Sezonun başından beri hemen herkesin açıkça gördüğü birşey var: Mercedes motorunun diğer motorlara karşı üstünlüğü ve Mercedes’in kendi takımının da motor verdiği diğer takımlara, dolayısıyla herkese, karşı üstünlüğü. Bazı yerlerde motorlar arasında 90 beygire kadar güç farkı olduğu söylense de, bu fark kesinlikle salt motor gücünden kaynaklanmıyor. İşte rakiplerin Mercedes’i yakalaması için çözmesi gereken problemlerden birkaçı.
Geçtiğimiz yıllarda aerodinamik verim olarak en baskın olan araç şüphesiz Red Bull’du. Bu yıl ise bu ünvan Mercedes’e gitmiş görünüyor. Red Bull’un hala herkesten fazla downforce ürettiği söylenebilir, ama zirveye oynarken iş sadece downforce’da bitmiyor.
Olayı iki boyutta düşünürsek, akış altındaki bir gövdeye etkiyen kuvvetler pekala iki kuvvet altında toplanabilir: Sürtünme (Drag) kuvveti ve Yere Basma (Downforce ya da Lift). akış yönünün tersine, akışı ya da hareketi engellemek isteyen kuvvet “Drag”, Akış yönüne dik olan kuvvet de “Downforce” olarak tanımlanabilir. Yüksek downforce sahibi bir aracı tasarlamak ve üretmek eğer drag kuvveti ile ilgilenmiyorsanız çok problem olmayacaktır. Ancak yüksek downforce beraberinde yüksek drag da getireceğinden en iyi çözüm “mümkün olan maksimum downforce ve minimum drag” yaratan pakette bulunacaktır. Dolayısıyla basitçe aerodinamik verimliliği “downforceun draga oranı” olarak tanımlayabiliriz. Red Bull ve Mercedes’i ayıran nokta da bu olarak göze çarpıyor. Red Bull hala virajlardaki en hızlı takım zira en yüksen downforcea sahip paket onlarınki gibi görünüyor. Ancak bu kez bu downforcela beraber gelen drag onları totalde Mercedes’in gerisine düşürüyor. Mercedes bu kez hız ve downforceun orta yolunu Red Bull’dan daha önce bulmuş gibi. Çin’de Red Bull takımının downforcedan ödün vermeden dragı azaltmak için kanatlar üzerinde oynamaları da bu verileri doğrular nitelikte.
Sky F1’den Mark Hughes ise Mercedes’in bu dominasyonunu turbo motordaki basit ama inanılmaz etkili bir değişikliğe bağlıyor: kompresörün konumu. İsterseniz önce turbo motor ile ilgili birkaç alıntı yapalım:
“Yanma odasında patlayan hava-benzin karışımı, gaza dönüşerek egzoz subaplarından egzoz manifolduna doğru itilir. Bu aşamada egzoza giden gazın basıncı, yol üzerindeki turbonun pervanesini döndürür ve bu yönlü pervane sayesinde gazın önemli bir kısmı türbine girer. Türbin basınçlı gazla dolduğu andan itibaren ters yöndeki kompresör pervane de basınçla dönmeye başlar. Gazı, basınçlı bir şekilde, dışarıdan alınan ve emme manifolduna giren temiz havanın üzerine püskürterek motora giren toplam hava yoğunluğunu ve basıncını normalin yaklaşık %50 daha üstüne çıkarır. Bu da içeri giren havanın benzinle birlikte ateşlendiğinde çok daha şiddetli bir patlama gerçekleştirmesini sağlar.
Silindirlerden gelen egzoz gazı türbin pervanesinin bıçaklarına çarparak türbinin dönmesini sağlar. Türbine ne kadar fazla gaz gelirse o kadar hızlı döner.
Milin diğer ucundaki pervane ise kompresör pervanesidir. Bu pervane egzoz gazının silindirlere iletilmesi yolunda basınç uygulamaktadır.
Bu pervaneler dakikada 150.000 kere dönmektedirler. Bilgisayarınızdaki harddisk’in bile dosyalarınızı okumak için dakikada 7200 kere dönebildiğini düşünürsek bu dönüş hızı inanılmazdır. Burada turbonun yağsız kalması demek anında yanması anlamına gelmektedir. O yüzden pervaneleri tutan milin çok dikkatli şekilde konumlandırılması gerekir çünkü yanlış bir setup, milin kendi oluşturucağı momentumdan kırılmasına yol açacaktır. Bu pervanelerin dönmesi için sıvı yataklar kullanılmaktadır. Bu sayede hem milin soğuması sağlanıyor hemde sürtünme katsayısı düşürülüyor.”
