Buji ateşlemeli motorlarda motor işletme parametrelerinden olan ateşleme zamanı motor performansını, verimi ve emisyonları etkilemektedir. Herhangi bir motor yükünde ve devrinde ateşleme zamanı; yakıt/hava oranı, motor yükü, motor devri vb. parametrelerle değişmektedir. Bu yazımızda ateşleme zamanını etkileyen parametreler incelenecektir.

ATEŞLEME AVANSI

 Otto motoru olarak tabir edilen buji ateşlemeli motorlarda alevin meydana gelmesi için dışarıdan enerji vermek gerekir. Enerji, buji ile verilir. Buji tırnakları arasında yüksek gerilim farkları meydana getirilerek elektrik arkı oluşturulur ve buji tırnağı civarındaki yakıt nüve halinde yakılır. Daha sonra alev cephesi oluşturarak ilerleyen yanma olayı alev cephesinin piston tablası, silindir cidarı gibi engellere çarparak sönmesiyle son bulur. Yanma olayının başlayıp bitmesi belirli bir süre alır. Bu yanma süresi “zaman kayıpları (time losses)” olarak nitelendirilir. Zaman kayıplarının olmaması (sıfır olması) ideal durumdur.

 Motorlarda maksimum verimin elde edilebilmesi için yanmada meydana gelen maksimum basıncın piston üst ölü noktayı (ÜÖN) 5-10 derece geçtikten sonra meydana gelmesi gerekir. Piston ÜÖN’yı 5-10 derece geçtiğinde maksimum basınç oluşturacak şekilde ateşlemenin yapılması gerekir. Buna optimum ateşleme avansı (optimum igniton timing) adı verilir. Ateşleme avansı, krank mili dirseğinin ÜÖN’ya kaç derece kala ateşleme yapıldığını ifade eder. Ateşleme avansıyla ilgili diğer kavramlar şöyledir:

 Erken Avans (Advanced Ignition Timing): Ateşlemenin optimum avanstan daha önce yapılmasıdır. Diğer bir deyişle ateşlemenin optimum noktadan daha önce yapılmasıdır. Buna “avans verme” de denir.

 Geciktirilmiş Avans (Retard Ignition Timing): Ateşlemenin optimum avanstan sonra yapılmasıdır. Diğer bir deyişle optimum noktadan daha sonra yapılması (ÜÖN’ya daha yakın yapılması) anlamına gelir, “rötar” diye de isimlendirilir.

 Optimum ateşleme avansını ayarlayabilmek için ateşleme piston ÜÖN’ya gelmeden önce yapılır. Ateşlemenin ÜÖN’ya kaç derece kala ateşleneceği o anki yanma parametrelerine bağlıdır.

 Motorlarda maksimum basıncı, istenen piston açısında yakalayabilmek için yanma süresinin iyi hesaplanması gerekir. Yanma süresi, alev hızıyla doğrudan orantılıdır. Alev hızı koşullara bağlı olarak 10 m/s ile 60 m/s arasında değişir. Alev hızının artmasıyla yanma süresi azalır. Yanma süresinin alev hızıyla ilişkisi şöyledir:
Yanma süresi=Piston Çapı/Alev Hızı

 Görüldüğü üzere yanma süresini etkileyen parametrelerden birisi piston çapıdır ve kullanım koşullarında değiştirilemeyen bir parametredir. İkincisi ise alev hızıdır. Alev hızının artması yanma süresini azaltır böylece ÜÖN’ya daha yakın ateşleme yapılabilir. Alev hızının azalması ise yanma süresini azaltacağından ÜÖN’ya daha uzak noktalarda ateşleme yapmak gerekir. Alev hızını etkileyen birtakım parametreler vardır, bunlara bakmakta yarar vardır.

ALEV HIZINI ETKİLEYEN PARAMETRELER

 1) Yakıt-Hava Oranı: Silindir içine alınan yakıt+hava karışımı alev hızını dolayısıyla da yanma süresini etkileyen parametrelerdendir. Bunların yanında yanma sonrasında silindir içinde kalan artık gazlar taze dolguya karışır. Bu, karışımın kalitesini olumsuz etkiler.

