Şanzıman nedir, Vites kutusu ne işe yarar? Tork, devir ve güç arasındaki bağlantı nedir? Teknoloji dünyası her yanı sardı ve en basit işler için bile akıllı telefonlarla tabletler kullanılabilir hale geldi ama her gün işe ya da okula giderken bindiğimiz taşıtlar büyük oranda mekanik esaslı işliyor. Motorun içindeki silindirlere gönderilen hava ve yakıt karışımının bujilerle ateşlenmesinden sonra ortaya çıkan hareket enerjisi, göbek kısmındaki krank milini döndürüyor.
Hibrit araçlardan tamamen elektrikli motor ve akü içeren araçlara geçtiğimizde otomatik vites ön plana çıkacak. Elektrikli motorda devir kontrolü çok daha kolay ama geniş bir tork aralığı için farklı tip şanzımanlar kullanılmak zorunda. Günümüzde çoğu taşıtta karşımıza çıkan manuel tip şanzıman dışından otomatik versiyonu da var ama ülkemizde kullanım oranı düşük. Aksine ABD gibi ülkelerde manuel şanzımanlı araç kullanmayı bilen çok az çünkü çoğu otomatik vites tercih ediyor. Kelime olarak bakıldığında şanzımanın kaynağı şanjman ve Fransızca bir kelime olan “le changement” alınıp dilimize kazandırılmış. Değişiklik anlamı taşıyan bu kelime vites kutusu olarak da biliniyor ki buradaki vites kelimesinin de kaynağı Fransızcadaki vitesse yani hız kelimesi.
Şanzıman, şanzıman, şanjman ya da vites ve hatta fites olarak da adlandırılan kısmın içinde özel olarak seçilmiş dişliler bulunuyor. Peki ne gerek var şanzımana ve debriyaja? Debriyajı anlatmak basit biçimde motordan gelen hareketi şanzımandan ayıran kontrol kapısı diyebiliriz çünkü söylediğimiz gibi şanzıman içinde yer alan dişlilerin pozisyon değiştirebilmesi için kısa süreliğine öndeki motordan gelen hareketin kesilmesi gerekiyor. O zaman hız ve tork ile ilgili değerlendirmeye geçme zamanımız geldi. Bilindiği gibi motorun daha hızlı dönmesini sağlamak için gaz pedalına basmak yetiyor. Bu durumda karbüratörün düzenlediği yakıt ve oksijen karışımı zenginleşiyor ve iç patlama şiddeti artıp hızlanıyor. Sadece belirli bir aralıkta değişen bu yanma hızının, aracın hareket halindeki 0-180 km gibi geniş aralıktaki hız değişimine uyum sağlaması imkansız. Bu nedenle farklı oranlara sahip dişliler kullanılarak motordan gelen hareket dengeli biçimde tekerleklere gönderilebiliyor.
Tork, devir ve güç bağlantısı
Fizik kuralları gereğince gücü meydana getiren tork ve devir olmakta. Devir dediğimizde birim zamandaki dönüş sayısını anlıyoruz. Tork ise moment yani döndürme gücüdür. Kapı kolunu çevirme örneğinde olduğu gibi uygulanan kuvvet ile kol uzunluğu etki eder. Kol uzunsa az kuvvetle çevirebiliriz. Bu durumda aracın motorundan gelen gücü arttıran tork yani döndürme gücü ve dönüş hızı oluyor. Hızı arttırmak için yakıtı fazla göndeririz dedik. Torku nasıl kontrol edeceğiz? Elektrikli motorlar doğaları gereği en düşük devirde en yüksek torku sunuyor ve devir arttıkça tork düşüyor. İçten yanmalı motorlardaysa hızla birlikte tork da artıyor ama bir noktaya eriştikten sonra (grafikte 4500 devir) devir artsa da tork düşüyor. O zaman ideal devirden sonra motor daha hızlı dönse de tork düştüğü için güç artışı elde edilmiyor, aksine artan devirden dolayı çok fazla yakıt gidiyor. Bu ciddi bir sorun. Aynı zamanda, aracın ilk kalkış anında motor devri mutlaka düşük olacağından hareketi başlatmak için gerekli gücü sağlayacak tek seçenek yüksek tork. Halbuki az önce söylediğimiz gibi içten yanmalı motorda düşük devirde tork da düşük
Bu iki ana sebepten ötürü vites kutusu yani şanzıman kaçınılmaz oluyor çünkü görevi dişlileri kullanarak tork ile devir arası düzenlemeleri gerçekleştirmek. Hemen vitesli bir bisiklete bakın ve içerdiği dişlileri görün. Düşük viteste pedaldaki dişli ufalır, arka tekerlekteki dişli büyür. Aksine en üst viteste pedal dişlisi büyür, arka tekerlek dişlisi ufalır. T aşıtlardaki manuel şanzıman da bu şekilde dişliler arası geçiş yaparak motor hareketini tekerleğe iletir. Vites değişimleriyle sürekli olarak dönüş hızı ve tork arasındaki oran değiştirilir. Devir düşmesine rağmen elde edilen tork artışına mekanik avantaj denir. Araç ilk hareketi gerçekleştireceğinde birinci vites seçilirse yaklaşık 2.5 > 1 oranına sahip olan dişli sistemi sayesinde motor dönüş hızı yarıdan aşağı düşürülür ve tork yükseltilir. Gaz verip motor devrini belirli bir değere çıkardığınızda araç hızlanır ve ilk vites yetersiz kalır. İkinci viteste 1.75 > 1 gibi bir orana geçilir yani artık aynı motor hızında tekerlekler daha hızlı dönmeye başlar. Bu şekilde devam eder ve son viteste motor devri aynen iletilebilir.
