Manifoldlar
Oleh Sinan Tektaş
Manifolt terimi daha çok motorlu araçlarda, tek bir borudan gelen hava ve yakıt karışımını silindirlere ayrı ayrı ileten emme manifoldu ve silindirlerden ayrı ayrı çıkan egzoz gazlarını birleştirerek tek bir boru ile dışarı atan egzoz manifoldu biçiminde kullanılır.
Emme Manifoldu Ve Hava Emiş Sistemi
Motor hava emiş sistemi, motorun çalışabilmesi için temiz havanın yanma odasına gönderilmesini sağlar. Hava emiş sisteminin iki temel elemanı hava filtresi ve emme manifoldudur.
Emme manifoldunun görevi, her motor devrinde motorun ihtiyaç duyduğu yeterli miktardaki havayı silindirlere göndermektir. Motorun yakıt enjeksiyon sistemine göre emme manifoldu sadece hava veya hava-yakıt karışımını emme supaplarından geçirerek yanma odasına gönderir.
Eski karbüratörlü araçlarda emme manifoldu hava-yakıt karışımını silindirlere gönderiyordu. Daha sonra tek nokta enjeksiyonla manifolda püskürtme devam etti. Çok nokta enjeksiyonla yakıt, emme manifoldunun son çıkış kısmına emme supabının hemen arkasına püskürtüldü, yani yakıt emme manifoldunun tüm iç duvarlarına yapışmadı-dolaşmadı. En son çıkan sistem olan direkt benzin enjeksiyon sistemiyle, yakıt direkt yanma odasına püskürtüldü ve emme manifoldundan sadece hava alındı.
Emme manifoldları motorun yan kısmında bulunur ve silindir kapağına manifold contasıyla sızdırmaz olarak civatalanmıştır. Genelde plastikten veya alüminyumdan yapılan, her silindir için bir hava kanalına ayrılan boru-kanal sistemidir. Her silindire aynı miktarda havayı göndermesi gerekir. Emme manifoldunda hava boruları keskin köşeler oluşturmadan yani hava akış direnci oluşturmadan kavis şeklinde olmalıdır.
Motorlar hava besleme sistemine göre ikiye ayrılır: Atmosferik motorlar, Aşırı beslemeli (Turbo) motorlar.
Atmosferik motorlar genellikle benzinli motorlardır (eski turbosuz dizel motorlar harç). Benzinli motorların emme manifoldunun hava girişinde gaz kelebeği vardır. Atmosferik motorlardaki hava emiş sisteminde, hava filtresi havayı temizlerken, gaz kelebeği havanın miktarını ayarlar ve hava emme manifolduna, buradan da emme supaplarına geçer. Emme supapları açılıp kapanarak havanın yanma odasına girişini kontrol ederler. Havanın motora alınmasını, silindirlerde emme zamanında oluşan vakum ve çevredeki havanın 1 barlık basıncıdır. (Vakum; yanma odasındaki basıncın 1'barın altına düşmesidir)
Aşırı beslemeli (Turbolu) motorlar, atmosferik motorlarında dışında en yaygın motor hava besleme tipi turbo şarjlı motorlardır. Motorlarda iki çeşit turbo şarj kullanılır: egzoz turbo şarjı veya supercharger (kompresör).
Turbo şarjlı (aşırı beslemeli) motorlarda hava turboda basınçlandırılır (1 – 4 bar), intercooler’ da soğutulur ve daha sonra yanma odasına gönderilir.
Süperşarjlı (Kompresörlü) motorlarda, emme manifolduna basınçlı havayı bir kompresör gönderir. Bu kompresör hareketini bir kayışla motordan alır (yani motordan ekstra güç çeker), kompresörün içindeki rotorlar havayı çeker ve sıkıştırıp (basınçlandırarak) motora gönderir. Egzoz turbo şarjı kadar verimli değildir.
Benizli motorlarda gaz kelebeği vardır, dizel motorlarda gaz kelebeği yoktur; bir hava klapesi (stop klapesi) vardır, stop edince havayı anında keserek motorun sarsıntısız stop etmesini sağlar.
Emme manifoldunda emilen hava sıcaklık sensörü ve mutlak basınç sensörleri bulunur.
