Benzinli ve LPG’li Motorlarda Yanma

Benzinli ve LPG’li motorlarda yanma, silindir içerisine alınan hava-yakıt karışımının sıkıştırılması ve uygun zamanda buji kıvılcımıyla ateşlenmesi sonucunda gerçekleşir. Kıvılcım ateşlemeli motorlarda yanmanın doğru zamanda başlaması ve kontrollü şekilde ilerlemesi; motor gücü, yakıt tüketimi, egzoz emisyonları ve motorun düzgün çalışması açısından büyük önem taşır.

Dört zamanlı benzinli veya LPG’li bir motorda emme zamanında silindire hava ve yakıt alınır. Sıkıştırma zamanında piston Alt Ölü Nokta’dan (AÖN) Üst Ölü Nokta’ya (ÜÖN) doğru hareket eder ve silindir içerisindeki karışım sıkıştırılır. Sıkıştırma sonucunda karışımın basıncı ve sıcaklığı yükselir.

Sıkıştırma zamanının sonlarına doğru ateşleme sistemi buji elektrotları arasında yüksek gerilimli bir kıvılcım oluşturur. Kıvılcımın gerçekleştiği an motorun çalışma koşullarına göre ÜÖN’den önce olacak şekilde kontrol edilebilir. Kıvılcım çevresindeki karışımı tutuşturur ve yanma odasında gelişen alev cephesi karışım içerisinde ilerlemeye başlar.

Ateşleme sistemlerinin çalışma prensibi hakkında daha ayrıntılı bilgi için Elektronik Ateşleme Sistemleri konusundaki sınav ve çalışma içeriğini inceleyebilirsiniz.

Benzinli ve LPG’li Motorlarda Yanma Aşamaları

Benzinli ve LPG’li motorlarda yanma tek bir anda bütün yanma odasında gerçekleşmez. Buji kıvılcımının oluşmasından sonra önce küçük bir alev çekirdeği meydana gelir. Ardından alev gelişir ve yanma odasındaki yanabilir karışım içerisinde ilerleyerek yanmanın büyük bölümünü tamamlar.

1. Alev Çekirdeğinin Oluşması

Buji elektrotları arasında oluşan elektrik kıvılcımı, elektrotların çevresindeki hava-yakıt karışımına enerji aktarır. Uygun şartlar sağlandığında bu bölgede küçük bir alev çekirdeği meydana gelir. Bu aşama yanmanın sağlıklı şekilde başlayabilmesi açısından önemlidir.

Alev çekirdeğinin oluşmasını; buji elektrot aralığı ve yapısı, ateşleme enerjisi, silindir içerisindeki basınç ve sıcaklık, hava-yakıt oranı, karışım hareketleri ve ateşleme anındaki çalışma şartları gibi birçok faktör etkileyebilir.

Eski kaynaklarda kıvılcım için yaklaşık 800 °C gibi tek bir sıcaklık değeri verilebilmektedir. Ancak elektriksel kıvılcım çok kısa süreli bir plazma olayıdır ve bunu bütün motorlar için geçerli tek bir sıcaklık değeriyle tanımlamak doğru değildir. Yanmanın başlaması açısından önemli olan, buji kıvılcımının uygun karışım içerisinde yeterli ateşleme enerjisini oluşturabilmesidir.

2. Alev Çekirdeğinin Gelişmesi

İlk alev çekirdeği oluştuktan sonra çevresindeki yanabilir karışıma enerji aktarılır ve yanma bölgesi büyümeye başlar. Eski teknik kaynaklarda bu aşama zaman zaman alevin parçalanması şeklinde adlandırılmıştır. Daha doğru bir ifadeyle bu bölüm, ilk alev çekirdeğinin gelişerek kararlı bir alev cephesine dönüşmeye başladığı aşamadır.

Bu ilk gelişme döneminde yanmış karışım miktarı henüz sınırlı olduğundan silindir basıncındaki artış, yanmanın sonraki hızlı bölümüne göre daha düşüktür.

3. Alevin Yanma Odasına Yayılması

Alev çekirdeği yeterince geliştikten sonra alev cephesi yanma odasındaki yanabilir karışım içerisinde hızla ilerler. Karışımın büyük bölümü bu aşamada yanar. Yanma sonucunda açığa çıkan enerji silindir içerisindeki gazların basınç ve sıcaklığını önemli ölçüde yükseltir.

Artan silindir basıncı pistona kuvvet uygulayarak pistonun aşağı doğru hareket etmesini sağlar. Piston üzerindeki bu kuvvet biyel aracılığıyla krank miline iletilir ve doğrusal piston hareketi krank milinde dönme hareketine dönüştürülür.

Yanma Sırasında Basınç ve Sıcaklık Nasıl Değişir?

Sıkıştırma ve yanma sırasında silindir içerisindeki basınç ve sıcaklık önemli ölçüde değişir. Ancak eski kaynaklarda verilen 7–12 kg/cm² sıkıştırma basıncı, 28–48 kg/cm² yanma sonu basıncı veya belirli sıcaklık değerleri bütün benzinli ve LPG‘li motorlar için geçerli sabit değerler değildir.

Gerçek değerler motorun sıkıştırma oranına, yüküne, devrine, emme basıncına, ateşleme zamanına, hava-yakıt oranına, yanma odası tasarımına ve motor teknolojisine göre değişebilir. Özellikle turboşarjlı modern motorlarda silindir basınçları eski atmosferik motorlardan önemli ölçüde farklı olabilir.

Yanma sırasında gazların sıcaklığı çok yüksek değerlere ulaşabilir. Ancak silindir içerisindeki gaz sıcaklığı ile piston, supap veya silindir kapağı gibi motor parçalarının sıcaklığı aynı değildir. Motorun soğutma ve yağlama sistemleri parçaların çalışma sıcaklıklarının kontrol altında tutulmasına yardımcı olur.

