Benzinli Motor Yakıt Sistemleri

Benzinli Motor Yakıt Sistemleri
Benzinli Yakıt Sisteminin Görevleri :
Enjeksiyon sürelerinin ayarlanması - Soğukta harekete geçmenin kontrolü - Hızlanma sırasında yakıt
zenginliği kontrolü - Yavaşlama sırasında yakıtın kesilmesi - Motor rölanti devrinin kontrolü ve yönetimi Maksimum devrin sınırlandırılması - Lambda sensörü ile yanmanın kontrolü - Kendi kendine arıza teşhisi
Üstünlükleri :
Yakıt püskürtme sistemlerinin, karbüratörlü sisteme göre başlıca yararlarını (üstünlüklerini) aşağıdaki gibi
belirlemek mümkündür. - Yakıt püskürtme sistemi motorun volümetrik (hacimsel) verimini artırır.Bu artış,
silindire çalışma koşullarına uygun yeterli hava alınarak sağlanır.- Yakıt püskürtme sisteminde, hacimsel
verim artışı nedeniyle güç ve moment değerleri daha fazladır.- Bu sistemde yakıt, her silindire doğrudan ya
da emme kanalına püskürtüldüğünden, silindirler arasında daha dengeli (eşit) karışım oranı sağlanır.
Ayrıca, püskürtme ile yakıtın aldığı yol kısa olduğundan, soğukta ve ilk harekette yoğunlaşma kayıpları
azalır, gereksinimden fazla yakıt emilmez,motor daha fakir karışımla çalışır. Sonuçta yakıt tüketimi azalır,
silindirlerden daha dengeli güç sağlanır.- Sistemde her silindire püskürtülen yakıt miktarı, motor yük ve
devrine bağlı olarak, silindire giren hava miktarına göre belirlendiğinden; ayrıca, karışım daha fazla
homojen, olup yanma daha iyi gerçekleştiğinden, egzoz gazı daha temiz olur. Sonuçta yakıt tüketimi ve hava
kirliliği belirli oranda azaltılabilir. - Sistemde yakıt, hava (vakum) hızına bağlı olmadan belirli bir basınç
altında püskürtüldüğünden, motorun değişen çalışma (yük) koşullarına uyumu daha hızlı olur ve kapış daha
iyi sağlanır. Bu yolla motor gücü gecikmesiz olarak artabilir, çalışma ve geçişler daha düzgün olur.- Sistemde
yüksek püskürtme basıncı nedeniyle yakıtın parçalanması ve hava içinde dağılımı (atomizasyon ve
homojenlik) daha iyi gerçekleştiğinden motorun rölantide çalışması daha düzgün olur, soğukta ilk hareket
kolaylaşır, motormanifold ve hava kanalının ısıtılmasına gerek kalmaz, ısıtmak için zengin karışıma gerek
uyulmaz, sıcak havalarda buhar tıkacı görülmez ve daha ağır (az uçucu) yakıt (benzin) kullanılabilir.Sistemde venturinin bulunmaması buzlanma sorununu ortadan kaldırmıştır. - Püskürtme nedeniyle emme
manifoldunun (kanalının) yapısı oldukça basitleştirilmiştir.- Püskürtme ve elektronik ateşleme sistemlerinin
birleştirildiği sistemlerde daha iyi yanma, daha temiz egzoz gazı ve yakıt ekonomisi sağlanmaktadır.- Sistem
turbo şarj ve EGR’ ye daha uygundur.- Değişik sürüş koşullarında daha iyi bir sürüş rahatlığı sağlanır.- Yakıt
enjeksiyon sisteminin yukarıda belirtilen yararlarının yanı sıra bazı sakıncaları da vardır. Sistemde
kullanılan elektronik devrelerinin bakım ve onarımı zor ve pahalıdır. Sistemde meydana gelen bir arıza
sisteminin tümüyle durmasına sebep olabilir. Benzinin sızma özelliğinin yüksek, yağlama özelliğinin
olmaması sebebiyle sistemin üretimi zor, elemanları pahalıdır. Yakıt enjeksiyon sistemi toz tortu gibi tıkayıcı
maddelere karşı çok hassas olması nedeniyle bakım ve temizliğe özen gösterilmesi gerekir.
Yakıt Enjeksiyon Sistemi Çeşitleri :
1.Tek Noktalı Püskürtme Sistemleri (S P I)
*Sistemin Genel Yapısı ve Özellikleri :
Tek bir enjektörün yakıtı emme manifolduna püskürttüğü sistemdir. Yakıtın emme manifolduna
püskürtülmesi nedeni ile karbüratörlü sistemlere benzemekte fakat daha iyi bir yakıt hava karışımı
hazırlanmasını sağlamaktadır. Bu sistem karbüratörlü sistemden daha verimlidir. SPI sitemde yakıt,
motorun her türlü çalışma koşulları için bir noktadan hazırlanmaktadır. SPI sistem, maliyet ve verim
açısından karbüratörlü sistem ile MPI (çok noktalı püskürtme sistemi ) arasındadır. SPI sistem üç devreden
oluşmaktadır. Bunlar; yakıt, hava ve elektrik devresidir.
