Motor yakıt sistemleri, içten yanmalı motorların yanma zamanını oluşturmak için temel ihtiyacı olan yakıtı silindirlere yollayan sistemdir. Günümüzde kullanılan içten yanmalı motorlarda yakıt olarak benzin, dizel veya LPG kullanılmaktadır. Bu motorlar yakıtı devamlı ve istenilen miktarda motora sağlayacak sistemlere ihtiyaç duymaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte otomotiv sektöründe de yeni enjektörler ve enjeksiyon sistemleri bulunmuştur.
Bu bölüm altında benzinli ve dizel motorlarda kullanılan yakıt sistemlerini inceleyeceğiz. Motor yakıt sistemleri çok karmaşık gibi gözükse de başlıklar halinde okuyunca çok basit ve anlaşılır olduğunu göreceksiniz. Konu biraz kapsamlı olması sebebiyle sayfa içeriği kısmında başlıkları inceleyebilirsiniz. Konular benzinli ve dizel motorlarda yakıt sistemleri olarak 2 ana başlık altında anlatılmıştır.
Benzinli Motorlarda Yakıt Sistemleri
Yakıt enjeksiyonu, benzinli motorlarda yakıtı silindirlere yollayan sistemdir. Eski tip motorlarda karbüratör sisteminin yaptığı işi modern motorlarda enjeksiyon sistemleri devralmıştır. Artık yeni nesil benzinli atmosferik veya şarjlı motorlarda enjeksiyon sistemleri kullanılmaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte günümüzde enjeksiyon sistemleri ciddi derecede yakıt tasarrufu sağlamaktadır. Aynı zamanda çevreyi ve atmosferi korumak için emisyon değerleri de düşmektedir.
*Motor yakıt sistemleri sayfası paralelinde motor hava sistemleri sayfasını okumanızı tavsiye ederiz. Çünkü enjeksiyon miktarlarını kontrol eden motor kontrol ünitesi(ECU – Engine Control Unit) motor yükünü hesaplamak için hava sistemi parçalarından faydalanmaktadır.
Benzinli motorlarda yakıt sistemlerini kısaca gelişme sırasıyla 4 ana başlık halinde inceleyebiliriz.
1- Karbüratörlü Sistemler – Eski model arabalarda kullanılan motor yakıt sistemleri ‘dir. Emme manifolduna giren havanın yaptığı vakum etkisiyle yakıt haznesinden yakıtı alarak emme manifolduna ordan da silindirlere yollayan sistemdir.
2- Tek Nokta Enjeksiyon (Single Point Injection – SPI) – Karbüratör sistemine benzer. Farkı ise yakıtı vermek için enjektör kullanmasıdır. Gaz kelebeğine bağlı olan enjektör yakıtı boğaz kelebeği üzerinden püskürtür.
3- Çok Noktadan Enjeksiyon Sistemi (Multi Port Injection – MPI) – Her silindirde bir enjektör olacak şekilde üretilmiştir. Yakıtı her bir silindire emme sübabının bulunduğu bölgeye püskürtür.
4- Doğrudan benzin enjeksiyonu (Gasoline Direct İnjection – GDI) – En gelişmiş ve verimli enjeksiyon sistemidir. Yakıtı direkt motorun yanma odasına verir. Yakıtı emme, sıkıştırma ve hatta yanma zamanında püskürtebilir.
*Motorun zaman tanımları için motor çalışma prensibi sayfasına bakabilirsiniz.
1- Karbüratörlü Motorlar
Pistonların silindirdeki emiş gücüyle emilen hava, karbüratörün içinden geçerken bir miktar benzini de beraberinde sürükleyerek onu buharlaştırır ve oluşan gaz karışımı silindirlere girerek bujilerden saçılan kıvılcımla ateşlenir. Karbüratör, emilecek havayı ve karışacak benzinin oranını ek düzeneklerle otomatik olarak ayarlar.
Karbüratör basitçe, orta bölümde daralan bir hava borusu ile bu boruya ince birkaç kanalla bağlı bulunan benzin haznesinden oluşur. Hava borusuna boğaz, boğazın daralan bölümüne ise venturi denir. Motora emilen hava fizik kurallarına göre venturiden geçerken hız kazanır ve bu bölümde düşük basınç yaratır. Oluşan düşük basınç (vakum) benzin haznesindeki yakıtın emilip hava ile karışarak silindir veya silindirlere doğru yol almasını sağlar. Bu yüzden ana yakıt kanalı venturiye açılır. Boğazın, havanın gidiş yönüne göre venturiden sonraki bölümünde motora alınacak olan havanın, dolayısıyla da hava – yakıt karışımının miktarını ayarlamaya yarayan gaz kelebeği bulunur. Gaz kelebeği otomobillerdeki gaz pedalının hareketiyle çalışır. Sürücü gaz pedalına basmakla aslında gaz kelebeğinin açıklığını artırmaktadır.
