Formula 1, tüm dünyada motor sporlarının zirvesi olarak anılmaktadır. Rüzgarın yönü zaman zaman değişse de her dağın zirvesinde olduğu gibi motor sporlarının zirvesinde de hava koşulları çetindir, zirve fırtınalıdır.

Formula 1, tüm dünyada motor sporlarının zirvesi olarak anılmaktadır. Rüzgarın yönü zaman zaman değişse de her dağın zirvesinde olduğu gibi motor sporlarının zirvesinde de hava koşulları çetindir, zirve fırtınalıdır.

Fırtına bazen aerodinamik kurallar cephesinden eser, kimi zaman siyah elmas denilen lastikler cephesinden eser, kimi zaman da motor cephesinden eser.

2021 gerçekten son dönemlerin en ilginç sezonlarından biri olacağa benziyor. Çünkü bu sezon fırtına tüm cephelerden aynı anda ve aynı şiddette esiyor.

Fırtınanın cepheleri:

İlk cephe aerodinamik alanda. Bu sezon aerodinamik anlamda büyük kural değişimleri gerçekleşti. Asıl büyük kural devrimi seneye yaşanacak olduğu için bu sezonki değişikliklere biraz üvey evlat muamelesi yapıldı. Ancak bu sezonki değişiklikler pistteki güç dengelerini sarstı. Bu konudaki değişimlerin etkilerini, “Formula 1’de 2021 Sezonundaki Kural Değişimlerinin Teknik Değerlendirmesi” adlı yazımda uzun uzadıya anlatmıştım. O nedenle biraz daha motor konusuna odaklanmak istiyorum.


Resim 1: Red Bull motor kaputunun altında büyük bir yenilik gizli.

İkinci cephe lastik alanında. O konuda henüz karanlıktayız. Birkaç yarış sonra bu konuyu da değerlendireceğim.

Üçüncü cephe motor alanında. Bu alanda da geçtiğimiz sezon ve bu sezon çok önemli kural değişimleri yaşandı. Geçtiğimiz sezonun kural değişimleri bu sezonu etkiledi. Yeni yapılan değişiklikler ise önümüzdeki sezonu etkileyecek.

Motor sporlarının zirvesi Formula 1’de amaç uzun zamandır sadece performans elde etmek değil. Performansı, dayanıklılıkla birlikte kullanmak son derece önemli. Yani çağımızın en önemli konusu “sürdürülebilirlik” burada da karşımıza çıkıyor. Uluslararası Otomobil Federasyonu FIA, performans kriterine dayanıklılık parametresini ekleyebilmek adına her takımın kullanacağı parça sayısını uzun yıllardan beri sınırlandırıyor.

Ancak 2019 sezonunun sonunda FIA, takımların sezon içinde üç tane yeni MGU-K kullanım hakkını dörde çıkararak bu alanda geri adım attı. Yani kuralları bir anlamda biraz gevşettiler diyebiliriz. Bu geri adımın nedeni özellikle Renault’nun ve Ferrari’nin bu kapsamda yaşadıkları problemlerdi. (2019 sezonunda bu kapsamda en iyi motor Honda’da, ikinci iyi motor ise Mercedes’teydi.)

2019 sezonunun sonunda yapılan bu değişikliğin, takımların MGU-K tasarımlarını etkileyeceğini öngörerek yazmıştım. Çünkü mühendislikte genellikle bir parçanın dayanıklılığı ve performansı birbirini zıt yönde etkiler. Dayanıklılık, genelde ağırlık artışı ve performans kaybını beraberinde getirir. FIA, MGU-K ünitesinin dayanıklılık kriterlerini düşürerek performans alanında takımlara biraz daha oynama alanı sunmuş oldu.

Takımlar bu ikramı geri çevirmedi. Mercedes tamamen yeni bir MGU-K ile 2020 sezonuna başladı. Hem tasarım hem de kullanılan malzemeler değişti ve büyük verimlilik artışı yakalandı. Ancak Mercedes’in tasarımında dayanıklılık sorunları baş gösterdi. Mühendislikte bir parçanın beklenen dayanıklılığa sahip olmamasında ya malzeme kusurludur ya tasarım kusurludur ya da her ikisi birden kusurludur. Mercedes motor sporları direktörü Toto Wolff, “Malzeme beklediğimizden fazla aşınıyor.” diyerek sıkıntı hakkında ipucu vermişti. Sezonun kısa olması sayesinde kıl payı motor cezası almadan sezonu bitirmeyi başardılar.

Honda ise 2020’deki kural değişimine iyi uyum sağlayamayarak MGU-K kapsamında ikinci sıraya düştü. Ama dayanıklıydı.