Tek nokta enjeksiyon sisteminde enjektörün konumu
Sistemin Çalışması :
Elektronik kontrollü Mono-jetronic sistem, tek bir enjektörün yakıtı emme manifolduna püskürttüğü
sistemdir. Manifold gövdesi içerisine giren havaya bir veya iki memeli enjektör tarafından yakıt
püskürtülmektedir. Hava miktarı ölçücüsü, soğutma suyu sıcaklık sensörü ve gaz kelebeği şalterinden gelen
sinyaller, ECU’de değerlendirilip tek bir enjektöre kumanda edilerek hava/yakıt oranı ayarlanır. Bu sistemde
yakıt, karbüratörlerde olduğu gibi gaz kelebeğinin üst tarafındaki hava akımı içine püskürtülür. Yakıtı
aralıklı olarak püskürten enjektörün tetikleme sinyali, ateşleme sinyalinden alınır. Enjektörden püskürtülen
yakıt, çok ince damlalara ayrıldığından homojen bir karışım elde edilir ve yakıt silindirlere homojen dağılır.
Yakıt pompasının bastığı yakıt basıncı, basınç regülatörü tarafından sabit tutulur. ECU tarafından kontrol
edilen enjektörün açık kalma süresine göre püskürtülen yakıt miktarı azaltılır veya çoğaltılır.Enjektör,
elektromekanik bir mekanizma olup enerjilendirildiğinde içerisindeki bobin, memeyi yerinden kaldırarak
basınç altındaki yakıtın konik bir şekilde püskürtülmesini sağlamaktadır. Enjeksiyon kontrol ünitesi, aldığı
bu bilgileri hafızasına kaydedilmiş değerlerle karşılaştırarak ideal yakıt-hava karışımı ile enjektörün
püskürtme süresini belirler.
2.Çok Noktalı Püskürtme Sistemleri (M P I)
Sistemin Genel Yapısı ve Özellikleri :
SPI sistemde yakıt hava ile, emme manifoldunun girişinde hazırlandığından silindire girecek olan karışımın
kat ettiği mesafe farklıdır. SPI sistemde yakıt hava karışımı manifold içerisinde karıştığından ve motorun
soğuk olduğu zamanlarda karışım içerisindeki yakıt manifold yüzeylerine yapışır ve silindir içerisinde
homojen bir karışım sağlanamaz.
Çok nokta enjeksiyon sisteminde enjektörlerin konumu
MPI sistemlerde yakıt, emme supabının arkasına püskürtüldüğü için her bir silindire alınan yakıt hava
karışımının miktarı eşittir. Aynı zamanda motorun soğuk çalışmalarında çok daha çabuk uyum
sağlamalarına neden olur. Çünkü yakıtın hava ile karıştığı yer emme supabına çok daha yakın olduğu için,
yakıtın tamamına yakın bir kısmı silindir içerisine alınır. Sonuç olarak yakıt tüketimi de azalır.
K-Jetronik Yakıt Enjeksiyon Sistemi :
Bu sistemde yakıt, bütün enjektörlerden sürekli ve düzenli olarak emme manifoldu kanalına ve emme supabı
arkasına püskürtülür. Püskürtülen yakıtın miktarı motorun emdiği havanın miktarına bağlıdır. Karışım
kontrol ünitesi, motorun emdiği havayı ölçer ve silindirlere uygun miktarda yakıt püskürterek karışım
oranını istenilen değerde tutar. Karışım oranının sürekli olarak kontrol altında tutulması, bütün çalışma
koşullarında motordan en yüksek performansın, en iyi yakıt ekonomisinin elde edilmesini ve egzoz
emisyonunun düşük olmasını sağlar.
Sistemde elektrikli bir pompa depodan gelen yakıtı, basıncını bir supap ve by-pass devresinin yardımı ile
devamlı ve hassas olarak ayarlayarak yakıt dağıtıcısına göndermektedir. Dağıtıcı, metal bir diyafram ile bir
tarafı pompaya diğeri ise enjektörlere bağlı olan iki ayrı kısıma ayrılmıştır. Benzin dozajını ayarlayan
kısımda dikey olarak hareket eden bir kontrol pistonu (plancır) bir taraftan diğerine ne kadar yakıt
gönderileceğini belirlemektedir. Bu piston, hava giriş yolunda bulunan ve emilen hava miktarını ölçen
plakaya (sensör) bağlı bir kol tarafından hareket ettirilmektedir. Yuvarlak olan bu plaka emilen hava
akımına göre koni şeklindeki muhafazanın içerisinde hareket etmektedir ve pozisyonu ne kadar yukarda
olursa arasından o kadar çok hava geçebilmektedir. Motora havanın girmesi plakayı belirli bir yere kadar
kaldırarak kontrol pistonunun o anda gereksinim duyulan miktardaki yakıtı göndermesini sağlamaktadır.
Manyetik olarak çalışan ilk hareket enjektörü emme manifolduna ilave benzin püskürterek karışımı
zenginleştirmektedir. Termik zaman şalteri bu enjektöre giden devreyi kontrol ederek, motor çalışmadığı
takdirde boğulmasını önlemektedir. Isınma sırasında, yakıtı kontrol eden basınç regülatörü ve yardımcı hava
regülatörü rölanti devrini arttırırken zengin bir karışım sağlamaktadır.
KE-Jetronik Yakıt Enjeksiyon Sistemi :
KE-Jetroniğin temel sistemi K-Jetronikj ile aynıdır. Sistem hem mekanik hem de elektronik olarak
çalışmaktadır. KE-Jetroniğin K-Jetronikten farkı ise, sensörler ile toplanan veriler ECU tarafından işlenmekte
ve gerekli yakıt dozajının ayarlanabilmesi için elektro hidrolik sinyallere dönüştürülmektedir. Sisteme ECU
(Elektronik Kontrol Ünitesi), sıcaklık sensörü, hava kelebeği şalteri, elektro hidrolik basınç regülatörü gibi
parçalar eklenmiştir Bu şekilde bir düzenleme ile yakıt ekonomisi arttırılmakta, emisyon ise azaltılmaktadır.
