Elektronik yakıt enjeksiyonu 1980’li yıllardan itibaren karbüratörün yerini almaya başladı. Aralarındaki en temel fark karbüratör, emiş vakumu ve ventürideki basınç düşüşünden faydalanarak yakıtı motora yollarken elektronik yakıt enjeksiyonunun basınç ile yakıtı doğrudan motora yollamasıdır. Bu yazımızda enjeksiyon ve kontrol sistemlerini inceleyeceğiz. A- A+
24.08.2016 tarihli yazı 5939 kez okunmuştur.
Enjeksiyon Sistemi Çeşitleri
Karbüratörlü bir sistemde motor karbüratör üzerinden havayı çekerken hava ile benzin karışımı meydana gelir ve daha sonra emme manifoldları üzerinden silindirlere doğru ilerler. Bu sistemin dezavantajlarından biri motor soğukken çalıştırıldığında benzin emme manifoldunda birikebilir. Aynı şekilde emme kanalındaki en ufak kıvrımlar bile benzin ve hava karışımının ayrılmasına neden olur ve farklı silindirlere farklı oranlarda karışım gider. Genelde bu gibi durumlarda ortadaki silindirler kenardakilere göre daha zengin çalışır ve bu durum yakıt ekonomisi, performansı ve emisyonunda verimin düşmesine neden olur. Rölanti devrinde yeterli benzin göndermesi veya yokuş çıkıldığında daha fazla benzin göndermesi için çeşitli devrelerle desteklenmiş olsa da yerini yeni teknolojilere bırakmıştır.
Gaz Kelebeği Gövdesi Yakıt Enjeksiyonu TBI (Gaz kelebeği gövdesi yakıt enjeksiyonu) veya tek noktalı yakıt enjeksiyonu ile çalışan bir sistemde gaz kelebeğine yerleştirilmiş bir veya iki adet enjektör emme manifolduna benzin püskürtür. Yakıt basıncı yakıt deposuna yakın bir yere yerleştirilmiş olan elektrikli yakıt pompası tarafından oluşturulur. Basınç gaz kelebeği gövdesindeki regülatörlerle kontrol edilir. ECU’nun sinyaliyle enjektörler benzini sürekli bir akış olarak değil de kısa patlamalarla püskürtür.
Karbüratörün olumsuz yanları TBI sistemlerinde de görülür. Ancak soğuk motor çalıştırma karakteristiği karbüratörlere göre daha iyidir çünkü benzini motoru boğmadan püskürtebilir. Ayrıca ECU benzin hava karışım oranını daha iyi bir şekilde ayarlayabilir. Bu sistem karbüratörden yakıt enjeksiyonuna geçişin ilk örneği olarak çok kısa bir süre için piyasada kalmıştır.
►İlginizi Çekebilir : İçten Yanmalı Motorlar Çok Noktalı Yakıt Enjeksiyonu Çok noktalı yakıt enjeksiyon sistemlerinde her bir silindir için farklı bir enjektör vardır. Benzinin doğrudan silindirin tepesindeki emme portuna püskürtülmesi bu sistemin önemli avantajlarındandır. Emme manifoldlarından sadece hava geçeceğinden bu bölgeler kuru kalır ve motor soğukken benzin birikimi meydana gelmez. Böylece ortadaki ve kenarlardaki silindirlere giden karışım oranları farklı olmaz. Yakıt ekonomisi, performansı ve emisyonu daha verimli hale gelir.
Bu sistemin ilk ürünleri tamamen mekanik olup 1950’li yıllara dayanmaktadır. 1974’te ise bazı şirketlerce mekanik olan enjektörlerin yerine elektronik enjektörler kullanılmıştır. Günümüzde kullanılan bütün çeşitleri ise tamamen elektronik olarak kontrol edilmekte ve elektronik enjektörler kullanılmaktadır.
1980 ve 1990’lı yıllarda üretilen sistemlerde silindirlerdeki tüm enjektörler krank milinin her bir turundan hemen sonra püskürtmekteydi. Daha sonra bunun yerine her bir enjektörü ayrı ayrı çalıştırıp emme valfinin açılmasıyla benzini püskürten SFI (Sıralı Yakıt Enjeksiyonu) sistemi geliştirildi.