 Buji ateşlemeli motorlarda yakıt/hava oranı en önemli kontrol parametrelerinden biridir. Yakıt/hava oranı değiştirilerek motorun gücü, silindire alınan havanın kontrolüyle de motorun devri kontrol edilmektedir.

 Karışımın zengin veya fakir olmasına göre alev hızı değişir. Aşağıdaki grafikte lambdaya göre alev hızının değişimi gösterilmektedir. Buna göre alev hızının maksimum olduğu (dolayısıyla yanma süresinin minimum olduğu) lambda değeri 0.9’dur.

 2) Motor Devri: Motor devrinin artışı ile birlikte silindir içi hava hareketleri artmaktadır. Fakat hava hareketlerinde meydana gelen bu türbülanslar yanma olayını çok etkilememekte ve yanma süresi yaklaşık olarak aynı kalmaktadır. Bu yüzden motor devri arttıkça, yanma süresinin aynı kaldığı varsayımıyla, ateşleme avansının arttırılması gerekir.

 3) Motor Yükü: Motor yükü, emme manifoldunda giriş havasının kontrolü için kullanılan gaz kelebeğinin açıklığı olarak tanımlanabilir. Motor yükünün artması demek gaz kelebeğinin açıklığının artması demektir. Gaz kelebeğinin daha fazla açılmasıyla silindir içine daha fazla hava alınmakta ve motordan daha fazla güç elde edilmektedir.

 Motor yükünün artışıyla birlikte silindir içinde meydana gelen basınçlar artmaktadır ve motor daha sıcak çalışmaktadır. (Aynı devirde motordan daha fazla güç çekildiğini düşünebilirsiniz.) Basınç ve sıcaklık artışı alev hızını arttırıcı yönde etki eder. Motor yükünün arttığı, motor devrinin sabit kaldığı düşünülürse artan motor yüküyle ateşleme avansının azaltılması gerekir.

 4)Sıkıştırma Oranı: Sıkıştırma oranının artmasıyla birlikte sıkıştırma sonu basıncı ve sıcaklığı artar. Bu alev hızının artması, yanma süresinin kısalması anlamına gelir.

 MOTORLARDA AVANS HARİTALARI

 Motorlarda ateşleme avansı ECU’ye (Electronic Control Unit, Elektronik Kontrol Ünitesi) yüklenmiştir. Ateşleme avansı 3 boyutlu harita şeklindedir. Aşağıdaki şekilde örnek bir 3 boyutlu avans haritası görülmektedir.

 Avans haritası incelendiğinde ateşleme avansının temelde motor yükü ve motor devri ile belirlendiği bilgisine ulaşılır. Avans hesaplanırken ilk önce motor yükü ve motor devri parametreleriyle kabaca harita çıkartılır. Daha sonra yukarıda saydığımız diğer parametrelerin etkisi de dikkate alınarak başlangıçtaki harita düzeltilir. Sonuçta motorun tüm çalışma koşullarında optimum avansta çalışabileceği ateşleme avansı değerleri elde edilir.

 Aşağıdaki resimde örnek avans haritası gösterilmektedir.

 Harita incelendiğinde motor yükü ve motor devrinin belirli aralıklarına göre avans değerleri belirlenmiştir. Püskürtülecek yakıt miktarı  (veya talep edilen lambda değeri) da yine bu aralıklara göre belirlenmiştir.

 

 KAYNAKLAR

• Internal Combustion Engine Fundamentals, John B. Heywood, McGraw Hill, 1988, syf 823-841
• İçten Yanmalı Motorlar Ders Notları, Prof. Dr. Orhan Deniz, Yıldız Teknik Üniversitesi, 2008
• İçten Yanmalı Motorlar Cilt 1, Prof. Dr. Oğuz Borat, Doç. Dr. Ali Sürmen, Doç. Dr. Mustafa Balcı, Teknik Eğitim Vakfı Yayınları-2, Aralık 1994
• Prof. Dr. M. İhsan Karamangil, Motorlar Ders Notları
• http://www.intechopen.com/source/html/43674/media/figure15.png