Bu sistemde, egzoz manifolduna yerleştirilen sensör çıkan sıcak gazların durumunu kontrol ederek
püskürtme sisteminin çalışmasını düzenleyen sinyaller göndermektedir. Amacı, ideal karışım oranının
sağlanarak, HC, CO ve NOx gibi üç ana kirleticinin üç yollu katalizörle temizlenmesidir.
Elektronik kontrollü KE-Jetronik K-Jetronikle karşılaştırıldığı zaman aşağıdaki özelliklere sahiptir.
Kontrol işlemini, yakıt dağıtıcısının ölçme aralıklarında hidrolik basınç düşümünü ayarlayan elektro-hidrolik
basınç ayarlayıcı yardımıyla merkezi olarak yapar,
K-Jetronikin ısınma regülatörü iptal edilir,
Düz kontrol özelliği ile diyafram tip basınç regülatörü, ana basınç ve kontrol basıncını sağlar. K-Jetronikin
plancır tip basınç regülatörü iptal edilir.
Sistem, yük değişimlerine çok hızlı bir şekilde cevap verir.
L-Jetronik Yakıt Enjeksiyon Sistemi :
Bosch L-Jetroniğin temel çalışma prensibi, emilen hava miktarının ölçülmesine ve motor devrine göre yakıtın
hesaplanması esasına dayanır.
Devre şeması şekil 1,6’da görülen bu sistemde motorun emdiği hava, hava ölçerden geçer ve buradan alınan
bir elektrik sinyali ECU’ne iletilir.
Hava akımı ile ilgili bir başka sinyal de gaz kelebeğinin açıklık miktarını belirten gaz kelebeği şalterinden
alınır.
Motorun su ceketine yerleştirilmiş olan sıcaklık sensörü, termik zaman şalteri, hava ölçücüsü içinde
bulunan hava sıcaklık sensöründen ve lambda sondasından gelen sinyallerle distribütörden gelen devir
sinyali ECU’ne ulaştırılır.
Bütün bu bilgileri birleştiren ECU, o anki çalışma koşullarında ne kadar yakıt püskürtülmesi gerektiğini
belirler ve enjektörlerin açık kalma sürelerini ona göre ayarlar.
Bu şekilde, her devir ve yüke göre gerekli olan yakıt miktarı tam ve doğru olarak ayarlanır.
L-Jetronik sistemde enjektörler, K-Jetronikte olduğu gibi devamlı çalışmamaktadır. Her silindirin emme supabının
arkasında yakıt püskürten enjektörlerin açılma sinyalleri ECU’den gelir. Krank milinin her devrinde enjektör iki defa
püskürtme yapar. Bu şekilde, bir silindire gerekli olan yakıt iki kerede püskürtülmüş olur. Yakıt püskürtülürken emme
supabının kapalı olmasının bir sakıncası yoktur. Çünkü motor çalışırken yakıtın supap kanalında bekleme süresi çok
kısadır.
D-Jetronik Yakıt Enjeksiyon Sistemi :
D-Jetronik, hız yoğunluk esaslı bir sistemdir. Yani hava debisi ölçümü yerine motor devir sayısı, emme manifoldu
sıcaklığı, basıncı ölçülerek, hava yoğunluğu ve debisi ECU tarafından hesaplanır. Kam milinin her devrinde enjektörler
bir defa püskürtme yapar. Diğer fonksiyonlar L-Jetronik ile aynıdır.
3. Direkt Püskürtmeli Benzinli Sistemler :
Günümüzde içten yanmalı motorlarda yapılan çalışmaların temelini, benzin motorlarının yüksek
özgül çıkış gücü ile dizel motorlarının kısmi yüklerdeki yüksek veriminin bir araya getirilmesi
oluşturmaktadır.
Araştırmalar, dört zamanlı, buji ile ateşlemeli motor yükünün gaz kelebeksiz kontrolü ile direkt
püskürtmeli (GDI) benzin motorlarında bu hedefin gerçekleştirilebileceğini ortaya koymuştur.
Direkt püskürtmeli motorlarda yakıt, emme veya sıkıştırma zamanında direkt olarak silindirin
içerisine püskürtülmekte ve karışım burada oluşturulmaktadır.
Motor çıkış gücü, silindir içerisine püskürtülen yakıt miktarı değiştirilerek ayarlandığından, bu
motorlar dizel motorlarına benzemektedir.
Silindirlere hava herhangi bir kısılmaya maruz kalmadan alındığı için pompalama işi en aza
indirilmektedir. Karışım buji ile ateşlendiği için, dizel motorlarındaki gibi karışımın kendiliğinden
ateşlenmesi şartlarının ortaya çıkmasına gerek yoktur.
Ayrıca fakir çalışma şartları oluşturularak, özgül yakıt tüketimi azaltılmıştır. Kademeli dolgulu bu
motorlarda, düşük ve orta yüklerde yakıt bujide kıvılcım çakmadan hemen önce silindir içerisine
püskürtülmektedir. Bu durumda silindir içerisindeki yakıt/hava oranı değişmekte bujiye yakın
yerlerde karışım zengin, silindirin diğer kısımlarında ise fakir olmaktadır.
Dolayısıyla silindirin içerisi bütün olarak düşünüldüğünde motor fakir karışımla çalışmaktadır.
Relanti çalışma şartlarında karışım oranı 1/40’lara kadar düşmektedir. Tam yük çalışma
şartlarında ise yakıt silindir içerisine emme zamanında püskürtülmeye başlanmakta, böylece
karışım homojen dağılımlı ve stokiyometrik oranda olmaktadır.