Doğrudan Benzin Enjeksiyonu 2000’li yıllardan geliştirilen GDI (doğrudan benzin enjeksiyonu) adı verilen sistemde port yakıt enjeksiyonunda olduğu gibi her silindir için farklı bir enjektör vardır. Ancak enjektörler benzini emme portlarına değil de doğrudan yanma odalarına püskürtür. Yakıt ekonomisi ve gücünde %15-25’lik bir verim artışı sağlamaktadır. Bununla birlikte çok yüksek basınçlı enjektörler gerektirir ve çok yüksek basınçlarda çalışır.
Yakıt Enjektörü Sinyalleri Motordaki benzin karışımının zenginliği enjektör sinyallerinin uzunluklarının değişimiyle belirlenir. Sinyal aralığının uzun olması püskürtülen benzin miktarının çok ve benzin karışımının zengin olduğunu gösterir.
Enjektör zamanlaması ve süresi ECU tarafından ayarlanır. ECU, değişen çalışma şartlarına göre benzin hava karışımını değiştirmek ve yeterli miktardaki benzini belirlemek için çeşitli sensörlerden sağladığı verileri kullanır. Benzin karışımı için en önemli sensör oksijen sensörüdür. Bu sensör ECU’ya karışımı ayarlayabilmesi için zengin veya fakir karışımı niteleyen bir sinyal gönderir.
ECU yakıt dağıtımını ayarlayan bir programa sahiptir. Bu program motor hızı ve motora binen yükün değişimine göre enjektör sinyallerinin uzunluğu konusunda ECU’yu yönlendirir. Başlangıç, ısınma, ivmelenme ve motorun yükünün artışı esnasında motora daha zengin bir karışım gönderirken araç hafif yük altında yavaşça hareket ederken yakıt ekonomisi için daha fakir bir karışım gönderir. Araç yavaşlarken ve motora yük binmezken ECU’nun anlık olarak enjektörleri kapatmasını sağlar.
►İlginizi Çekebilir : Benzinli ve Dizel Motorların Karşılaştırılması EFI Sistemindeki Sensörler Elektronik yakıt enjeksiyonu ECU’nun motor hızı, yükü ve çalışma koşullarını belirleyebilmesi için çeşitli sensörlerden veri alınmasını gerektirir. İki tür EFI sistemi vardır: Motor RPM’i Manifold Mutlak Basıncı Sensörü ve Gaz Pozisyonu Sensörü’nden gelen veriler ile motora giren havayı tahmin eden hız-yoğunluk sistemi ve direkt olarak bu ölçümü yapan bir sensör kullanan hava akışı sistemi. Hız-Yoğunluk sistemi biraz daha ilkel olsa da emme manifoldu, gaz kelebeği gövdesi veya vakum sisteminde oluşabilecek hava sızıntılarından etkilenmeden ölçüm yaparak karışım oranının doğru olmasını sağlar. Öte yandan hava akış sensörü daha kesin sonuçlar verir. Sonucun kesinliği sensörün temiz oluşuna da bağlıdır. Hava akış sensörünün kullanıldığı sistemlerde diğer sensörlerden veriler alınsa da hava akışını ölçmek için öncelikli olarak bu sensörden gelen veriler kullanılır.
Oksijen sensörü: Her iki sistemde de Oksijen Sensörü’nden gelen veriler ideal yakıt ekonomisi ve emisyonunu sağlamak için uygun hava benzin karışımını ayarlamak için kullanılır. Oksijen sensörü eksoz manifoldu üzerine yerleştirilmiştir ve hava benzin karışımının zengin veya fakir olduğunun göstergesi olarak eksozdaki yanmamış oksijen seviyesini gösterir. Bazı motorlarda her bir silindir için farklı bir oksijen sensörü bulunmaktadır.
Oksijen sensörü motorun fakir çalıştığı sinyalini gönderdiğinde (daha yüksek yanmamış oksijen seviyesi) ECU benzin karışımını daha zengin hale getirir (enjektörlerin sinyal aralığını arttırır). Zengin halde çalışıyorsa (eksozda daha az oksijen) ECU karışımı daha fakir hale getirir (enjektörlerin sinyal aralığı azalır).
Gaz Kelebeği Pozisyonu Sensörü: Gaz kelebeğinin konumu hakkındaki veri Gaz Kelebeği Pozisyonu Sensörü tarafından sağlanır. Gaz kelebeği gövdesinin kenarına yerleştirilmiştir ve kelebek açılıp kapandığında değeri değişen bir direnç kullanır.
