Direkt Püskürtmeli Benzinli Motorlar

Karbüratörlü motorlar n yaratt zorluklar gidermek amac yla, benzinin direkt olarak silindire püskürtülmesi eklindeki uygulamalar 1930'lu y llarda uçak motorlar nda kullan lmaya ba lanm r. Daimler-Benz taraf ndan 1934-1945 y llar aras nda DP (Direkt püskürtme) yönteminin uyguland , say 70,000 civar na ula an uçak motoru üretilmi tir. Ayn dönemde otomobil motorlar nda da bu yakla n kullan lm oldu u görülmektedir. Ancak karma k püskürtme sistemlerine gerek duyulmas , silindir a nmas vb sorunlar o dönemde yak n emme manifolduna püskürtülmesine ili kin çal malar n yo unla mas na neden olmu tur [55].

ki ve dört-zamanl benzinli motorlarda direkt püskürtme uygulamas 1950-1960 y llar aras nda da devam etmi tir. Bu dönemde spor otomobillerde ve yar otomobillerinde dört zamanl motorlara DP uygulamas n ba ar örnekleri bulunmaktad r.

Enerji krizinin 1973 y nda gündeme gelmesiyle, içten yanmal motorlarda yak t ekonomisi dü üncesi de tekrar önem kazanm r. Bu dönemde ayr ca A.B.D.'de egzoz gazlar emisyonunun kontrolü konusundaki uygulamalar n gündeme gelmesi, benzin motorlar n dizel motorlar na benzer ekilde, k smi yüklerde fakir kar mla çal lmas dü üncesi kademeli dolgulu motorlar n geli tirilmesine sebep olmu tur. Dizel motorlar ndan esinlenerek geli tirilen ön yanma odal benzin motorlar nda emme havas n ataletinden yararlan larak olu turulan çevrim hareketlerinin de kar n olu turulmas na katk da bulunmas sa lanm r. Ancak bu uygulamalarda, pompalama kay plar n ve l kay plar n yüksek olmas amaçlanan yak t ekonomisinin gerçekle tirilmesini engellemi tir.

Motor elemanlar n elektronik donan mlarla kontrolünde günümüz teknolojisinde ula lan nokta 1980'lerde mevcut olan k tlamalar n ve engellerin a lmas mümkün lm ve yüksek teknolojiye sahip püskürtme sistemlerinin de kullan ile 1990'l y llarda DP benzin motorlar n seri üretimi mümkün olmu tur.

DP sisteminin özellikleri, dizel motorlar nda oldu u gibi kar m kalitesi ve dolay ile motor performans aç ndan benzin motorlar nda da önem ta maktad r. Standard benzin püskürtme sistemlerinde, emme manifolduna yap lan püskürtme i leminde 0.20 - 0.45 MPa püskürtme bas nc uygulan rken, silindir içine yap lan püskürtmede bas nç 5 - 15 MPa de erlerine ula maktad r. Baz uygulamalarda ise 45 MPa püskürtme bas nc kullan lm r [56]. Ancak bu de erler günümüz dizel motorlar na oranla çok dü ük kalmaktad r.

Enjektör yap ve aç lma bas nc na ili kin ara rmalar ise, aç lma bas nc n art ile HC emisyonlar nda h zl bir dü sa land , ancak ayn zamanda NOx emisyonlar nda

az bir art gerçekle ti ini göstermi tir. Bu nedenle çevrim hareketine sahip, içi bo konik yak t demetleri olu turulmakta ve emisyonlar aç ndan optimum aç lma bas nc de erinde (yakla k 12 MPa) püskürtme yap lmaktad r.

a Emme zaman nda püskürtme

a S rma zaman nda püskürtme

c ki-kademeli püskürtme

ekil 3.5 Direk püskürtmeli motorlardaki yak t püskürtme ekilleri

DP benzin motorlar üzerinde çal malar gün geçtikçe önem kazanmakta ve her geçen gün farkl modellemelerin ve tasar mlar n ortaya ç kt söylenebilir. Bu sebeple piyasada kullan lan ekil 3.5.a.b.c.’de görüldü ü gibi püskürtme zaman na göre, püskürtme yerine göre, püskürtme bas nc na göre, gibi çok say da farkl DP motor bulunmaktad r.

DP benzin motorlar nda, motorun yük durumuna göre hava-yak t kar m oran ayarlanabilmektedir. Böylece tam yükte stokiyometrik kar m oran sa lan rken, k smi

yüklerde =3 mertebelerine kadar kar n fakirle tirilmesi mümkün olmaktad r. Bu fakir kar n tutu turulabilmesi, buji civar nda tutu abilen kar m oranlar n sa land kademeli dolgulu sistemlerle gerçekle tirilebilmektedir. Bujiden uzak konumlarda ise a fakir kar n bulunmas vuruntu olas azaltt için, s rma oran 12:1 - 15:1 mertebelerine kadar artt rarak l verimi de artt rma olana ayr ca mevcuttur.

