Motorsporları Teknolojisi 05 – MGU-K ve MGU-H, Formula 1 Enerji Geri Dönüşüm Sistemleri

Çoğumuzun bildiği gibi, 2014 yılında Formula 1 radikal bir değişiklik yaparak 2.4 litre V8 motorlardan 1.6 litre V6 hibrit motorlara geçiş yaptı. Fakat motordaki bu küçülme, hibrit sistemlerin (kinetik enerji geri dönüşüm sistemi MGU-K ve ısı enerjisi geri dönüşüm sistemi MGU-H), bataryaların ve turbonun eklenmesiyle bir performans düşüşüne yol açmadı. Tüm bu sistem, güç ünitesi olarak adlandırılmaya başlandı ve motor bu ünitenin bir parçası haline geldi.

Renault F1 takımının yayınladığı bu resimde bu sistemler net bir sekilde görülmektedir. Bu yazımızda, şu anki işimde bolca vakit harcadığım kinetik enerji geri dönüşüm sistemi MGU-K (Motor Generator Unit-Kinetic) ve ısı enerjisi geri dönüşüm sistemi MGU-H’i ( Motor Generator Unit- Heat) kısaca çok teknik detaya girmeden açıklamaya çalıştım.

Bu iki sistemin de ortak özelliklerinden başlarsak, hem MGU-K, hem MGU-H birbirlerine benzer sistemler. Her ikisi de basitçe rotor ve stator adlı iki parcadan oluşuyor. İsimlerinden de anlaşılacağı gibi, rotor dönen kısmı, stator ise sabit kısmı. Takımlar bir sezonda (2019) iki set MGU-K, üç set MGU-H kullanabiliyor. Daha fazla kullanmaları durumunda sonuç bildigimiz grid cezaları.

Çalışma prensipleri ise aslında çok basit. Rotor kısmında çoğunlukla mıknatıslar bulunuyor. Fizik derslerindenki manyetizma konusundan hatırlayacağımız gibi, mıknatısların S ve N olmak üzere iki kutbu bulunur. S ve N kutbu arasında olusan manyetik alanda elektrik akimi geçirirsek, bu akıma bir kuvvet etki eder. Kuvvetin yönü ise akım yönü ile manyetik alan büyüklüğüne bağlı olarak değişir. Formula 1 takımaları da aynı prensiple enerji geri dönüşüm sistemlerinde güç üretir. Aşağıdaki linkte bu konuya dair biraz daha ayrıntılı bilgi bulunmakta, biz ayrıntıya çok girmeden devam ediyoruz.

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/kendimiz-yapalim-basit-elektrik-motoru

S-N arasında olusan manyetik alandan gecen elektrik akiminin yarattığı kuvvet basitçe gösterilmiş

Formula 1 takımları rotor kısmına mıknatısları yerleştiriyor, yani mıknatıslar dönen kısımda. Yüksek hızda dönen bu mıknatıslar ise karbon fiber ve kevlar gibi malzemelere kullanılarak korunuyor. Bu rotorlar neredeyse küçük bir su şişesi boyutunda, hatta bazen daha küçük. Bazı takımlar yukarıda bahsettigimiz S-N prensibindeki basit mıknatısları kullanırken, bazıları daha karmaşık bir sistem olan Halbach dizilimini kullanıyor. Halbach dizilimi, özel bir kalıcı mıknatıs konfigürasyonu olup bir taraftaki alan şiddetini artırırken diğer taraftaki alan şiddetini azaltan bir etkiye sahiptir. Yani ideal durumda bir taraftaki manyetik alan neredeyse yok edilirken ile diğer taraftaki alan iki kat artırılabilmektedir. Mühendis olan okuyucularımız “Halbach Array” konusunda daha derin araştırma yapabilirler.

MGU-K iki yönlü de çalışabilen bir sistem. Viraj girişinde frenleme sırasında kinetik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürerek bataryalara gönderiyor. Viraj çıkışında hızlanma sırasında ise bataryalardaki bu enerjiyi alarak, sabit oranla bağlı olduğu krank miline gönderiyor ve aracın hızlanmasına katki sağlıyor.

