Otomotiv teknolojilerinde bu seferki konuğumuz, Toyota'nın yenilikçi jeneratör sistemi.

Teknoloji, artık hayatımızın çok büyük bir parçası. Her geçen gün büyük yeniliklerin yapıldığı bir dünyada, otomotiv endüstrisi de bu inovasyonlardan nasibini alıyor. Geçtiğimiz ayın ortasında Audi'nin tanıttığı enerji geri kazanımı yapabilen süspansiyon sistemi ve Honda'nın Mayıs ayında patentini almak için başvurduğu üç kavramalı 11 ileri vitesli otomatik şanzıman, bu teknolojik yeniliklerin en son üyesi.

Rekabetin had safhada olduğu otomobil endüstrisinde her bir markanın yaptığı teknolojik atılımlar, rakiplerini de bu konuda çalışmaya itiyor. Sonuç olarak sürekli ilerleyen bir otomotiv sektörü görüyoruz. Bu yazımızda bahsedeceğimiz sistem, tetikleyici gruba dâhil. Sürekli gelişim felsefesiyle çalışan Toyota'nın imzasını taşıyan serbest pistonlu lineer (doğrusal) jeneratör sistemi, gerçekten ilgi çekici. Japon otomobil üreticisinin 2014 yılında ABD'nin Detroit kentinde düzenlenen SAE (Society of Automotive Engineers - Otomotiv Mühendisleri Topluluğu) Dünya Kongresi'nde tanıttığı bu prototip, elektrikli araç piyasasında ses getirmeyi başardı.

Bilindiği üzere elektrikli araçların menzil haricindeki kısıtlarından birisi de, düşük maksimum hızları idi. Toyota mühendisleri, geliştirdikleri serbest pistonlu lineer jeneratör (FPEG) prototipi ile bu konuya çözüm sunmuştu.

Bu sistemden bahsetmeden önce, aslında kısaltması FPLG (Free Piston Linear Generator) olan bu sistemin nasıl çalıştığına bir göz atalım.

Serbest pistonlu lineer jeneratörler, üç alt sistem olarak ele alınabilir:

  • Tek bir piston veya karşılıklı iki pistonun bulunduğu, bir veya daha fazla yanma odası
  • Stator ve hareketli mıknatıslardan oluşan ve bir biyel koluna bağlanan, bir veya daha fazla lineer elektrik jeneratörü
  • Krank mili olmadığı için pistonun geri itilmesini sağlayacak bir veya daha fazla geri döndürme ünitesi (bu genellikle gazlı amortisör veya karşı yanma odası oluyor)

FPLG sistemleri, içten yanmalı motorların beslediği geleneksel elektrik jeneratörlerine göre birçok avantaja sahip. Bunlardan birisi, FPLG'de krank milinin olmayışı. Bu sayede daha az elemanın bulunduğu, daha hafif ve daha küçük bir motor elde edilmiş oluyor. Krank milinin olmayışının getirdiği bir diğer artı ise motorun değişken sıkıştırma oranına sahip olması. Bu da motorun farklı yakıt türleri ile çalışabilmesi konusunda bir tasarım esnekliği sağlıyor. Bu noktada size Infiniti'nin geliştirdiği VC-T teknolojisini de hatırlatmak

Lineer jeneratörün getirilerinden birisi de, direnç kuvveti kontrol edilebildiği için piston hareketinin ve yanmanın üzerinde daha iyi bir kontrol imkânı vermesi. FPLG sistemlerinde motor ve jeneratörün toplam verimi yaklaşık %40 civarında. İçten yanmalı benzinli motorlarının gerçek verimlerinin yaklaşık %20-25 civarında olduğu düşünüldüğünde, bu değer gerçekten etkileyici.

Şimdi de sistemin çalışmasına bir göz atalım:

  1. Yanma odasında, hava ve yakıt karışımı yakılır. Böylece bir basınç artışı gözlenir ve hareketli parçalar (biyel kolu, lineer jeneratör ve piston) gazlı amortisöre doğru ilerler.
  2. Pistonun alt ölü noktaya (AÖN) doğru yaklaşması sonucunda gazlı amortisör sıkışır.
  3. Bu sırada taze hava ve yakıt karışımı yanma odasına doldurulur; gelen yeni dolgu, egzoz gazlarının yanma odasını terk etmesini sağlar.
  4. Sıkışan gazlı amortisör, hareketli parçaları üst ölü noktaya (ÜÖN) doğru iter. Bunun sonucunda hava ve yakıt karışımı sıkıştırılır ve yakılır. Bunun ardından döngü i numaralı adıma geri dönerek yeniden başlar.

Bu proses, iki zamanlı motorun çalışmasına oldukça benziyor; ancak tam olarak aynısı değil. Lineer jeneratör, sadece genişleme stroğunda değil, aynı zamanda sıkıştırma stroğunda da bir ters kuvvet oluşturabiliyor. Kuvvet profili ve şiddeti, piston hareketini etkilediği gibi genel verimliliği de etkiliyor.

Toyota'nın FPEG adını verdiği sistemde ise serbest pistonlu lineer jeneratörler ile ürettiği güç 10 kW, yani yaklaşık 13.5 bg. Japon üretici, oldukça kompakt bir yapıya sahip bu sistemi B ve C segmentinde yer alan elektrikli araçlarla birlikte kullanarak bu otomobillerin 120 km/s hıza ulaşmasını sağlayabiliyor.

FPEG sistemi, iki zamanlı bir yanma odası, gazlı amortisör ve bir lineer jeneratörden oluşuyor. Prototip düşük sürtünme, iyi bir ısıl verim ve düşük titreşim özellikleri ile dikkat çekiyor. Sistemin çalışma prensibi ise klasik lineer jeneratörlere oldukça benzer. Lineer bir bobin içinde hareket eden piston üzerine yerleştirilmiş mıknatıs ve yanma gazından gücünü alan sistem, kinetik enerjiyi elektrik enerjisine çeviriyor.

 

Sistemin en önemli elemanı, bobin içinde yaptığı hareketler sayesinde elektrik üretilmesine yarayan mıknatıslara ev sahipliği yapan piston. Toyota'nın 'W şekli' adını verdiği, içi boş ve silindirik bu eleman iki farklı çapa sahip. Küçük çaplı bölüm yanma odasında çalışırken, büyük çaplı kısım gazlı amortisör bölümüyle birlikte çalışıyor.

Aşağıdaki videoda, Toyota'nın FPEG sisteminin tam olarak nasıl çalıştığını izleyebilirsiniz. İyi seyirler!


Kaynak: Wikipedia, YouTube

Toyota'nın Serbest Pistonlu Lineer Jeneratörü