Değişken Yollu Emme Manifoldu (Çift Yollu Emme Manifoldu)
İçten yanmalı motora ihtiyacı olan havanın doğru miktarda ve doğru zamanda verilmesi çok önemlidir. Klasik motorlarda emme manifoldunun tasarım sabittir ve hava direkt olarak silindirlere yönlendirilir, havanın manifold içinden geçtiği kanal sabittir.
Çift yollu değişken emme manifoldu sistemindeyse, havanın geçiş yolu "uzun yol" ve "kısa yol" olmak üzere değiştirilir.
Havanın emme manifoldunda yanma odasına alınması sırasındaki basınç değişimleri, supapların açılıp kapanmasıyla oluşan dalgalar, havanın yanma odasına alınmasını etkiler. Emme manifoldunda oluşan bu dalgaların oluşumunuysa, manifol içerisindeki kanallar etkilemektedir, yani hava geçiş kanal boyu değişirse, dalganın yapısı da değişiyor.
Düşük ve orta motor devirlerinde, havanın uzun boya sahip emme manifoldu kanalından geçmesi daha verimliyken;
Yüksek motor devirlerinde, havanın daha kısa bir manifoldtan alınması daha verimli olmaktadır.
İşte motorun farklı devirlerde farklı boylardaki hava emiş kanalına gereksinim duyması, emme manifoldunu değişken tip çift yollu yapma zorunluluğunu getirmiştir. Bu sistem elektronik kontrol ünitesi tarafından otomatik olarak kumanda edilir ve her motor devrinde yeterli havanın alınması sağlanarak volümetrik verim arttırılır.
Düşük motor devirlerinde klape kapalı konumdadır ve hava uzun yoldan geçerek yanma odasına girer.
Yüksek motor devirlerinde, bir selenoid valf ve bir pnömatik valf yardımıyla, ECU'nün sinyaliyle manifold içerisindeki kapaklar (klapeler) açılarak havanın daha kısa yoldan geçerek yanma odasına girmesi sağlanır. Emme manifoldundaki hava yönlendirme kapaklarının pozisyonu, bir potansiyometre tipi sensörle ECU'ye bildirilir. Hava yönlendirme kapakçıklarının açıklık miktarı, ateşleme ve enjeksiyon üzerinde etkilidir, buna göre ayarlamalar yapılır. Yanma kalitesini etkilediği için egzoz emisyonlarını da etkiler.
Çift yollu değişken emme manifolduyla, motorun torku ve gücü artar, yakıt sarfiyatı azalır.
Egzoz Manifoldu Ve Görevi
Egoz manifoldu, silindir içindeki yanmış gazın çıkış borusudur. Genelde 4 adet silindirden çıkan boru birleşir ve katalizöre girer. İçteki silindir ile katalizör arası egzoz manifoltudur. Bazı turbo modellerde manifold turboşarja bağlanır. Egzoz gaz basıncı turboşarjın pompasını çalıstırır. Turboşarj da temiz hava emerek bu havayı sıkıştırarak yanma odasına yollar.
Manifoldlar arasında 4-2-1'lerin 4-1'lere göre, performans kriterleri açısından farklı olduğu her zaman söylenir. Ana gerçek, 4-2-1'lerin düşük devirlerde daha iyi güç verdiği, 4-1'lerin ise buna kıyasla düşük devirde daha az, ama yüksek devirde daha çok güç verdiğidir. Ancak en iyi performans için hangi manifoldun uygun olduğuna karar verilmesi, sadece bu kıyaslamaya bakarak gerçekleştirilemez. Detayları tam olarak aşağıda açıklıyoruz.
Motor içinde yakıt yandıktan ve egzoz subaplarından atıldıktan sonra bir basınç dalgası oluşur, bu dalga enerjiye sahiptir ve silindirden, normalden daha çabuk gaz çıkmasına katkıda bulunabilir. Performans manifoldlarının amacı budur. Bu dalgaların doğal harmonikleri ve atımları, doğru kullanıldıklarında performans artışı yaratabilir. Bunun için egzoz boruçapının ve uzunluğunun doğru olması kritiktir.
