Atmosferik Benzinli Motorlar - Çok Noktalı Enjeksiyon Sistemi -

2000'li yıllardan günümüze üretilen ve yollarda gördüğümüz benzinli araçların büyük çoğunluğu çok nokta enjeksiyonlu (MPI: Multi point injection) atmosferik benzinli motorlardır. 

Atmosferik (turbo şarj olmayan) benzinli motorların, çok geniş motor devirlerinde pürüzsüz çalışabilmesi, düşük sıkıştırma oranıyla ve yakıt karakteristiğiyle gelen yüksek motor devirleri çevirebilme özelliği (6500-7000 redline), motorun güzel sesi (akustiği), lpg dönüşümüne uyumlu olabilmesi, düşük yakıt basıncı ve turbo şarjın olmayışıyla gelen daha az donanım, daha az donanımın ve motorun turbo ile zorlanmayışının getirdiği sorunsuz-arızasız motor, yine aynı sebeplerle atmosferik benzinli motorlu araçların daha ucuz olması gibi sebeplerle; bir çok markanın amiral gemisi modellerinde (b ve c sınıfı) bu motor tipi kullanılmıştır.

Motorlardaki gelişim 3 temel gerekçeyle meydana gelmektedir.

1. Müşterilerin daha düşük yakıt tüketimi beklentileri

2. Devletlerin daha düşük egzoz emisyonları ve karbon salınımını şart koşmaları (Euro emisyon normları).

3. Mekanik, Elektronik ve Bilgisayar sistemlerindeki büyük gelişmeler.

Yakıt enjeksiyon sistemindeki gelişmeler

1. Karbüratörlü Benzinli Motorlar

2. Enjeksiyonlu Benzinli Motorlar

-Tek Noktadan Enjeksiyonlu Motorlar,

-Çok Noktadan EnjeksiyonluMotorlar,

-Direkt Enjeksiyonlu Motorlar

Ateşleme sistemindeki gelişmeler

1. Distribütörlü Ateşleme Sistemi (Klasik Ateşleme Sistemi)

2. Elektronik Ateşleme Sistemi (Distribütörsüz Ateşleme)

3. Direkt Ateşleme Sistemi (Bağımsız Ateşleme Sistemi)

Hava Besleme Sistemindeki gelişmeler

1. Atmosferik Benzinli Motorlar

2. Turbo Şarjlı Benzinli Motorlar (Süperşarjlı (kompresörlü) veya Egzoz Turbo şarjlı veya İkisi bir arada)

Birbirine zıt kavramlar olan "yüksek motor performansı" ve "düşük yakıt tüketimi"ni en iyi şekilde dengeleyebilmek ve beklentileri karşılayabilmek için, motorlarda en yeni teknolojiler kullanılmaktadır.

Yeni nesil benzinli motorlar; yüksek işlem kapasitesine sahip Elektronik Kontrol Ünitesi (ECU) tarafından yönetilen, yüzlerce sensör (kaptör) tarafından sürekli izlenen, onlarca elektronik ve elektromekanik (aktör) donanım tarafından çalıştırılan, elektromekanik yapılar haline gelmiştir.

Atmosferik motorlar, havayı 1 barlık atmosfer basıncının ve emme zamanı sırasında silindir içerisinde oluşan vakum (alçak basınç (emiş etkisi)) ile alır. Turbo şarjlı motorlarda ise hava, turbo kompresörle atmosfer basıncının üzerinde bir basınçla (yaklaşık 2-3 bar) silindirlere basılır (aşırı doldurma yapılır).

Türkiye'de atmosferik dizel motorlar, yaklaşık 23 yıl önce yerlerini tamamen turbo dizel motorlara bıraktı.

Atmosferik benzinli motorlar ise altın çağlarını yavaş yavaş geride bırakıyor, turbo benzinli (direkt enjeksiyonlu) motorlar olarak yollarına devam edecek gibi görünüyor.

Çok Noktadan Enjeksiyonlu Yakıt Sisteminin Yapısı Çalışması ve Parçaları

Enjeksiyon:

Çok nokta yakıt enjeksiyonlu motorlarda yakıt, 12 volt ile çalışan enjektörler (4 adet) tarafından, emme manifoldunun silindir kapağıyla birleştiği kısımda silindir kapağında bulunan emme portlarına (emme kanallarına) yaklaşık 3-4 bar basınçla püskürtülür.

