Çok Noktalı Enjeksiyon Sistemi (MPI)- Atmosferik Benzinli Motorlar
MPI (Multi point injection) çok noktadan enjeksiyon sistemine, port enjeksiyon sistemi de denir; çünkü yakı emme supaplarından hemen önce, emme portuna püskürtülmektedir. Sistemin ismine genel olarak EFI (Electronic Fuel Injection) Elektronik enjeksiyon sistemi olarak belirtilir. Çok noktadan enjeksiyon sistemi genelde atmosferik motorlarda kullanılsa da, turbo beslemeli çok nokta enjeksiyonlu motorlar da vardır (örneğin Mitsubishi EVO 7).
Benzin enjektörü, yakıt pompasının gönderdiği basınçlı yakıtı emme kanalına (emme supabından önce) püskürtür, her bir silindir için bir adet enjektör bulunur, buna çok noktadan yakıt enjeksiyon sistemi (MPI) denir. Enjektörler silindir kapağına veya emme manifoldunun emme kanalına bağlanan kısmına yerleştirilir. Enjeksiyon (yakıt püskürtme) miktarı ve enjeksiyon zamanlaması, ECU kumandasında ayarlanır ve enjektör tarafından gerçekleştirilir. ECU, enjektöre enerji verdiğinde (tetiklediğinde) enjeksiyon başlar ve enerji kesildiğinde enjeksiyon sonra erer. Enjektörün tetiklenmesi, ECU tarafından eksi (şasi) hattıyla gerçekleştirilir. Enjektörlerin pozitif (+) beslemesi, enjeksiyon rölesi tarafından kontak açıldığı anda gerçekleşir, fakat enjektörlerin çalışması (püskürtme yapması) ECU’nun negatif hat üzerinden tetiklemesiyle gerçekleşir.
Çok noktadan yakıt enjeksiyon sisteminde iki tip yakıt transferi türü vardır:
*Depoya geri dönüşlü tip yakıt sistemi (eski tip)
*Depoya geri dönüşsüz tip yakıt sistemi (yeni tip)
Depoya geri dönüşlü tip yakıt sistemi: Bazı motorlarda yakıt galerisi (rail) üzerinde bir basınç regülatörü bulunur ve bu regülatör yakıt basıncını düzenler, gönderilen yakıtın fazlalık olan kısmını tekrar yakıt deposuna geri gönderir. Bu regülator emme manifolduna bağlı bir vakum hortumuna bağlı “diyaframlı vakum tüpü” tarafından çalıştırılır.
Depoya geri dönüşsüz tip yakıt sistemi: Daha yeni benzinli motorlardaysa basınç regülatörü bulunmaz, yakıt basıncı elektrikli yakıt pompası tarafından düzenlenir, yakıt galerisinden (railden) bir geri dönüş hattı yoktur, buna geri dönüşsüz yakıt sistemi (non-return fuel rail system) denir.
Bir elektronik yakıt enjeksiyon sistemi olan MPI çok noktadan enjeksiyon sisteminde, temel haliyle enjektörler aynı aynda püskürtme yapar, yani emme supaplarının açık olup olmamasına bakılmaksızın, enjektörler beraberce püskürtme yapmaktadır. Bu durum, enjeksiyonun hassas olarak ayarlanması açısından olumsuz bir durumdur. Bu sorunun aşılması için, çok noktadan enjeksiyon sisteminin (MPI) alt çeşidi olan, Sıralı Yakıt Enjeksiyon sistemi (Sequential Fuel Injection –Sıralı yakıt enjeksiyonu) geliştirilmiştir. Buna SFI veya SEFI (Sequential Electronic Fuel Injection) denir. Enjeksiyonun gerçekleşme sırası, ateşleme sırası gibidir, örneğin 1-3-4-2. Her çevrimde her enjektör sırasıyla bir kez püskürtme yapar.
Yakıt sistemi çeşitleri:
*Karbüratörlü Yakıt Sistemi
*Tek Noktadan Enjeksiyon Sistemi (SPI: Single Point Injection)
*Çok Noktadan Enjeksiyon Sistemi (MPI veya Port Enjeksiyon)
-SFI: Sıralı Yakıt Enjeksiyon Sistemi (Sequential Fuel Injection)
*Direkt Yakıt Enjeksiyon Sistemi
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.
Öte yandan çok noktadan enjeksiyonlu (MPI) Turbo şarjlı benzinli motorlarda vardır. Aşağıda Mitsubishi Evo 7'nin yakıt enjeksiyon sistemi görülebilir.
Motorlardaki gelişim 3 temel gerekçeyle meydana gelmektedir.
* Müşterilerin daha düşük yakıt tüketimi beklentileri
* Devletlerin daha düşük egzoz emisyonları ve karbon salınımını şart koşmaları (Euro emisyon normları).
* Mekanik, Elektronik ve Bilgisayar sistemlerindeki büyük gelişmeler.