*Gaz kelebeği ve rolanti motoru nedir ve nasıl çalışır? sayfasından gaz kelebeği hakkında daha fazla bilgi sahibi olabilirsiniz.
Benzin, karbüratördeki hazneye benzin pompası ile gönderilir. Haznedeki benzin miktarını sabit bir seviyede tutmak için burada şamandıralı bir valf bulunur. Arabalarda kullanılan benzinli motorların, değişen şartlara göre istenen güç ve devirde çalışabilmesini temin edebilmek amacıyla modern karbüratörler birçok karmaşık sistemle donatılmıştır. Benzin ile havanın öz kütleleri ve diğer fiziksel özellikleri farklı olduğu için hava – yakıt karışımının miktar ve oranı sadece gaz kelebeği ile kontrol edilememektedir. Geliştirilen pek çok sisteme rağmen karbüratörlerden, mükemmel düzeyde verim alınamayacağı anlaşılmış ve bugünkü çoğu modern taşıtta yerini yakıt enjeksiyonu sistemi almıştır.
*Karbüratör sistemi ve çeşitleri hakkında ayrıntılı bilgi için burayı tıklayabilirsiniz.
2- Tek Nokta Enjeksiyon Sistemli Motorlar
(Single Point Injection – SPI)
Tek nokta enjeksiyon sistemleri karbüratörün biraz gelişmiş hali olarak tarif edebiliriz. Boğaz kelebeğine bağlı bulunan bir enjektör sayesinde yakıt emme manifolduna püskürtülür. Püskürtülen bu yakıt hava ile karışarak emme sübaplarından silindirlere verilir.
1980’lerde kullanılmaya başlayan bu sistem genellikle amerikan yapımı arabalarda ve kamyonetlerde kullanılmıştır. Az miktarda avrupa arabasında kullanılan bu sistem parçalarının maliyetleri sebebiyle tekrar üretimi yapılmamıştır. Parça maliyetleri düşünülerek karbüratöre göre daha fazla avantajı olmaması sebebiyle üretilmemiştir.
3 – Çok Noktadan Enjeksiyon Sistemli Motorlar (Multi Port Injection – MPI)
Çok noktadan enjeksiyonlu sistemin bir diğer adı da port fuel injection (PFI) ‘dır. 2000’li yıllarda üretilmeye başlamıştır. Her bir silindire özel enjektör bulunur. Bu enjektörler yakıtı emme sübabına yakıtı püskürtür. Emme sübabının açılmasıyla silindire hava yakıt karışımı verilmiş olur. Bu sistemde enjektörler aynı aynda püskürtme yapmaktadır. Fakat daha sonrasında üretilen Sıralı Enjeksiyon Sistemi (Sequential Fuel Injection – SFI) emme zamanı gelen enjektörde püskürtme yapmaktadır. Sıralı enjeksiyon sisteminde motor kontrol ünitesi her bir enjektörü ayrı ayrı açar.
Benzin deposunda bulunan düşük basınçlı yakıt pompası yakıtı enjektörlerin bağlı olduğu yakıt kütüğüne yollar. Basınç ayar valfi sayesinde basınç kütüğünde yakıt sabit basınçta bekler. Motor kontrol ünitesinden komut alan enjektör açar ve emme manifoldu ile silindir kapağının birleştiği noktaya yani emme sübabından hemen öncesine yakıtı püskürtür.
Bu enjeksiyon sisteminde yakıt basıncı tek sıralı sistemde olduğu gibi düşük basınçta yani 3-5 bar civarındadır. Bu basınç yakıtın püskürtülmesi için yeterli miktardır.
4 – Direkt Benzin Enjeksiyonlu Motorlar (Gasoline Direct Injection – GDI)
Direkt benzin enjeksiyonlu sistemler enjeksiyon sistemleri arasında en gelişmişi ve verimlisidir. Bu sistemin diğer enjeksiyon sistemlerinden en temel farkı yakıtı direkt yanma odasına püskürtmesidir. Peki bu enjeksiyon sistemi nasıl çalışır? Düşük basınçlı yakıt pompası yakıt deposundan aldığı yakıtı bir miktar basınçlandırarak, motora akuple çalışan ve hareketini krank milinden alan yüksek basınçlı pompaya verir. Yüksek basınçlı pompa sayesinde yakıt 50-120 bar değerine ulaşır. Her bir silindirin yanma odasına bağlı olan enjektörler mevcuttur. Bu enjektörler selenoid vasıtasıyla çalıştırılırlar. Selenoid aslında valf görevi görmektedir. Enjektörler içerisinde yay ve needle valf bulunan motor parçalarıdır. Selenoid açarak enjektöre gelen yakıt içerideki yay basıncını yener ve needle valfi yukarıya ittirerek nozzle’lar vasıtasıyla yanma odasına yakıtı pulvarize bir şekilde püskürtür. Daha sonra selenoid valf kapatarak enjektöre gelen yakıtı keser.
