internetsayar

SUPAPLAR

GİRİŞ

Motor tasarımına bakılmaksızın supaplar motor çalıştığı andan itibaren uygun zamanda açılır ve kapanırlar. Supaplar emme zamanında silindir içerisine taze hava veya hava yakıt karışımının girmesine ve sonra egzoz zamanında silindir içerisinde yanmış gazların dışarı çıkmasına izin vermelidir. Supaplar bir çok defa her bir mil başına 2000 kez açılır ve kapanırlar.(1.6 km)

Gerçekten, her bir 100.000 mil (160.900 km) giden bir motorda her bir supap 200.000.000 kez açılır ve kapanır.

1.1. Supap Yönetim Mekanizması

Dört zamanlı bir motor, emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz stroklarına sahiptir. Ancak supap çalışması için sadece iki stroka gerek vardır: emme ve egzoz strokları. Bu yüzden supap mekanizması tek bir motor çevrimini tamamlamak için krank milinin her iki turunda eksantrik mili bir kez dönerek emme ve egzoz supaplarını çalıştıracak tarzda tasarlanmıştır.

Krank mili zamanlama dişlisi krank milinin bir ucuna bağlanmıştır ve eksantrik mili zamanlama dişlisi egzoz eksantrik milinin ucuna tutturulmuştur. Egzoz eksantrik mili bir triger (zamanlama) kayışı üzerinden krank mili tarafından tahrik alır. Emme eksantrik mili, emme ve egzoz eksantrik milleri arasındaki dişlilerden tahrik alır. Eksantrik mili zamanlama dişlisinin diş sayısı krank mili zamanlama dişlisinin diş sayısının iki katıdır.(Böylece eksantrik mili, krank milinin her iki turunda bir tur döner.)

Şekil 1.1. Supap mekanizması (Toyota)

Kam mili silindir bloğu içinde olan bir motorda kullanılan supap düzeneklerinin temel parçaları Şekil 10.1 de gösterilmektedir. Motorun bu tipi sık sık itici çubuk motoru olarak da adlandırılır.Çünkü itici çubuk supap düzeneklerinde kullanılır. Supap yönetiminin nasıl çalıştığı Şekil 10.1 de gösterilmektedir. Kam mili çıkıntısı yukarıya doğru supap iticisinin altına gelir, itici çubuk yukarıya doğru itilir.

Şekil 1.2. Üstten supaplı bir motorda supap mekanizmasının çalışması. Solda, kam çıkıntısı supap itici tablasını ve itici çubuğu yukarıya iter ve külbütör milini ve supabı aşağıya iterek supabın kapanmasına neden olur. Sağda, kam çıkıntısı supap itici tablasının altından dışarı çıktığı zaman supap yayları supabı geri çekerek kapatır, külbütörü yukarı iter. İtici çubuk ve supap itici tablasını aşağıya iter. (Ford Motor Company)

Külbütör milinin ve supabın aşağıya itilerek açılmasına neden olur. Supap açık olarak bulunduğunda, supap yaylarının üstüne kuvvet gelir ve yayları sıkıştırır. Kam çıkıntısı supap itici tablasının altından dışarı geçtiği zaman yay, supabı yukarı doğru çekerek supabı kapalı konumda tutar. Sonra külbütör sallanarak geriye doğru bir kuvvetle itici çubuk ve supap itici tablasını aşağıya doğru iterek supabı kapalı konuma getirir. (Şekil 1.2 - sağda)

Üstten kam milli bir motor (OHC) kam muylusunun hareketini supaplara ileten çeşitli araçlar kullanır Şekil 1.3 de böyle bir düzenleme gösterilmektedir. Kam direkt olarak külbütörün altındadır. Kam çıkıntısı yaklaşık olarak külbütörün sonunun altına geldiği zaman, kam çıkıntısı külbütörün hareketine neden olur. Bu hareket supap gövdesini aşağıya iter, öyle ki supap açılır. Sonra kam çıkıntısı külbütörün altından dışarı çıkar, yay kuvveti supabı yukarı doğru çekerek kapalı konuma getirir.