Enjektörler: 

Boru şeklindeki yakıt galerisinde (yakıt kütüğü-yakıt rapması) sıralanmış durumdadır. Benzin deposunda bulunan elektrikli yakıt pompası, yakıtı yakıt galerisine basar, enjektörlerde basınçlı olarak hazır bulunan yakıt, Elektronik Kontrol Ünitesi (ECU) tarafından elektrik sinyali gönderilerek, tam zamanında ve en uygun püskürtme süresiyle, enjektörler tarafından püskürtülür. Motora gönderilen yakıt miktarı, enjektörlerin püskürtme süresi değiştirilerek ayarlanır, örneğin 3 milisaniye - 10 milisaniye arası. Püskürtme süre arttığında daha fazla yakıt püskürtülür, hava-yakıt karışımı daha da zenginleşir, motor devri ve gücü artar.

Atmosferik çok nokta enjeksiyonlu benzinli motorlar, homojen karışımla çalışırlar. Hava-yakıt karışımı; emme portundan silindirin içine hızla akan havanın içerisine yakıtın püskürtülmesi, hava-yakıtın silindirin içerisine karışarak alınması ve silindirin içerisinde oluşan türbülanslar sayesinde homojen hale gelir. Homojen karışım: hava ve yakıtın, karışımın her bölgesinde eşit oranda bulunmasıdır.

MPI yakıt sisteminde, hava yakıt karışımı stokiyometrik oranda tutulmaya çalışılır. 

Stokiyometrik oran : 1 kg yakıtın 14,7kg  hava ile ideal olarak (en yüksek verimle) yakılmasını ifade eder. Bu oranın lambda değeri 1'dir (λ=1).

(1 litre benzinin yanması için 10.000 litre hava gerekir.)

Motor kontrol ünitesi (ECU), karışımı bir miktar fakir veya bir miktar zengin olarak ayarlayabilir.

λ<1 (lambda 1'den büyükse, fakir karışım)  (Düşük motor gücü-düşük yakıt tüketimi)

λ<1 (lambda 1'den küçükse, zengin karışım) (Yüksek performans-yüksek yakıt tüketimi)

λ=1 (lambda=1 ise ideal karışım) 

Atmosferik motorlarda hava-yakıt karışımı ideal oranın (lambda=1) dışına çok fazla çıkmazlar, zengin karışımla veya fakir karışımla çalışabilirler, lambda (oksijen sensörü) buna izin verir, fakat limit değerler aşıldığında lambda sensörü bunu hemen algılar ve gönderdiği sinyalle, ECU'nün; karışımı ideal (ideale yakın) değerlere getirilmesini sağlar. Bu ayarlanamazsa zaten sarı motor arıza lambası yanar.

Fakat direkt enjeksiyonlu turbo benzinli motorlar çok daha fakir karışımla çalışabilirler, onlardaki lambda sensörü geniş bantlıdır, yani çok daha geniş lambda değer aralıklarını ölçebilir-okuyabilir ve sistem de motorun aşırı fakir karışımla çalışmasına izin verir. Bu, düşük yakıt sarfiyatı sağlar.

Ateşleme Sistemi

Yeni nesil atmosferik benzinli motorlarda iki tip ateşleme sistemi kullanılır:

1. Elektronik ateşleme sistemi (Tek ateşleme bobini ve buji kabloları var, eski sistem)

2. Direkt (bağımsız) ateşleme sistemi (Her bujinin üzerine kalem tipi ayrı ayrı ateşleme bobinleri var, buji kabloları yok, en yeni ve güncel sistem).

Avans: Bujinin kıvılcım çakmasıyla, hava-yakıt karışımının tutuşması arasında geçen sürenin (tutuşma gecikmesi) karşılanabilmesi için, ve piston tam olarak üst ölü noktayı terkederken patlamanın gerçekleşmesi için, ateşleme zamanının krank derecesi cinsinden öne alınmasıdır. Özetle, bujinin piston üst ölü noktaya varmadan önce ateşlenmesidir.

Hava-yakıt karışımın yanması için gereken süre hep aynı olmasına rağmen, Motor devri arttıkça, yanma için izin verilen süre azalmaktadır, çünkü piston giderek çok daha hızlı bir şekilde inip çıkmaktadır, işte bu süreyi telafi edebilmek için, ateşleme daha erken yapılarak aslında zaman kazanılmaktadır.

Ateşleme avansı, krank mili konum sensörünün sinyallerine göre ve motor yüküne göre, elektronik olarak ECU tarafından sürekli olarak ayarlanır. Motor devri arttıkça ateşleme avansı artar; ayrıca motor yükü arttığında da ateşleme avansı artar. Motor yükünü belirleyen şey: gaz pedalına basılma miktarı (gaz pedalı konum sensörü), emme manifoldundaki basınçtır (MAP: mutlak basınç sensörü).

