Atkinson Çevrimi Nedir? Atkinson Çevrimli Motorun Çalışması




Benzinli (otto çevrimiyle çalışan) motorlarda, güçten bir miktar fedakarlık yapılarak yakıt ekonomisini geliştirmek amacına dayanan bu uygulama Japon firmalar Toyota ve Honda tarafından kullanılmaktadır. İlk ortaya çıkış 1882 yılına dayanan ve çok farklı mekanik prensiplerle çalışan atkinson motorla ilgili kısım yazının sonundadır.

Bugün kullanılan atkinson çevrimi, emme supaplarının daha geç kapatılması prensibine dayanır. İlk kez 1957 yılında Ralph Miller tarafından geliştirilmiştir. Supap zamanlaması; sürekli değişken supap zamanlaması kontrol ( VTC, VVT-i ) modülü tarafından ayarlanır. Honda, bunu VTEC kullanarak yapar, Honda’da Otto çevrimi ve atkinson çevrimi arasındaki geçiş VTEC ile sağlanır. Atkinson çevrimi, motor kontrol ünitesi tarafından sürüş şartlarına göre otomatik olarak devreye alınır veya devreden çıkartılır. Motorun performanslı kullanımında supap sistemi normal otto motor çevrimi esaslarına göre çalışırken; düşük tork talebinde, yavaş hızlanmalarda veya orta sabit hız-düz yol sürüşlerinde yakıt ekonomisi sağlanabilmesi için motor ECU’sü motorun çalışma modunu Atkinson’a geçirir. (Bkz: Değişken Supap Zamanlaması)

Bugün tüm otomotiv üreticileri daha az yakıt tüketen, daha az karbon (CO2) salınımı yapan, egzoz emisyonları düşük ekonomik araçlarda üretmeye çalışıyorlar. Bunun için;
*Downsizing-Motor hacmini küçültme: Daha düşük hacimli, direkt enjeksiyonlu turbobeslemeli benzinli ve dizel motorlar üretmek. Birim hacimden daha fazla güç elde etmek.
*Atkinson Çevrimli Benzinli Motorlar: Motor hacmini çok küçültmeden, motorun bir küçük hacimli motor gibi yakıt tüketimi yapmasını sağlamak.
*Atkinson Çevrimli Benzinli Motor + Elektrik Motoru (Hibrit Motorlar): Hem atkinson çevriminin düşük yakıt tüketimini hem de elektrik motorundan güç elde edilerek çevreci otomobiller üretmek.
*Elektrikli Araçlar: İçten yanmalı motorun tamamen ortadan kaldırılması ve tamamen elektrikli araçlar üreterek sıfır emisyon hedefine ulaşmak.

Atkison Çevrimli Motorlu Araçlar Hangileridir?

Atkinson çevrimi, düşük hacimli ekonomik B sınıfı benzinli araçlarda, hibrit araçlarda kullanıldığı gibi, büyük motorlu v6 motorlarda da kullanılmaktadır. Türkiye’de Toyota yaris 1.5L , Toyota Yaris hibrit 1.5L , Toyota Prius, Honda Jazz 1.3L, Mercedes ve Ford hibrit modelleri gibi araçlarda atkinson çevrimiyle çalışabilen benzinli motorlar kullanılmaktadır.
Toyota prius hibrit modelinde 1.8 litrelik atmosferik atkinson çevrimiyle çalışan benzinli motor kullanılmaktadır. Prius tüm dünyada en çok satan seri üretim hibrit otomobildir. Toyota 1NZ-FXE 1.5 litrelik motordan sonra 1.8 litrelik 2ZR-FXE motor kullanıma geçmiştir.



Atkinson Çevrimli Motorun Çalışması – Atkison Çevrimi Çalışma Prensibi?