DP motorlarda kademeli olarak yakıt, önce emme zamanında silindire püskürtülerek içeriye alınan
hava soğutmakta ve volumetrik verimi arttırmaktadır (ön enjeksiyon).
Esas püskürtme ise sıkıştırma zamanında piston üst ölü noktaya (ÜÖN) yaklaştığında, ateşlemeden
hemen önce yapılmaktadır. Şekil 1’de görüldüğü gibi iç bükey piston tepesi sayesinde, buji
çevresindeki yakıt miktarı yoğunlaştırılmakta (zengin karışım) ve iyi bir ateşleme sağlanmaktadır.
Bu şekilde DP benzin motorları kısmi yüklerde çok fakir karışımlarda bile (40/1) çalışabilmektedir.
40° önce ÜÖN
30° önce ÜÖN
20° önce ÜÖN
Şekil 1. Sıkıştırma zamanında silindir içerisine benzin püskürtülmesi
DP benzin motorlarında, özel şekilli pistonlar ve emme manifoldlarının pistonlarla uygun şekilde
eşlenmesiyle, yanma odasında türbülans oluşturularak yakıt ile hava mükemmel şekilde
karışmaktadır. Böylece yanma verimi iyileşmekte, kirletici emisyonlar azalmakta ve yakıt/hava
oranı çok geniş bir aralıkta değiştirilebilmektedir.
Düşük relanti devirlerinde bile düzgün bir yanma sağlanmakta ve motor devri geniş bir aralıkta
esnek bir şekilde ayarlanabilmektedir.
Alışılagelmiş motorlarla karşılaştırıldığında DP benzin motorları, relantide yaklaşık % 40 yakıt
ekonomisi sağlamaktadır.
Şekil 2. DP benzin motorları ile relanti çalışma şartlarında yakıt tüketimindeki azalma
DİREKT PÜSKÜRTMELİ BENZİN MOTORLARI :
DP ve emme kanalına yakıt püskürtmeli (EKYP) motorlar arasındaki temel fark karışımın
hazırlanmasındadır (Şekil 3).
Şekil 3. Direkt püskürtmeli ve emme kanalına yakıt püskürtmeli motorlar.
EMKP motorda yakıt her bir silindirin emme portuna püskürtülür ve püskürtme ile yakıt/hava
karışımının silindire alınması arasında bir zaman farkı vardır.
Günümüz otomobil motorlarının büyük çoğunluğunda emme supabının kapanma zamanına kadar,
supabının arkasına yakıt püskürtülmesi devam eder.
Soğukta ilk hareket esnasında, emme supabı port yüzeylerinde sıvı yakıt taneciklerinin oluşturduğu
geçici bir film veya birikinti oluşur. Bu durumda yakıtın dağıtılması gecikir ve yakıtın kısmi
buharlaşmasından dolayı, doğal bir ölçme hatası olarak ideal stokiyometrik oranı yakalamak için
püskürtülen yakıt miktarı önemli miktarda arttırılır.
Bu yakıt birikintisi ve zaman gecikmesi, motorun ilk 4-10 çevriminde kısmi yanma sebebiyle
yanmamış hidrokarbon (HC) emisyonlarında önemli bir artışa sebep olur.
Alternatif olarak yakıtın direkt olarak silindirlerin içerisine püskürtülmesi ile yakıtın port
duvarlarını ıslatması problemi tamamen ortadan kaldırılmıştır.
Ayrıca yakıtın silindir içerisine gönderilme zamanı kısalmakta ve her bir yanma olayı için yakıt çok
daha hassas bir şekilde ölçülebilmektedir. Herhangi bir çevrimde silindirlere giren gerçek yakıt
miktarı direkt enjeksiyon sistemi ile EKYP sistemlerine göre, çok daha gerçekçi bir şekilde kontrol
edilebilmektedir.
DP motorlarda, karışım daha fakir, yakıt/hava karışımının silindirden silindire değişimi daha az ve
özgül yakıt tüketimi daha düşüktür.
Ayrıca, soğukta ilk harekette yanmamış HC emisyonları daha az ve motorun geçiş tepkisi daha
iyidir. DP sisteminde yakıt basıncı daha yüksek olduğundan, EKYP motorlara göre silindir içerisinde
daha iyi atomize olmakta ve özellikle soğuk çalışma şartlarında yakıtın çok daha iyi buharlaşması
sağlanmaktadır.
DP yakıt sisteminde, ortalama tanecik boyutu 16 mikron iken, EKYP sisteminde 120 mikron
olmaktadır. DP benzin motorlarında yakıtın silindir içerisine direkt olarak püskürtülmesi, yakıt
filmi oluşması problemini tamamen ortadan kaldırmamaktadır.
Piston tepesinde ve yanma odasının diğer yüzeylerinde oluşan ıslaklık, geçici film oluşumu ve
buharlaşmanın değişimi bakımından önemlidir [1].
DP yakıt sistemi, port duvarlarının ıslanması probleminin dışında, EKYP motorlardaki bir çok
sınırlamaları ortadan kaldırmaktadır. Şekil 4’de DP ve EKYP motorlarda, motor çalışana kadar
püskürtülmesi gereken yakıt miktarları görülmektedir.
DP yakıt sisteminde motorun ilk harekete geçmesi için gerekli olan yakıt miktarı çok daha azdır ve
ortam sıcaklığı azaldıkça bu farkta büyümektedir.
ve EKYP yakıt sistemlerinde, farklı ortam sıcaklıklarında
geçmesi için gerekli yakıt miktarı
Şekil 4. DP
motorun ilk harekete
EKYP motorlarda diğer bir sınırlama da, yük kontrolünün kelebek vasıtası ile yapılmasıdır. EKYP
motorlarda kelebek ile yük kontrolü geçerliliği kabul edilmiş ve güvenli bir mekanizma olmasına
rağmen, kısılma ile meydana gelen kayıplar önemli boyuttadır.