Şekil 1.3. Üstten kam milli supap mekanizmasında supap itici ve supap gövdesi arasında külbütör kullanılır.

Supap gövdesi yukarıya çıktığında yay kuvveti külbütörü geriye, supabı kapalı konuma getirir.(Şekil 1.3 sağ)

Şekil 1.4. Üstten kam milli düzenlemelerde kova tipi tapet kullanılır. Kam direkt tapetten çalışır.

Bazı OHC motorlarında,külbütör ortadan kaldırılmıştır. Kam muylusu ters çevrilmiş bir supap tapeti içinden supap gövdesi üzerine doğrudan çalışır, genellikle bu supap tapeti kova tipi tapet olarak adlandırılır. (Şekil 1.4)

1.2. Kam Mili

Bir V8 motoru için kam mili yatakları ile Şekil 1.5 de gösterilmektedir Kam mili silindir bloğu içine yerleştirilmiştir ve krank milinden zincir veya dişli aracılığıyla hareket alır.

Şekil 1.5. Kam mili ve üstten supaplı bir V8 motorun bağlantı parçaları (Ford Motor Company)

Bu düzenleme Şekil 10.5 de bir motor son ön tarafından gösterilmektedir. Bu kam mili dişlisi,krank mili dişlisinden iki kat daha büyüktür. Bu kam milinin krank milinin bir buçuk katı hızında dönmesine neden olur. 1 / 2 oranı bu nedenledir ki; krank milinin her iki devri için sadece her bir kez her bir supabın açılmasıdır.

1.2.1 Kam mili tahrik yöntemleri

Kam mili (Eksantrik mili) krank mili tarafından zamanlama dişlisi,zamanlama zinciri ve triger kayışı gibi çeşitli yöntemlerle tahrik edilir.

Kam mili silindir bloğunda olan motorlarda kam mili dişli çark ve bir zincir (Şekil 1.6) veya bir dişli tarafından hareket ettirilir. (Şekil 1.7)

Üstten kam milli motorlar, zincir ve dişli çarktan herhangi birini veya dişli kayış ve çarktan herhangi birini kullanarak kam milini hareket ettirir. (Şekil 1.8)

Kayış fiberglas ile güçlendirilmiş ve kayışın dişli kenar yüzeyi dokuma naylon kumaşla kaplanmıştır. Kayıştaki dişliler dişli çarktaki yivlere uyarlar. Kayış veya zincirin kaymasını veya atlamasını önlemek için çoğu üstten kam milli motorlarda kullanılan bazı tipte gergi sistemleri vardır. Bu kayış ve zincire karşı konmuş gergi sistemi her bir atlayışı yüklenebilir ve baskıyla ayarlanabilir. Bu diş kaymalarına neden olan kayış veya zincirdeki aşırı hareketi önler ve atlayışı zamanla yapar.

1.2.1.1. Zamanlama zincirli tip

Eksantrik mili, bir zamanlama zinciri ve zincir dişliler tarafından tahrik edilir. Zamanlama dişlisi ve zincir dişliler yağ ile yağlanırlar. Zincir gerginliği zincir gerici ile ayarlanır. Zincir titreşimi, zincir titreşim damperi ile sönümlenir.

Şekil 1.6. Üstten kam milli bir motor kam milini hareket ettiren bir zamanlama zinciri kullanıyor. (Mazda Motors America, Inc.)

Not: Kam mili dişlisi krank mili dişlisinin 2 katı büyüklüğündedir.

1.2.1.2. Zamanlama dişli tip

Zamanlama dişlisi zincirli tipe nazaran daha fazla seslidir, dolayısıyla bu tip supap tahriki modern benzinli araçlarda popülerliğini yitirmiştir Şekil 1.6

Şekil 1.7. Silindir bloğundaki kam mili zamanlama dişlisi tarafından hareket ettirilir.