Bu sistemin biraz daha gelişmişi sıralı yani yarı otomatik. Yarış araçlarında ve spor arabalarda görülen direksiyon arkasındaki elciklerle vites değiştirme sistemi böyledir. Debriyaj gerekmez ve sadece vites arttırma/düşürme kolları vardır. Motosikletlerdeki vites sistemi de genelde sıralı tip.
Tam otomatik şanzıman bazılarına mükemmel gelebilir çünkü vites koluyla ve debriyajla uğraşmak, motor devrini takip etmek gerekmiyor ama vitesi değiştiren otomatik alıcılar olduğundan sürücünün kontrolü azalıyor. Elbette otomatik şanzımanda da manuel desteği var ama o kadar da ideal değil. Kanadalı mucit Alfred Munro’nun 1921’de icat ettiği otomatik vites sisteminde hidrolik alıcılar ve tork dönüştürücü ile geçişler düzenleniyor. Daha yeni olan CVT sistemiyse hayli farklı çünkü sadece motordan gelen dişli ile giden dişli arasına tek bir kayış yerleştirerek sonuç alıyor. Çok sayıda dişli, geçiş kolu vb. gerekmiyor. CVT’nin farkı hidrolik basınç kontrolüyle iki yandaki dişli çapını ayarlayabilmesi. Böylece giriş ve çıkış arası dişli oranı her an değişebiliyor, hız ve tork dengesi kurulabiliyor. Toyota, Nissan, Honda, Subaru gibi Japon üreticiler başta olmak üzere çoğu araçta CVT vites seçeneği var. Go kart araçlarına bile eklendiğini görüyoruz.
Beygir Gücü mü, Tork mu Önemli
Genelde motor silindir hacmi dışında beygir gücü ön plana çıkıyor. Buhar motorunun gücünü atla kıyaslamak isteyen James Watt, 746 Watt gücü beygir gücü olarak kabul etti. Hesaplamasında şu esas alınıyor: 75 kg ağırlığı, 1 saniyede 1 metre yukarı kaldırabilmek. Yüksek olması iyi ama söz ettiğimiz gibi gücün karşılığı tork ve devirle bağlantılı yani dakikada 4000 devir dönen bir motorun torkuyla sunduğu 100 beygir gücü mü yoksa 3000 devirde dönen motorun torkuyla sunduğu 100 beygir güç mü iyi? Elbette İkincisi çünkü torku daha yüksek ve düşük devirde aynı gücü sunduğundan daha az yakıt harcıyor. Motor torkunu belirleyen hacim, enjeksiyon tipi, tasarım gibi etkenler var. Örneğin silindirleri sıralı tip motorda hız iyi ama V tipi motorda tork daha başarılı çünkü açılı dizilim geçerli.
Motorun torku düşükse dişli oranlarını değiştirip hızlı olması sağlanabilir ya da tork arttırılabilir ama tork yüksekse aracın kaçışı, hızlanması yani koltuğa yapıştırma etkisi yüksek olur. Bu yüzden beygir gücü önemli olmakla birlikte tork da önemlidir. Dikkat ederseniz kamyonlar, iş makineleri, traktörler ve ciplerde tork daha fazla ön plana çıkar. Yerine göre motor daha büyüktür, yerine göre vites dişli oranları değiştirilip hız yerine tork arttırılır. Dizel motorun farkı daha yüksek yakıt basıncı olduğundan oluşan yanmadan doğan tork hayli yüksektir ama devir çok yüksek olamaz. Yani beygir gücü açısından sonuç değişmez ama tork daha etkili olur. Şehir içi kullanımda düşük hızlarda dizel motorla daha iyi hızlanma yaşanır ama yüksek hızdaki sürüşlerde ivmelenme avantajı kalkar. Böyle durumlarda benzinli motorlar daha iyi hızlanma sunarlar