MGU-K konusundaki en büyük bilinen yanlış ise, bu sistemin frenlemedeki ısı enerjisinden elektrik ürettiği. Aslında MGU-K, frenlemeye katki sağlayan ayrı bir sistem. Frenleme sırasında MGU-K elektrik üretirken ortaya çıkan direnç frenlemeye katkı sağlıyor. Bu yüzden takımlar arka frenlerde daha küçük diskler kullanıyor. 2018 Monaco Grand Prix sırasında MGU-K problemi yaşayan Daniel Ricciardo’nun araçta  yaptığı degisikliklerden biri, fren dengesini değiştirerek ön tekerlere almak oldu. MGU-K çalışmadığı için arka frenlere binen ekstra yük böylece ön frenlere aktarılmış oldu.

Magneti Marelli yapım bir MGU-K

 

Sistem bir elimizde tutabileceğimiz kadar küçük (rotor ve stator)

MGU-K’in performansı 160 beygir güç ve tur basına 2 MJ enerji olarak FIA tarafından kısıtlanmış durumda. Yukarıda da bahsettigimiz gibi, bu rotorlar neredeyse küçük su sisesi boyutunda ve bu parcadan elde edilen gücün 160 beygir olması gerçekten inanılmaz. İki pilotun pist üzerinde mücadele ederken telsiz konuşmalarında duydugumuz motor modlarının bir kısmı bu enerji geri dönüşüm sistemleriyle ilgili. Pilotlar bu sistemleri akıllı bir şekilde atak yaparken ya da defans yaparken kullanıyor.

MGU-H ise, turbonun türbin şaftına bağlı bir sistem. Turbo araç kullananlarımızın bildigi gibi, düşük devirlerde aracın hızlanması düşükken, motorun devri arttıkça hızlanma tekrar yükselir. Bu aslında turbo motorların getirdiği bir dezavantaj ve turbo gecikmesi olarak adlandırılır. MGU-H ise, işte bu gecikmeyi ortadan kaldırmak için kullanılan bir sistem. Yani hızlanma sırasında kompresörü döndürerek turbo gecikmesini ortadan kaldırır. Tıpkı MGU-K gibi iki yönlü de çalışabilen sistem, egzoz enerjisini ve turbodaki ekstra deviri kullanarak enerji depolar.

MGU-H’te depolanan enerjide ise bir kısıtlama yok. 2014’te hibrit motorları kullanılmaya başlandığında bu parçayı çok iyi dizayn eden Mercedes bunun avantajını uzun süre kullandı. Honda ise hala MGU-H’i tam kapasitede kullanmada sıkıntı çekiyor. 2021 motor kuralları tartışılırken MGU-H büyük bir soru işareti olmuştu. Takımlar bu sistemi kullanıp kullanmama konusunda kararsız kalmışlardı fakat sonunda aynı kurallarla devam etmeye karar verdiler.  Bu karmaşık sistemden ötürü Porsche’nin Formula 1’e girmekten vazgeçtiği iddia ediliyor.

Magneti Marelli yapımı MGU-H

Mercedes takımının internet sitesindeki verilere bakarsak, MGU-K’in 50000 rpm, MGU-H’in ise 125000 RPM ile çalıştığını görüyoruz. Daha hızlı dönen MGU-H orataya çıkan yüklerden dolayı yapısal olarak daha sağlam olmak zorunda. Fakat ayni zamanda daha büyük olduğu icin takımlar daha fazla mıknatıs da kullanabiliyor.

https://www.mercedesamgf1.com/en/mercedes-amg-f1/f1-m10-eq-power/

Hibrit sistemlerden alınan gücü arttırmak Formula 1’in gelecek planlarından biri. V10 motorlarının sesini özleyen Formula 1 fanları genelde bu konudan çok memnun olmasa da, şahsi görüşüm Formula 1’in gelişen teknolojinin öncüsü olması.

Oltan

Leave a Reply