Emme supabının daha geç kapatılması; sıkıştırmayı (compression) azaltır, emme zamanında emilen hava-yakıt karışımının bir kısmının, geç kapanan ( o sırada halen açık olan) emme supabı sebebiyle, emme manifolduna geri gönderilmesini sağlar, yakıt verimliliği arttırılır, böylece yakıt tüketimi azaltılır.

Motor sıkıştırma zamanında daha küçük hacimli bir motor gibi davranırken, genleşme-iş zamanında daha büyük hacimli bir motor gibi davranmaktadır.
Normalde otto çevrimiyle çalışan benzinli motorlarda 4 zamanlı çevrim şu şekilde gerçekleşir: Motorda bir çevrimde bir iş zamanı meydana gelir, bir çevrim emme-sıkıştırma-iş-egzoz zamanından meydana gelir, bu sırada krank mili 2 kez döner (720 derece) ve eksantrik mili bir kez döner (360 derece).
Krank mili dönerken, biyel koluyla bağlı olduğu piston, silindir içerisinde yukarı ve aşağı hareket eder.

Pistonun silindir içerisinde çıkabildiği en üst noktaya: üst ölü nokta (üön) denir.
Pistonun silindir içerisinde indiği en alt noktaya: alt ölü nokta (aön) denir.
Motor çalışırken her bir çevrimde krank mili 2 kez döner, her bir piston 4 kez yukarı-aşağı hareket eder.

Pistonun alt ölü nokta ve üst ölü nokta arasında yaptığı harekete: "zaman" denir. Piston bunu 4 kez yapar, buna 4 zamanlı motor denir.

Pistonun yol aldığı, Alt ölü nokta ve üst ölü nokta arasındaki mesafeye "strok" - "kurs" denir. Bu mesafenin oluşturduğu, yani strok boyunca pistonun süpürdüğü hacme "silindir hacmi" veya "strok hacmi" denir. (Bkz: Temel Motor Bilgisi)

Piston, silindir içerisinde en üst noktaya (üön) çıktığında, sıkıştırma zamanının sonunda, piston tepesi ile silindir kapağı arasında kalan hacime; "yanma odası hacmi" denir.

Emme zamanı: emme supabı açıktır, egzoz supabı kapalıdır. Piston, üst ölü noktadan alt ölü noktaya doğru hareket eder, bu sırada silindir içerisinde alçak basınç (vakum) oluşur, hava-yakıt karışımı emilir.

Sıkıştırma zamanı: bu sırada hem emme supabı hem egzoz supabı kapalıdır. emilen hava-yakıt karışımı, pistonun alt ölü noktadan üst ölü noktaya çıkmasıyla sıkıştırılır. Sıkıştırma zamanı: compression stroke.

Sıkıştırma oranı= (silindir hacmi + yanma odası hacmi) / (yanma odası hacmi) formülüyle bulunur. Yani silindir hacmiyle yanma odası hacmini toplayıp, yanma odası hacmine böleriz. (Sıkıştırma oranı: Compression Ratio)

İş zamanı: sıkıştırılan hava-yakıt karışımının ateşlenmesiyle meydana gelen yüksek sıcaklık ve basınçla piston üst ölü noktadan alt ölü noktaya itilir.  Böylece krank mili döndürülür, iş elde edilmiş olur. İş zamanında genleşme meydana gelir. İş zamanı=combustion stroke=genleşme zamanı.

Piston stroku, yani pistonun aön ve üön arasında kat ettiği mesafe sabittir ve değiştirilemez. Bu durumda sıkıştırma oranı neyse, genleşme oranı da odur.

Atkinson çevrimi, bu duruma bir alternatif yaklaşım getirmiştir. İş Zamanında her şey normal şekilde gerçekleşir, piston üön'den aön'ye hareket eder, emme ve egzoz supapları kapalıdır.
Emme zamanında emme supabı açılır, hava yakıt karışımı silindirin içine alınır. Sıkıştırma zamanında normalde emme ve egzoz supabı kapalıdır. Atkinson motorlarda; sıkıştırma zamanının ilk aşamalarında supap zamanlaması geciktirilerek (rötar) emme supabının açık kalması (daha geç kapanması) sağlanır. Böylece silindire alınmış olan hava-yakıt karışımının bir kısmı tekrar emme manifolduna geri gönderilir, yani yakılacak olan hava- yakıt karışımı azaltılmış olur.


