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.
Downsizing ile motor hacimleri küçüldü, eskiden büyük hacimle ve yüksek devir ile gelen güç, daha küçük hacimlerden aşırı besleme ve direkt enjeksiyon 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.
Güncel olarak en mükemmel ve olgun 2 örneği ise 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’dir.
Downsizing’in sağlıklı çalışması ve amacına ulaşması için aşırı besleme ve direkt benzin enjeksiyonugibi 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 (bkz: ZF 8HP) ve şimdi de 9’a çıkarılması (bkz: Range Rover Evoque), 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.)
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 tüketimin artması anlamına geliyordu. “Turbo uygulanan downsizing motorlarda ise hiç mümkün olamaz” diyenler olacaktır. Böyle düşünenler “çünkü turbo boşluğu (turbo lag) var” cevabını verecektir. Ama öyle olmuyor. Devrim burada başlıyor. Downsizing motorlarda turbo boşluğu yok. Peki tasarruf iddiasındaki downsizing motorlarda bu nasıl oluyor? Onun cevabı da burada: TwinScroll

Otomotivdeki “downsizing” hareketine anlam kazandıran ve “gelecek burada” dedirten turbo besleme yöntemi.

Downsizing motorlar, geleneksel atmosferik motorlardan 2 önemli farka sahip: 1. Emme manifoldundan enjeksiyon yerine direkt benzin enjeksiyonu kullanıyorlar, 2. Atmosferik besleme yerine aşırı besleme kullanıyorlar. Her şey daha az tüketim ve daha düşük hacimden daha yüksek güç almak için. Yani “verimlilik” için.
Bu aşırı besleme yöntemi de çoğunlukla turbo (turbocharger). Az da olsa kompresör (supercharger) örnekleri var, ancak turbo’nun tersine, alt devirlerde bir boşluk (lag) oluşturmamasına ve daha sağlam olmasına rağmen (Mercedes bu 2 nedenden dolayı uzun yıllar kompresörden vageçmedi), kompresörün turboya göre en büyük dezavantajı olan motordan direkt olarak güç çalması ve bu nedenle yaşanan enerji ve verim kayıpları, turbo’yu daha iyi bir seçenek haline getirdi.
Turbo kullanımı eskiden beri biliyordu ancak turbo beraberinde bir dezavantaj ile geliyordu: Güç artışı için motora entegre edilen büyük bir turboda, enerjisini egzos basıncından alan turbo türbinlerinin dönmesi ve motora besleme yapacak yeterli basınca ulaşması için motorun belirli bir devire ulaşması gerekiyordu. Bu da, bu devire kadar motorun “uyuması” ve “verimsizlik” anlamına geliyordu. Turbo yeterli basınca ulaştığında ise bir “performans patlaması” yaşanıyordu. Bu, beraberinde yüksek tüketimi de getiriyordu. Yani verdiği keyfe rağmen, uyuyan alt devirler ve ani gelen itiş gücüyle turbo motorlar günlük kullanıma atmosferik motorlar kadar uygun değildi.
Alt devir boşluğunu önlemenin yolu turbo sayısını arttırmak ve 1 yerine 2 turbo kullanmaktı. Çift turboiçin 2 yöntem denendi:
1. Paralel Çift Turbo: Büyük bir tek turbo yerine, turbo boşluğu yaşatmayacak küçük 2 adet turbo motor silindirlerini paylaşıyor. 3.0 litrelik sıralı 6 silindirli benzinli N54B30 BMW motoru buna örnektir. Turbolardan biri ilk 3 silindire, ikincisi diğer 3 silindire besleme yapmaktadır. Sonuç, alt devirlerde gelen yüksek çekiş ve dengeli güç dağılımı, üst devirlerde yüksek güç.
2. Sıralı Çift Turbo: Sıralı çift turboda, üst devirler için büyük bir turbo ile alt devirler için nisbeten daha küçük bir turbo birbirine bağlanmıştır. Alt devirlerde büyük turbo aktif değildir, büyük turbonun türbinlerini pas geçen egzos basıncı küçük turbonun pallerini çevirir. Motor üst devirlere ulaşınca büyük turbonun türbinleri de aktif hale gelir. Dizel BMW motorları bu yöntemi kullanmaktadır. Örnek BMW 335d ve BMW 535d’de kullanılan N57D30 motor.
Peki bunun downsizing ile ilgisi nedir? Bu 2 yöntem de downsizing’de kullanılamıyor. Çünkü 2 turbo kullanımı hem üretim maliyetlerini, hem de küçük bir motorda ağırlığı artırıyor ve ayrıca daha fazla yer kapladığı için motorun kapladığı alan kompakt boyutların üzerine çıkıyor. Yani küçük hacimli motorlarda dezavantajlı. Bunun yerine tek turbo ile aynı verim alınıyor. Bunu en iyi yapan da TwinScroll besleme:
İçten yanmalı bir motorda silindirlerin ateşleme zamanları farklıdır. Örnek olarak, 4 silindirli bir motorda silndirler sıra ile ateşleme yapar: 1-3-4-2. Bu nedenle egzos zamanları da farklıdır. TwinScrollturbo’da tek turbo türbini 2 ayrı egzos kanalından beslenmektedir. Kanallardan biri 2 silindirin egzos çıkışına, diğer kanal da diğer 2 silindirin egzos çıkışına bağlıdır.
Sonuç: Kesintisiz egzos basıncı ve tek turbo ile rölanti devrinden itibaren kesintisiz tork üretimi.

Alintidir