Mazda'nın SKYACTIV Teknolojileri içerisinde geliştirdiği, dünyanın seri üretim için kullanılan en yüksek sıkıştırma oranına sahip benzinli motoru SKYACTIV-G motoruna yakından bir bakış atıyoruz
.SKYACTIV-G Benzinli Motorun Özellikleri
Dünyada seri üretim araçlarda 14.0:1 sıkıştırma oranını gerçekleştiren ilk benzinli motor. Yüksek sıkıştırma sayesinde yakıt verimliliği ve torkta %15 e yaklaşan önemli artış, Düşük ve yüksek motor hızlarındaki tork artışı sayesinde iyileştirilmiş günlük sürüş, 4-2-1 egzoz sistemi, kavite pistonları, çok delikli enjektörler ve diğer yenilikler sayesinde elde edilebilen yüksek sıkıştırma. Yüksek Sıkıştırma Oranı ile ilgili Problemler ve Metrikleri
Sıkıştırma oranının arttırılması termal verimliliği ciddi oranda arttırır. Günümüz benzinli araçların sıkıştırma oranı genellikle 10:1 – 12:1 aralığındadır.
Teorik olarak, eğer sıkıştırma oranı 10:1 den 15:1 e çıkartılırsa termal verimlilik yaklaşık olarak %9 artar. Ancak yüksek sıkıştırma oranlı motorların yaygınlaşmasını engelleyen en önemli etken vuruntu sebebi ile torkta gerçekleşen düşüştür.

Vuruntu, yüksek basınç ve sıcaklık altında yakıt-hava karışımının olması gereken zamandan önce ateşlenerek istenmeyen yüksek frekanslı ses çıkartmasıdır. Sıkıştırma oranı arttırıldığında silindirin Üst Ölü Noktadaki (TDC – Top Dead Center ) sıcaklığı ile birlikte vuruntu olasılığı da artar.
TDC’deki sıcaklığı azaltmak için uygulanan yöntemlerden birisi yanma odasındaki artık egzoz gazlarını azaltmaktır.
Örnek olarak, 10.0:1 sıkıştırma oranında artık gazlar 750 C, emilen gazlar ise 25 C civarındadır. Eğer egzoz gazlarının %10’u yanma odasında kalırsa bu emilen havayı yaklaşık 70 C arttıracaktır. Bu durumda silindir içinde yakıt-hava karışımının TDC deki artışı yaklaşık 160 C olarak hesaplanmaktadır. Bu da artık egzoz gazının vuruntuya olan etkisini açıkça göstermektedir.
Hesaplamalar yukarıdaki şekilde (Fig.2) özetlenmiştir. Eğer artık egzoz gazı %8 den %4 e düşürülürse sıkıştırma oranı 11.1 den 14.1 e çıkartılsa bile TDC deki sıcaklık sabit kalmaktadır.
SKYACTIV-G motorunda bu düşüş sağlanarak yüksek sıkıştırma oranı yakalanabilmiştir.
Vuruntuya Dayanıklı Teknolojiler
Artık egzoz gazını azaltmanın yollarından birisi 4-2-1 egzoz sisteminin kullanılmasıdır. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi egzoz manifoldu kısa olduğu zaman 3 numaralı silindirden çıkan egzoz gazı egzoz sürecini bitirip emme sürecine başlamış olan 1 numaralı silindire ulaşır. Yanarak silindiri yeni terk etmiş atık gazın başka silindirde emilmesi silindir içindeki havayı ciddi miktarda arttıracaktır. Kısa egzoz manifoldu ile yüksek basınç dalgaları hemen yanındaki silindire çok kısa zamanda ulaşarak bu ters etkinin düşük motor hızlarında yüksek motor hızlarına kadar sürmesine sebep olur.

Bununla birlikte 4-2-1 li egzoz sisteminde yüksek basıç dalgalarının bir sonraki silindire ulaşması daha fazla zaman alacağından bahsedilen etki çok düşük motor hızları ile sınırlı kalmaktadır.
4-2-1 egzoz sistemindeki temel problemlerden birisi de uzun mesafe sebebi ile gazın katalizöre gidene kadar soğuyup çalışmasını geciktirmesidir. Geç ateşleme ile egzozs gazının ısısı arttırılabilir ama çok fazla gecikme düzensiz ateşlemeye sebep olacaktır. SKYACTIV-G de ateşleme zamanı oldukça geciktirilmesine rağmen stabil ateşleme sağlanabilmiştir.
Bu da aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi kavisli bir silindir tasarımı kullanılarak ve buji etrafında çok katlı yakıt-hava karışımı oluşturularak sağlanmıştır. Daha da ötesi, bu yapı ilk kıvılcımın silindir kafasına çarpıp soğuma kaybı oluşturması problemini de çözmüştür.

