Tarifname
Söz konusu buluş, verim maliyet oranlarını iyileştirildiği, yakıtın yanmasıyla elde edilen enerjinin ve oluşan kuvvetlerin daha verimli kullanılması amaçlandığı, aynı gücü daha küçük ağırlıklarda veya hacimlerde oluşturulması amaçlandığı yeni tasarım motor ile ilgilidir.
Günümüzde pistonlu içten yanmalı motorlar yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu motorlarda yanma sonucu elde edilen yüksek basınç ve sıcaklıktaki gazlar, yanma odasında basınç oluşturarak pistonu harekete geçirmektedir. Bu motorlarda piston hareketi doğrusaldır ve krank-biyel mekanizması yardımı ile dönme hareketi elde edilmektedir. Dizel yakıtlı içten yanmalı motorlarda verim 0.40 0.50 civarındadır. Benzin yakıtlı içten yanmalı motorlar ise otomobillerde 0.38 0.41 civarındadır.
Günümüzde kullanılan pistonlu dört zamanlı motorları artık teknolojik olarak geliştirmek ve iyileştirmeler yapmak oldukça yüksek emek ve yatırım gerektirmektedir. Bu yaygın tasarım geometrisi artık fiziki sınırlarına gelmiş ve geliştirilmesi için tasarımın değiştirilmesi gerektiği fikri üstüne düşünülerek farklı bir bakış açısı getirilmiştir. Sonuçta gelinen noktanın içten yanmalı motor teknolojisine yön vermesi amaçlanmıştır.
Söz konusu tasarımı diğer içten yanmalı motorlardan ayıran en büyük özelliği bir nevi motor bloğunun hareketli olmasıdır. Döner pistonlu motor (rotary) ve pistonlu dört zamanlı motorun avantajlarının birleştirilmesi amaçlanarak yeni bir tasarım ortaya çıkartılmıştır.
Tasarım tamamen farklı bir yaklaşımda olmayıp içten yanmalı dört zamanlı motorlarla aynı prensipler üzerine inşa edilmiş bir yapıdadır. Farklı olan kısımları, pistonun temasta olduğu piston çeperi döner halde olması ve buna bağlı olarak dairesel bir yapıda olması. İkinci olarak krank milinden kam miline hareket ileten kayış yada zincir bulunmaması. Kam (eksantrik) mili ve supap bulunmaması. Bunun yerine; volan avans dişlileri ve bir iç dişli yardımıyla hareketin motor bloğuna iletilmesi. Motor bloğu Egzoz ve Emme manifoldları ve buji parçalarını üstünde bulunduran motoru dış ortamdan ayıran parça da Wankel motorlara benzer şekilde daireseldir.
- Piston
- Piston Pimi
- Biyel Kolu
- Piston Çeperi
- Krank Mili
Tasarım en genel tabir ile yakıtın yanmasıyla piston aşağıya doğru hareket ederken, krank milinden hareket piston çeperi parçasına iletilir, piston çeperi parçası krank milinin tersi yönde dönerek çevrimi krank milinin 360 derecesinde tamamlar.
Çalışma Şekli
Tasarımı farklı yapan en büyük özellik, piston çeperi parçasının krank miline zıt yönde dönerek, pistonu üst ölü noktadan alt ölü noktaya doğru olan hareketini 90 krank mili derecesinde gerçekleştirmesidir. Günümüzde kullanılan dört zamanlı pistonlu motorlarda bu 180 derecede gerçekleşmektedir. Yani söz konusu tasarım bir çevrimi bir krank mili turunda gerçekleştirirken günümüzde kullanılanlarda iki krank mili turunda gerçekleşir.
Şekildeki hareket sürekli oluşturularak ateşleme, egzoz, emme ve sıkıştırma zamanları gerçekleştirilir ve çevrim tamamlanır. Devrin artmasıyla oluşan yanma gecikmesi ve avansın verilmesini, avans dişlileri parça grubu krank ve piston çeperi parçalarının pozisyonlarını belirleyerek yanmanın sağlıklı devam etmesini sağlar.
Tasarımın Faydaları
Çevrimin 360 derecede tamamlanması
İçten yanmalı dört zamanlı taşıt motorların da bir zamanın tamamlanması için piston üst ölü noktadan alt ölü noktaya hareket ettirilmelidir ve bu da krank milinin 180 derecesinde gerçekleşir. Dört zamanında tamamlanması yani çevrim 720 derecede tamamlanır. Buluş konusu Yeni Tasarım motor bu işlemleri gerçekleştirmesi yarı yarıya azalmakta, 1 iş zamanı 90 derecede, çevrimi ise 360 derecede tamamlayarak her krank turunda iş gerçekleştirir.
