İki Zamanlı Motor Neden Otomobilden Silindi?

Bu Sayfayı Paylaşın
İki zamanlı motor otomobillerden kalktı, çünkü temel çalışma prensibi yakıt ve yağın bir kısmını doğrudan egzoza atıyor; 1980'lerde sıkılaşan emisyon düzenlemeleri bu yapıyı yasak sınırına itti ve dört zamanlı motorların hızlı gelişimi boşluğu doldurdu. Ama bu, hikâyenin sonu. Bir dönem milyonlarca otomobili hareket ettiren, elle kaldırılabilen ve üretimi son derece ucuz olan bu motorun yükselişi ve düşüşü, otomobil tarihinin en ilginç mühendislik hesaplaşmalarından birini anlatıyor.
Öne Çıkanlar
- İki zamanlı motor, bir güç çevrimini iki krankmili turunda tamamlar; dört zamanlı aynı işi iki turda yapar.
- Trabant 601'in motorunda yalnızca 5 hareketli parça vardı ve motor elle kaldırılabilecek kadar hafifti.
- Saab 96'nın 841 cc üç silindirli iki zamanlısı başlangıçta 38 hp üretiyordu; 1966'ya kadar bu değer 46 hp'ye çıktı.
- Batı'da iki zamanlı otomobil üretimi 1980'lerde emisyon kuralları nedeniyle sona erdi; Doğu Bloku yaklaşık 1991'e kadar devam etti.
- Tipik yakıt-yağ oranı 32:1; bu yağ yakılarak atılıyor ve hidrokarbon emisyonunu şişiriyordu.
İki Zamanlı Motor Nasıl Çalışır ve Neden Bu Kadar Basittir?
Bir içten yanmalı motorun yapması gereken işin tanımı nettir: emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz. Dört zamanlı motor bu dört aşamayı pistonun dört darbesine, yani krankmilin iki tam turuna yayar. İki zamanlı motor ise aynı çevrimi pistonun iki darbesinde, tek bir krankmili turunda tamamlar. Sonuç matematiksel olarak açıktır: piston her üst ölü noktaya ulaştığında yanma olur ve güç üretilir. Dört zamanlıda güç dört güç darbesinden yalnızca birinde gelirken, iki zamanlıda her üst noktada gelir. Güç darbesi frekansı ikiye katlanır.
Bu hızın bedeli, supap mekanizmasının feda edilmesidir. Temel krankkasalı iki zamanlı tasarımda supap yoktur; onların görevini silindir duvarındaki portalar ve pistonun kendi hareketi üstlenir. Egzoz portu, güç darbesi sırasında piston aşağı inerken açılır; yeni yakıt-hava karışımı transfer portundan silindire girer ve kalan egzoz gazını dışarı iter. Bu süpürme işlemi, motorun hem en zekice hem de en zayıf halkasıdır - birazdan göreceğiz. Yağlama da benzer bir sadeliğe dayanır: yağ yakıta karıştırılır, krankkasa içinden geçer ve motorla birlikte yanar. Karışım her yönde çalışmayı mümkün kılar; bu yüzden iki zamanlı motor yerçekiminin yönünün önemsiz olduğu taşınabilir aletler için hâlâ idealdir.
Döngüsel Süpürme: Kritik İyileştirme
Erken iki zamanlı motorlar basit çapraz akışlı süpürme kullanıyordu ve taze karışımın egzoza kaçması ciddi bir sorundu. Adolf Schnürle'nin 1920'lerin ortasında geliştirdiği tasarım Dayanak alan döngüsel (loop) süpürme, taze karışımın silindir içinde kontrollü bir döngü çizerek egzoz gazını dışarı itmesini sağladı. Bu çözüm 1930'larda Almanya'da yaygınlaştı ve II. Dünya Savaşı'nın ardından tüm dünyaya yayıldı. Sonraki mühendislik değerlendirmeleri, döngüsel süpürmenin her koşulda çapraz akıştan daha verimli olduğunu doğruladı; savaş sonrası iki zamanlı otomobillerin tümü bu mimari üzerine kuruldu.