1.2.1.3. Triger kayışlı tip

Eksantrik bir zamanlama zinciri yerine iç kısmına diş açılmış bir kayış ile tahrik edilir. Kayış zincirli tipten de daha sessizdir ve yağlanmaya veya gerdirme aparatına ihtiyacı yoktur. Ek olarak, diğer tiplere nazaran kayış daha hafiftir. Bu sebeplerden dolayı, bu yöntem en çok kullanılandır.

Triger kayışı, fiber-glass ile güçlendirilmiş kauçuktan (lastik) yapılmıştır. Gerilme dayanımı çok yüksektir ve ısı değişimlerinde çok az bir esneme yapar.

Şekil 1.8 Kam milini hareket ettirmek için dişli kayış ve dişlileri kullanan üstten kam milli bir motorun ön cephesi.

Supapları açmak kam milinin en önemli vazifesidir. Bununla birlikte bir de bir veya daha fazla mekanizmaya hareket (yardımcı sürücü) olanağı sağlar. Örneğin, Şekil 1.5 de gösterildiği gibi kam mili yakıt pompasına ve ateşleme distribütöre hareket veren integral helisel bir dişliye sahiptir.

Bu hareket düzeni Şekil 1.12 de gösterilmektedir. Kam milinin yakıt pompasını çalıştırması için (Şekil 1.12 de gösterildiği gibi) ekstra bir muylu veya eksantrik bağlanmaktadır. Kam mili karterde olduğunda, kam muyluları karter yağının buharı tarafından yağlanırlar. Üstten kam milli motorlarda kam muylularını yağlamak için silindir kapağına kadar uzanan bir yağ pompasına sahip olurlar.

1.2.2. Kam mili konumları

Kam milinin supapları tahrik metotları şunlardır: OHV (overhead valve –üstten supaplı), OHC (overhead camshaft –üstten eksantrikli) ve DOHC (double overhead camshaft – üstten çift eksantrikli)

1.2.2.1. DOHC Tip (Double overhead camshaft-üstten çift kam milli)

Silindir kapağının üstünde biri emme supaplarını diğeri ise egzoz supaplarını çalıştıran iki adet kam mili vardır. Kam milleri supapları direkt olarak açıp kapadıklarından külbütör kollarına gerek kalmamıştır. Neticede, hareketli parçaların ağırlığı azalır ve supaplar yüksek hızlarda çok daha kusursuz bir şekilde açılıp kapanırlar. Her ne kadar bu tipin konstrüksiyonu çok karışıksa da yüksek hız performansı bu üç tip arasında en yüksek olanıdır.

Toyota araçlarındakiüstten çift eksantrikli tip supap mekanizmaları aşağıdaki iki yöntemle tahrik edilirler. Her iki kam mili de tek bir tahrik kayışı ile döndürülür veya sadece egzoz kam mili bir kayışla döndürülür ve emme kam miline hareket bir dişli vasıtasıyla aşağıda gösterildiği gibi aktarılır.

Şekil 1.9. (a) Üstten çift kam milli supap mekanizması (Toyota)

Kompakt DOHC

İki eksantrik milinden biri makas dişli mekanizmaya tahrik edilir. Bu yüzden bu tip normal DOHC tipe göre daha kompakttır, yani daha ufak ve basittir. Toyotanın çoğu benzinli motorunda bu tip kullanılmıştır.

Şekil 1.9. (b) Kompakt üstten çift eksantrikli supap mekanizması (Toyota)

1.2.2.2. OHC Tip (Overhead camshaft- üstten kam milli)

Bu tipte, kam mili silindir kapağı içine yerleştirilmiştir ve kamlar külbütör kollarını ve supapları fincanlar ve itici çubuklar olmaksızın direkt olarak çalıştırır. Kam mili krank mili tarafından bir zincir veya bir kayış vasıtasıyla tahrik edilir.

Her ne kadar bu tip, üstten supaplı tipe nazaran bir miktar daha karışık olsa dahi, supap fincanları ve itici çubuklarına gerek yoktur, dolayısıyla hareketli parça sayısı azaltılmış olur. Ayrıca bu tip çok iyi yüksek hız performansına da sahiptir çünkü supaplar yüksek hızlarda kusursuz olarak açılıp kapanır.