Örneğin, yokuş çıkarken veya ani hızlanma taleplerinde gaz pedalına daha fazla basılır, motor devri henüz yükselmemiştir ve motor hızı da yavaştır, bu durumda motora zengin hava yakıt karışımı alınır, yakıtça zengin bu karışımın verimli bir şekilde yakılabilmesi için (tutuşma gecikmesi), ateşlemenin öne alınması gerekir, avans arttırılır. 

Ayak gaz pedalından çekildiğinde veya motor yükü-motor devir hızı istenen düzeye geldiğinde, ateşleme avansı azaltılır.

Motorun tüm yük ve devir hızı şartlarına göre en uygun ateşleme avansı bilgisi (avans haritası), ECU'nün hafızasında kayıtlıdır, sensörlerden gelen sinyallere bakılır ve hafızadaki bilgilere göre avans açısı verilir. Ateşeme avansı verilirken, motor suyu sıcaklığı  ve emilen havanın sıcaklığı da hesaba katılır. Soğuk motor (ilk çalıştırma) zengin karışımla çalıştırılır ve avans bir miktar arttırılır.

Rölantide avans yaklaşık 10okrank açısı kadarken, motor devri veya yükü arttıkça 30o'ye kadar artabilir. 

Ateşleme sistemindeki anormallikler vuruntulu çalışmaya sebep olur, vuruntu; vuruntu sensörüyle algılanır ve vuruntusuz çalışma için motor devri ve avans açısı, ECU tarafından ayarlanır.

Motorun yakıt enjeksiyon sistemi de ateşleme sistemi de elektronik olarak motor kontrol ünitesi (ECU) tarafından yönetilir. Motorun gücü (devri-torku), silindirlere alınan havanın miktarı değiştirilerek ayarlanır. Bunu ise sürücü gaz pedalına basarak yapar. Hava miktarı arttığında (gaz kelebeği açıklığı artar) motorun gücü arttırılır.

Motora alınan hava miktarı?

Gaz telli gaz kelebeği (pedal ve gaz kelebeği bağlantısı gaz teli ile sağlanır) veya -

Elektronik gaz kelebeği (Gaz kelebeği elektriklidir, gaz teli yoktur, gaz pedalı konum sensörü vardır)

Sürücünün güç talebi, gaz pedalına basılma miktarıyla algılanır, emilen hava artar, emilen havanın miktarına göre püskürtülen yakıt miktarı uyarlanır (püskürtme süresi değiştirilir).

Yakıt enjeksiyonunun hassas bir şekilde ayarlanması amacıyla, Motora emilen havanın miktarının belirlenebilmesi için, MAP sensörü veya MAF sensörü (hava akış metre) kullanılır. Yeni nesil araçlarda bu görev için MAF sensörü kullanılır.

Motorların daha düşük yakıt tüketimi yapmaları ve daha az egzoz emisyonları yaymaları için tüm otomotiv üreticileri yeni donanımlar ve sistemler geliştirmek zorunda kalmıştır, motorun daha verimli çalışması için ilave sistemler geliştirmişlerdir. Bazı donanımların zorunlu olarak kullanılmasını, Euro Emisyon normları sağlarken; müşteri beklentileri ve rekabet, daha iyi motorların geliştirilmesini sağlamıştır.

Örnek Daha verimli motor için?

1. Değişken supap zamanlaması (vvt-vtc-camtronik-vanos) 

2. Değişken yollu (ayarlanabilir) emme manifoldu (Örn: Twinport)

3. Daha düşük egzoz emisyonları için; katalitik konvertörler

4. Azot oksit (NOx) gazı emisyonlarının azaltılması için; EGR Sistemi

Çok Nokta Enjeksiyon Sistemli Modern Atmosferik Benzinli Motorun Yapısı ve Parçaları 

Burada örnek olarak Bosch Me7 Yakıt Enjeksiyon Sistemi gösterilmiştir.

Aşağıda benzinli motorlarda kullanılan tüm sensör ve sistemleri sıralanmıştır

1-  Karbon kanister

2 - Karbon canister valfi

3 – MAP (mutlak basınç) sensörü

4 – Yakıt galerisi ve enjektörler

5 – Ateşleme bobini (kalem bobin)

6 – Eksantrik (kam) mili konum sensörü (faz sensörü)

7 – Gaz pedalı (gaz pedalı konum sensörü)

8 – Debimetre (MAF sensörü - Havakütle ölçer)

9 – Elektrikli gaz kelebeği

10 – EGR Valfi

11 – Vuruntu sesörü

12 – Soğutma suyu sıcaklıksensörü (hararet müşürü)

13 – Lambda (oksijen) sensörü

14 – Elektrikli yakıt pompası

15 – Elektronik control ünitesi (ECU)