Araçlardaki içten yanmalı motorlar en basit anlamda bir enerji dönüştürücüsüdür. Motor, yakıtta depolanan kimyasal enerjiyi alır ve volanda kinetik enerjiye dönüştürür. Bununla birlikte, yakıttaki kimyasal enerjinin sadece üçte biri beygir gücüne dönüşür. Peki yakıtta depolanan enerjinin çoğuna ne olur? Boşa harcanır. Yanma işlemi sırasında açığa çıkan enerjinin çoğu ısı olarak boşa harcanmaktadır. Örneğin, sıcak egzoz gazları, toplam boşa harcanan ısı enerjisinin en az yüzde 50’sini içerir.
Ayrıca ısı, özellikle kritik olan elektrik, elektronik ve turbo gibi hareketli parçalar başta olmak üzere tüm araç bileşenlerinin bir numaralı düşmanıdır. Aracınızın kaputunun altında dev bir ısı üreten motor vardır, bu nedenle kaputun altındaki radyan ısıyı (radiant heat) azaltmak sadece gerekli bileşenlerin daha uzun süre dayanmasına yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda motorunuzun performansını artırmaya da yardımcı olur. Motora giren hava yükü ne kadar soğuksa, o kadar yoğundur, bu da daha fazla verimlilik ve performans anlamına gelir. Peki bu boşa giden enerjinin bir kısmını kurtarmanın bir yolu var mı?
Evet, ve muhtemelen en popüler cihazlardan birini biliyorsunuzdur. Bir turbocharger, egzoz gazı enerjisinin bir kısmını alır ve işe dönüştürür. Ancak, kaputun altındaki ısıyı azaltmanın en iyi yollarından biri egzoz manifold ısı sargısı yada seramik kaplama ve turbolu bir araçsa turbo blanket yada seramik kaplama kullanmaktır. Ek olarak, performans ve verimliliği en üst seviyeye çıkarmak için motor içi parçalarını da çeşitli kaplama metodlarıyla kaplamaktır.
Peki, tüm bu ısı yalıtıcıların arasındaki fark nedir ve bu işlemlerin yapılması zorunlu mudur?
Bu yazıda, yüksek performans yalıtım tekniklerini iki ana başlık altında toplayıp ele aldım. Bugüne kadar Türkiye’de hakkında hiç yazılmamış olduğunu düşündüğüm bu konuda böylesine geniş bir bilgi kaynağını ilk kez sizlerin huzuruna sunuyorum. Umarım keyifle okursunuz. Hadi hemen başlayalım o zaman.
Wrap (Sargı)
Kaputun altındaki ısıyı azaltmanın en iyi yollarından biri, üstte de belirtildiği gibi egzoz ısı sargı bezi ve aracınız turbolu ise bir turbo blanket kullanmaktır. Egzoz sisteminin bir çok bileşeni ısı sargı bezi ile kaplanabilsede, en önemli ve mantıklı olan egzoz manifoldunu izole etmek yeterlidir.
Exhaust Heat Wrap
Egzoz ısı sargısı veya egzoz sargı bezi, egzoz manifoldunu yalıtır yani izole eder. Manifoldda ısının tutulması, borularda ısıyı artırarak egzoz gazlarının daha da hızlı hareket etmesini sağlar ve geri basıncı (back pressure) azaltarak silindir içi gaz tahliyesini (scavenging) iyileştirir. Aynı zamanda motor bileşenlerini tahrip eden ve motor için gelen hava yükünü ısıtan radyan ısıyı azaltır. Sonuç olarak, egzoz akışı artar ve böylece motorun silindirlerine taze bir hava akışı girerek (intake) performansı artırır. Egzoz gazları ne kadar hızlı hareket ederse, o kadar fazla güç alırsınız. Egzoz sargısını yüksek akışlı bir katalitik konvertör ve performans susturucusu ile birleştirdiğinizde daha da büyük bir performans artışı görebilirsiniz.