Turbo motorlarda karşılaşılan iki önemli problem de şöyle özetlenebilir:
“Maxi Boost:
Turbo basıncını yükseltmek her ne kadar maksimum gücü elde etmemizi sağlasada silindirlerin ve pistonların dayanabileceğinden fazla basınç içerlemek Knocking denen problemi doğurmaktadır. Knocking aslında silindir ve pistonlardan gelen tık tık sesidir. Motor bu devrede detonasyona uğrar ve silindirlerde oluşan ısı yükselir. Motora giden havayı ne kadar fazla sıkıştırırsanız, hava o kadar fazla ısınacaktır. Turbo gelen gazı sıkıştırarak motora gönderir fakat doğacak bu basınçtan ısınan hava silindirler içindeki bujiler tarafından gerçekleştirilen patlamanın önüne geçer. Eğer pistonlarınız ve silindirleriniz buna uygun değilse hepsi birer mum gibi birkaç dakika içinde erirler. Bu yüzden turbo motorları devamlı yüksek oktan benzine ihtiyaç duyar. Bu avans(knocking) probleminin önüne geçmek için de motorların sıkıştırma oranları düşürülmektedir.
Turbo Lag:
Turbolarla ilgili en önemli problemlerden biride türbinin geç devreye girmesidir. Her ihtiyaç duyduğunuzda gaza basıp güç elde etmek mümkün değildir çünkü salyonagozun içindeki pervane ancak belli bir motor devrinden sonra dönmeye başlamaktadır. Turbonun devrede olmadığı bu zaman sürecine Turbo Lag denilir. Turbo devreye girdiği zamanki araçtaki ani tekme etkisi bu yüzdendir. Turbo devreye girer ve araç çıldırmış gibi saldırıya geçer.
Turbodaki bu gecikmeyi azaltmanın birçok yolu var, en kolay yolu Turbo içindeki dönen ana parçaları hafifletmekle olur. Hafifletmekte küçültmekle olur. Bu da pervanenin ve kompresörün daha hızlı çalışmasına olanak sağlayarak erken devreye girmesine yol açar. Fakat bu turbolar büyük turbolar gibi yüksek basınç üretemezler. Bir başka yol ise Dump Valve kullanımıdır.
Turbo hakkındaki bu kısa olması gerekirken uzayan bilgiden sonra isterseniz Mercedes’in olaya yaklaşımına bakalım. Geleneksel yaklaşımda türbin ve kompresör birbiri ardına konumlanır. Bu şekilde ortaya çıkan ısı sonucunda hava genleşir ve yoğunluğu düşer. Bu problemin üstesinden gelen ise alıntı da da belirtilen intercooler üniteleridir. Bu çözüme Mercedes daha farklı bir yoldan gitmiş bu kez: türbin ve kompresörü ayırmak. Türbin ve kompresörün bu şekilde motorun ortasından geçen bir şaft ile birbilerine bağlanması gerekmiş. Bu şekilde öne ve dolayısıyla hava girişlerinin yakınına alınan intercooler ünitesi eskisinden daha küçük olabiliyor. Bunun getirdiği avantajlar ise şunlar: küçük bir intercooler aracın hava girişlerinin de küçülmesi demek. Dolayısıyla drag kuvveti azalıyor. Küçük bir parça, her ne kadar ekstradan bir şaft bağlantısı gerektirse de, aracın ağırlık dağılımını yaparken de mühendislerin işini kolaylaştırıyor. Bağlantılar da kısalıyor üstelik, turbo lagı gidermek için kullanılan güç ünitesinin işi azaltılmış oluyor bunun da yardımıyla. Dolayısıyla buradan gelen kazanç ekstra güç olarak kullanılabiliyor gerektiğinde. Elde edilen bu fazla güç Mercedes’in daha az olan yakıt tüketimini de açıklıyor. Ayrıca aracın arka tarafındaki majör bir parçanın öne alınması, arka tarafın tasarımında da özgürlük getiriyor.