2021 Sezonu için Atık Gaz Borusuyla İlgili Kural Değişimi:

Geçtiğimiz sezonki durum, 2021 kurallarındaki küçük bir değişim sayesinde tam tersine döndü.

Kural değişimi son derece önemli: Önceki sezonlarda motorlarda "wastegate" (atık gaz çıkışı) bulunmak zorundaydı. Bu sezon başında wastegate bulundurma zorunluluğu ortadan kalktı.


Resim 2: Renault'nun turbo atık gaz boruları.

Konuyu kısaca açıklamam gerektiğini düşünüyorum. Bu noktada atık gaz çıkışından önce turbo atık gaz valfine odaklanmalıyız. Çünkü atık gaz borusundan tahliye edilecek gazın zamanına ve miktarına etki eden komponent bu.

Kısaca açıklamak gerekirse atık gaz valfi, turbo motorlarda, turbodaki basıncı ayarlayan bir klapedir. Alt devirlerde gaz pedalına ilk yüklenildiğinde, atık gaz klapesi kapalı kalır. Bu sayede egzoz gazlarının tümü turbonun türbin kanatçıklarına yönlendirilerek maksimum turbo basıncı sağlanır.

Ancak motor devirlendikçe ve motordan çıkan egzoz gazı miktarı arttıkça turbonun türbininin dönme devri yükselir ve atmosferden emilen hava da arttığı için turbo içindeki basınç aşırı artar.

İşte atık gaz klapesi bu durumda, turbonun hasarlanmaması için devreye girer. Turbo içindeki basınç olması gerekenden yüksek olduğunda, atık gaz klapesi açılarak egzoz gazlarının bir kısmının türbinden geçirilmeden doğrudan egzoz atık gaz çıkışına yönlendirilmesini sağlar.

Yani bir noktadan sonra egzoz gazlarının bir kısmı, motora verimlilik anlamında hiçbir katkı yapmadan atık gaz borusu üzerinden atmosfere salınır. İşte FIA tam olarak bu noktaya el attı. Geçmişte arabalarda bulunması zorunlu olan atık gaz çıkışını bir zorunluluk olmaktan çıkardı. Yani FIA şunu dedi: “Egzoz gazlarınızı ne yaptığınızın benim için bir önemi yok. İsterseniz o gazları verimlilik sağlamak için farklı yerlerde kullanabilirsiniz.”

Turbo Sesindeki İpuçları:

FIA’nın atık gaz çıkışıyla ilgili kural değişiminden sonra ilk yarışta arabaların motorlarını uzun bir süre dinledim. Burada başka bir konu dikkatimi çekti. Honda motorlarının turbolarının sessizliği. Biraz “Kuzuların Sessizliği” gibi oldu ama Honda atık gaz çıkışı kapsamında gerçekten o film gibi bir baş yapıt ortaya koymuş olabilir.

Aynı zamanda jet uçakları üreten Honda, havacılıktan gelen tecrübesi sayesinde son 3 sezondur turbo performansı açısından üst düzeydeydi. Bildiğiniz üzere jet motorları, hava yoğunluğunun düşük olduğu irtifalarda verimli çalışmak üzere tasarlanmıştır.

Red Bull da özellikle hava yoğunluğunun az olduğu Avusturya, Brezilya, Meksika gibi ülkelerde başarılı oluyordu. Bu durum ve turbonun diğer takımlardan biraz daha gürültülü çalışması, Honda’nın turbosunun diğer takımlardan büyük olduğu izlenimini yaratıyordu.

Bu sene işler tersine dönmüş. Honda’nın turbosu çok sessizken, Mercedes turbosu aşırı gürültülü çalışıyor. Özellikle McLaren motoru çok gürültülü çalışıyordu. McLaren'da bu sesin biraz daha yüksek olması farklı motor modu (hava-yakıt karışımı) kullanımıyla ilgili olabilir.

Ama her halükarda tüm Mercedes motorlarındaki turbo sesi oldukça yüksek. Yani turbo net bir şekilde büyümüş. Güç artışının büyük kısmı da buradan geliyor diyebiliriz. Zaten Mercedes motorlu araçların emme basınç odalarının aşırı derecede büyümesi, motorun hava emme kapasitesinin arttığını gösteriyor. Bu da bence turbonun büyümesiyle mümkün. Sezon öncesinde çıkan haberlerde, Mercedes’in güç artışının içten yanmalı motordan geldiği yazılmıştı. Dolayısıyla tüm parçalar oturuyor.