Yanmayı İyileştirmek
Vuruntuya karşı direnci arttırmak için yanma süresi de azaltılmıştır. Daha hızlı yanma, yanmamış hava-yakıt karışımının yüksek sıcaklıklara maruz kaldığı süreyi kısaltır ve böylece normal yanma, vuruntu meydana gelmeden önce sonuçlanır. Bu nedenle yeni motorda, hava akımını yoğunlaştırarak elde edilen daha düzgün bir hava-yakıt karışımı, püskürtme basıncını ve sprey özelliklerini arttıran yeni çok delikli enjektörler ve ateşleme kıvılcımının silindire çarpıp büyümesini engellememesi için kavisli olarak tasarlanmış özel piston ve yanma odası kullanılmıştır.
Kaynak : mazda.com
Tercüme : MazdaClubTR

SKYACTIV-G Benzinli Motorun Özellikleri
Dünyada seri üretim araçlarda 14.0:1 sıkıştırma oranını gerçekleştiren ilk benzinli motor.
Yüksek sıkıştırma sayesinde yakıt verimliliği ve torkta %15 e yaklaşan önemli artış,
Düşük ve yüksek motor hızlarındaki tork artışı sayesinde iyileştirilmiş günlük sürüş,
4-2-1 egzoz sistemi, kavite pistonları, çok delikli enjektörler ve diğer yenilikler sayesinde elde edilebilen yüksek sıkıştırma.

Yüksek Sıkıştırma Oranı ile ilgili Problemler ve Metrikleri

Sıkıştırma oranının arttırılması termal verimliliği ciddi oranda arttırır. Günümüz benzinli araçların sıkıştırma oranı genellikle 10:1 – 12:1 aralığındadır.

Teorik olarak, eğer sıkıştırma oranı 10:1 den 15:1 e çıkartılırsa termal verimlilik yaklaşık olarak %9 artar. Ancak yüksek sıkıştırma oranlı motorların yaygınlaşmasını engelleyen en önemli etken vuruntu sebebi ile torkta gerçekleşen düşüştür.



Vuruntu, yüksek basınç ve sıcaklık altında yakıt-hava karışımının olması gereken zamandan önce ateşlenerek istenmeyen yüksek frekanslı ses çıkartmasıdır. Sıkıştırma oranı arttırıldığında silindirin Üst Ölü Noktadaki (TDC – Top Dead Center ) sıcaklığı ile birlikte vuruntu olasılığı da artar.

TDC’deki sıcaklığı azaltmak için uygulanan yöntemlerden birisi yanma odasındaki artık egzoz gazlarını azaltmaktır.

Örnek olarak, 10.0:1 sıkıştırma oranında artık gazlar 750 C, emilen gazlar ise 25 C civarındadır. Eğer egzoz gazlarının %10’u yanma odasında kalırsa bu emilen havayı yaklaşık 70 C arttıracaktır. Bu durumda silindir içinde yakıt-hava karışımının TDC deki artışı yaklaşık 160 C olarak hesaplanmaktadır. Bu da artık egzoz gazının vuruntuya olan etkisini açıkça göstermektedir.

Hesaplamalar yukarıdaki şekilde (Fig.2) özetlenmiştir. Eğer artık egzoz gazı %8 den %4 e düşürülürse sıkıştırma oranı 11.1 den 14.1 e çıkartılsa bile TDC deki sıcaklık sabit kalmaktadır.

SKYACTIV-G motorunda bu düşüş sağlanarak yüksek sıkıştırma oranı yakalanabilmiştir.


Vuruntuya Dayanıklı Teknolojiler

Artık egzoz gazını azaltmanın yollarından birisi 4-2-1 egzoz sisteminin kullanılmasıdır. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi egzoz manifoldu kısa olduğu zaman 3 numaralı silindirden çıkan egzoz gazı egzoz sürecini bitirip emme sürecine başlamış olan 1 numaralı silindire ulaşır. Yanarak silindiri yeni terk etmiş atık gazın başka silindirde emilmesi silindir içindeki havayı ciddi miktarda arttıracaktır. Kısa egzoz manifoldu ile yüksek basınç dalgaları hemen yanındaki silindire çok kısa zamanda ulaşarak bu ters etkinin düşük motor hızlarında yüksek motor hızlarına kadar sürmesine sebep olur.



Bununla birlikte 4-2-1 li egzoz sisteminde yüksek basıç dalgalarının bir sonraki silindire ulaşması daha fazla zaman alacağından bahsedilen etki çok düşük motor hızları ile sınırlı kalmaktadır.

4-2-1 egzoz sistemindeki temel problemlerden birisi de uzun mesafe sebebi ile gazın katalizöre gidene kadar soğuyup çalışmasını geciktirmesidir. Geç ateşleme ile egzozs gazının ısısı arttırılabilir ama çok fazla gecikme düzensiz ateşlemeye sebep olacaktır. SKYACTIV-G de ateşleme zamanı oldukça geciktirilmesine rağmen stabil ateşleme sağlanabilmiştir.

Bu da aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi kavisli bir silindir tasarımı kullanılarak ve buji etrafında çok katlı yakıt-hava karışımı oluşturularak sağlanmıştır. Daha da ötesi, bu yapı ilk kıvılcımın silindir kafasına çarpıp soğuma kaybı oluşturması problemini de çözmüştür.




Yanmayı İyileştirmek

Vuruntuya karşı direnci arttırmak için yanma süresi de azaltılmıştır. Daha hızlı yanma, yanmamış hava-yakıt karışımının yüksek sıcaklıklara maruz kaldığı süreyi kısaltır ve böylece normal yanma, vuruntu meydana gelmeden önce sonuçlanır. Bu nedenle yeni motorda, hava akımını yoğunlaştırarak elde edilen daha düzgün bir hava-yakıt karışımı, püskürtme basıncını ve sprey özelliklerini arttıran yeni çok delikli enjektörler ve ateşleme kıvılcımının silindire çarpıp büyümesini engellememesi için kavisli olarak tasarlanmış özel piston ve yanma odası kullanılmıştır.

Kaynak : mazda.com
Tercüme : MazdaClubTR