ATEŞLEME SİSTEMLERİ VE MOTOR PERFORMANSINA ETKİLERİ Murat BİBER İlker UZUNOĞLU

Otto motorları veya buji ile ateşlemeli motorlarda emme zamanında silindir içerisine alınan karışımın tutuşturulması bir elektrik arkı ile olur. İki veya dört zamanlı Otto motorlarında emme zamanında içeri alınan karışım sıkıştırma zamanında sıkıştırılarak basınç ve sıcaklığı yükseltilir. Ateşleme sistemi sıkıştırma sonunda karışımın mümkün olduğu kadar üst ölü noktaya yakın bir zamanda (yerde) tutuşturması ve üst ölü noktayı birkaç derece geçe maksimum basıncın oluşması sağlanmalıdır. Bundan dolayı Otto motorlarında ateşleme sistemleri hakkında çeşitli araştırmalar yapılmıştır. Yeni sistemlerde ateşleme sistemi ile yakıt enjeksiyon sistemi bir arada geliştirilmektedir.

Ateşleme sistemi motorun diğer kısımlarıyla mükemmel bir uyum içinde çalışmalıdır. Ateşleme sisteminin amacı genleşen gazların maksimum gücü sağlayabilmesi için zamanında tutuşmayı gerçekleştirmektir. Eğer ateşleme doğru zamanda olmazsa güç kayıpları ortaya çıkabilir,egsoz emisyonu ve yakıt tüketimi artar.

Otto motorlarında sıkıştırma zamanı sonunda karışımın kıvılcım ile ateşlenmesi gerekir. Ancak ateşleme sisteminin görevi kıvılcım oluşturmaktan ibaret değildir. Bu kıvılcım ateşlemeyi yapmaya yeterli enerjiye sahip olmasının yanında motorun değişen çalışma koşullarına göre de uygun anlarda kıvılcım oluşturması gerekir. Ateşleme sistemi kıvılcımı çaktıracak yüksek gerilimli akımın elde edilmesi yanında, bu akımı ateşleme sırasına göre silindirlere dağıtmak ve motorun değişen devir ve yük koşullarına göre de kıvılcım çakma zamanını ayarlamakla görevlidir.

Karışımın ateşlenmesi hızlı gelişen olaylar zincirinin son elemanıdır Karışımın ateşlenmesi hızlı gelişen olaylar zincirinin son elemanıdır. Aşağıda bu olaylar zinciri şema halinde gösterilmektedir. Elektrik Enerjisinin Temini Ve Depo Edilmesi ⇓ Yüksek Gerilimin Oluşturulması ⇓ Uygun Ateşleme Sırasında Ve Zamanında Yüksek Gerilimin Bujilere Dağıtılması Bujide Kıvılcım Atlaması (Çakması) Karışımın Ateşlenmesi

Ateşleme İçin Ne Gereklidir? Voltaj Boşalmanın oluşabilmesi için bujinin elektrodları arasında bir gerilim farkı olması gerekmektedir. Bu voltaj elektrodlar arasındaki boşluğun uzunluğuna ve silindir içindeki koşullara bağlıdır.

Ateşleme için gerekli diğer bir unsur da ateşleme zamanlamasıdır. Ateşleme zamanlaması için de ateşleme avansı konusuna değinilmelidir.

Ateşleme Avansı Benzinli motorda,silindire sıkıştırılan yakıt-hava karışımın ateşlendikten sonra tamamen tutuşabilmesi için,alevin yakıt hava karışımı içinde ilerleme hızı, dolayısıyla bir müddet sonra olacaktır.Silindir içerisindeki karışımın tamamen yanabilmesi,normal şartlardaki bujinin kıvılcım çakışından 1/300 ile 1/1000 saniye gibi bir zaman geçtikten sonra mümkündür.Piston üst ölü noktada iken buji kıvılcımı çakacak olursa,alev karışım içerisinde ilerlerken,piston da hareketine devam edeceğinden tam tutuşma anında üst ölü noktadan uzaklaşmış olur.

Üst ölü noktadan sonra yanma basıncının etkisinin görülebilmesi için buji kıvılcımının üst ölü noktadan önce ateşlemesi gerekmektedir.Bu nedenle ateşleme noktası sabit olarak ayarlanamaz.Değişik devirlerde motordan azami gücü alabilmek için derece olarak verilmesi gereken erken ateşleme miktarına ateşleme avansı denir.Ateşleme avansı esas olarak motorun devir sayısıyla orantılı olmakla birlikte,sıkıştırma oranı,hava-yakıt karışımı yakıtın özelliği vb. gibi hususların da tesiri altında kalmaktadır.

