havayla sıkıştırma türbini çalışır. Supercharger ise kompresörün çalışması için doğrudan motora bağlanmaktadır.

Arabayı çalıştıran sisteme başlangıç sistemi denir. Bu sistem bir elektrik starter motoru ve starter selonoidinden oluşur. Araba anahtarı çevrildiğinde başlatma motoru dönmeye başlar. Birkaç dönmeden sonra yakıt yakma işlemi başlayabilir. Başlangıç motoru aşağıdakilerin üstesinden gelmelidir :

• Piston halkalarından kaynaklanan tüm sürtünmelere

• Herhangi bir silindirim sıkıştırma basıncına

• Eksantrik milini açıp kapamak için gerekli enerji

• Motora bağlı su pompası, yağ pompası, alternator vb. herşeye

Araçlar 12 volt elektrik sistemi kullandıkları için çok fazla enerjiye ihtiyaç vardır. Voltaj düşük olduğu için amper yüksek olmalıdır. Bu yüzden starter motorundan yüzlerce amper akım akar. Araba anahtarı açıldığında bu motora güç sağlamak için selonoidi aktif hale getirir.

Motorun Yağ, Yakıt, Egzoz ve Elektrik Sistemleri

Motorun yakıt sistemi benzini benzin tankından pompalar ve havayla karıştırır. Böylece doğru hava/yakıt karışımı silindirlere gidebilir. Yakıt 3 temel yolla götürülebilir. Bunlar carburetion, port fuel injection ve direct fuel injectiondur.

• Carburetion yönteminde karbüratör isimli cihaz havayla benzini birleştirir.

• Yakıt enjekteli motorlarda ise doğru miktarda yakıt silindirlere ayrı ayrı enjekte edilir.

Yağın önemli bir görevi vardır. Yağlama sistemleri motor içindeki hareketli parçaların daha rahat hareket edebilmelerini sağlar. Pistonlar, krankmili ve eksantrik mil gibi hareketli parçalar yağlamaya ihtiyaç duyar.

Egzoz sistemi egzoz borusu ve susturucudan oluşur. Susturucu olmadan egzoz borusundan gelen binlerce küçük patlamanın sesi duyulacaktır. Susturucu sesleri bastırır. Egzoz sistemi ayrıca katalitik kovertörü içerir.

Modern arabalardaki emisyon kontrol sistemleri sensör ve aktuatörlerden oluşan katalitik konverter içerirler. Herşey bilgisayar kontrollü ve ayarlıdır. Örneğin katalitik konvrter bir katalist ve oksijen kullanarak kullanılmamış yakıt ve diğer kimyasalların yanmasını sağlar. Egzoz üzerindeki oksijen sensörleri gerekli ölçümleri yaparak ihtiyaca göre ayarlamalar yapar.

Elektrik sistemi akü ve alternatörden oluşur. Alternatör motora bir kayış ile bağlanmıştır ve aküyü yeniden şarj eder. Akü aracın ihtiyaç duyduğu 12 volt elektriği sağlar.

Daha Fazla Motor Gücü Elde Etmek

Tüm bu bilgiler incelendiğinde motor performansını arttırmak için birçok farklı yol olduğu görülür. Araba üreticileri aşağıdaki değişkenlerle oynayarak motor performansını ve/veya yakıt ekonomisini sağlarlar.

Yer değiştirmeyi Arttırmak :

Daha fazla yer değiştirme daha fazla güç anlamına gelecektir. Çünkü motorun döngüsü sırasında daha fazla benzin yakılabilir. Yerdeğiştirme silindirler daha büyük yapılarak veya daha fazla silindir eklenilerek arttırılabilir.Sıkıştırma Oranını Arttırmak :

Daha yüksek sıkıştırma oranı üretilen gücü arttıracaktır. Hava yakıt karışımının basıncı arttırıldığında ateşleme olmadan bile parlama yapabilir. Yüksek oktanlı benzinler erken ateşlemeyi engeller. Bu yüzden daha fazla güç elde etmek için yüksek basınç kullanan üst düzey performanslı araçlar genelde yüksek oktanlı benzine ihtiyaç duyarlar. Silindirlere Daha Fazla Madde Girişi :

Eğer silindirlerin için daha daha fazla hava/yakıt karışımı doldurulabilirse elde edilen güçte artacaktır.

Gelen Havayı Soğutmak :

Havanın sıkıştırılması sıcaklığını arttıracaktır. Bununla beraber silindirler içinde sıcak havadan ziyade soğuk havanın olması tercih edilir. Bu yüzden birçok turboşarj ve superşarjlı araçlar intercooler’ a sahiptirler. İntercooler sıkıştırılmış havanın silindirlere girmeden soğutulmasını sağlayan özel bir radyatördür. Havanın Daha Kolay Girmesini Sağlamak :

Pistonlar aşağı doğru hareket ettiğinde hava direnci motor gücünü azaltabilir. Hava direnci herbir silindirde iki adet kullanılarak önemli ölçüde azaltılabilir. Daha büyük hava filtreleri de hava akışını arttırabilir.Egzozun Kolayca Çıkışını Sağlamak :

Hava direnci nedeniyle silindirden çıkan egzoz çıkışı yavaşlarsa motor performansı düşecektir. Hava direnci herbir silindire ikinci egzoz valfi eklenerek azaltılabilir. Eğer egzoz borusu çok kısaysa veya susturucuda çok fazla hava direnci varsa bu geriye doğru baskı uygulayacağından motor performansını düşürecektir. Her şeyi Daha Hafif Yapmak :

Hafif parçalar motor performansını arttıracaktır. Pistonun her yön değiştirmesinde piston durmak için bir enerji harcayacaktır. Eğer parçalar hafif olursa bu işlem için daha az enerji tüketilecektir.Yakıtın Enjeksiyonu :

Yakıt enjeksiyonu yakıtın her bir silindire hassas bir ölçümle gönderilmesini sağlar. Böylece yakıt performansı ve yakıt ekonomisi artacaktır.