Sargı genellikle fiberglas ve titanyum gibi kompozit malzemelerden oluşur. Fiberglas ağırlıklı ürünler daha ucuz bir seçenektir ancak titanyum daha yüksek ısılara dayanıklı olduğundan daha verimlidir dolayısıyla daha pahalıdır.
Turbo Blanket
Turbo (shield) blanket, ısı sargısının bir türevidir. Turbo kılıfları, satış sonrası (aftermarket) özellikle tuning ve motor sporları için ek olarak takılan turbolar için zırhlı kılıflardır. Turbo blanket, esnek metal, kumaşlar ve bazı durumlarda ‘volkanik lav kayası’ kombinasyonundan oluşur ve bunların hepsi yüksek ısı seviyesine dayanma konusunda önemli bir yeteneğe sahiptir. Bu konuda kendini kanıtlamış olan Design Engineering, Inc. – DEI markası önerilebilir.
Turbo blanket kullanmak bize iki temel avantaj sunar:
İlk olarak, motor bölmesindeki bileşenleri korur. Turbo blanket, turbo tarafından üretilen ısıyı yalıtır ve ısının motor bölmesindeki turboyu çevreleyen plastik ve kauçuk hortumlar ve elektrik kabloları gibi bileşenlerin yanı sıra, motor kaputunun boyalı yüzeyinin yanmasını önler.
İkincisi, bir turbo blanket, türbin gövdesine takıldığı için, oranın sıcaklığını koruyarak, turbonun performansını artırır. Bir gaz ne kadar sıcaksa, o kadar genleşir (hacim artar) ve ne kadar genleşirse, basınç da o kadar büyük olur. Belirli bir motor devri için bu artan basınç ve akış hızı ile turbonun daha hızlı biriktirilmesi (spool up) demektir. Turbo blanket, turbonun daha hızlı yanıt verebilmesini sağlar. Turbonun daha hızlı birikmesi yani daha hızlı yanıt vermesi daha az turbo gecikmesi ve daha doğrusal bir güç eğrisi anlamına gelir.
Diğer taraftan, türbin tarafındaki ısı izole edildiği için, kompresör bölümü serin tutulmuş olup yine turbonun performansı desteklenir. Bilindiği üzere, motor emme havasını serin tutmak çok önemlidir. Bu nedenle intercooler kullanılır. Sıcak tarafının aksine, soğuk kompresör tarafındaki hava ne kadar soğuksa o kadar yoğundur. Emme havası ne kadar yoğun olursa, birim hacim başına o kadar fazla oksijen içerir. Motora ne kadar çok oksijen ulaşırsa, o kadar fazla güç elde edilebilir.
Egzoz için sargı mı yoksa kaplama mı daha iyi?
Seramik kaplama kalıcı temiz bir görünüm, performans ve dayanıklılık için en iyi seçenektir. Seramik kaplı parçaların paslanmasını ve korozyonunu önler. Ancak kaplama üzerine kaynak yapılamaz, bu nedenle bir manifold veya downpipe çatlar ve onarılması gerekirse, onarılması çok daha zor hale gelir. Kaplama, aynı zamanda parçanın iç tarafına da kaplanmışsa, tamir edilmesi neredeyse imkansız hale gelebilir.
Sargı, zamanla gevşeme yapar ve yeniden gerilmesi gerekir. Sargı, bozulmaya ve yaşlanmaya neden olan sıvılara karşı hassastır. Seramik kaplama egzoz borularının hem içine hem de dışına eşit olarak uygulanabilir. Egzoz sargısı ise sadece dış yüzeye uygulanabilir.