Şekil 1.10. Üstten eksantrikli supap mekanizması (Toyota)

1.2.2.3. OHV Tip (Overhead valve- üstten supaplı)

Eksantrik mili silindir bloğu içine, supaplar ise yanma odasının üstüne yerleştirilmiştir. Silindir kapağı basit bir yapıya sahip olmasına rağmen supap ile eksantrik arasında supap fincanı, itici çubuk ve külbütör kolu gibi pek çok parça bulunmaktadır.

Şekil 1.11. Üstten supap mekanizması (Toyota)

1.2.3. Kam mili yatakları

Motorda kam mili yatakları kam mili yatak yuvası ile silindir bloğu veya silindir kapağı arasına konulurlar. Her bir kam mili yatağı tam yuvarlak bilezik yataklardır, kam milini destekler ve bir konumda tutar. Yatak genellikle iki katmanlı bir yapıdan oluşur. Genellikle sırttaki çelik tabaka “babbit” metali olan bir astar yüzeye sahiptir.(Yumuşak yatak metali) Kam milinde yataklar kamlardan daha geniştir. Bu yatak iç çapı, kam milinin yerine konmasına ve çıkarılmasına izin verir. Kam mili yatakları genellikle, motor kontrol edildiğinde yenileriyle değiştirilir.

Kam mili dönüyorken, uygun konumunun dışında hareket ederek çalışabilmektedir. Eğer kam mili ön veya arkadan uzağa hareket ederse kamlar supap iticileri ile sıraya girmeyecekler. Aynı zamanda yatak yuvaları kam mili yataklarından daha kısa ortalanacaklardır. Ön veya arkaya aşırı hareketi önlemek amacıyla bazı kam milleri silindir bloğunun ön tarafından itici plaka cıvata ile tutturulmuştur. Şekil 1.5 .Bu itici plaka kam milinin sürtünmeyi yenmesi gibi davranır.

Şekil 1.12. Yağ pompası, distribütör ve yakıt pompası sürücüleri. Kam milindeki dişli, distribütöre hareket verir ve yağ pompasına da verir. Kam milinin önündeki eksantrik yakıt pompasını çalıştırır.

Eğer kam mili arkaya doğru hareketi denerse dişli çarkın göbeği itme levhasına karşı çalışır. Bu sınırlar kam milinin arka bölgeye hareketi içindir. Eğer ileriye hareketi denerse, ön kam mili yatak yuvası itme levhası ile bağlantı kurar. Bu duraklama kam milinin ileriye hareketidir. Kam mili sürücü mekanizması bütünüyle bir araya getirildiğinde doğru tüm açıklığıyla elde edilir. Burada dişli göbeği ile itme levhasının önü arasında gerekli bir çalışma vardır. Aynı zamanda itme levhasının arkası ve kam mili yatak yuvasının önü arasında açıklık istenir. Kam mili yatakları, yatak çaplarındaki geçitlerden akan yağ tarafından yağlanırlar.

Kam mili yataklarındaki delikler ve yuvalar yağın akmasına izin veren yatak iç çapındaki açıklıklar hizalanmalıdır. Yataklar veya yuvalarda yağı dağıtmak için oluk açılabilir.

1.4. Supap zamanlaması

Supap zamanlaması, supapların hareketi ve piston konumu ile ilgilidir. Zamanlama pistonun üst ölü nokta (ÜÖN) veya alt ölü nokta (AÖN) konumundan önce veya sonra krank milinin açısının sayısal olarak ifade edilişidir. Bu sayısal değer pistonun hareketiyle ilgili supapların açık veya kapalı konumlarını gösterir. Şekil 1.13 de gösterildiği gibi supap zamanlaması diyagramı, kam milinin supap zamanlamasını göstermekte kullanılır.