Erken Dönem: Clerk, Benz ve Supapsız Motorun Doğuşu
İki zamanlı fikri, otomobilin kendisi kadar eski. Silindir sıkıştırmalı ilk ticari iki zamanlı motorun patentini İskoç mühendis Dugald Clerk 1881'de aldı; ama Clerk'in tasarımı, sıkıştırmayı ayrı bir doldurma silindiriyle yapan hantal bir yapıydı. İlginç bir tarihî not: Karl Benz, 31 Aralık 1879'da iki zamanlı bir gaz motoru üretti ve 1880'de Almanya'da patentini aldı. Otomobilin babası sayılan ismin ilk motoru, dört zamanlı değil iki zamanlıydı.
Asıl dönüm noktası, modern iki zamanlının omurgasını oluşturan krankkasa-süpürmeli tasarımın gelişi oldu. Bu yaklaşım genellikle İngiliz Joseph Day'e atfedilir; Day'in çalışanı Frederic Cock ise motoru tamamen supapsız hale getirerek bugün tanıdığımız formu yarattı. İlk gerçekten pratik uygulama yine İngiltere'den geldi: Alfred Angas Scott, 1908'den itibaren ikiz silindirli, su soğutmalı motosikletler üretti. Motorda olgunlaşan teknoloji, sonraki on yıllarda otomobile aktarılacak, tam da Avrupa'nın en çok ihtiyaç duyduğu anda.
DKW ve Savaş Sonrası Avrupa'da İki Zamanlı Patlaması
Savaş sonrası Avrupa'da çelik kıttı, para kıttı, her şey kıttı. Bir otomobilin hareketli parçası ne kadar azsa, o kadar ucuza üretilebilir ve o kadar kolay tamir edilirdi. İki zamanlı motor bu hesabın tam ortasındaydı: daha az parça, daha düşük ağırlık, daha basit bakım. Ayrıca güç darbesinin iki kat sık olması, litre başına daha yüksek güç demekti - küçük hacimli motorlarla makul performans alınabiliyordu.
Bu sahnenin merkezindeki isim DKW'ydı. Kurucusu Danimarkalı Jørgen Skafte Rasmussen, 1928'de Zwickau'daki Audi fabrikasını satın almıştı. DKW, 1929'dan itibaren otomobil üretmeye başladı ve iki zamanlı motorlarını başka üreticilere de tedarik etti; 1929'da 600 cc'lik ikiz silindirli, 15 hp'lik motorlarla motor sporları kariyerine başladı. 1930'ların DKW tasarımları, bugün iki zamanlı motor tarihinin en önemli eseri olarak değerlendiriliyor. 1953'te şirket, önden çekişli, üç silindirli, 896 cc'lik iki zamanlı DKW 3=6 modelini - "Sonderklasse" adıyla - tanıttı.
Başlıca İki Zamanlı Otomobil Üreticileri
- Saab (İsveç): 92, 93, 95, 96, Sonett II ve türevlerinde üç silindirli iki zamanlı kullandı.
- DKW ve Auto-Union (Almanya): Teknolojinin ana geliştiricisi ve tedarikçisi.
- VEB Sachsenring (Doğu Almanya): Trabant'ın üreticisi.
- VEB Automobilwerk Eisenach (Doğu Almanya): Wartburg'u üretti.
- FSO ve FSM (Polonya): Lisanslı iki zamanlı üretim.
- Suzuki ve Subaru (Japonya): 1970'lere kadar iki zamanlı otomobil üretti.
Mikroaralarda da prensip aynıydı. Messerschmitt KR200 gibi araçlarda geri vitesi kaldırmak pahalıya patlıyordu; iki zamanlı motor kısa süreliğine ters yönde çalıştırılarak geri hareket sağlanabiliyordu. Bu, mühendislik zarafetinden çok yoksulluk mantığıydı - ama işe yarıyordu.
Trabant ve Wartburg: Doğu Bloku'nun İki Zamanlı Omurgası

Trabant, iki zamanlı felsefesinin en saf ifadesiydi. Trabant P50'nin motoru aslında DKW F8'den geliyordu: 500 cc, önce 17 hp sonra 18 hp. Ardından gelen Trabant 601, 594,5 cc'lik (72×73 mm) iki silindirli iki zamanlı bir Otto motoru taşıyordu. Üretime göre versiyonlar değişti: 1963–1970 arası motorlar 23 hp, 1970–1990 arası motorlar 4200 rpm'de 26 PS (19,1 kW) üretti. Tork 53 Nm, maksimum hız yaklaşık 100 km/h, litre başına güç 38,7 hp idi.