Sargı, kaplamaya göre çok daha ucuzdur ve kaplama yaptırabilme olanağının olmadığı durum ve yerlerde, DIY uygulamalarına daha elverişlidir. Sargı bezi, sadece egzoz parçalarının dışını yalıtır ve eğer egzoz boruları paslanmaz çelikten değilse yoldaki nemi yada kaput altındaki yağ ve diğer sıvıları (kimyasalları) emebilir ve düşük olasılıkta olsa bozularak paslanmaya ve korozyona neden olabilir. Ancak kaliteli sargılar kalınlıklarından dolayı, kaplamaya göre ısıyı daha iyi tutar. Ama bu aşırı ısı (thermal cycling) durumu, egzozunda kalitesi durumuna göre zamanla boruların çatlamasına yol açabilir.
Turbo kılıfları benzer bir kategoriye girer. Isıyı iyi muhafaza ederler, ancak dayanıklılık bir sorun olabilir. Sargı ve turbo kılıflarının diğer bir avantajı, yanlışlıkla elinizle buralara temas ettiğinizde, tehlikelere karşı daha korunaklı olduğu gerçeğidir. Ancak, kötü ve ucuz malzemeler kullanılarak sarılmışsa, alev alabilir. Maksimum dayanıklılık ve performans için hem sargı hem de kaplama yapılabilir.
Birinin diğerinden her zaman daha iyi olduğu konusunda her zaman tartışma olmuştur ve olacaktır da. Öyle ki, bu her iki şeyin birbirine göre kıyaslamasında böyledir. Çünkü her birinin diğerine göre artısı ve eksisi vardır ve hiçbir zaman birşey tek başına herşey için uygun olamaz bu mümkün değildir. Kısacası, duruma göre tercih tamamen size kalmıştır. Sonuç olarak, egzoz ısı yönetimi için her ikisi de işe yarıyor ve görevlerini fazlasıyla yerine getiriyorlar.
Peki o halde kaplama (coating) nedir? Öğrenmeye hazır mısınız?
Coating (Kaplama)
Kaplama (coating) nedir? Temel olarak, çeşitli motor bileşenlerine uygulanan bir kimyasal yüzey işlemleridir.
Performans, dayanıklılık, yağlama, ısı yönetimi, korozyon koruması ve kozmetik. Bunlar, çeşitli motor parçalarının yüzeyine uygulandığında kaplamaların sağlayabileceği temel faydalardır. Her uygulama için tek bir kaplama en iyi sonucu vermez, çünkü her uygulamanın ihtiyaçları çok farklıdır. Dolayısıyla farklı amaçlar için farklı kaplama malzemeleri vardır, bu nedenle kaplanmış parçalarla motor dayanıklılığını ve performansını en üst düzeye çıkarmanın anahtarı doğru kaplama malzemelerini doğru yerlerde kullanmaktır. Bazı kaplamalar birden fazla kategoriye bile girebilir.
Elbette, burada anlatılanların haricinde farklı amaçlar için çok daha fazla çeşitli kaplama işlemleri mevcuttur. Ancak, otomotiv sektöründe özellikle yarış ve modifiye camiasında aşağıda okuyacağınız bu 5-6 temel motor (içi) bileşenleri kaplama işlemleri için kullanılıp uygulanmaktadır.
Kaplamaların temel kategorileri
Dry Film Lubricants
Dry film lubricants, graphite, molybdenum disulfide, tungsten disulfide veya PTFE (Teflon) gibi bileşenlerden oluşan, yağ ortamına ihtiyaç duymadan iki yüzey arasındaki sürtünmeyi azaltabilen malzemelerdir. Dry film lubricants, yüzeylerinde yağ tutma özelliğine sahiptir, bu da metal parçalar arasındaki yağ filminin bütünlüğünü arttırır. Motor yatak yüzeylerinde kullanıldığında, bu kaplamalar yağ basıncı kaybedilirse metal-metal temasına karşı korunmaya yardımcı olabilir. Bazı durumlarda, bu kaplamalar ısının dağılmasına da yardımcı olabilir, bu da ek bir avantajdır.
