Hava / yakıt karışım sistemi, motora gelen havanın miktarı ile en uygun oranda yakıt kütlesinin hesaplanmasından sorumludur. Yakıt, motorun silindirlerindeki yakıt enjektörleri sayesinde ölçülür.

Hava / Yakıt Karışımı

Verimli bir şekilde çalışması için benzinli motorların belirli bir hava/yakıt oranına sahip olmaları gerekir. İdeal olarak, teorik tam yanma 14,7 : 1’lik bir kütlesel oranda gerçekleşir ve aynı zamanda buna stokiyometrik oran denir. Başka bir deyişle, 1 kg yakıtı yakabilmek için 14,7 kg havaya ihtiyaç vardır. Veya, hacimsel olarak ifade edersek, 1 litre benzini tamamen yakmak için takriben 9.500 litre havaya ihtiyaç vardır.

1-Hava Fazlalık Katsayısı (λ)

Hava fazlalık katsayısı, gerçek hava/yakıt oranının teorik ideal kütle oranı olan 14,7:1 oranından ne kadar sapıldığını belirtmeye yarar. λ, tam (stokiyometrik) yanma için gereken, gerçekte sağlanan hava kütlesinin teorik hava kütlesine oranıdır.

λ = 1   :  Giren hava kütlesi teorik olarak gereken hava kütlesine uymaktadır.

λ < 1   : Hava yetersizliğinin göstergesidir ve bu nedenle de hava/yakıt karışımının da yetersizliğinin göstergesidir.

λ > 1   : Fazla havanın göstergesidir ve buna bağlı olarak da fakir bir karşımın da göstergesidir.

2-Çalışma Şekilleri

1. Homojen ( λ ≤ 1 ): Manifolda püskürtme yapan motorlarda manifolddaki hava/yakıt karışımı emme strokunda, açık olan giriş valfinden içeriye girer. Bu da yanma odasında homojen bir karışım dağılımı sağlar. Bu çalışma şekli direkt püskürtmeli benzinli motorlarda da mümkündür. Yakıt yanma odasına emme stroku sırasında püskürtülür.
2. Homojen – Fakir (Zayıf) ( λ > 1 ): Hava/yakıt karışımı, fazla havanın da belirli bir miktarıyla yanma odasında homojen olarak dağılır.
3. Kademeli Dolgu : Bu çalışma şekli sadece direkt püskürtmeli benzinli motorlarda mümkündür. Yakıt, tutuşma noktasından çok kısa bir süre önce püskürtülür ve bujinin etrafında bir hava/yakıt karışım bulutu oluşturulur.
4. Homojen Kademeli Dolgu: Kademeli dolguya ek olarak, yanma odasının tamamında homojen, fakir bir karışım vardır. Hava/yakıt dağılımının bu şeklini oluşturabilmek için çift yönlü püskürtme uygulanır.
5. Homojen Vuruntusuz: Burada da hava/yakıt dağılımını oluşturabilmek için çift taraflı püskürtme yapılır. Bu da vuruntuyu büyük boyutlarda önler.
6. Kademeli Dolgu / Katalitik Isıtmalı: Gecikmeli püskürtme katalitik dönüştürücünün hızlıca ısıtılmasını sağlar.

Özgül Yakıt Tüketimi, Güç ve Egzost Emisyonları

1-Manifold Püskürtme

Manifold püskürtmeli benzinli motorlar maksimum güç çıkışını %5…15 hava noksanlığında sağlarlar. ( λ = 0.95…0.85 ) ve en düşük yakıt tüketimleri %10…20 fazla havayla (λ = 1,1 … 1,2) olur.

Açıkça görülmektedir ki, tüm faktörler optimum noktalarındayken, ortak bir hava fazlalık faktörü yoktur. Mümkün olan en iyi yakıt tüketimiyle birlikte mümkün olan en iyi güç çıkışı λ = 0,9 … 1,1 aralığında elde edilir.

Yukarıdaki şekilde Hava fazlalık katsayısının homojen hava/yakıt karışımı dağıtımı sırasında güç ve özgül yakıt tüketimine etkisi görülmektedir.

• Zengin hava/yakıt karışımı (hava eksikliği),
• Fakir hava/yakıt karışımı (fazla hava)

Egzost gazlarının iyileştirilmesinde üç yollu katalitik bir dönüştürücünün kullanılmasıyla, motor ısındığı zaman λ = 1 oranının korunması kesinlikle zorunlu hale gelir. Bu gereksinimlere uymak için giriş havasının kütlesi tam olarak ölçülmelidir ve hassas olarak ölçülen yakıt püskürtülmelidir.

En uygun yanma işlemi sadece hassas yakıt püskürtülmesine bağlı değil, aynı zamanda homojen bir hava/yakıt karışımına bağlıdır. Bu da sırasıyla yakıtın verimli bir şekilde atomizasyonunu gerektirir. Yakıt mükemmel olarak atomize olmazsa, büyük yakıt zerrecikleri manifoldun ve/veya yanma odasının duvarlarına tortu bırakırlar. Bu yakıt zerrecikleri tam olarak yanmadıkları gibi hidrokarbon (HC) emisyonlarının da artmasına neden olurlar.