Günümüzdeki kullanılan taşıtlardaki distribütör sistemlerinde üç çeşit avans kontrol sistemi bulunmaktadır. 1. Mekanik(Santrifüj) avans tertibatı 2. Vakum avans tertibatı 3. Elektronik avans tertibatı

Mekanik(Santrifüj) Tertibat Klasik ateşleme sisteminde mekanik avans tertibatı olarak görevi yapan iki ağırlık vardır.Bu ağırlıklar motorun devrine bağlı olarak merkezcil kuvveti ile çalışır.Distribütör üzerinde hareketli plaka distribütör milini platin kamları ile birlikte dönme yönünde hareket ettirir.

Vakum Tertibatı Bu sistem emme manifoldundaki vakum tesiri ile çalışır.Bu sistemde ateşleme avansını sağlamak için vakum sistemi kullanılır.Genellikle vakum tertibatlarında bir yaylı diyafram vardır ve bu diyafram mekanik bir bağlantı vasıtasıyla distribütöre bağlanmıştır.Diyaframın yaylı tarafı hava sızdırmayacak şekilde yapılmış olup bir boru ile karbüratördeki bağlantı yerine monte edilir.

Elektronik Tertibat Elektronik ateşleme sisteminde sensörler ve durum vericileri motorun çalışma şartlarını belirler: 1. Devir sayısı/Krank açışı:Distribütör Hall etkili vericisi veya krank milinden algılama. 2. Emme manifoldu basıncı/yük:Kumanda cihazı basıncı sensörü. 3. Rölanti/tam yük:Gaz kelebeği şalteri 4. Emilen hava/sıcaklık:Emme manifoldu sıcaklığı sensörü 5. Motor sıcaklığı:Motor üzerinde sıcaklığı sensörü 6. Vuruntu sinyali:Motordaki vuruntu sensörü

Avansın güç ve yakıt sarfiyatına etkisi

BUJİLER Bujiler ateşleme için gerekli enerjiyi yanma odasına iletmekte ve elektrotlar arası oluşturulan kıvılcımlarla da yanma olayı meydana gelmektedir.

Ateşleme bobini aküden aldığı elektrik enerjisini ortalama 30 bin Volt değerine yükselterek bujiye aktarır ve uygun zamanda bu yüksek enerji bujinin tırnakları (elektrotları) arasında yanmayı başlatıcı kıvılcıma dönüşür. Yanmanın ideal gerçekleşebilmesi için bujinin yeri çok önemlidir.

3- Yüksek voltajlı akımın yıpratma etkisine dayanıklı olmalıdır. Bujiler, en çok zorlanan motor parçalarından birisidir.Yanma odasında meydana gelen sıcaklık, basınç, yanma sonu artıkları, korozyon ile yüksek voltajın yıpratıcı etkinliği bujilerin kısa zamanda ömrünü doldurmasına sebep olur.Bu şartlarda çalışan bir bujinin, ateşleme verimini düşürmemesi için sahip olması gereken özellikler şunlardır 1- Korozyona karşı dayanıklı olmalıdır. 2- Yüksek voltajlı akımın gövde üzerinden kısa devre yapmasına müsade etmemelidir. 3- Yüksek voltajlı akımın yıpratma etkisine dayanıklı olmalıdır. 4- Elektrotları üzerinde artık madde toplanmamalıdır. 5- Gaz kaçağına karşı sızdırmaz olmalıdır.  

Ateşleme Sistemleri 1. Bataryalı Ateşleme Sistemi 2. Manyetik Ateşleme Sistemi

Bataryalı Ateşleme Sistemi Bataryalı ateşleme sistemi genel olarak akü, kontak anahtarı,indüksiyon bobini, platin, kondansatör, distribütör ve bujiden oluşmaktadır.