Motor ve supap hareketinin önceki tanımlamalarında çok genel ifadeler kullanıldı. Emme zamanı başladığında emme supabı açılır ve emme zamanı sona erdiğinde emme supabı kapanır. Egzoz zamanı başladığında egzoz supabı açılır, egzoz zamanı sona erdiğinde egzoz supabı kapanır. Gerçekten, supapların bu zamanda açma ve kapama zamanı değillerdir. Emme stroku başlamadan önce emme supabı açılır. Sonra, emme supabı emme zamanı sonu ve sıkıştırma zamanı başlangıcından sonra kısa bir süre için açık kalır. Egzoz supabı egzoz zamanı başlamadan önce açılır ve egzoz zamanı sonundan sonra kısa bir süre için açık kalır.

Şekil 1.13. Supaplar açık ve kapalı olduğunda, krank milinin konumuna göre supap zamanlaması diyagramı gösterilir.

Supap zamanlaması farklı motorlar için değişir. Supaplara hareket veren kam muylusunun şekline bağlı olur. Aynı zamanda krank milindeki dişli veya dişli çark arasındaki ilişkiye bağlıdır.

1.5. Emme supap zamanlaması

Emme supabı anında açılmaz. Supabın açılarak supap mekanizmasının hareket ettirilmesini başlatmak için kam çıkıntısı zaman alır. Bu sebepten, kam kam miline yerleştirilir, böylece kam çıkıntısı egzoz zamanı sonunda piston ÜÖN ‘ a ulaşmadan önce emme supabı açmaya başlar. Pistonun ÜÖN’ a ulaştığı zaman ve emme zamanı da aşağıya hareketin başlaması yoluyla emme supabı geniş açılır.

Piston emme zamanında aşağıya doğru hareket ettiğinde, yakıt hava karışımı silindir içine dolar. Ancak hava yakıt karışımının silindir içine dolması zaman alır. Emme supabı emme zamanında piston AÖN ‘ ı geçtikten sonra açılarak silindir içine karışımın daha uzun süre girmesi sağlanır. Silindir içine daha fazla yakıt hava karışımın girmesi sonucunda iş zamanında güçlü bir itme kuvveti verir.

Emme supabının AÖN’ dan sonra ne kadar süre açık kalacağı farklı motor tasarımları ile değişir. Emme supabı için tipik zamanlama Şekil 1.13 de gösterildi. Emme supabı egzoz zamanının sonunda ÜÖN’ dan 12 º önce açılmaya başlar. Emme zamanından sonra AÖN’ ı geçerek açık kalır ve sıkıştırma zamanı içinde 56º’e kadar tamamen kapanmaz. Bu hava yakıt karışımına daha fazla zaman verir, böylece hacimsel verim elde edilir.

1.6. Egzoz supap zamanlaması

Egzoz supabı iş zamanından önce açılmaya başlar ve egzoz zamanının bitiminden sonrada açık kalır.. Tipik olarak egzoz supap zamanlaması Şekil 1.13 de gösterilir. Egzoz supabı iş zamanında AÖN dan 47 önce açılmaya başlar. Emme zamanının başlamasından sonra 21 derece açık kalır.

Egzoz supabının erken açılması güçü israf etmez. Pistonun AÖN’ dan önce 47 aşağıya hareket ettiği ana kadar silindir içindeki basınç daha önceden azalmıştır. Egzoz supabının erken açılmasını sağlamanın amacı, egzoz gazlarının dışarı atılmasını başlatmaktır.

Şekil 1.13 de egzoz supabının eme zamanında ÜÖN’ dan sonra 21º ‘e kadar tamamen kapanmadığı görülür. Egzoz zamanında pistonun yukarıya doğru hareketi, silindir içindeki egzoz gazlarının temizlenmesine yardım eder. Egzoz gazları piston ÜÖN’a ulaştıktan sonra belli bir düzeyde dışarı akmaya devam eder ve emme zamanında aşağı doğru harekete başlar. Ancak egzoz supabının daha uzun süre açık kalmasından dolayı kalan egzoz gazlarının çoğu silindir içinden kaçarlar.