Tam yükte motorun stokiyometrik kar m oranlar nda çal yor olmas ise, bu çal ma ko ullar nda vuruntu meyilini artt racakt r. Bu nedenle günümüzdeki uygulamalarda rma oran 12:1 mertebesinde tutulmaktad r. Ayr ca de ken s rma oranl benzin motorlar n tasar , k smi yüklerde yüksek s rma oranlar na izin verece inden, verimde ek art sa layacakt r.

Püskürtme sistemi, tam yükte stokiyometrik kar m oran nda, homojen yak t-hava kar sa lanabilecek ekilde emme zaman nda silindir içine püskürtme yapabilmeli, smi yüklerde ise s rma zaman ba lang ndaki püskürtme i lemi ile oldukça fakir kar m oranlar sa layabilmelidir. Bu nedenle hem püskürtme zamanlamas n yük durumuna göre gerçekle tirilmesi gerekmektedir, hem de HFK ve kar n yap n ayarlanmas gerekmektedir. Bu talepler ise ancak elektronik donan mlarla kontrol edilen sistemlerle kar lanabilmektedir. Püskürtme i leminin iki kademeli olarak emme ve rma zamanlar nda selonoid kontrollü enjektörlerle yap lmas ve "common-rail" sisteminin benzin motorlar na uygulanmas da mümkündür. ki kademeli püskürtme sistemleri, vuruntu kontrolü d nda k smi yükten tam yüke geçi te sürü kolayl sa lamaktad r.

3.2.1. Direk Püskürtmeli Benzinli Motorlar n Performans

DP benzin motorlar nda, tüketilen yak t miktar de meden ortalama efektif bas nçtaki art sonucu, motor performans iyile mekte, motorun özgül yak t tüketimi azalmaktad r. Hava - Yak t kar m oran stokiyometrik de erden, 40:1 mertebesine ula nda yak t ekonomisindeki iyile me %25 düzeyine ula maktad r [57]. Ayr ca vuruntu meyilinin azalmas s rma oran n artt lmas na izin vermektedir. Tam yük durumunda yak n emme zaman nda silindir içerisine püskürtülmesi, yak n erken buharla mas sa layarak so utma etkisi yaratmakta ve vuruntu meyili buna ba olarak azalmaktad r.

Fakir kar ml motorlarda genelde ilk tutu ma zorla makta ve yanma kararl azalmakta, çevrimden-çevrime farkl klar artarak motor performans olumsuz

etkilemektedir. Ortalama indike bas nç de erinin standart sapmas n, ortalama de erine oran olarak tan mlanan bas nç de im katsay pratikte %10 düzeyini a nda ta n sürü yetene i de olumsuz olarak etkilenmektedir. Bu nedenle fakir kar ml yanmada genelde baz önlemlerin al nmas gereklidir. Benzinin direkt olarak silindir içerisine püskürtülmesi ve kademeli dolgu elde edilmesi kararl yanma ortam sa lamaktad r [58]. Emme manifoldu tasar na ba olarak, silindir içerisinde yarat lan gaz hareketleri de yanma kararl na ayr ca olumlu katk da bulunmaktad r.

Motorun tam yük civar nda çal mas durumunda, istenilen yüksek performans stokiyometrik kar m oran nda sa lanabilecektir. Kademeli dolgu uyguland nda, zengin kar m bölgesinde is olu acakt r. Bu nedenle, özellikle fakir kar m oranlar ndan stokiyometrik kar mla çal ma bölgesine gelindi inde kar n tam homojen olmas önem ta maktad r. Kademeli dolgulu yanmada, zengin kar m bölgeleri yerel olarak yüksek s cakl klar n elde edilmesini sa layacak ve azot oksit emisyonlar da artacakt r. Yüksek oranlarda (%40-50) EGR uygulanmas sonucu NOx emisyonunda azalma sa lanabilmektedir. Ancak DP benzin motorlar n günümüz teknolojisindeki sorunu NOx emisyonlar olarak görülmektedir. Mevcut durumu ile sa lad yak t ekonomisi yan nda, özellikle fakir kar ml yanmada kullan lacak NOx katalizörlerinin geli tirilmesi ile ikinci nesil DP benzin motorlar n uygulanmas söz konusu olacakt r. Bu konudaki ara rmalar otomobil üreticisi kurulu lar ve ara rma kurulu lar taraf ndan h zla sürdürülmektedir.