Ateşleme siteminde bataryadan bir primer akım, anahtardan ateşleme bobini ve platin üzerinden şasiye akar. Bu akım ateşleme bobini içerisinde ateşleme enerjisi depolayan bir manyetik alan oluşturur. Bobinin şarj süresi kam açısı tarafından belirlenir. Bu da plastik kayıcı vasıtasıyla platine kumanda eden kamın tipi ile belirlenir. Ateşleme zamanında (kapama süresinin sonunda) platin açılır ve böylece primer akımı kesilir. Bu durumda manyetik alan çöker ve primer ile sekonder sargıda bir gerilim indüklenir. Sekonder bobin sarım sayısı primere göre 100 kat daha fazla olduğundan gerilimde indüklenen primer gerilimden yaklaşık 100 kez daha büyüktür. Sekonder gerilim (yüksek gerilim) ateşleme için kullanılır ve bujinin merkez elektroduna iletilir. Gerilim yeterince yüksek ise hava aralığı iletken olur ve ateşleme kıvılcımı atlayabilir.

Primer bobinde manyetik alanın çökmesiyle yaklaşık 300-400 V arasında bir gerilim indüklenir. Bu gerilim platinin açılması anında platinler arasında elektiriki arka sebep olmaktadır.Bu ark hem kesici yüzeylerin harap olmasına hem de manyetik alanda depo edilen elektrik enerjisinin ısı yoluyla atılmasını sağlar. Bir kondansatör devreye paralel bağlanarak bu arkın oluşumu önlenmektedir.

Platinli ateşleme sistemlerini iyileştirme yönünde yapılan değişikliklerden biri de devreye bir ön direnç yerleştirilmesidir. Bazı ateşleme sistemlerinde ateşleme bobininin primer sargısına bir ön direnç seri olarak bağlanmıştır. Marş esnasında bu ön direnç köprülenerek bobini besleyen batarya geriliminin oluşturduğu primer devre akımının düşmesi engellenir.

Her ne kadar iyileştirme çalışmaları yapılmış olsa da klasik ateşleme sisteminden bir türlü istenen verim elde edilememiştir. Klasik ateşleme sistemlerinde meydana gelen arklardan dolayı çabuk okside olurlar, platinin açılıp kapanması esnasında platin kontak yüzeyi ve kam dayanağı çabuk aşınır. Bu hem distribütör ayarlarını bozacak hem de sistemin çalışmasını olumsuz yönde etkileyecektir. Bu yüzden periyodik olarak sistem elemanlarına bakım gereklidir.

Bu sorunların giderilebilmesi için farklı arayışlar içerisine girilmiş ve uygun kıvılcımın oluşturulabilmesi amacıyla elektronik ateşleme sistemlerine geçilmiştir.

Manyetolu Ateşleme Sistemi Manyetolu ateşleme donanımında akümülatöre gerek duyulmadığından, motosiklet motorlarında ve tarım kesiminde yaygın olarak kullanılan küçük güçlü, içten patlamalı motorlarda çokça kullanılmaktadır.

Bu durumda genel yapıda, doğal mıknatıslarla donatılmış dönen bir rotor, bu rotorun manyetik etki alanı içinde bulunan birinci ve ikinci devre sargılarından oluşan bobin, devre kesici (platin), kondansatör, kesici kontaklarını açıp kapatan eksantrik çıkıntılı mil ve gerekirse dağıtıcı bulunmaktadır.

Rotorun dönmesiyle meydana gelen manyetik alan değişimi, ateşleme bobini sargılarında bir gerilim doğmasını sağlar. Kesici kontaklarının kapalı olduğu durumda, birinci devreden bir elektrik akımı akmaktadır. Bobine etkili olan manyetik alanın yön değiştirdiği anda, birinci devre akımı en yüksek değerine ulaşmakta ve bu sırada kesici birinci devre akımını kesmektedir. İkinci devre sargıları üzerindeki manyetik alan, hem rotor kutuplarının değişmesi, hem de birinci devre akımının kesilmesiyle çok hızlı olarak değişir. Bu hızlı değişim, ikinci devre sargılarında yüksek gerilim oluşturur.

Entegre Ateşleme Sistemi Distribütörün problemlerini azaltmak için son yıllarda distribütörsüz ateşleme sistemleri geliştirilmiş. Bu sistemler buji ile ateşlemeli motorlarda, yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu ateşleme sisteminde bir ateşleme bobini iki adet bujiyi besler. Elektronik kontrol ünitesi (ECU) Primer akımın bobinlere direkt olarak dağıtımını sağlar ve bujilerin kıvılcım üretmesini temin eder.