Rakamlar mütevazı, ama asıl çarpıcı olan motorun mimarisinde: Toplam yalnızca 5 hareketli parçası vardı ve o kadar hafifti ki elle kaldırılabiliyordu. Doğu Almanya koşullarında bu, sahiplerinin kendi motorlarını yolda tamir edebileceği anlamına geliyordu. Bedeli de vardı: motor karışım yakıtıyla (benzin-yağ karışımı) çalışıyordu, seyir hızı civarında yokuşlarda 23 hp ve 52 Nm'lik güç ve tork belirgin biçimde yetersiz kalıyordu. Performans sorunu değil, menzil ve refah sorunu buydu.
Kardeş marka Wartburg ise daha iddialıydı: DKW geliştirmesi 910 cc'lik üç silindirli iki zamanlı motorla başladı (başlangıçta 28 bhp), 1962 sonrasında hacim 991 cc'ye çıkarıldı. Bu motorlar, Trabant'ın mütevazı ünitesine göre üst sınıf bir sürüş sunuyordu - ama aynı temel prensip üzerine kuruluydu ve aynı çevresel hesabı ödemek zorundaydılar.
Saab: İki Zamanlının En Zarif Sesi
İki zamanlı otomobilin en başarılı yorumlarından biri İsveç'te yapıldı. Saab'ın ilk otomobili Saab 92, Aralık 1949'da üretime girdi ve son derece aerodinamik gövdesiyle dikkat çekti. Şirket, DKW tasarımına dayanan 750 ve 850 cc üç silindirli, döngüsel şarjlı motorlar geliştirdi; 750 cc'lik standart ünite yıl ve modele göre 36–42 hp üretiyordu. Monte Carlo Ralli versiyonundaki dolumlu krankmilli motor ise 65 hp'ye ulaşıyordu - küçük hacimli bir iki zamanlı için etkileyici bir değer.
Saab 93 (Aralık 1955) ile sıralı üç silindirli motor geldi ve bu ünite, Saab'ın adını dünyaya duyuran motor oldu. Saab 96 (1960–1980) ise başlangıçta 841 cc'lik üç silindirli iki zamanlı taşıyordu: başlangıçta 38 hp, 1966'ya kadar 46 hp. Ama tablo giderek daralıyordu. Saab, iki zamanlıları 1960'ların ortasında aşamalı olarak bıraktı ve 1967 model yılından itibaren Ford Taunus V4'e geçti. 1967 model Saab 96, tarihe "son yüksek düzey iki zamanlı otomobil" olarak geçti. Dört zamanlının gürültüsüz, dumansız ve zenimsiz karakteri, İsveçli müşteriyi de kazanmıştı.
İki Zamanlı Otomobiller Neden Silindi? Emisyon ve Yakıt Hesabı
Silinişin nedeni tek bir sayıyla özetlenebilir: 32:1. Tipik bir krankkasa-sıkıştırmalı iki zamanlı, "total-loss" adı verilen petroil yağlama sistemi kullanır; yakıt-yağ oranı yaklaşık 32:1'dir. Bu yağın bir kısmı yakılır, bir kısmı egzoz damlacıkları olarak atmosfere atılır. Eşdeğer güçteki bir dört zamanlıyla karşılaştırıldığında, özellikle hidrokarbon emisyonu belirgin biçimde yüksektir. Üstüne bir ikinci mekanik sorun eklenir: supapsız yapıda emme ve egzoz portalarının aynı anda açık kaldığı dönemde, taze yakıt buharının bir kısmı egzoza kaçar. Küçük hava soğutmalı motorlarda yüksek yanma sıcaklıkları ayrıca NOx üretir.
Yakıt tüketimi de aynı kökten kaynaklanır. Basınçlı yakıt-hava karışımı, piston üzerinde soğutma etkisi yaparken bir bölümü doğrudan egzoz borusuna kaçar; yani yakıtın bir kısmı iş üretmeden yanar ya da hiç yanmadan çıkar. Teorik termodinamik verimi yüksek bir çevrim olsa da, pratikte süpürme kayıpları bu avantajı yutar ve iki zamanlılar gerçek dünyada dört zamanlılardan daha fazla yakıt tüketir. Emme ve egzoz portalarının birlikte açık olduğu kısa sürede taze karışımın egzoza sızması, iki zamanlının kaderini belirleyen temel fizik kısıtıdır.