Manifold Mutlak Basınç Sensörü: Motor yükü Manifold Mutlak Basınç Sensörü tarafından ölçülür. Emme manifoldu üzerine yerleştirilir veya emme manifolduna vakum hortumu ile bağlanır.
Manifold Hava Sıcaklığı Sensörü: Motora giren havanın yoğunluğu değişiklik gösterebilir. Bu değişimlerin uygun bir şekilde telafi edilebilmesi için giren havanın sıcaklığı ölçülmelidir. Bu ölçüm Manifold Hava Sıcaklığı Sensörü tarafından gerçekleştirilir. Hava akış Sensörü’nün içerisinde veya ayrı bir şekilde emme manifoldunda bulunabilir.
Soğutucu Sıcaklık Sensörü: Soğutma suyu sıcaklığını ölçer. Böylece motorun ne zaman soğuk ve ne zaman normal sıcaklıkta olduğu belirlenir. ECU’nun bu veriye ihtiyacı vardır çünkü soğuk bir motorun çalışması için daha zengin bir karışım gerekir. Sıcaklık belli bir değere ulaştığında motor kapalı döngüye girer ve karışımı ayarlamak (zenginliği azaltmak) için oksijen sensöründen veri almaya başlar. Açık döngüdeyken yani soğutma suyu sensöründen veri alınmazken (soğukken) karışım oranı değişmez ve motor zengin çalışmaya devam eder.
Krank Mili Pozisyon Sensörü: Motorun dairesel hızını ölçmek için kullanılır. Bir Hall veya optik sensör aracılığıyla her bir turda sinyal yollanarak krank kasnağı, volan dişlisi veya krankın kendisi üzerinden hız ölçümü yapılır. Bu hıza göre ECU motora benzin gönderir. Örneğin klima açıldığında veya araç hareket ettirildiğinde motora yük bindiğinden krank mili ECU’nun belirlediği hızın altına düşer. Bu durumda ECU gaz kelebeğini biraz daha açar ve sinyal aralıklarını arttırır yani daha fazla benzin püskürtülmesini sağlar.
Vuruntu Sensörü: Vuruntu sensöründe mikrofon gibi çalışan piezoelektrik kristaller bulunmaktadır. Motordaki titreşimleri algılar ve ECU’ya sinyal gönderir. ECU da bunun vuruntu veya normal bir motor titreşimi olup olmadığını belirler. Eğer vuruntu olduğu belirlenirse ateşleme kısa süreli geciktirilir ve motor normal çalışma haline geri döner.
Rölanti Hız Kontrolü Rölanti kontrolü rölanti hava geçiş devresi aracılığıyla ECU tarafından ayarlanır. Küçük bir elektrik motoru veya solenoid hava geçiş boşluğunu açmak ve kapamak için kullanılır. Boşluk ne kadar büyük olursa o kadar fazla hava geçer ve rölanti devri o kadar yüksek olur.
Yeni araçlarda elektronik gaz kelebeği kontrolüyle ECU aynı zamanda sürücü gaz pedalına bastığında kelebeğin açılmasını kontrol etmektedir. Gaz pedalındaki konum sensörleri kelebeğin ne kadar açılacağı konusunda ECU’ya sinyal yollamaktadır.
Bu sistemde enjektörler elektronik olarak kontrol edilen valflerden başka bir şey değildir. ECU tarafından sinyal gönderildiğinde elektromıknatıs küçük bir pistonu hareket ettirerek valfi açar. Böylece nozülden motora doğru sıkıştırılmış benzin püskürtülür. Benzinin kolayca yanabilmesi için nozüller benzini atomize eder. ECU sinyali kestiğinde enjektörlerin içerisindeki valfler kapanır ve benzin püskürtmesi durur. Enjektörlerin bulunduğu yerler daha önce de bahsedildiği gibi farklı yerlerde bulunabilir. Aynı şekilde doğru miktarda benzin püskürtmek için de sensörlerden yararlanır.
Ateşleme Zamanlaması En ideal şekilde çalışma sağlanabilmesi için bujilerin doğru zamanda akımla yüklenmesi çok önemlidir. Pistonun pozisyonuna bağlı olarak ateşlenmesi gereken doğru zaman maksimum basıncın oluşumunu kolaylaştırmak için optimize edilmiştir. Böylece genişleyen gazdan maksimum iş elde edildikten sonra motor kendisini toparlayabilmektedir.