Şimdilik çıkan sonuç Mercedes’in içten yanmalı motorunun gücünün arttığını, ama elektriksel verimliliğinin düştüğünü gösteriyor.

Honda ise her ikisinde de artış sağlamış. İçten yanmalı motor gücünde ikinci sıraya, elektriksel verimlilikte ilk sıraya çıkmış. Sezon içinde motor kapsamında güç dengelerinin değişmesini beklememeliyiz. Çünkü FIA, sezon içinde motor güncellemesi getirmeyi yasakladı. Sadece dayanıklılık ile ilgili kapsamlarda bazı güncellemeler yapılabilecek. Yani sezon motor gücü anlamında nasıl başladıysa, aşağı yukarı öyle bitecek.

Mercedes’in Elektriksel Verimlilikte Geriye Düştüğünü Nereden Anlıyoruz?

Formula 1 arabalarının arka kanatlarında yanıp sönen kırmızı ışıklara dikkat etmek pek çok ayrıntıyı anlamamızı sağlıyor. Bu lambalar yağmurlu yarışlarda, pit girişlerinde, güvenlik aracının ardında vs gibi durumlarda yanar veya yanıp söner.

Fakat bu ışıkların bir anlamı daha var: Bu ışıkların yanıp sönmesi arabanın elektrik enerjisi “üretmeye” başladığını (energy harvest mode da deniyor) da gösteriyor. Turun belli bölümlerinde üretilen elektrik enerjisi, gerektiği zamanda kullanılmak üzere arabanın pillerinde depolanır. Üretilen enerji çoğunlukla düzlüklerde kullanılır.

Bu araçlar iki durumda enerji üretmeye başlar:

İlk durum, frenleme aşamasıdır. Pilot frene bastığında, MGU-K ünitesi devreye girer ve elektrik enerjisi üretmeye başlar. MGU-K ünitesi devreye girdiği anda arabanın arkasındaki kırmızı ışıklar yanıp sönmeye başlar.

İkinci durumdaysa, arabanın pillerindeki elektrik enerjisi tükendiğinde enerji üretme süreci başlar. O durumda da kırmızı ışıklar yanıp söner.

Buradan çıkaracağımız sonuçlar şunlar: Arabanın arka kanadındaki lambalar yanıyorsa elektrik enerjisi üretimi başlamış demektir. Enerji üretimi frenleme bölgesinde oluyorsa bu durum normaldir. Çünkü pilot frene basınca MGU-K ünitesi enerji üretmek üzere devreye girmiş demektir.

Ama bu ışıklar gaza basıldığı bir dönemde devreye girmişse pillerdeki elektrik enerjisi tükenmiş demektir. Yani eğer bir arabanın arkasındaki kırmızı ışıklar düzlükte yanıp sönüyorsa, bu durum elektrik enerjisinin tükendiğini ve pilotun düzlükte zor durumda kalacağına işaret eder.

İki farklı zamanda bu ışıkların yanması, Mercedes’in bu kapsamda sorun yaşadığını düşünmeme neden oldu. İlki beşinci turda güvenlik aracı pistten çıktıktan sonraki Hamilton-Verstappen mücadelesi.


Resim 3: Leclerc'in araç üstü görüntüsünde Mercedes'in ışıkları yanıp sönüyor. Red Bull daha rahat görünüyor.

Bu mücadele, güvenlik aracından hemen sonra yaşandığı için ikili birbirine çok yakındı. Hamilton ise biraz daha avantajlıydı. Çünkü Verstappen’ın hava koridorundan faydalanıyordu. Buna rağmen Verstappen, güvenlik aracından sonraki peş peşe iki düzlük boyunca Hamilton’ın atağına direnirken sorun yaşamadı. Bu noktada her ikisi de bolca elektrik enerjisi kullandılar.

Fakat şu nokta dikkat çekiciydi: Bu mücadele sırasında Verstappen’ın pilleri hiç “energy harvest” moduna girmedi. Leclerc’in araç üstü görüntülerinde Mercedes güç ünitesi, altıncı virajdan itibaren enerji biriktirmeye başlarken, Verstappen’ın arabası ilk olarak on birinci virajdan önceki frenlemede buna ihtiyaç duyuyor.

MGU-K ünitesinin krank miline aktarabildiği güç kurallar tarafından sınırlandırıldığı için birinin diğerinden fazla güç aktarması mümkün değil. Farkı yaratan şey, Verstappen’ın önde daha fazla rüzgar direncine maruz kalmasına rağmen elektriksel gücünün daha geç tükenmesiydi.