Arabadaki yanma kalitesini ve motor yükünü hesaplayan sensörler motor kontrol ünitesine bilgiyi yollar. Bu bilgiler üzerine motor kontrol ünitesi enjektörlerin selenoidlerini açarak yanma odasına yakıtın ne miktarda yollanacağına karar verir. Yani motor kontrol ünitesi (ECU – Engine control Unit) motorun yüküne göre selenoidin açılma zamanı ve açık kalma süresini ayarlar. Motorun yükünü tespit eden parçalar hava sistemleri başlığı altında incelenmiştir. Bunlar MAF ve MAP sensörleridir. Kısaca bahsetmek gerekirse MAF sensör motora giren havanın kütlesini ölçer. MAP sensör ise manifoldda oluşan vakum değerini ölçerek motor kontrol ünitesine sinyal yollar. Ayrıca egzoz manifold çıkışına bağlanan oksijen sensörleride yanma kalitesini ölçerek hava yakıt karışım miktarını motor kontrol ünitesine bildirir.
*MAF ve MAP sensörler hakkında daha fazla bilgi için burayı tıklayınız.
Direkt benzin enjeksiyonlu motorlar şarjlı motorlarda olacağı gibi atmosferik motorlarda da kullanılabilir. Fakat yaygın olarak kullanımı şarjlı motorlardadır. Direkt benzin enjeksiyonlu motorların avantajları hem yakıt tasarrufu sağlaması hemde düşük emisyon değerleridir.
Elektronik ve mekanik enjektörler arasındaki fark nelerdir?
Elektronik enjektörler mekanik enjektörlerin aksine sürekli açılıp kapanarak çalışır. Enjektör açıldığında benzin basıncı ile benzin ince delik veya deliklerden emme manifoldundan geçen havanın üzerine püskürtülür. Böylece küçük partiküller halindeki yakıt yanma odasına doğru harekete geçer. Enjektörün püskürttüğü benzin miktarı benzin basıncı, meme büyüklüğü ve duty cycle (enjektörün açık kalma süresi) ile doğru orantılıdır. Ayrıca temiz olmayan meme püskürtülen benzin miktarını olumsuz etkileyebilir. Kirlenme, delinme v.s. sonuçlarda motordan büyük miktarda performans kayıpları gözlenir. Ayrıca karbüratörde delik varsa araba motoru sıcakken çalışmayabilir.
Dizel Motorlarda Yakıt Sistemleri
Dizel motorlarında yanma, dizelin yüksek basınç ile silindirlere püskürtülmesinden sonra silindir içerisinde bulunan sıkıştırılmış sıcak ve basınçlı hava ile birleşmesi sonucu oluşur. Yüksek basınç pompasından çıkan dizel yüksek basınç ile enjektöre gelir ve yanma zamanını bekler. Yanma zamanı gelen silindirin enjektöründen pulvarize bir şekilde püskürtülen yakıt hava ile birleşerek yanma zamanını meydana getirir.
Enjektörler aslında yapısal olarak açma basınç değeri ayarlanabilen açan valflerdir. Yakıt basıncı ayarlanan bu basınç değerine ulaştığında enjektör açılır ve enjektör ucundaki deliklerden yakıt pulvarize bir şekilde püskürtülür. Pulvarize olan yakıt yanması kolaylaşması yanı sıra silindir yanma odasının her bir tarafına yakıt zerreciklerinin dağılmasını kolaylaştırır. Pulvarizasyon ne kadar iyi olursa yanmada o kadar kaliteli olmaktadır. Bu nedenle enjektörlerde zaman zaman arızalanabilmektedir. Dizel motorlardaki en büyük sorun aslında bakımlarının pahalı olması sebebiyle enjektör arızalarıdır. Enjektör açma basıncının düşmesi veya pulvarizasyonun kötüleşmesi motorda kötü yanma meydana getirerek motorun siyah duman atmasına ve çekişinin düşmesine neden olur.
Common Rail Sistem Nedir?