Düşük motor yüklerinde, yük seviyesini ayarlamak için kelebeğinin kısılması ile pompalama
kayıpları ve termik verimde azalma meydana gelmektedir.
Günümüz EKYP motorları hala yük kontrolü için kelebek kullanmaktadırlar. Ayrıca bu motorlarda
emme portunda sıvı yakıt filmi oluşumu devam etmektedir.
Bu iki temel çalışma gereksinimi, EKYP motorlarda yakıt ekonomisi ve emisyonlara karşı yapılan
çalışmaların önünde büyük engel oluşturmaktadır.
EKYP motor teknolojisinde sürekli iyileştirmeler yapılsa da, hem yakıt ekonomisi hem de
emisyonları birlikte iyileştirmek mümkün gözükmemektedir.
DP motorlarda teorik olarak, hem bu iki önemli problem ortadan kaldırılmakta hem de performans
sınırları genişletilmektedir.
DP motorların EKYP motorlara teorik olarak üstünlükleri aşağıda özetlenmiştir:
**Yakıt ekonomisinde iyileşme (% 25’e ulaşan potansiyel iyileşme)
kayıplarında azalma.
**Pompalama
**Isı kayıplarında azalma.
**Daha yüksek
sıkıştırma oranı (emme esnasında püskürtme ve yakıtın buharlaşması ile silindirdeki havanın soğutulması
motorun vuruntu temayülünü azaltmaktadır.Bu durum, yüksek sıkıştırma oranı ve yanma veriminde iyileşme
sağlamaktadır)
Şekil 5. DP ve EKYP motorlarda sıkıştırma oranı değişimi
**Daha düşük oktan sayılı benzin gereksinimi (emme esnasında püskürtme ile dolgunun soğutulması)
**Volumetrik verimde artış (emme zamanında püskürtme ve yakıtın buharlaşması ile dolgunun soğutulması,
ayrıca yukarıya doğru ve düz emme portları daha iyi hava akışı sağlanarak volumetrik verimde artış
sağlanmaktadır) (Şekil 6)
Şekil 6. DP ve EKYP motorlarda volumetrik verim değişi
**Taşıtın yavaşlaması sırasında yakıt kesme (manifoldda yakıt filmi oluşmamakta)
**Motor
performansında artış (EKYP motorlarla karşılaştırıldığında, DP motorlar bütün motor devirlerinde yaklaşık %
10 daha yüksek çıkış gücü ve motor momenti sağlar)
Şekil 7. DP yakıt sistemleri ile motor gücü ve momentte iyileşme.
**İyileştirilmiş geçiş tepkisi.
**Taşıtın ivmelenmesi esnasında zengin karışım gereksiniminin azaltılması.
**Daha iyi taşıt ivmelenmesi (DP motorlar çok yüksek ivmelenme yeteneğine sahiptir)
Şekil 8. Taşıtın ivmelenmesi yönünden DP ve EKYP motorların karşılaştırılması
·
**Daha kusursuz yakıt/hava oranı kontrolü.
**Daha çabuk ilk hareket.Soğukta ilk harekette daha az ek yakıt ihtiyacı.
**Daha geniş egzoz gazı resirkülasyonu (EGR) tolerans sınırı.
**Emisyon yönünden sağlanan avantajlar.
**Soğukta ilk harekette yanmamış HC emisyonlarının azaltılması.
**Daha az karbondioksit (CO2) emisyonları
“Common-rail” DP enjeksiyon sistemlerinde enjeksiyon basıncının, EKYP sistemlere göre önemli ölçüde
büyük olması hem yakıtın atomizasyon derecesini hem de buharlaşma hızını arttırmaktadır.
Böylece, bir veya ikinci enjeksiyondan sonra fazla yakıt gerektirmeden, yanma daha kararlı hale gelmektedir.
Bu sebeple, DP motorlarda soğukta ilk harekette oluşan yanmamış HC emisyonları, kararlı çalışma
şartlarındaki seviyeye yaklaşabilmektedir.
DP yakıt sisteminin diğer bir avantajı da yavaşlama esnasında yakıtın kesilmesidir. Bu sistem hem yakıt
ekonomisinde, hem de yanmamış HC emisyonlarında önemli bir iyileşme sağlamaktadır.
EKYP motorlarda yavaşlama esnasında yakıt kesilecek olursa, emme portunda oluşan yakıt filmi tabakası
azalacaktır. Bu durumda, yanma birkaç çevrim boyunca fakir karışımla olacağından genellikle geri tepme
meydana gelir.
Bu yüzden yavaşlamada yakıt kesme sistemi EKYP motorlarda uygulanabilir değildir.
EKYP motorların da DP motorlara göre bazı sınırlı avantajları vardır.
EKYP motorlarda emme sistemi bir ön buharlaşma odası olarak görev yapar. Yakıt silindir içerisine direkt
olarak püskürtüldüğünde, karışımın hazırlanma zamanı önemli ölçüde azalmaktadır.
Sonuç olarak, yakıt spreyinin atomizasyonu, püskürtme ve ateşleme zamanları arasındaki sınırlı zamanda
yakıtın buharlaşmasına yetecek kadar iyi olmalıdır.
Buharlaşmamış yakıt damlacıkları, yayılan alev dalgasına kapılarak yanmamış HC emisyonu olarak ortaya
çıkacaktır.