Yukarıdaki şekilde Hava fazlalık katsayısının homojen hava/yakıt karışımı dağıtımı sırasında iyileştirilmemiş egzost gazlarının kirletici bileşimine etkisi görülmektedir.

2-Benzinin Direkt Püskürtülmesi

Benzinin direkt püskürtülmesinde, λ ≤ 1 iken homojen işlem sırasında, manifolda yapılan püskürtmede olduğu gibi aynı koşullar geçerlidir. Kademeli dolgu işleminde ise, pratik bir stokiyometrik hava/yakıt karışımı sadece bujinin yakınında, kademeli dolgu karışım bulutunda mevcuttur. Bu alanın dışında, yanma odası taze havayla ve ağır gazlarla doludur. Yanma odasını bir bütün olarak ele alırsak, hava/yakıt karışım oranı çok yüksektir (λ > 1).

Bu çalışma şeklinde tüm yanma odası yanabilen hava/yakıt karışımıyla dolmadığı gibi, tork çıkışı ve güç çıkışının ikisinin de değeri düşer. Manfiolda püskürtmedekine benzer şekilde, maksimum güç çıkışı sadece tüm yanma odasının homojen hava/yakıt karışımıyla dolduğu zaman elde edilebilir.

Yanma işlemine bağlı olarak ve yanma odasındaki hava/yakıt karışımın dağılımına bağlı olarak, NOx emisyonları fakir yanma modunda üretilir ki bunlar üç yollu katalitik dönüştürücülerle azaltılamaz. Burda, emisyonların kontrolü için ek ölçümlerin yapılması kaçınılmazdır ve bu da NOx akümülatör tipi katalitik dönüştürücülerle mümkündür.

Motorun Çalışma Şekilleri

1-Çalıştırma ve Isınma

Motor soğuk iken çalıştırıldığı zaman indüklenen hava/yakıt karışımı fakirleşir. Bu sadece giren havanın yakıt ile yetersiz bir şekilde karışımına sebep olmaz, aynı zamanda düşük sıcaklıklarda yakıtın buharlaşma eğiliminin düşmesine, halen soğuk olan emme manifoldunun duvarlarında ve silindir duvarlarında (sadece manifolda püskürtme yapılan motorlarda) belirgin bir ıslaklığa (yakıtın yoğuşması) sebep olur. Bu eksi yönlerini telafi etmek için ve motorun çalışmasını kolaylaştırmak için, krankın hareketi sırasında mutlaka ek bir yakıt sağlanmalıdır.

Çoğu zaman motor çalıştırıldıktan sonra, çalışma sıcaklığına ulaşana kadar ek olarak ilave edilen bu yakıt püskürtülmeye devam edilmelidir. Bu aynı zamanda direkt püskürtmeli benzinli motorlara da uygulanır. Motorun tasarımına ve yanma işlemine bağlı olarak, kademeli dolguda zayıf (fakir) yanma işlemi sadece çalışma sıcaklığındaki motor ile mümkündür.

2-Rölanti ve Kısmi Yük

Bir kez çalışma sıcaklığına ulaştıkları zaman, geleneksel manifolda püskürtmeli motorların hepsi ralantide ve kısmi yükte stokiyometrik hava/yakıt karışımında çalışırlar. Direkt püskürtmeli benzinli motorlarda ise amaç, motoru kademeli dolguda mümkün olduğunca sık çalıştırmaktır.

3-Tam Yük

Aslında, manifolda püskürtme ile benzinin direkt püskürtülmesin koşulları tam yükte  hemen hemen birbirine çok benzer. Tam açık gaz kelebeği konumunda hava/yakıt karışımını zenginleştirmek kaçınılmaz olabilir. Şekil 5.1’de de görüldüğü gibi, bu, maksimum mümkün torkun ve gücün üretilmesine olanak verir.

4-Hızlanma ve Yavaşlama

Manifolda püskürtme ile yakıtın buharlaşma eğilimi manifold basıncında geniş bir boyuta bağlıdır. Bu da giriş valflerinin etrafında, emme manifoldunda yakıt filmi (duvar filmi) oluşumunu sağlar. Gaz kelebeği açıklığı ani bir şekilde değiştiği zaman manifold basıncındaki hızlı değişimler bu duvar filminde değişikliğe neden olurlar

5-Aşırı Çalışma

Aşırı çalışmada (gaz kelebeğinde gecikme), yakıt temini kesilir (aşırı çalışma yakıt kesintisi). Yokuş aşağı eğimlerde yakıt tasarrufu sağlamasından başka, katalitik dönüştürücünün fazla ısınmasını, ki bu da verimsiz ve eksik yanmaya neden olur, engeller.