Basitlik Paradoksu
İki zamanlının temel varlık nedeni basitliğiydi; ama modern gereksinimler bu avantajı tersine çevirdi. Emisyonları ve verimliliği düzeltmeye çalışan iki zamanlı tasarımları, dört zamanlı kadar pahalı, ağır ve karmaşık hale geldi - yani kendi varlık sebebini kaybediyordu. Doğrudan enjeksiyon, karbüratörlü iki zamanlardaki yakıt kaçışını büyük ölçüde ortadan kaldırabilirdi; ama bu çözüm, artık ucuz motor felsefesiyle bağdaşmayan maliyet ve karmaşıklık demekti. Batı'da giderek sıkılaşan hava kirliliği düzenlemeleri iki zamanlı otomobil üretimini 1980'lerde sona erdirdi; Doğu Bloku, Trabant ve Wartburg ile yaklaşık 1991'e kadar direndi.
Motosikletler Neden Daha Geç Bıraktı?
Aynı hesap iki tekerlek için de geçerliydi, ama zamanlama biraz farklı işledi. Honda, yol motosikletlerinden çok daha önce vazgeçmişti; ABD'de iki zamanlı arazi motosikletlerinin satışını ise 2007'de durdurdu. Bugün ABD'de satılan tüm yeni içten yanmalı otomobiller dört zamanlıdır - iki zamanlı, otomotiv tarihinin çöplüğüne resmen yerleşmiş durumda.
Bugün İki Zamanlı Motorlar Nerede Yaşıyor?
Otomobillerden silinen iki zamanlı, tamamen yok olmadı; sadece hacim ve hukuki tolerans küçüldü. Güç/ağırlık avantajı ve her yönde çalışabilme yeteneği, belirli uygulamalarda hâlâ karar verici. Günümüzde iki zamanlı motorlar şu alanlarda yaşıyor:
- Küçük yollu ve yolsuz motosikletler, mopedler, scooterlar ve motorlu bisikletler
- Deniz motorları, kar motosikletleri ve go-kartlar
- El aletleri: testere, yaprak üfleyici, çim kenarı düzeltici
- Tuk-tuklar, RC arabalar, ultralight ve model uçaklar
- Büyük iki zamanlı dizeller: ağırlığın önemsiz olduğu sanayi, denizcilik, lokomotif ve jeneratör uygulamaları
Yine de trend net: gelişmiş ülkelerdeki kirlilik düzenlemeleri, iki zamanlının kullanım alanlarını adım adım daraltıyor. Düzenlemelerin gevşek kaldığı bölgelerde ise küçük hacimli iki zamanlılar motosiklet ve mopedlerde popülerliğini sürdürüyor.
Sonuç: Bir Mühendislik Denkleminin Tarihi Dersi
İki zamanlı motorun otomobillerden silinmesi, teknolojinin kötü olduğu için değil, kazandığı karşılaştırmanın değiştiği için oldu. Savaş sonrası yılların denklemi parça sayısı, maliyet ve güç/ağırlık ağırlıklıydı; iki zamanlı bu üçünde de kazanıyordu ve DKW, Saab, Trabant ve Wartburg'la milyonlarca otomobili hareket ettirdi. 1980'lerin denklemi ise emisyon, yakıt tüketimi ve rafine mühendislik ağırlıklıydı - ve süpürme kayıpları ile total-loss yağlamanın yarattığı fizik kısıtı, iki zamanlıyı bu hesapta yenilgiye mahkûm etti. Otomobil tarihinde neredeyse hiçbir teknoloji, avantajlarının ne kadar sağlam olduğunu anlamanın bu kadar net bir dersi olmamıştır: ne zaman güçlü olduğu kadar, ne zaman geçersiz hale geldiği de bir tasarım kararının parçasıdır.
Kaynaklar
- Two-stroke engine - Wikipedia
- The Two-Stroke Engine Was An Engineering Marvel. Now It's In The Dustbin Of Automotive History - The Autopian
- DKW in racing - Audi
- Car of the Day: 1965 DKW Special - Supercars.net
- Trabant 601 - Wikipedia
- Trabant P 601 0.6 (23 Hp) - auto-data.net
- The History of the Trabant - Gizmo Highway
- Trabant - Wartburg - Historic Vehicles
- Saab two-stroke - Wikipedia
- Curbside Classic: 1967 Saab 96 – The Last Two-Stroke
- Saab Two-stroke Triple - Hemmings
- DKW: The founding father of two-stroke tech - Peter James Insurance
- The Rise and Fall of Two-Stroke Car Engines - CarBuzz
- What makes two-stroke engines less fuel-efficient - Mechanics StackExchange