Piston grubu sürtünme kuvvetlerinin azalması
Motorun yanması ile elde edilen enerji motor ve aktarma organlarına dağıtılmaktadır. Binek araçlar da mevcut olan enerjinin sadece %12'lik kısmı tekerleklere aktarılabilmektedir. Mekanik kayıplardaki %10’luk bir iyileştirme yakıt tüketiminde %1,5'lik bir kazanca dönüşmektedir. Araçtaki enerji kayıplarının azaltılma yöntemlerinin başında motor sürtünmesinin azaltılması gelmektedir. Piston ve biyel kolu dik eksenden uzaklaştıkça piston ve piston duvarına ayrışan kuvvetin bileşeninin etkisine maruz kalmaktadır. Bu bileşen direk olarak pistona ve piston duvarlarına etkiyerek sürtünmeyi arttırır ve yakıttan elde edilen enerjinin bir kısmı bu bileşeni oluşturarak kaybolur. Bu bileşeni de hareket sistemine endeksleyerek yakıt verimliliğini arttırmak mümkün olduğunu düşünerek buluş konusu yeni tasarım motorda piston duvarına etkiyen bu kuvvetin kullanılması sağlanmıştır.
Üst Ölü Nokta ve Alt Ölü Nokta da piston hareket yönünün değişmesiyle oluşan duvar efektinin etkisinin azaltılması.
İçten yanmalı motorlarda piston üst ölü nokta veya alt ölü noktada iken pistonun hareket yönünün değişmesi ani bir kuvvet oluşturmaktadır. Krank milinin yaptığı dairesel hareketin yönünün değişmemesi ancak, 180 360 540 720 derecelerinde pistonun alt ölü noktada ve üst ölü nokta da lineer hareketinin yönünün değişmesi hareket yönünün tersinde negatif bir kuvvet oluşturmaktadır. Bu kuvvette piston grubu kayıplarından biridir. Yeni tasarım motorda piston-biyel parçalarının kütlelerinden fazla bir kütleye sahip piston çeperi kendi ekseninde dönerken eylemsizlik kanuna göre bir kuvvet oluşturacağı için piston hareket yönünün değiştiği noktalarda kendi iç enerjisinin bir kısmıyla bu kuvveti azaltmaktadır. Ayrıca açısal hız diğer motorlardan az olduğu için oluşacak kuvvette diğer motorlardaki tepki kuvvetinden az olmaktadır.
Genişleme prosessinin daha şiddetli olması
Söz Konusu tasarım, pistonun 1 krank derecesinde daha fazla yol alması ile, yakıtın yanmasıyla oluşturulan enerjinin daha hızlı gerçekleşmesi sağlanmaktadır. Daha kısa mesafede tamamlanmasının en büyük faydası yanma anında oluşan enerjinin daha verimli kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Yani yakıt karışımının tutuştuğu anda oluşan enerji süreye bağlı olarak daha soğuk olan motor bloğuna ısı vererek enerjinin bir kısmının ısıl alışverişle kaybolmasına sebep olur. Mekanik olarak ise oluşan enerjinin hacim-zaman grafiğindeki parabolik azalmanın, hacim ve enerji kaybının doğru orantılı olmasından oluşan dezavantajları en aza indirmektedir.
Devir sayısının arttırılması
Söz konusu tasarım ile çevrimin 360 derecede tamamlanması krank devrine göre iki kat devir elde edilmesini sağlamaktadır. Devirin artmasına bağlı olarak elde edilen beygir gücü yükselmekte. Diğer tasarımlara göre açısal hızın azalması üretilen torkun daha geniş bir devir bandına yayılmasına ve motorun yüksek devir çevirmesine olanak sağlar. Yarım derecelik açısal hız azalması motor devrini iki kat arttırmaya olanak sağlayabilmektedir.