Benzinli Motorlarda Basınç-Krank Açısı Diyagramı

Benzinli motorlarda silindir basıncının krank mili açısına göre değişimi basınç-krank açısı diyagramı ile incelenebilir. Sıkıştırma zamanında piston ÜÖN’ye yaklaştıkça basınç yükselir. Ateşlemenin ardından yanmanın ilerlemesiyle basınç daha hızlı artar.

Maksimum silindir basıncının tam olarak hangi krank açısında oluşacağı motor tasarımına, ateşleme avansına, devre, yüke ve yanma hızına bağlıdır. Motor yönetim sistemi ateşleme zamanını çalışma koşullarına göre değiştirerek yanmanın uygun zamanda gerçekleşmesini sağlamaya çalışır.

Benzin ve LPG’nin Yanması Aynı mıdır?

Benzin ve LPG kullanılan kıvılcım ateşlemeli motorlarda temel yanma prensibi benzerdir: uygun hava-yakıt karışımı sıkıştırılır ve buji kıvılcımıyla ateşlenir. Bununla birlikte benzin ve LPG’nin fiziksel ve kimyasal özellikleri aynı olmadığı için karışım hazırlama ve yanma karakteristiklerinde farklılıklar bulunabilir.

LPG’nin oktan karakteristiği, yakıtın motora verilme yöntemi, hava-yakıt oranı ve motor yönetim sisteminin kalibrasyonu yanma davranışını etkileyebilir. Bu nedenle LPG dönüşümü yapılan bir motorda yalnızca motorun çalışması değil, yakıt kontrolünün ve ateşleme sisteminin uygun çalışma şartlarının korunması da önemlidir.

Ateşleme Avansı Neden Gereklidir?

Hava-yakıt karışımının yanması belirli bir süre gerektirir. Bu nedenle kıvılcım genellikle piston ÜÖN’ye ulaşmadan önce oluşturulur. Bu işleme ateşleme avansı denir. Amaç, yanma sonucunda oluşan basınç artışının motorun çalışma şartlarına uygun krank açısı bölgesinde gerçekleşmesini sağlamaktır.

Modern elektronik motor yönetim sistemlerinde ateşleme zamanı sabit değildir. ECU; motor devri, yükü, sıcaklığı ve ilgili sensörlerden aldığı diğer bilgileri değerlendirerek ateşleme zamanını çalışma koşullarına göre ayarlayabilir.

Motor yönetim sisteminin bu işlemleri nasıl gerçekleştirdiğini öğrenmek için Elektronik Kontrol Ünitesi Nedir? konusunu inceleyebilirsiniz.

Normal Yanma ve Vuruntulu Yanma Arasındaki Fark

Normal yanmada buji çevresinde başlayan alev cephesi yanma odasındaki karışım içerisinde kontrollü şekilde ilerler. Bazı çalışma şartlarında ise henüz alev cephesi ulaşmadan yanmamış son gaz bölgesinin kendiliğinden tutuşması yüksek frekanslı basınç salınımlarına neden olabilir. Bu olay vuruntu olarak adlandırılır.

Vuruntu; yakıtın özellikleri, sıkıştırma oranı, emme havası ve motor sıcaklığı, silindir basıncı, ateşleme zamanı ve motor yükü gibi birçok faktörden etkilenebilir. Modern motorlarda ECU, vuruntu sensörü verilerinden yararlanarak uygun koşullarda ateşleme zamanında düzeltmeler yapabilir.

Yanmanın Egzoz Emisyonlarına Etkisi

Yanma kalitesi yalnızca motor gücünü değil, egzoz emisyonlarını da etkiler. Hava-yakıt oranı, yanma sıcaklığı, ateşleme zamanı ve motorun çalışma koşulları karbonmonoksit (CO), yanmamış hidrokarbonlar (HC) ve azot oksitler (NOx) gibi emisyonların oluşumunda rol oynar.

Motorlarda kullanılan emisyon kontrol sistemleri hakkında ayrıntılı bilgi için Emisyon Sistemleri konusunu inceleyebilirsiniz.

Benzinli ve LPG’li Motorlarda Sağlıklı Yanmayı Etkileyen Faktörler

Benzinli ve LPG’li motorlarda yanmanın düzenli gerçekleşebilmesi için ateşleme, yakıt ve hava sistemlerinin birlikte doğru çalışması gerekir. Yanma kalitesini etkileyebilecek başlıca faktörler şunlardır:

• Hava-yakıt karışımının uygun olması,
• Ateşleme zamanının motor çalışma şartlarına uygun olması,
• Bujilerin ve ateşleme sisteminin doğru çalışması,
• Silindir içerisindeki sıkıştırmanın yeterli ve dengeli olması,
• Yakıt sisteminin doğru çalışması,
• Emme havası ve motor sıcaklığının uygun olması,
• Motor yönetim sensörlerinin doğru bilgi üretmesi,
• Yanma odasının ve motor mekanik parçalarının uygun durumda olması.

Yanma problemi bulunan bir motorda arıza yalnızca bujilerden kaynaklanmayabilir. Yakıt sistemi, ateşleme sistemi, sensörler, mekanik kompresyon ve motor yönetim sistemi birlikte değerlendirilmelidir. Arıza teşhisinde sistematik kontrol yapılması gereksiz parça değişiminin önüne geçer.

Motorların çalışma prensibi, ateşleme, yakıt, sensör ve diğer otomotiv teknolojisi konularına MotorDersi ana sayfasından ulaşabilirsiniz.