Common Rail, “tutuculu püskürtme” veya “ortak boru” anlamına gelen, dizel motorlarda kullanılan bir yakıt enjeksiyon sistemidir. Bugüne kadar kullanılan aynı türdeki sistemlere göre yakıt sarfiyatı, egzoz gazı emisyonu, çalışma sistemi ve gürültü oluşumunda daha üstün bir sistemdir. Direkt tahrik edilen blok veya tek pompalı sistemlerden farklı olarak Common-Rail’de basınç oluşumu ve püskürtme ayrılmaktadır. Geleneksel dizel direkt püskürtücüleri yaklaşık 900 bar’lık basınç ile çalışırken, Common-Rail Sistemi, yakıtı 1500 bar’a kadar yükselen bir basınç ile ortak bir boru üzerinden enjektörlere dağıtır. Elektronik motor kumandası, bu yüksek basıncı, motorun devir sayısına ve yüküne bağlı olarak ayarlar.
Püskürtmeyi, enjektörler üzerinde bulunan ve süratle anahtarlanabilen manyetik valfler sağlamaktadır. Bu da püskürtmenin şekillendirilmesi, püskürtme miktarının ölçülmesi ve yakıt püskürtmesi bakımından yeni imkânlar sağlamaktadır. Ayrıca yine bu imkânlar sayesinde yeni sistemin mükemmel bir avantajı olan Pilot (ön) Püskürtme ortaya çıkmaktadır.
Pilot (Ön) Püskürtme Nedir? Ne işe Yarar?
Pilot püskürtme, esas ana püskürtmeden önce oluşarak yakıtın yanmasına ilişkin çıkış oranlarını yüksek derecede iyileştirmektedir. Ön veya çoklu püskürtme, süratli manyetik valflerine çok kere kumanda edilmesi ile oluşturulur. Böylece hem zararlı madde ve gürültü emisyonu hem de dizel motorlarının sarfiyat değerleri daha da azaltılmaktadır. Common-Rail sistemi, motorda önemli değişiklikler yapılmadan, kullanılan püskürtme sisteminin yerini alabilmektedir.
Basınç oluşumunun ve püskürtmenin ayrılmasına ilişkin tek şart, bir dağıtıcı boru (rail) ve enjektörlere giden borulardan oluşan, Yüksek Basınç Tutucusu’dur. Sistemin çekirdek parçası, manyetik valf kumandalı enjektördür. Püskürtme olayı, beyinden manyetik valfe giden bir sinyal ile başlatılır. Bu arada püskürtülen miktar, hem manyetik valfin açılma süresine hem de sistem basıncına bağlıdır. Sistem basıncını, yüksek basınçlı, pistonlu pompa oluşturmaktadır. Adı geçen pompa, düşük tahrik dönme momentleri ile çalışır, bu da pompa tahrikinin yükünü azaltmış olur. Basınç oluşumu için, binek otomobillerde distribütör tipi pompalar; ticari araçlarda ise sıra tipi pompalar öngörülmüştür. Common-Rail sistemlerinde, beyin, sensörler ve çoğu sistem fonksiyonları, başkalarında bulunan pompa-meme-birimi ve pompa-boru-meme gibi zamana bağlı tek pompa sistemleri ile eşittir. Common-Rail tekniği ile varılan gelişmeler duyulabilmekte ve ölçülebilmektedir. Ön püskürtme sayesinde bu direkt püskürtücü, ön yanma odalı motorun düşük gürültü seviyesi ile çalışırken aynı zamanda en katı egzoz gazı emisyon kurallarına da uymaktadır
Otomobil Üreticilerinin Common Rail Uygulama Adları
| BMW | D |
| Chevrolet | VCDi |
| Citroen | HDI |
| Fiat Group Fiat Alfa Romeo Lancia | JTD Multi-jet JTDm CDTi TiD TTiD DDiS Quadra-Jet |
| Ford | TDCi |
| Honda | i-CTDi i-DETC |
| Hyundai ve Kia | CRDi |
| Isuzu | iTEQ |
| Jeep | CRD |
| Mazda | MZR-CD Skyactiv-D DiTD |
| Mitsubishi | DI-D |
| Nissan | dCi |
| Opel | CDTI |
| Renault | dCi |
| Subaru | TD D |
| Toyota | D-4D D-Cat |
| Volkswagen Group | TDI |
| Volvo | D D5 |
Motor yakıt sistemleri sayfasının özeti niteliğinde olacak aşağıdaki video’yu izleyebilirsiniz.
Motor yakıt sistemleri sayfası bittiğine göre Motor Yağlama Sistemleri sayfasına gidebilirsiniz. Çalışma prensipleri sayfasına giderek konular hakkında bilgi sahibi olabilirsiniz. Ana sayfaya dönmek için burayı tıklayınız.
Kaynak: Carstechnic ve wikipedia.com