Ayrıca, silindir içerisine direkt olarak püskürtülen yakıt piston tepesine veya silindir duvarlarına
beklenmedik bir şekilde çarpabilir.
Eğer motor tasarımında bu faktörler ortaya konulmazsa, yanmamış HC ve partikül emisyonu seviyesinin
artması ve silindirlerin aşınması, iyi tasarlanmış bir EKYP motorundan daha fazla olabilir.
DP motorların sağladığı önemli avantajların yanında, çözüm bekleyen bazı problemleri vardır. Bunlar,
aşağıda sıralanmıştır.
DP (Direkt Püskürtmeli) Motorların Problemleri ;
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
Bütün çalışma aralıklarında karışım oluşturma zorlukları,
Kademesiz yük değişimleri için karmaşık kontrol sistemleri gereksinimi,
Enjektörde yüksek oranda birikinti oluşumu,
Kısmi yüklerde yüksek oranda yanmamış HC emisyonları oluşumu,
Tam yük çalışma koşullarında daha yüksek oranda (azot oksit) NOx emisyonları,
Kısmi yük çalışma şartlarında bölgesel NOx oluşumunda artış,
Tam yük çalışma şartlarında is oluşumu ve Partikül emisyonlarında artış,
3 yollu katalizör kullanımında verim düşmesi,
Yüksek basınç ve yakıtın yağlama özelliğinin az olması sebebiyle yakıt sistemi
elemanlarında çabuk aşınma ve Silindir aşıntısının artması,
Enjektörler ve yakıt sisteminin diğer elemanları için elektrik güç ihtiyacında artış.
Bütün bu problemlerine rağmen, geliştirilmiş EKYP motorlarla karşılaştırıldığında DP benzin motorları
gelecek için yeni bir ufuk açmaktadır. Bu motorlarla hem yakıt ekonomisi, hem de yanmamış HC
emisyonlarındaki azalma aynı anda sağlanabilmektedir.
DİREKT PÜSKÜRTMELİ MOTORLARDA YAKIT SİSTEMİ :
İçten yanmalı motorlarda yük kontrolü için gaz kelebeğinin bertaraf edilmesi, volumetrik verimde artış ve
pompalama kayıplarında önemli miktarda azalma sağlamaktadır. Bu yöntem dizel motorlarında başarılı bir
şekilde uygulanmaktadır.
Buji ile ateşlemeli motorlarda bütün çalışma koşullarında hava ile yakıtın istenilen oranda karışması bir çok
bağımsız değişkenden etkilendiği için karışımın yanma odasında hazırlanması oldukça zordur. Başarılı bir
yanma sisteminin geliştirilmesi yakıt enjeksiyon sisteminin optimum tasarımına ve silindir içi akış alanı ve
yanma hızının kontrolü için sistem elemanlarının iyi bir şekilde eşlenmesine bağlıdır.
Motorun bütün çalışma koşullarında yakıt spreyi çok iyi atomize olmalıdır. Verimli bir yanma için sprey
geometrisi çok önemlidir. Kelebeksiz, kısmi yük çalışma şartlarında DP yakıt sistemi, sıkıştırma zamanının
sonunda silindir içerisindeki 1 Mpa basınca kadar, hızlı bir şekilde enjeksiyon sağlayabilmelidir. Yakıt
enjeksiyon basıncı, etkin bir atomizasyonu ve dağılımı sağlaması bakımından büyük önem taşımaktadır.
Gereğinden daha yüksek yakıt enjeksiyon basıncı, ortalama yakıt spreyi çapını düşürür. Çok yüksek basınç
(örneğin 20 MPa) atomizasyonu kuvvetlendirir ancak çoğunlukla yakıtın silindir duvarlarını ıslatmasına
neden olur.
Yakıt basıncı DP benzin motorlarında 4-13 Mpa arasında olmalıdır. Bu basınç 0,25-0,45 Mpa olan EKYP
motorlara göre çok yüksektir. DP motorlarda enjektör ve yakıt pompasından kaynaklanan gürültü
seviyesinin azaltılması çalışmaları devam etmektedir.
DP uygulamalarının çoğunda, sabit yakıt enjeksiyon basınç hattı “common-rail” kullanılmaktadır. Farklı
motor yük aralıklarında, farklı yakıt spreyleri sağlamak ve enjektörün lineer-dinamik aralık gereksinimi
azaltmak için alternatif bir metot olarak değişken yakıt enjeksiyon basıncı uygulamaları da kullanılmaktadır.
DP motorlarda yakıt enjeksiyon sistemleri hem kısmi yüklerde aşırı fakir karışım oranları, hem de tam yükte
emme zamanı esnasında başlayan enjeksiyonla homojen dağılımla stokiyometrik karışım sağlamalıdır.
Dizel ve EKYP benzin motorlarıyla karşılaştırıldığında, bu yakıt sisteminin gereksinimleri çok karmaşıktır.
Yapılan son çalışmalarda elektromanyetik olarak tahrik edilen enjektörlerle common-rail enjeksiyon
sistemlerinde bütün bu şartlar yerine getirilebilmektedir. DP bir motorda common-rail yakıt sisteminin
elemanları Şekil 9’da görülmektedir.
Şekil 9. Direkt püskürtmeli common rail benzin motoru sistem şeması.
Günümüz kontrol sistemleri, karışımın hazırlanması ve kontrolü için karmaşık görevleri yerine
getirebilmektedir.
Örnek olarak, Toyota DP D-4 yanma sistemi, iki aşamalı enjeksiyon stratejisi ile kısmi ve tam yük çalışma
şartları arasında geçişi iyileştirmiş, yakıt tüketimi % 30 azaltılmış ve taşıtın ivmelenmesi % 10 arttırılmıştır.