Dry film lubricants, ek koruma için esas olarak piston eteklerinde, motor yataklarında, emme ve egzoz supap gövdelerinde, supap yaylarında, külbütörlerde (piyanolar), itme çubuklarında ve kam loblarında kullanılır. Dry film lubricants ayrıca, manifoldlardaki giriş portlarını ve silindir kapaklarını kaplamak için de kullanılabilir.
Thermal Dispersants
Bunlar ısı bariyerlerinin (ceramic coating) tersidir. Isıyı yayar veya dağıtırlar. Bu kaplamalar ayrıca dry film lubricant olabilir ve çift amaca hizmet edebilir. Bir thermal dispersant kaplamanın ısıyı dağıtmaya yardımcı olabileceği yerler arasında fren kampanaları, yağ soğutucuları, diferansiyel gövdeleri, şanzıman gövdeleri, radyatör, intercooler, emme (intake) manifoldlarının üstü, triger kapağı, supap yayları, yağ karterlerinin içi ve dışı ve külbütör kapaklarının içi ve dışı bulunur. Hem thermal dispersant hem de oil shedding bir kaplama, krank mili ağırlıkları için de iyi bir seçimdir.
Oil-Shedding Coating
Genellikle yüksek oranda PTFE (Teflon) içerir ve tipik olarak yağ atmada iyidir. Daha hızlı yağ akışı, özellikle yüksek devirlerde aşırı basınç altında, motor sıcaklığını düşüren genel motor yağlamasını geliştirir.
Oil shedding kaplama, genellikle piston (biyel) kollarına, krank mili ağırlıkları, yağ karterleri, triger kapağı, pistonların altına, külbütör kapaklarının içine ve yağın gerekli olmadığı diğer motor parçalarına oil shedding kaplamaları uygulanır. Esasen bu kaplama, bu parçaların daha hızlı yağ atmasına izin verir, bu da yağ akışını ve ihtiyaç duyulan kritik motor parçalarına mevcut yağ miktarını artırır. Temel olarak, motorda yağ birikmemesi gereken herhangi bir yer, bu kaplamaya adaydır. Bu tür kaplamalar ayrıca çıplak metal yüzeyleri pas ve korozyondan korur.
Ceramic Coating
Seramik kaplama (ceramic coating), seramik tozu ile konsantre edilmiş yüksek ısı dayanımlı bir kaplama türüdür. Başlangıçta havacılık ve uzay endüstrisi için geliştirilen bu uygulama artık otomotiv endüstrisinde egzoz manifoldları ve diğer bileşenler için kullanılmaktadır. Seramik kaplama büyük hacimli boya tabancası ve basınçlı hava ile uygulanır. Seramik kaplamalar, ısıyı ait olması gerektiği yerde tutan bir termal bariyer (thermal barrier) kaplamadır.
Özelikle egzoz manifoldlarına (headers), downpipe, turbo türbin gövdesi, piston kafaları, (alüminyum) silindir yanma odası, supap başlarına ve diğer parçalara uygulanan seramik kaplama işlemi, dayanıklılık açısından sargıya göre avantaj sağlar. Seramik kaplama ile pas ve korozyonu önleme avantajı da vardır. Ayrıca sargıya göre daha fazla renk seçeneği ile kaplanabilmesi görsel açıdan da ekstra avantaj sunuyor. Ancak, duruma göre sargı daha kalın uygulanabildiği için, manifold ve turbo kaplamalarında ısıyı tutmada daha başarılıdır.
Bir aracın motor performansı açısından en önemli ve etkili uygulama, egzoz manifoldları, piston kafaları, yanma odaları ve supap başlarına yapılan seramik kaplama işlemidir. Pistonun üzerine termal bir bariyer kaplama özellikle yüksek basınçlı NOS, turbocharger ve supercharger kullanımlarında önemli bir uygulamadır.
Seramik kaplamaların dyno testleri ile performansı arttırdığı kanıtlanmıştır. Seramik kaplama krom, alüminyum, karbon çelik, paslanmaz çelik, dökme demir ve çok daha fazlasına uygulanabilir.