1.7. Supap bindirmesi

İki supabın (emme, egzoz) her ikisinin de kısa bir zaman açık kaldığı Şekil 1.13 de gösterilmektedir. Bu supap bindirmesi olarak adlandırılır.Emme ve egzoz supaplarının birlikte açık kaldığı anda krank milinin dönmesi esnasındaki açının değeridir. Şekil 1.13 de her iki supap emme zamanının sonunda ve emme zamanı başlangıcında toplam 33º açık kalır. (12º + 21º) Bu 33º supap bindirmesini sağlar. Bu sırada silindirden ayrılan egzoz gazları küçük bir vakum meydana getirirler. Vakum atmosferik basınç tarafından itilen taze hava yakıt karışımı ile doldurmak için silindire yardım eder.Uygun supap bindirmesinin sonuçları, özellikle yüksek hızlarda hacimsel verimi arttırdı.

1.8. Supap kılavuzları

Supaplar silindir kapağındaki supap kılavuzunda aşağı yukarı doğru kayar. Bazı motorlarda supap kılavuzları preslenmiş (sıkıştırılmış) metal borulardır veya silindir kapağı içine yerleştirilmiştir. Şekil 1.14. Başka motorlarda, supap kılavuzları silindir kapağı ile bir bütündür. Bütün haldeki supap kılavuzları silindir kapağı içine delinen basit deliklerdir. Supap kılavuzları, supap gövdeleri ile birbirine yakın uyum sağlamalıdır. Bu yanma odasına daha fazla yağın girmesini önler. Aynı zamanda burada supap gövdesi ile supap kılavuzu arasında yeterli açıklık olabilmelidir., böylece supaplar aşağı ve yukarıya serbestçe hareket edebilirler.

1.9. Supaplar

Çoğu motorlarda her bir silindir iki supaba sahiptir; bir emme supabı ve bir egzoz supabı Şekil 1.14. Supap oturduğunda, supap yüzeyi yuva ile tamamen temas etmektedir. Şekil 1.13. Bu karşılaştırma iki sebep için gereklidir; Birincisi, supap yüzeyi ile yuvası arasından dışarıya yanma basıncının sızmasını önlemek, ikincisi supap kafasından ısının uzaklaşması hareketine yardım etmek.

Motor çalışıyorken, egzoz supabı çok sıcak olmaktadır. Sıcak egzoz gazları defalarca geçer. Egzoz sıcaklığı 1600 F’ a ulaşabilir.(871 Cº) Bazı ısı akışı supap yuvasından supap kılavuzuna doğru yukarıya akar.(Şekil 1.8.) Supap kılavuzu, silindir kapağında soğutucunun dolaşması yolu ile soğutulur. Fakat supap kapatıldığında daha fazla ısı supap yuvası, supap kafası aracılığıyla silindir kapağına iletilir.

Şekil 1.14. Supap yüklenmesinin silindir kapağında gösterilmesinin kısmi görünüşü

Supap yaklaşık olarak zamanının dörtte üçü kapatılır. Supap yuvası ile supap yüzeyi arasındaki bu sıkışma ile maksimum miktarda sıcaklığın supap yuvasına iletimi olabilmektedir. Supap yuvası aynı zamanda dolaşan soğutucu tarafından soğutulur. Eğer supap yüzeyi ile yuvası arasındaki ilişki zayıfsa, daha az ısı supap yuvasına akacaktır. O halde supap çok sıcak çalışacak. Aynı zamanda sıcak egzoz gazları, zayıf bağlantı noktalarında supap ve yuvası arasından dışarı sızacaklar. Dışarı çıkan egzoz gazları supabı fazla ısıtacak ve supap yuvası yanabilir. Supap

ARADAKİ BÖLÜM EKSİK

Şekil 2.8. Orta külbütörün çalışması (3)

2.3. Uygulamadaki değişik VTEC sistemleri

2.3.1. DOHC VTEC

DOHC VTEC sistemi bulunduran motorlarda emme ve egzoz kam milleri için ayrı ayrı VTEC mekanizmaları bulundurulur.