Modern araçlarda eskiden kullanılan merkezi bobinler yerine her bir bujinin üzerinde ayrı ayrı bulunan bobinler bulunur. Sensörlerden gelen verilerle ECU transistorü tetikleme zamanını belirler ve ateşleme gerçekleşir. Vuruntu sensöründen veri gelirse de ateşleme kısa süreliğine yavaşlar.
Benzin Basınç Kontrolü Ne kadar benzin püskürtüleceğine dair bir başka önemli unsur benzin basınç sistemidir. Basınç ne kadar yüksekse püskürtülen benzin miktarı o kadar yüksek olur. Benzin basıncı benzin deposunun yakınında bulunan elektrikli benzin pompası tarafından üretilir. Standart elektrikli pompalar 50 ile 200 psi basınç aralığında çalışmaktadır. Genellikle fazla basıncı havaya vermek amacıyla bir valf bulunur ve ateşleme olmadığında sistemin basıncını sürdüren başka bir kontrol valfi bulunur.
Çok noktalı elektronik enjeksiyon sistemlerinde benzinin arkasındaki basınç ile emme manifoldundaki basınç arasındaki fark değişkendir. Hafif yük altında veya rölantide emme manifoldunda yüksek bir vakumlama eğilim olduğundan benzini göndermek için yüksek bir basınca ihtiyaç duyulmaz. Ağır yük altındayken ise vakum etkisi yok olur ve benzini püskürtmek daha fazla basınç gerektirir. Bu diferansiyeli uygun bir şekilde ayarlamak ve sürdürmek için benzin basınç düzenleyicileri kullanılır.
Elektronik Kontrol Birimi (ECU) Motoru kontrol eden algoritmalar oldukça karışıktır. Yazılım, aracın yasalarla belirlenen emisyon kriterleri ve ekonomik gereksinimleri yerine getirmek, motoru korumak gibi birçok fonksiyonu yerine getirmelidir.
ECU belli bir formül ve çeşitli diziler ile verilen komut çizelgeleriyle şartlarına uygun olarak sinyal aralığını belirler. Oluşan denklem çeşitli faktörlerin birbiriyle çarpıldığı uzun bir seri haline gelir. Bu faktörlerin birçoğu komut çizelgelerinden gelir. Aşağıda yakıt enjeksiyonu sinyal aralığının basitleştirilmiş bir şekilde hesaplanması yer almaktadır. Burada sadece 3 faktör bulunacaktır ki gerçek bir sistemde bunlardan yüzlerce vardır. Ayrıca ECU bu miktarda işlemi her saniye gerçekleştirir.
Sinyal Aralığı = (Ana Sinyal Aralığı) x (A Faktörü) x (B Faktörü) Sinyal aralığını hesaplamak için öncelikle ECU komut listesindeki ana sinyal aralığını kontrol eder. Ana sinyal aralığı motor hızına ve yüküne bağlıdır. Motorun hızı 2000 RPM yükü 4 olsun. Ana sinyal aralığı bu iki değerin kesişimi 8 milisaniye olarak tabloda bulunur.
A ve B parametreleri sensörlerden gelen verilerdir. A soğutma suyu sıcaklığı B ise oksijen seviyesi olsun. Eğer sıcaklık 100’e oksijen seviyesi de 3’e eşitse çizelge A faktörünün 0.8 B faktörünün ise 1.0 olduğunu gösterir.
Ana sinyal aralığı daha önce bulunmuştu. Verilen formül uygulanarak sensörlerden gelen bu değerler için olması gereken sinyal aralığı hesaplanabilir.
8 x 0.8 x 1.0 = 6.4 milisaniye
Bu örnek ile kontrol sisteminin ayarlamaları nasıl yaptığı görülebilir. Tablodan görüleceği gibi ECU oksijen seviyesini gösteren B parametresinin değeri arttıkça B faktörü artmaktadır. Böylece ECU eksozdaki oksijen seviyesi yüksek olduğunda sinyal aralıklarını arttırır ve daha fazla benzin gönderir.
►aa1car.com ►howstuffworks.com ►haltech.com ►jalopnik.com
Kurtsan Tarım Endüstri Makinaları San.Tic.Ltd.Şti ...