Üstte anlatılan ve Ülkemizde büyük çoğunluk tarafından maalesef bilinmeyen seramik kaplama işlemi ile Ülkemizde seramik kaplama denildiği zaman, aklımıza ilk gelen şey, oto yıkama ve kuaförlerde kullanılan otomobilin dış kaporta aksamını korumak için yapılan, “seramik boya koruma” veya doğrudan “seramik kaplama” olarak geçen işlemin isim benzerliğinden dolayı birbirine karıştırılmamalıdır. Zaten diğer uygulamayı da araştırdığınızda aradaki bariz farkı anlayabilirsiniz.
Powder Coating
Powder coating, boya ve diğer solvent bazlı kaplamaların aksine, bir yüzeye elektrostatik olarak püskürtülen, kalıcı pigment parçacıklarının bir kuru toz karışımından oluşur. Yüklenen toz parçacıkları, toz ısıtılmadan önce elektriksel olarak topraklanmış yüzeye yapışır ve daha sonra bir sertleştirme fırını ile pürüzsüz bir kaplama halinde birleştirilir. Bitmiş ürün yüksek kaliteli, dayanıklı, çekici ve düzgün bir yüzeydir.
Toz kaplama, dekoratif ve aracın metalinin özellikle aşınma, solma, darbe ve çiziklerden korunmasına yardımcı olmak için koruyucu bir kaplama olarak kullanılır. Aracınıza toz boya uygulandığında, çekici görünmesini sağlar, otomobilin parlaklığını korur ve korozyona karşı dayanıklılığı artırır. Toz kaplama, daha çok motor bloğu, külbütör kapağı, jant, tampon, ayna çerçeveleri, amortisör yayları, roll cage, turbo kompresör gövdesi, intercooler boruları, frenler ve benzeri dekoratif parçalara uygulanarak kaliteyi artırır. Hava kirliliğinin azaltılmasında çevre dostu bir boya işlemidir.
Powder Coating vs Ceramic Coating
Seramik kaplamalar (ceramic coating) geleneksel toz kaplamalardan (powder coating) farklıdır çünkü seramik kaplamalar egzoz sistemleri veya manifoldlar gibi yüksek sıcaklıklara dayanacak şekilde tasarlanmıştır.
Basitçe söylemek gerekirse, toz boya hizmetleri boyadan daha sert ve çeşitli renklerde mevcut olan görsel açıdan daha güzel bir kaplama sunar. Toz boya, mevcut en çekici, dayanıklı, yüksek kaliteli yüzeydir. Toz boya, satın alma işleminizin daha iyi görünmesini ve daha uzun süre dayanmasını sağlar. Diğer taraftan, sadece birkaç renkte ve parlaklıkta sunulan seramik kaplama, dökülmeye, korozyona ve aşırı ısıya karşı toz kaplamadan çok daha dayanıklıdır ve asıl amacı gerçek koruma ve performansı artırmaktır.
Chrome Plating
Chrome plating (krom/nikelaj kaplama veya kromlama), geçmişte sıklıkla kullanılan, (motor içi parçalara uygulanmaz) külbütör kapağı, yağ karteri, jant ve çeşitli motor ve araç aksesuarlarını süslemek için harika bir kaplama türüdür. Maalesef artık günümüzde çeşitli nedenlerden dolayı nerdeyse hiç kullanılmayan krom kaplama, yerini daha çok toz boya’ya (powder coating) bırakmıştır. Krom kaplama genellikle çelik parçaları bir asit tankına daldırmak suretiyle elektrokimyasal olarak uygulanır, ancak metal veya plastik parçalara elektrostatik olarak bir vakum odasında da uygulanabilir.
Bir krom kaplamanın kalitesi, yüzey hazırlığına (parçanın temizlenmesi, yağdan arındırılması ve parlatılması), kullanılan bir taban kaplamanın (nikel korozyonu önler), kaplamanın kalınlığına ve katman sayısına bağlıdır.
