Otomobillerde Sıkıştırma Oranı Nedir

Otomobillerde önemli bir performans ölçütü olan sıkıştırma oranı nedir? Enerji kaynaklarının hızla tükeniyor olması, günümüz teknolojisinde mevcut enerji kaynaklarını en verimli şekilde kullanmayı zorunlu hale getirmektedir. Otomotiv üreticilerinin ise bu konuyu ciddi olarak ele aldığını söyleyebiliriz. Geçmişten geleceğe üretilen otomobiller incelendiğinde, motor gücünün sürekli olarak artırılmaya çalışıldığı aynı zamanda da yakıt tüketimi ve çevreye salınan zararlı egzoz gazının da azaltılmaya çalışıldığı görülmektedir. Yapılan bu çalışmalar, otomobillerde kullanılan motorların çalışma prensipleriyle, en önemlisi de sıkıştırma oranlarıyla alakalı olmaktadır. Yazımızın devamında ise otomobillerin en önemli parçası olarak kabul edilen motorların ‘sıkıştırma oranları’nın neyi ifade ettiğine değineceğiz.

Hayatımıza vazgeçilemez ölçüde bir konfor getiren otomobillerin bize sunacağı performans ve verim konuları, araba alırken baktığımız kriterlerin en başında gelmektedir. Performans denilince hepimizin aklına ilk olarak hız ve yol tutuşu gibi özellikler, verim denildiğinde ise yakıt tasarrufu aklımıza gelmektedir. Bu iki önemli kriter de kullanılan motorun sıkıştırma oranının ne kadar yüksek olduğuyla alakalıdır. Yani bu oranın yüksek oluşu aynı zamanda yüksek performans ve yüksek verim demektir.

Sıkıştırma Oranı Nasıl Bulunmaktadır

Motor kısmında yer alan silindirlerin içerisinde çalışan pistonların yukarı-aşağı hareket etmesiyle sıkıştırma oranı belli olabilmektedir. Teknik detayına inecek olursak; pistonlar yukarı doğru hareket ettiğinde silindir içerisinde bulunan hava-yakıt karışımını belli bir oranda sıkıştırır. Pistonların yukarı-aşağı hareket ederek oluşturulan hacim baz alındığında piston, en alt noktadayken oluşan hacime “Alt ölü nokta” en üst noktadayken ise “Üst ölü nokta” olarak adlandırılır. Aşağıdaki formülle de Sıkıştırma Oranı bulunmaktadır.

1. Emme zamanı
2. Sıkıştırma zamanı
3. Ateşleme zamanı
4. Egzoz zamanı

CR = (V₂+V₁)/V_{1 ;} V₂ =( π / 4 ) X b²s
CR: Sıkıştırma Oranı
V₁ : Üst Ölü Nokta
V₂ : Alt Ölü Nokta
b : Silindir Çapı
s : Strok

Sıkıştırma oranının artmasıyla sıkıştırma ve yanma sonu basınç ve sıcaklıkları yükselmekte, dolayısıyla ortalama efektif basınç artmaktadır. Sıkıştırma oranının vuruntuya neden olmayacak kadar yükseltilmesiyle birlikte çıkış gücü artmakta ve yakıt ekonomisi iyileşmektedir [1][2]. Sıkıştırma oranı ne kadar fazla olursa silindirler içerisinde bulunan yakıt-hava karışımında da hava o kadar fazla olur. Bu da yakıt ekonomisinin nasıl sağlandığıyla alakalı gerekli ipucunu bize vermektedir.

Dizel Motorların Benzinli Motorlara Göre Avantajı Nedir?

Dizelle çalışan motorların, benzinle çalışan motorlara oranla daha uzun sürede tutuşmasının söz konusu olması en büyük avantaj olarak gösterilebilir. Otomotiv üreticileri, motorlardaki sıkıştırma oranının belli bir dengede tutulmasından yana olmaktadır. Sıkıştırma oranının çok fazla yükseltmenin/alçaltmanın da istenmeyen sonuçlar doğuracağı için buna pek yanaşmazlar. Öyle ki benzinle çalışan motorlarda sıkıştırma oranının artırılmasıyla birlikte basınç ve sıcaklıkta o doğrultuda artar. Bunun sonucunda ise silindir içerisinde bulunan yakıtın erken tutuşma ihtimali söz konusu olur ve motor vuruntulu bir şekilde çalışmaya başlar. Bu da motorun zamanla zarar görebileceği ihtimalini doğurur. Dizelle çalışan motorların avantajı ise buradan gelmektedir. Benzine göre daha uzun sürede tutuşması sıkıştırılmaya da daha müsait bir zemin hazırlamaktadır. Ayrıca ateşleme içinde bujilere de ihtiyacı yoktur dizel motorların. Bu işlem piston tarafından sıkıştırılan havaya enjektörlerden yakıt püskürtülmesi yoluyla gerçekleştirilir. Yüksek sıkıştırma oranı her ne kadar tüketici tarafından arzu edilen bir durum olsa da beraberinde sıcaklığı da artıracağından dizel motorlarda dahi fazla zorlanmaya sebebiyet vermektedir. Çalışma prensibindeki farklılık nedeniyle dizel motorlar benzinli motorlara göre yüksek sıkıştırma oranlarına ihtiyaç duymaktadır. Bu nedenledir ki dizel motorlar yüksek sıcaklığa dayanıklı bir şekilde üretilirler ve bunun sonucunda da hem daha ağır hem daha pahalı olurlar. Resmin tamamına bakıldığında ise benzin ve dizel arasında tam tersi bir durum ortaya çıkmaktadır. Dizel motorlarda ateşleme için buji yerine, enjektörler kanalıyla, sıkıştırılan havaya püskürtülen yakıt kullanılmaktadır. Bu da sıkıştırma oranının dizel motorlarda çok fazla düşürülemeyeceği anlamı taşır. Aksi halde motor vuruntulu bir şekilde çalışır ve motorun zarar görebileceği ihtimaliyle yine karşılaşmış oluruz. Tüm bu anlatılanlar ışığında şunu söylememiz uygun olacaktır; Benzinle çalışan motorlarda sıkıştırma oranının mümkün olan en yüksek seviyede, dizelle çalışan motorlarda ise sıkıştırma oranının en düşük seviyede oluşu avantajlı olacaktır.

Otomotiv üreticileri arasında sıkıştırma oranlarını optimize seviyelere getirmeyi başaran Mazda, üretmiş olduğu Skyactiv teknolojisiyle, benzinle çalışan motorda en yüksek (14:1) ve dizelle çalışan motorda en düşük (14.8:1) sıkıştırma oranını yakalayarak bu konuda ön plana çıkmayı başarmıştır.

Kaynaklar
[1] Kentfield, J. A. C., Fernandes, L. C. V. 1997. Friction Losses of a Novel Prototype Variable Expansion-Ratio, Spark Ignition, Four Stroke Engine, SAE Paper 972659.
[2] Çelik, M. B. 1999. Buji ile Ateşlemeli Bir Motor Sıkıştırma Oranının Değişken Hale Dönüştürülmesi ve Performansa Etkisinin Araştırılması, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Şubat, Ankara.