Bkz:Benzinli Motorlarda Yakıt Sistemi (Temel Bilgiler)
Yakıt enjeksiyon sistemindeki gelişmeler
-Tek Noktadan Enjeksiyonlu
Motorlar,
*Turbo Şarjlı Benzinli Motorlar (Süperşarjlı (kompresörlü)
veya Egzoz Turbo şarjlı veya İkisi bir arada). Direkt enjeksiyonlu veya Çok noktadan enjeksiyonlu.
ENJEKSİYON SİSTEMİNİN ÇALIŞMASI - YÖNETİLMESİ VE (AFR) HAVA-YAKIT ORANI
Enjeksiyon süresi, püskürtülen yakıtın miktarını belirler, böylece ECU kumandasında hava-yakıt oranı (AFR) uygun değerde (lambda=1 değeri ve buna yakın değerlerde) ayarlanmış olur. Motora emilen hava, sürücünün gaz pedalına basma miktarına göre değişir ve motor gücü de emilen havaya göre ayarlanırken, uygun yakıt miktarı ECU tarafından ayarlanır. Yani benzinli motorlar, motora alınan havanın dozajlanmasıyla kumanda edilirler.Çok noktadan yakıt enjeksiyon (MPI) iki çalışma modu vardır:
*Açık devre hava-yakıt oranı (AFR) kontrolü (Open-Loop AFR Control)
*Kapalı devre hava-yakıt oranı (AFR) kontrolü (Closed-Loop AFR Control)
Açık devre hava-yakıt oranı (AFR) kontrolü (Open-Loop AFR Control): Motor soğukken (ilk çalıştırmada) ve tam gaz yapılıp motor aşırı yüke bindiğinde yeterli gücü üretebilmek için, ECU enjeksiyon miktarını arttırarak hava-yakıt karışımını (AFR) zenginleştirir, oksijen sensöründen gelen sinyaller ihmal edilir, hava-yakıt oranı ecu yazılımındaki afr haritasına göre ayarlanır, buna “açık devre yakıt sistemi (open-loop)” denir.
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.
Kapalı devre hava-yakıt oranı (AFR) kontrolü (Closed-Loop AFR Control): ECU, her motor devri ve yükü için uygun hava-yakıt oranını, yazılımındaki afr haritasına göre fakat oksijen sensöründen gelen sinyalleri göz önüne alarak ve bu sinyallere göre düzeltmeler yaparak ayarlar, buna “kapalı devre yakıt sistemi (closed-loop)” denir.
Motor çalışma şartlarına göre ECU, açık devre ve kapalı devre kontrol modları arasında geçiş yapar. Normal çalışma şartlarında, ECU oksijen sensöründen gelen sinyalleri değerlendirerek, hava-yakıt karışımını (AFR) ideal değere (stokiyometrik oran – 14,7hava/1yakıt) çeker, bunu, enjeksiyona müdahale ederek yapar. Böylece motorda ideal hava-yakıt karışımı yakılır ve bunun sonucunda oluşan zararlı emisyonlar da en az düzeye iner, bu emisyonlar katalitik konvertörde makismum oranda zararsız hale dönüştürülür. Daha zengin veya daha fakir karışımla çalışan motorda, katalitik konvertörün emisyonları temizleyebilme kapasitesi azalır. Daha fazla bilgi için (Bkz: Kapalı ve Açık Devre Yakıt Sistemi - AFR Oranı)
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 20 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.
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. (Bkz: Benzin Enjektörü)
Enjektörler, boru şeklindeki yakıt galerisinde (yakıt kütüğü-yakıt rampası) 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.(Bkz: Benzin Enjektörleri)
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) (Bkz: Hava-Yakıt Oranı ve Lambda Değeri)
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 motorun aşırı fakir karışımla çalışmasına izin verir. Bu, düşük yakıt sarfiyatı sağlar.
Ateşleme Sistemi
Yeni nesil atmosferik benzinli motorlarda iki tip ateşleme sistemi kullanılır:
*Elektronik ateşleme sistemi (Tek ateşleme bobini ve buji kabloları var, eski sistem)
*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 arttığındaysa ateşlemeye rötar verilir. Motor yükünü belirleyen şey: gaz pedalına basılma miktarı (gaz pedalı konum sensörü), emme manifoldundaki basınçtır (MAP: mutlak basınç sensörü).
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.
Daha fazla bilgi için (Bkz: Ateşleme Avansı ve Ateşleme Rötarı)
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) ile sağlanır.
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.
Örneğin daha verimli motor için;
Değişken yollu (ayarlanabilir) emme manifoldu (Örn: Twinport)
Daha düşük egzoz emisyonları için; katalitik konvertörler
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.
Ana konu: Benzinli Motorlarda Yakıt Enjeksiyon Sistemi
Aşağıda benzinli motorlarda kullanılan tüm sensör ve sistemleri sıralanmıştır.
10 – EGR Valfi
11 – Vuruntu sesörü
15 – Elektronik control ünitesi (ECU) Ana konu: Benzinli Motorlarda Yakıt Enjeksiyon Sistemi
Yorumlar
Yorum Gönder