Yazının önceki kısımlarına belirtilen belirtilen bir turbo problemi daha var “maxi boost”. Eğer herhangi bir önlem alınmazsa motor hızlandıkça çıkan egzoz gazı artacak, egzoz gazı arttıkça türbinin devri artacak, türbinin devri arttıkça motora verilen havanın basıncı artacak ve motorun gücü artacak, dolayısıyla hızlanacaktır. Bu şekilde artacak basınçların önüne geçmek için alıntı yaptığımız kaynakta sıkıştırma oranının düşürüldüğü söylenmiş. Daha sonra bahsedilern ve F1de de kullanılan bir çözüm ise içerideki basınç belirlenen bir değeri aşınca fazla egzozu öylece dışarı bırakan bir atık valfi bulundurmak. Mercedes basınç yükseldiğinde egzozu bypass etmek yerine ilk felsefeyi uyguluyor: gücü düşürmek. Bu durumda motor zaten kendisine verilebilecek maksimum basınçtaki havayı hala alıyor. Yani Mercedes, motora gönderip dışarı atacağı enerjiyi bir şekilde hiç göndermemeyi seçiyor. Hani meşhur “bir portakal yemekle on portakal yemek arasında fark yok, c vitamininin fazlası atılıyor” muhabbetindeki gibi.
Belki bu ana kadar okumaktan sıkılmış olabilirsiniz ancak Mercedes motorunun ilginçlikleri burada da bitmiyor. Daha önce mercedesin türbin ve kompresörü ayırdığından bahsettik. Bu iki eleman “V” motorun üstünden geçen bir şaft ile birbirine bağlanıyordu. Şimdi ise bu iki parçanın zaman zaman aynı anda döndürülmediğinden bahsedeceğiz. Bazı yavaş virajların çıkışında motor yalnızca kompresörü döndürüyor, türbini değil. Böylece türbinden gelen dirençle uğraşmamış oluyor. İşin içinde bir bit yeniği var gibi değil mi? Yönetmeliğin ilgili maddeleri şöyle diyor:
“5.1.6
Pressure charging may only be effected by the use of a sole single stage compressor linked to a sole single stage exhaust turbine by a shaft assembly parallel to the engine crankshaft and within 25mm of the car centre line. The shaft must be designed so as to ensure that the shaft assembly, the compressor and the turbine always rotate about a common axis and at the same angular velocity, an electricalmotor generator (MGU-H) may be directly coupled to it.
5.2.4
The MGU-H must be solely mechanically linked to the exhaust turbine of a pressure charging system. This mechanical link must be of fixed speed ratio to the exhaust turbine and may be clutched.”
5.1.6 diyor ki, türbin ve kompresör daima aynı eksen etrafında ve aynı hızla dönmelidir. 5.2.4e göre de motor bu elamanlara yalnızca mekanik olarak bağlanmalı, ancak bir debriyaj içerebilir.
Mercedes bu sorunu şöyle çözüyor, bir debriyaj vasıtasıyla gerektiğinde aradaki bağlantıyı keserek. E aradaki bağlantı kesilince türbin hemen yavaşlamayacak mı? Hani aynı açısal hızda dönme zorunluluğu? Bu noktada “energy storage” kavramının en ilkel çözümü devreye giriyor, “flywheel”, Türkçesi “volan”. Şaftın türbine bağlı olduğu yere konumlandırılan volan ile bağlantı kesilse dahi, ki çok uzun sürelerle kesilmiyor, eşit açısal hıza bağlı olma koşulu korunabiliyor. Şafttan çok daha büyük bir atalete sahip olan volan, sahip olduğu kinetik enerji ile hızın dalgalanmasını engelliyor.
Mercedesin sadece motoru sayesinde sağladığı avantajlar şimdilik bu kadar biliniyor. Sayıca fazla olan bu avantajlar bir “F-kanal” ya da “çift katmanlı difüzör” den çok daha zor anlaşılır ve çok daha zor kopyalanabilecek şeyler. Bu yüzden Mercedes’in dominasyonu kırılamazsa şaşırmamak gerek.
Ağırlıklı olarak makina mühendisi içeren kadromuz olarak olaya biraz da araştırmayla ve İtalyan bloglarının da inanılmaz yardımıyla böyle bir bakış açısı elde ettik. Eğer bildiğiniz, şaşırdığınız, eklemek istediğiniz başka şeyler varsa, Twitter üzerinden hep beraber kafa patlatmayı çok isteriz 🙂
One comment
Comments are closed.