Benzin Motoru Nedir? Nasıl Çalışır? (Otto Motoru)

Benzin motorları günümüzde en çok kullanılan motor tipi olup, %20′lik verimi aşamasa da halen kullanılmaya devam edilmektedir. Artık elektrik motorlarına yönelinmesini savunsam da petrol bitmediği sürece içten yanmalı motorlar da tarih olmayacaktır. Tabi hidrojen kullanan otomobiller de aynı tip içten yanmalı motor kullanmakta fakat yapıları biraz daha farklıdır. 1876 yılında Alman mühendis Nikolaus Otto tarafından bulunan benzin motorları o dönemlerdeki %3-5′lik verimden bugün en iyi bir Ferrari motorunda %20′lere kadar çıkartılmıştır fakat yine de yakıtın oluşturduğu kuvvetin yaklaşık %10′u aktarma organalarına(arkadan itişli bir otomobil için), %5′i pistonların ataletine, %5′i sürtünmeye ve %60 kadarı da ısı olarak dışarı atılıp tamamen boşa harcanmaktadır. Yani tekerleklere iletilebilen verimli güç ancak harcanan yakıtın oluşturduğu enerjinin %20’si kadar olabilmektedir. Benzin motorlarını yeterince kötüledikten sonra, biraz da çalışma sistemine bakacak olursak; en çok kullanılan motor tipi olarak enjeksiyonlu motorları görmekteyiz. Enjeksiyonlu motorlar karböratörlü motorlara nazaran daha homojen bir yakıt + hava karışımı gerçekleştirebildiğinden tercih edilmektedir. Günümüz benzinli motorlarında tümüyle enjeksiyon sistemine geçilmiştir.

Benzinli bir motorun çalışmasını en basit haliyle şöyle ifade edebiliriz; motorun emme kanalına dışarıdan alınan temiz hava, yine emme kanalının bitiminde bulunan enjeksiyon ucundan yakıtın püskürtülmesiyle silindir içerisine yakıt + hava karışımı olarak alınır. Silindirde yanmanın gerçekleştiği ve yanma odası olarak adlandırılan pistonun silindirin en üst kısmındaki alanında homojene yakın bir hava + yakıt karışımı sıkıştırılarak buji ile ateşlenir. Ateşlemenin etkisiyle hızla genişleyen silindir hacmi ve buna bağlı olarak pistonun aşağıya itilmesi, pistona bağlı olan krank-biyel mekanizmasını harekete geçirir. Biyel, piston kolu demektir. Krank ise, aracın hareketi için gerekli momentumu sağlayan bir mildir. Pistona bağlı biyel mekanizması, pistondan aldığı doğrusal hareketi krank mili üzerine dairesel harekete çevirerek iletir.

Krank mili de şanzımana bağlı olup, tekerleklere giden gücün ayarlanması sağlanır.Yanda görülmekte olan dört zamanlı bir motorun çalışma safhalarıdır. Bunlar;

1. Emme: Temiz hava + benzin karışımı üstte sol taraftaki emme kanalındaki sübapın açılmasıyla ve pistonun aşağıya doğru hareketinden oluşan vakum etkisiyle silindir içerisine alınıyor.

2. Sıkıştırma: Silindir içerisine alınan hava + yakıt karışımı pistonun yukarı hareketiyle sıkıştırılarak hen sıcaklığı hem de basıncı yükseltilip çok ufak bir hacme hapsediliyor. Bu esnada her iki sübap ta tam kapalı konumda olup, yalıtım sağlanmaktadır.

3. Yanma: Sıkıştırılan benzin + hava karışımı sübapların tam ortasında yer alan buji(kıvılcım üreten eleman) ile ateşlenerek yanma gerçekleşir. Aracın hareketini sağlayan güç bu anda üretilir.

4. Egsoz: Yanma sonrasında piston yukarı geri gelirken, yanmış artık gazlar üst sağ tarafta yer alan egsoz sübabının açılmasıyla dışarıya atılır. Ardından pistonun aşağıya tekrar gelmesi esnasında 1. çevrim yani emme safhası tekrar başlar.

Motorun sarsıntı yapmaması için dikkat edilen en önemli faktör silindir sayısıdır. Örneğin V-tipi bir motorda 5 silindir uygulamaya kalkarsanız, bir tarafta iki diğer tarafta üç silindir bulunmak zorunda olacağından inanılmaz bir titreşim oluşur ve motor çalışamaz.

Genel olarak kullanılan silindir düzenlemeleri şöyledir:

Sıra tipi silindirleri olan bu motorlar genellikle önden çekişli ekonomi sınıfı araçlarda kullanılır. Dört silindirli olan bu motor tipinin kullanımı çok yaygındır. Fazla yer kaplamaz, buna karşılık istenilen gücü fazlasıyla karşılayabilir.

V tipi olarak bilinen bu motorlar ise birbirine genellikle 90 derece ile konumlandırılmış simetrik ve aynı sayıdaki silindirlerden oluşur. Örneğin yukarıda bir V6 motorunu görmektesiniz. karşılıklı üçer silindir bulunan bu motor yüksek güç üretmesi için tasarlanmış spor veya yarış otomobillerinde yaygın olarak kullanılır. V8, V12 ve V16 şeklinde daha güçlü versiyonları da vardır. Bu motorlar sıra tipli motorlardan çok daha sarsıntısız ve pürüzsüz çalışırlar. Çünkü pistonların hareketiyle oluşan merkezkaç ve atalet kuvvetleri karşılıklı olarak birbirlerini sönümler. Çekişin yani torkun güçlü ve sürekli olduğu bu tip motorlar yakıt ekonomisi yönünden sınıfta kalırlar. Bu nedenle günümüzde kullanım alanı azdır.

Silindirlerin yatay olarak konumlandırıldığı bu tip motorların kullanım alanı azdır. Sadece birkaç marjinal otomobil firması tarafından(örneğin Subaru) kullanılır. Bu motorların şu avantajı vardır; dikey duran silindirler içerisinde piston hareket ederken pistonun kendi ağırlığından kaynaklanan büyük bir atalet kuvveti oluşur. Pistonlar yatay olduğunda yerçekimi etkisi altında oluşan piston ağırlıkları motora değil silindir yüzeylerine biner. Bu da oluşan ataleti azalttığı gibi pistonun ağırlığı neredeyse yokmuş gibi çalışarak daha yüksek devirle ve rahat hareket ettirilmesi sağlanır.