Mitsubishi DP motorlarla % 20-25 yakıt ekonomisi, % 20 daha az CO2 emisyonları ve % 10 daha fazla çıkış
gücü sağlamaktadır.
Ayrıca, Mitsubishi firması DP motorlarında kullandığı, genişleme zamanında enjeksiyon ile egzoz sıcaklığını
arttırarak, soğukta ilk çalıştırmada katalist etkinliğini hızlandırmaktadır.
Direkt Enjeksiyonlu Benzinli Motor Tipleri:
FSI : Fuel Stratified injection
TFSI : Turbo Fuel Stratified injection
TSI : Twincharged Stratified injection
GDI : Gasoline Direct Injection
FSI:Fuel Stratified Injection (direkt benzin enjeksiyonu)
Fsi Motor terimi aslında yanlış bir terimdir çünkü fsi adında bir motor tipi yoktur.
FSİ bir yakıt yakma teknolojisidir.
FSİ yani FUEL STRATiFiED INJECTiON(BENZiNLi DiREKT ENJEKSiYON) klasik benzin kullanan motorlarda
yakıtla hava motora girmeden önce karşır ancak FSİ motorlarda yakıt doğrudan silindire yüksek bir
basınçla püskürtülür bu basınç benzinli motorlardaki püskürtmeden 30 kat daha yüksektir.
Böylece benzin hava karışımı daha homojenize hale gelir yakıt tüketimi azalır ancak bu durum şehir içi
trafikte yani düşük devirlerde geçerlidir. uzun yolda yüksek devirlerde yüksek hızlarda FSİ motorlar normal
benzinli motorlar gibi davranırlar.
Ayrıca FSİ motorlar basınçlı benzin püskürtme zamanlamasını çok ince hesapalra göre yapar
Bu motorda, yakıt standart motordaki gibi manifolda değil, yanma odasına püskürtülüyor.
Enjektörlerin basıncı, modern dizel motorlarda (tdi) olduğu gibi tek bir depoda (common rail) biriktiriliyor.
Manifolda püskürtme yapılan sistemlerde enjeksiyon basıncı 4 bar seviyelerindeyken, fsi'de bu rakam 10 bar
seviyelerine ulaşıyor.
Her emme manifoldunda bulunan ve tumble adı verilen hareketli levhalar, manifoldun içinden silindirlere
doğru ilerleyen havaya sarmal bir hareket veriyor.
Piston kafasının dalgayı andıran özel formu sayesinde ateşlenmeye hazır hava - yakıt karışımı bujinin yakın
çevresinde toplanabiliyor. tüm bunların asıl amacı, düşük yakıt tüketimidir.
TFSI:Turbo Fuel Stratified Injection.(Turbo beslemeli direkt benzin enjeksiyonlu motor.)
Yeni nesil motorda yakıt, talebe bağlı olarak kontrol edilen yüksek basınçlı bir pompa ile sağlanan bir ortak
yakıt sistemi yoluyla püskürtülüyor.
Emme supaplarının arasında yer alan bir enjektörle yakıt doğrudan yanma odasına milisaniyelik
hassasiyetle ve 110 bara varan basınçla püskürtülüyor.
Yakıt/hava karışımı yanma odasında bütünüyle homojen bir şekilde dağıtılıyor. Bu da TFSI motoru diğer
motorlardan ayıran ve bütün motor devirlerinde yüksek performans sağlayan en önemli özelliği oluyor.
Düşük sürtünmeli supap iteceklerine sahip silindir başlıkları, atmosferik beslemeli FSI motorlara göre daha
fazla hava akışı sağlayan değiştirilmiş bir emme manifoldu şekline sahip.
Bu da hem daha yumuşak çalışma hem de daha iyi vuruntu direnci ve verimlilik sağlıyor. Bu sayede turbo
motor 10.5:1'lik sıkıştırma oranına ulaşıyor. Böylelikle hem atmosferik beslemeli hem de konvansiyonel
turbo motorlara göre termodinamik verimliliğin arttırılmasında önemli bir rol oynuyor.
Motor bloğu GG 25 gri dökme demirden üretiliyor; bu madde hem yüksek basınca dayanıklılık hem de
mükemmel ses özellikleri sağlıyor.
Kütlesi dengelenmiş bir aktarım sistemi ses özelliklerini daha da geliştiriyor. Krank milinin iki katı hızda
dönen iki dengeleyici şaft da motorun sakinlik özelliğini telafi ediyor.
Motor gücü krank mili tarafından üçgen bir zincirler aktarılıyor; bu zincir hem yağ pompasını hem de
dengeleyici şaftları hareket ettiriyor.
Bu önlemler sonucunda dört silindirli turbo beslemeli bir motor için çok iyi titreşim özellikleri elde
edilebiliyor.
Maksimum tork değeri olan 280 Nm, 1800 d/d ile 5000 d/d arasında elde edilebiliyor.
Bu son derece geniş tork eğrisi, bir yandan çok az vites değiştirerek düşük yakıt tüketimiyle kullanmayı, bir
yandan da güçlü bir hızlanma ve anında güç elde etmek için çok hafif bir gaz pedalı hareketinin yeterli
olmasını sağlıyor.
TSI: Twincharged Stratified injection (turbo ve supercharger) direkt enjeksiyonlu motor.
TSI (Turbo Supercharger Injection), küçük hacimli motora (1.4 lt gibi) Turbo ve kompresörün eklenmesiyle
oluşmuş bir teknolojidir.