Sıkıştırma oranı= (silindir hacmi + yanma odası hacmi) / (yanma odası hacmi)

Yanma odası hacmi asla değişmez. Fakat sıkıştırma zamanı sırasında, emme supabının geç kapatılması sebebiyle "silindir hacmi yani strok hacmi" azaltılmış olur. Böylece, motorun sıkıştırma oranı gerçekte (atkinson çevrimi sürecinde) daha düşük gerçekleşir.
İş (genleşme) zamanındaysa her şey normaldir, genleşme (iş) zamanında piston, tüm stroku etkin olarak kullanır, böylece motor performansı artar.

Otto çevriminde: Sıkıştırma stroku=Genleşme (iş) stroku
Atkinson Çevriminde: Sıkıştırma stroku<Genleşme (iş) stroku

Atkinson motor yakıtı tüketirken düşük hacimli bir motor gibi çalışırken, güç üretirken daha büyük hacimli bir motor gibi çalışır-davranır. Yani 1,6 litre atmosferik bir motor 1,2 litre motor gibi yakıt tüketiyor.
Tüketilen yakıtın azaltılması toplamda üretilen gücü mutlaka azaltmaktadır fakat tüketilen birim Yakıt miktarı göz önüne alındığında verimin önemli ölçüde arttığı söylenebilir.

Atkinson Çevriminin Tarihçesi ve İlk Ortaya Çıkışı

Atkinson Çevrimi 1882 yılında İngiliz James Atkinson tarafından icat edilmiştir. Otto çevrimiyle çalışan benzinli motorlarda pistonun üst ölü nokta (üön) ile alt ölü nokta (aön) arasında kat ettiği mesafeye “strok veya kurs” denir. Piston sıkıştırma zamanında da iş zamanında da aynı strok boyunu kat eder, yani hava yakıtı emerken de yanma sonucu iş üretirken de strok boyu hep eşittir. Bunun sebebi krank-biyel mekanizmasının sabit (değişmez) bir geometride hareket etmesidir. James Atkinson krank ve piston bağlantısında kullanılan biyel kolunu tek parça yerine, iki parçadan oluşan mafsallı bir yapıda geliştirmiştir. Sistem çalışırken, pistonun alt ölü noktası değişebiliyor, böylece emme zamanında piston daha kısa bir strok boyunca hareket ediyor, fakat iş zamanında güç üretilirken daha uzun bir strok boyunca hareket ederek daha aşağıdaki bir konumda aön’ya ulaşıyor. Böylece emiş yaparken daha küçük hacimli bir motor gibi emiş yaparken, güç üretimi sırasında daha büyük hacimli bir motormuş gibi güç üretiyordu. Fakat atkison çevriminde bir çevrim boyunca (emme-sıkıştırma-iş-egzoz), krank mili bir tur dönüyordu; otto çevrimindeyse 2 tur dönüyordu. Birim zamanda üretilen güç daha azdı. Tarihte ilk geliştirien atkinson çevrimli motorlar geliştirilmedi ve yaygınlaşmadı. Fakat emme zamanında daha daha az yakıt almak ve sıkıştırma strokunu daha kısa tutmak ve motorun tüketimini azaltmak fikri, çok farklı bir teknikle 90’lı yıllardan beri günümüzde kullanılmaya başlanmıştır. Sistemin mekanik çalışması farklı olsa da mantığı aynı olduğundan, “atkinson çevrimi” tanımı kullanılmaya devam etmiştir. Bu yazıda, modern atkinson çevrimi ele alınmıştır.




Yorumlar