Elektriksel verimliliği konusundaki düşüncemi pekiştiren ikinci olay yarışın sonlarındaki mücadelede yaşandı. Verstappen’ın araç üstü görüntülerinde, start düzlüğünde, Hamilton’ın arka kanadındaki kırmızı ışıklar yanıp sönmeye başladı. Bu ışıklar yanıp sönmeye başladıklarında Hamilton, henüz pit duvarının hizasında ve frenleme bölgesine uzaktaydı.


Resim 4: Henüz düzlük bitmeden Mercedes'in arka ışıkları yanıp sönmeye başlamış.

Yani arabasının pillerindeki elektrik enerjisi tükenmişti. Sonlardaki Verstappen-Hamilton mücadelesi sırasında tur bindirilen arabaların araç üstü görüntülerde de benzer trend vardı. Mercedes motoru, Honda motorundan çok daha sık elektrik enerjisi üretme moduna giriyordu.

Bu görüntü bende, Mercedes’in bu alanda geride kaldığı izlenimi bıraktı. Önümüzdeki yarışlarda verileri daha da netleştirme fırsatı bulacağız.

Tüm Bunların Wastegate ile İlgisi Ne?

Formula 1 araçlarında elektrik enerjisi üretmeye yarayan diğer önemli komponent MGU-H ünitesidir. Mercedes bu ünitenin tasarımında 2014 yılından beri rakiplerinden farklı bir yolda ilerledi.

Mercedes, split turbo (ayrık turbo) denilen yapıda turbonun kompresör ve egzoz gazı türbinlerini birbirinden ayırarak MGU-H ünitesini bu iki türbinin arasına yerleştirdi. Bu sayede Mercedes, motora giren havanın soğutulmasında rakiplerinden avantajlıydı. Intercooler (ara soğutucu) boyutu ve konumuz olan MGU-H verimliliği dahil olmak üzere pek çok kapsamda fayda sağlamayı başarmışlardı. Şimdi rakipleri de birer birer bu tasarıma dönüyor.


Resim 5: Mercedes'in ayrık turbo tasarımı.

Fakat şimdi belki de bu tasarımın sorgulanma zamanı geldi. Kurallarda “atık gaz çıkışı borusu” zorunluluğunun ortadan kalkmasıyla birlikte atık egzoz gazları MGU-H ünitesinin verimliliğini daha da artırmak için kullanılıyor olabilir. En azından Honda bu yolu tercih etmiş gibi görünüyor.



Resim 6 ve 7: Geçen seneki Red Bull yukarıda. Çift atık gaz çıkışı var. Bu seneki Red Bull aşağıda. Tek atık gaz çıkışı var.

Yukarıda bahsettiğim, Honda’nın elektrik gücü verimliliğinin temelinde de bu yatıyor olabilir mi?

Bence olabilir. Çünkü yeni Honda motorunun atık gaz çıkışları küçülmüş. Yani turbodan daha az atık gaz atmosfere salınıyor. İçten yanmalı motordan çıkan egzoz gazı azalmadığına göre (azalması için devrim gerekir) çıkan egzoz gazının bir kısmını, bir yerlerde kullanıyor olmalılar diye düşünüyorum. Üstün elektriksel verimlilik nedeniyle aklıma MGU-H ünitesi geliyor.

Tasarımın Tehlikeleri:

Öte yandan Honda’nın tasarımın tehlikeleri neler olabilir diye beyin jimnastiği yaptığımda aklıma bazı sorular geliyor. Atık egzoz gazının motor içinde kullanılması için atık egzoz gazı klapesine ek olarak bir valf (klape) daha bulunmalı diye düşünüyorum.

Formula 1 arabalarında turbo arızası olarak nitelendirilen durum, çoğunlukla atık gaz klapesinin arızalanması neticesinde turbo basıncının aşırı artması veya düşmesidir. Bu durumlarda hava-yakıt karışımının ayarlanamamasıyla motorun kol çıkarmasına kadar gidebilecek süreç tetiklenebilir. Ayrıca valf arızasıyla hava iletim hortumlarındaki basıncın artışının neden olduğu yırtılmalar da sıklıkla görülür. 2017’de Mercedes, 2018 ve 2019’da Ferrari ve Renault hortum yırtılmalarıyla ilgili sorunlar yaşadılar.

Bu noktada, atık gazın motor içinde yönetilme sürecine ek olarak dahil edilen ikinci valf, dayanıklılık sorunlarına neden olabilir diye düşünüyorum.

Ne olursa olsun, bu teknolojik gelişmeleri yakalamaya ve anlamaya çalışmak çok güzel. Sezon içinde olacakları takip etmek hem keyifli hem de heyecanlı olacak.

Merakla bekliyorum.

Fırat KESKİN