Krom kaplama kolayca temizlenir ve güzel parlak bir görünüme sahiptir, ancak taban kaplaması olmadan uygulanırsa korozyona karşı minimum direnç sağlar. Ucuz kaplanmış parçalar tipik olarak oldukça hızlı paslanmaya başlar ve kaplama zamanla pul pul dökülebilir veya soyulabilir. Kromlu egzoz manifoldları da genellikle maviye dönüşür ve hızlı bir şekilde renk değiştirir ve seramik kaplamalarla aynı dayanıklılığı veya ısı tutma özelliğini sunmaz. Gerçek krom kaplama işlemi çok yüksek maliyetlidir.
Do-It-Yourself (DIY) Coating
Ev ortamında uygulanacak şekilde tasarlanan kaplamaların “kendin yap” (Do It Yourself – DIY) versiyonlarını bile satan bazı üreticiler var. Ancak unutulmamalıdır ki, bu ürünler asla profesyonel bir kaplamayla aynı değiller. Ayrıca, “DIY” kullanıcısı, uygun ortam koşullarına sahip olamayabilir. Kaplamanın tutarlı, kritik bir kalınlığına ve uygun bir pişirme sıcaklığına ulaşmak gibi önemli unsurlar, ev kullanıcısının sağlaması gereken zorluklardır. Çünkü kaplamanın etkinliği ve uzun ömürlülüğü için kritik öneme sahiptir. Ayrıca, hiç kimse çok daha ucuz olan spreyleme metoduyla, gerçek kaplama işlemiyle sonucunun aynı olacağını beklemesin.
Bazı DIY çözümleri olmasına rağmen, en iyi sonuçlar profesyonel uygulamalar ile elde edilir. Profesyonel uygulama, çoklu katmanlar içeren çok aşamalı bir işlemdir.
Wrapping ve/veya Coating gerekli midir?
Normal şartlar altında bir sargı veya kaplama işlemi kesinlikle gerekli (zorunlu) değildir. Fabrika çıkışlı araçlar çoğunlukla ısı kalkanlarıyla (heat shield) üretilirler ve uygun şekilde davranıldığı sürece aracınızın aşırı ısınması çok nadir görülür.
Seramik kaplama ve sargıların en önemli olduğu durum, eğer aracınıza büyük bir turbo set-up kurulumu gibi aşırı derecede çok fazla ısı üreten yüksek modifiye uygulamaları planlıyorsanız gerekli olabilir. Yada sadece güzel göründükleri için izlemeyi seviyorsunuzdur. Isı arabanızı kolayca tahrip edebilir, bu nedenle arabanızı aşırı yük altına (tuning) almayı planlıyorsanız ısı yönetimi çok önemlidir. Buna ek olarak, aslında normal şartlar altında bile olsa özellikle turbolu olan otomobiller için, ısı sargısı (turbo blanket) veya kaplama kullanarak daha etkili bir sisteme sahip olmak mantıklı olacaktır, çünkü genel olarak turbocharger gibi aşırı beslemeli motorlar, atmosferik motorlardan doğaları gereği daha sıcak çalışırlar.
Elbette bu uygulanan işlemlerin maliyetlerinin yüksek olduğunu dolayısıyla ona göre bir bütçenizin olması gerektiğini ve en önemlisi de doğru ellerde yapılması gerektiğini bilmeniz gerekir.
Yukarıda bahsedilen tüm bu uygulamalara en ucuz alternatif seçenekler, heat shield (ısı kalkanı), heat paint (ısı dayanıklı boya) ve aluminium foil heat shield / cool tape (genelde alüminyum bazlı folyo) işlemleridir. Ancak bunlar ek olarak performansa katkıda bulunmaktan ziyade daha çok ucuz maliyetli koruma yöntemleridir.
Bir cevap yazın