Emme manifoldu sıcaklık optimizasyonu
Günümüzde kullanılan motorlarda, yakıt hava karışımının emme manifoldunda yanma odasına çok yakın olması, yanma odasındaki yüksek sıcaklığın bu bölgeyide etkilemesine sebep olur. Isınan havanın yoğunluğunun azalması aynı hava molekülünü yanma odasına gönderebilmek için daha yüksek basınç ve akış debisi gerektirir. Bu yüzden havanın ideal sıcaklıklarda tutulması önemlidir. Yakıt verimliliğinin en yüksek olduğu sıkıştırma oranı %70’dir. Bu oranın üzerine çıkılamadığı için karışımın istenmeyen ortam faktörlerinden uzak tutulması önemlidir. Buluş konusu yeni tasarım motorda ise yanma odası bölümü hem hareketli hem de emme manifolduna 270 krank derecesi sonrasında ulaştığı için hem piston yüzeyi ve duvarları hem de soğutma sıvısıyla temasıyla belirli ölçüde soğutulmuş olarak gelir. Ayrıca Emme manifoldunun bitiş kısmıyla sürekli temas halinde olmadığı için ısıl alışveriş minimum düzeydedir. Ve hava yakıt karışımı istenmeyen ısınmalara karşı korunur.
Projenin Amacı ve Hedefleri
Türkiye’nin otomotiv sektöründe çok iyi bir üretici olmasına rağmen fikri hakları kendisine ait olmayan ürünler sebebiyle hem katma değerini ekonomisine kazandıramaması hem de fikri haklarından dolayı savunma sanayinde üretim yapılması konusunda sıkıntı çekmesi fikri mülkiyet haklarının Türkiye’ye ait olan bir motor geliştirilmesi konusunun önemini arttırmıştır. Elektrik motorlu araç üretiminde treni yakalamış olsa da elektrikli araçlar için gerekli altyapı ve teknolojinin günlük kullanımda standartlaştırılması için gereken süre uzun, yatırımsa büyüktür. Elektrikli otomobil sayılarının çok hızlı yükselmesi elektrik ihtiyacını ve enerji ithalatını arttırarak elektriği çok stratejik bir enerji kaynağı haline getirecektir. 10 araçtan iki veya üçünün elektrikli olduğu durumda ise yatırımın oluşturduğu ekonomik güçlükleri satışlar karşılayamayacağı için yaşanacak zorluklarla karşı karşıya kalınacaktır. Bunun yanında fosil yakıtlı motor üretimi konusunda 100 yılı aşmış olan büyük firmalarla rekabet etmekte aynı derecede zordur. Bu yüzden söz konusu tasarım fosil yakıtlı motorlarda bir fark oluşturarak rekabet edebilmeyi kolaylaştırmayı da hedeflemiştir. Yeni tasarımla birlikte mevcut teknolojilerin yeni platforma adapte edilmesiyle ve yeni platform için patentler alınmasıyla mevcut teknolojide başka bir teknoloji ağacı oluşturarak fikri hakların korunması da önemli noktalardan biridir.
Projenin Beklenen Çıktıları
Türkiye’de son zamanlarda artan teknoloji ve sanayi alanlarındaki gelişmelerle birlikte yeni verimli bir motor üretebilmek bu ivmeyi daha da arttırarak genel anlamda fayda sağlayacağı düşünülmektedir. Fikri üretmenin de getireceği faydalardan yararlanarak daha hızlı bir şekilde teknolojik hedeflere ilerlemeyi kolaylaştıracaktır. Aynı zamanda marka değeri de oluşturması beklenmektedir. Doksanlı yıllara nazaran tüketicilerin motorsporlarına ve otomobillere olan ilgilerinin 2000li yıllarda azalması ve üreticilerin daha çok konfora yönelik üretim yapmasıyla azalan heyecanı canlandırabileceği düşünülmektedir. Yakıtın daha verimli kullanılmasıyla, tasarımın kullanıldığı alanda menzil verimlilik ve emilsyon oranlarında iyileşmeler beklenmektedir.
Sonuç olarak söz konusu yeni tasarımla birlikte büyük üreticilerle rekabet edebilmek, bu üreticilerin mevcut tecrübelerini ve donanımlarına yenilerini eklemek zorunda kalarak yeni bir teknolojik dalga oluşturulması hedeflenmiştir. Bu sayede sektöre yeni girmiş olan yapılarla aralarındaki teknolojik uçurum en azından küçültülerek rekabet edebilir hale gelebilmek ve fikri haklarına sahip olmakla avantaj sağlayabilmek hedeflenmiştir. Savunma sanayindeki büyük adımları destekleyerek bu ilerlemeleri hızlandırması ve yeni alanlar oluşturması projenin amaçları arasındadır. Son olarak proje daha kompakt ve hafif bir mekanizma ile daha verimli yakıt kullanımı ve oluşan kuvvet kayıplarının azaltılmasının amaçlandığı bir projedir.
Türk Patent Enstitüsü Dosya No: 2018/08428
Proje Kategorisi: Makine veya Motor (F01B)
Proje Takımı: Mehmet Fatih Haydarlıoğlu