Doğru hesapta, 4-1 manifold için 4 ayrı silindirden çıkan gazların bir araya gelmesi, 80-86cm civarında gerçekleşmelidir. Eğer manifold 4-2-1 tipte olursa ilk ikişer boru 40-43cm civarında, sonrasındaki iki boru ise yine 40-43cm civarında uzunluğa sahip olmalıdır. Tüm boruların birleşmesinden sonra ilk susturucuya veya katalitik konvertöre kadar olan mesafenin de yine 80-86cm civarında olması gerekir.
Peki neden bu uzunluklar bu kadar kritiktir? Egzoz manifoldundan çıkan gazların atımları, ilk karşılaşmaya kadar boruda ilerler. Bir silindirden çıkan gaz, diğer silindirden çıkan gaz ile karşılaştığı anda, geriye doğru bir atım gerçekleşir. Eğer karşılaşma anına kadar olan uzunluklar doğru ayarlanmış ise geri atımlar egzoz subaplarından çıkacak gaz için başarılı bir emiş gücü sağlarlar. Eğer uzunluklar yanlış hesaplanırsa geri atımlar olumlu bir etki yaratamayacağı, hatta artı basınç oluşturması ile gazın silindirlerden çıkışını daha da güçleştirebileceği için motorun üreteceği güç standardından dahi düşük hale gelebilir.
Bazılarınızın söylediğini duyar gibi oluyoruz, standart manifoldların bu uzunluklarla hiç bir ilgisi yok, peki nasıl oluyor da standart manifoldlar bu şekilde üretiliyorlar? Şu şekilde açıklayabiliriz. Gazın harmonikleri ve boruların uzunlukları katları ile orantılı bir şekilde de kullanılabilirler. 80cm'yi doğru uzunluk olarak kabul edersek, 4 silindirden çıkan 4 egzoz borusunu 160cm'sonunda birleştirirseniz de uygundur, 40cm veya 20cm sonunda birleştirseniz de uygundur. Eğer ilk susturucu 20 ya da 40 ya da 80 ya da 160cm sonrasına yerleştirilirse bu da problem değildir. Bundan dolayı standart egzoz manifoldları bu hesaplar doğrultusunda üretilebilmkete ve kötü görünmelerine rağmen işlevlerini yerine getirebilmektedirler.
Tamam, o zaman problem nerede? Sorun çoğu egzoz manifoldu üreticisinin bu kurallara uymamasıdır. Üretim zorluğu veya kaput altındaki yer kısıtlaması gibi sebeplerden dolayı kimi üreticiler bu hesaplamaları göz ardı edebilmektedirler. Evet, 4-2-1 standart bir manifold düşük devirlerde yüksek güç vermelidir, ama bu ancak manifoldun oranlarının mükemmel olması durumunda mümkündür. Standardından daha iyisini kimsenin üretemediği egzoz manifolduna sahip örnek bir otomobil Peugeot 205 MI16'dır. Manifoldu elbette döküm demirdir, ancak görevini mükemmel bir şekilde yerine getirir.
Boru uzunlukları ve boyutlarıyla ilgili konu, manifold harici egzoz sistemleri için de geçerlidir. Bundan dolayı çoğu üretici katalizörün yerine yerleştirilmesi amacıyla manifolddan uygun miktarda uzağa takılacak bir kit de sunmaktadır. Egzoz sistemindeki örnek olarak orta susturucuyu çıkartıp yerine düz boru yerleştirmenin performansa bir katkısı yoktur, tabii arka susturucunuz hesaplamalara uygun bir uzaklığa denk bir mesafede olmadığı sürece. Bu da, arka susturucular uygun alan bulunan herhangi bir yere takıldıkları için genelde pek mümkün değildir.
Peki katalizör iptali yapıldığında aracın performansı belirgin şekilde artıyor, buna ne dersiniz? Evet, bu doğrudur, ancak bunun boru uzunlukları veya harmoniklerle hiç bir ilgisi yoktur, bu sadece katalizörün kısıtlamasının ortadan kalkması ile ilgilidir. Katalizörü iptal etmek performansı arttırabilir, ancak katalizörü iptal edip doğru hesaplamaların ışığında katalizörün yerine takılacak bir performans ürünü performansı muhakkak daha fazla arttırır.