Bataryalı Ateşleme Sistemi İle Manyetolu Ateşlemenin Karşılaştırılması Manyetolu sistemde primer devrede indüklenen voltaj motorun devir sayısıyla birlikte yükselir.Yani alçak devirlerde manyetolu sistem emniyetli ateşleme sağlayamaz. Manyetolu ateşleme sistemleri yüksek devirli ve çok silindirli motorlarda emniyetli ateşleme sağlar.

Son yıllarda elektronik (transistörlü) ateşleme sistemleri hızlı bir gelişme göstererek gittikçe yaygınlaşmış ve klasik ateşleme sisteminin yerini almıştır. Motorlar geliştikçe klasik ateşleme sisteminin depoladığı enerji ve verebildiği yüksek gerilim yetersiz kalmaya başlamıştır. Bu soruna çözüm arayan mühendisler klasik ateşleme sistemlerini iyileştirmeye yönelik çalışmalar yapmışlardır. Bu çalışmalar sonucu sırasıyla elektronik ve tam elektronik ateşleme sistemlerini geliştirmişlerdir.

MOTRONİC ATEŞLEME SİSTEMİ Hava ve benzin beslemesine ve ateşleme işlemine mekanik yoldan kumanda edilmesinin sınırlarına ulaşılmasıyla yeni bir arayış başlamış ve motronic sistemi ortaya çıkmıştır.

MOTRONİC ATEŞLEME SİSTEMİ Motronic kumanda cihazının görevi, hava ve yakıt beslemesini ve ateşleme işlemini elektronik olarak sürücünün isteğine uyarlamak ve optimize etmektir.

MOTRONİC ATEŞLEME SİSTEMİ Bu kumanda şekli muazzam teknik avantajlar sağlar. 25 yıl önce Motronic sistemi kullanılmaya başlanmadan önce, yanıcı karışımın oluşumunu ve bujinin ateşleme kıvılcımının tetiklenmesini mekanik bir düzenek sağlıyordu. Bu düzenek yalnız yüksek bir benzin tüketimine değil, ayrıca yüksek miktarda zararlı emisyonların da oluşmasına neden oluyordu.

MOTRONİC ATEŞLEME SİSTEMİ Günümüzde ise Motronic sistemi çok sayıdaki sensörden gelen verilerden yararlanarak her püskürtme ve ateşleme işlemi için en iyi değerleri hesaplıyor.Motronic'in çekirdeği, bir mikro işlemciden ve bir bellekten oluşan bir elektronik kumanda cihazıdır. Belleğe, püskürtme miktarının ve ateşleme anının belirlenmesi için gerekli verileri içeren bir çalışma programı kaydedilmiştir. Sensörler aracılığıyla mikro işlemciye her püskürtme ve ateşleme işlemi için emilecek hava miktarı, motor devri, krank mili konumu ve emilen havanın sıcaklığı ve motor sıcaklığı verileri sağlanır. Bu bilgiler sayesinde Motronic, motorda daima ideal hava-yakıt karışımı miktarının tam doğru anda ateşlenmesini garantiler.

MOTRONİC ATEŞLEME SİSTEMİ Motronic sistemindeki aşınmaya uğrayan tek parça bujidir. Bu yüzden her Motronic sistemi, araç bileşenlerinin ömür süreleri içerisindeki eskimelerini de hesaba katacak şekilde programlanmıştır. Bu, araçların daha temiz ve daha tutumlu olmasını sağlamakla kalmaz. Motronic sayesinde ayrıca motorlar daha uzun ömürlüdür ve daha seyrek bakım gerektirirler.

MOTRONİC ATEŞLEME SİSTEMİ Motronic sisteminin içine ayrıca, araçların güvenliğini ve konforunu yükselten pek çok işlev eklenebilmekte. Sürüş hızı düzenleyicisi, vuruntu düzenlemesi, OBD araç içi arıza teşhis sistemi, azami hız sınırlayıcısı (örn. kış lastikleriyle sürüş için) ve immobilizer (elektronik motor kilidi), bunlardan bazılarıdır. Ayrıca ASR Antipatinaj Sistemi ve ESP Elektronik Stabilite Programı gibi güvenlik sistemleri de aktif sürüş güvenliğini artırmak üzere motor yönetimine müdahale edebilirler.