İlk kalkıştan itibaren emrinize hazır bekleyen motorda turbo devreye girene kadar kompresör size eşlik
ediyor. Bu sayede turbo motorlu araçların büyük bir kısmında yaşanan “Turbo Boşluğu” kompresörün
varlığıyla ortadan kalkmış olmaktadır.
TSI motorlarda kompresör motorun arkasında aşağıda bulunan klima kompresörünü çeviren gergi
kasnağından hareketini alan, birbirine ters istikamette dönen silindir şeklinde iki metalin basınç
oluşturduğu sistemdir kaba tabirle.
Ancak gücünü klima kompresörünün de faydalandığı krank milinden alması, artan devirle beraber daha fazla
güç tüketmesi nedeniyle 2250 devirden sonra yerini turboya bırakır. Zaten TSI motorun az yakmasının
nedeni kompresör sayesinde turbo çalışıncaya kadar turbo boşluğunu kapatması ve böylece düşük
devirlerde vites atılabilmesidir.
140 hp. gücündeki TSI motor 1500 - 4000 devir arasında 220 Nm. tork üretirken, 170 hp. seçeneğinin
ürettiği güç 1750 - 4500 devir aralığında 240 Nm.'dir.
Her iki motor seçeneğinde de maksimum tork değerinin geniş olması sayesinde dinamik sürüş için
hızlanırken vites değiştirmeye gerek duyulmuyor olması sürüş keyfinin kesintisiz olarak yaşanmasını sağlar.
Diğer motor seçenekleri ile karşılaştırıldığında 1.4 litrelik TSI motorda oluşan yüksek basınç ve sıcaklık
nedeniyle dayanıklılığı maksimum düzeye taşımak adına bazı ilave korumalar geliştirilmiştir.
Örneğin yüksek yanma ısısı ve basınca karşı silindir bloğu grafit lamelli gri dökme demir ile imal edilerek
dayanıklılık artırılmış, soğutma sistemi geliştirilmiş ve triger kayışı yerine metal zincir kullanılmıştır.
TSI, tüm devirlerde etkili ve aynı zamanda yakıt tasarrufu da sağlayacak mükemmel bir kombinasyonu ifade
etmektedir.
Alt devirlerde kompresörle kontrolü ele alan ve daha sonra turboşarjla etkili olan bir yükleme tertibatının
birleşimi olan ve başka örneği bulunmayan yüksek bir mühendislik harikasıdır.
GDI: Gasoline Direct Injection (Direk Benzin Enjeksiyonu)
Bu motora düşük yakıt tüketimi ve yüksek güç sağlayan özellikler; dik ve düz emme borusu, eğimli piston
başı, yüksek basınçlı yakıt pompası ve yüksek basınçlı, döndürme hareketi sağlayan enjektörlerdir. GDI
motorun iki farklı çalışma modu vardır. Motorun ekonomik çalışma modunda, yakıt sıkıştırma zamanı
sırasında silindire püskürtülüyor ve ekonomik bir şekilde normal güç elde ediliyor. Motorun güç modunda,
yakıtın küçük bir bölümü emme zamanı sırasında püskürtülüyor ve geri kalanı kısmı da sıkıştırma
zamanında püskürtülüyor.
Böylece daha iyi yanma ve daha yüksek güç elde ediliyor (ama ekonomik moda göre daha fazla yakıt
tüketiliyor). Motorun işletim sistemi gaz pedalının konumuna ve devire göre hangi durumda çalışılması
gerektiğini belirliyor. Yani normalde motor ekonomik çalışma modundayken, örneğin araç sollarken gaza
çok basıldığında güç moduna geçiyor ve daha fazla tork ve güç sağlıyor.
GDI teknolojili motorlar, 4 zamanlı benzinli motorlar olup, klasik benzinli motorlardan farkı yakıt silindire
doğrudan ve çok hassas bir zamanlama ile püskürtülmekte,kayıplar ve verim düşüşü önlenmektedir. Normal
bir motorda silindirin içine yakıt yaklaşık 3,5 bar basınçla püskürtülürken, bu motorda püskürtme basıncı
30-100 bar arasında değişmekte, daha iyi bir yanma sağlamaktadır.
GDI motorun avantajları; Yüksek performans,- Düşük NOx, - Daha az benzin tüketimi,- Düşük CO2
çıkışlıdır.
Dik şekilde dizayn edilmiş emme boruları vasıtasıyla aşağıya doğru güçlü bir akım oluşturur ve bu sayede
yakıt enjeksiyonu en iyi şekilde gerçekleştirilir. Özel bir şekle sahip piston başı sayesinde, silindirin içinde
dikey bir hava hareketi oluşturulur. Sıkıştırma zamanının sonuna doğru püskürtülen yakıt, yüksek basınçlı,
döndürme hareketi sağlayan enjektörler ile yoğun bir sis gibi atomize edilir. Bu sis şeklindeki hava yakıt
karışımı silindirin içinde döndürülür ve verimli bir şekilde katmanlaştırılmış olarak ateşlenir.
Bu sayede genel olarak çok fakir bir hava/yakıt karışımı ile düzenli bir yanma sağlanır. Silindirin içinde
ateşlemeden önce katmanlar halindeki hava/yakıt karışımında, bujinin yakınında en zengin karışım (yakıt
oranı yüksek) katmanı yer alırken, bujiden en uzakta en fakir karışım (yakıt oranı düşük) yer alır. Bu sayede
ateşlemenin gerçekleştirilebilmesi için yeterince zengin bir karışım sadece silindirin bir bölümünde
oluşturulmuş olur ve yakıt tüketimi azaltılır.