Şekil 2.9. DOHC VTEC elemanları (4)

2.3.2 SOHC VTEC

SOHC VTEC sistemini bulunduran motorlarda, optimum güç kombinasyonu, sürüş kabiliyeti ve yakıt etkinliği için sadece ememe tarafına bir VTEC mekanizması yapılır.

Şekil 2.10. SOHC VTEC elemanları (4)

2.3.3 VTEC-e

Bu sistemi kullanan motorlar öncelikle yakıt verimini arttırmak için dizayn ettirilmiştir. Diğer VTEC sistemlerinin aksine bu sistem orta kam veya orta külbütör ihtiva etmez. Düşük hızlarda birinci ve ikinci külbütörler bağımsız çalışırlar ve ikincil supap hemen hemen sabittir. Sadece supap önünde yakıt toplamasını engellemek için bir miktar deplasman yapar. Orta hızlarda külbütörler birbirine bağlanır ve birincil kam tarafından çalıştırılırlar.

Şekil 2.11. VTEC-e elemanları (4)

2.3.4. Yeni VTEC

Düşük yakıt sarfiyatını başarmanın en etkili yollarından biri de taze dolgu yanma odasına girerken bir girdap oluşturmaktır. Böylece hava yakıt karışım dolum hızı daha da artar. Bu uygulama yeni VTEC, 3 kademeli VTEC motorlarında kullanılmaktadır. İkinci emme supabı düşük ve orta hızlarda hemen hemen sabit konumda tutulur ve emme manifoldu ve yanma odası karışıma girdap oluşturmasını sağlayacak şekilde şekillendirilir. İkinci emme supabı sadece ememe girişinde yakıt birikmesini önlemek için hafifçe kaldırılır.

Yeni VTEC motorda, VTEC mekanizması emme tarafında bulunur. Kamın uygun zamanlama zamanını belirlemesi için külbütör üzerinde bir zamanlama levhası bulunur.

Şekil 2.12. Yeni VTEC elemanları (4)

2.4.1. 3 kademeli VETEC’in çalışma prensibi

Bu sistemde zamanlama 3 kademede yapılır. Sonuçta her çalışma koşulu altında daha rahat sürüş elde edilebilir.

Düşük hızlarda emme supabının biri düşük hız kamı tarafından çalıştırılır. Diğerleri hemen hemen sabit konumdadır.

Orta hız kademelerinin her ikin emme valfi de düşük hız kamı tarafından çalıştırılır. Çalışan supap sayısı arttığı için emilen yakıt miktarı da artmaktadır.

Yüksek hız kademelerinde her iki supap da yüksek hız kamı tarafından çalıştırılır. Böylece supap kalkış miktarı ve dolayısıyla emilen yakıt miktarı artar.

Kademe kontrolünün yapılması

3 kademeli VTEC motor 2 yağ kanalı ve 2 senkronisazyon pistonuyla bağlantılıdır. Daha önce bahsedilen sistemlerde tek yağ kanalı ve senkronisazyon pistonu bulunmaktadır.

Düşük hızlarda kontrol

Düşük hızlarda hiçbir senkronisazyon pistonuna hidrolik basınç etki etmez. Birinci ve orta külbütör birbirinden bağımsız olarak hareket eder. İkinci supap hemen hemen sabittir.

Orta hız kademelerinde kontrol

Orta hız kademelerinde hidrolik devre birinci ve ikinci külbütörleri birbirine bağlayan senkronisazyon pistonuna hidrolik basınç temin eder. Böylece her iki supapta düşük hız kamı tarafından çalıştırılır.

Yüksek hız kademelerinde kontrol

Yüksek hızlarda, hidrolik devre iki yüksek hızda çalışan senkronisazyon pistonunu devreye sokar. Böylece birinci ve ikinci külbütörler orta külbütöre bağlanır ve her ikisi de yüksek hız kamı tarafından çalıştırılır.

2.4.2. 3 Kademeli VETEC

Şekil 2.13. 3 Kademeli VTEC elemanları (4)

2.5. Hidrolik akışı

Şekil 2.14. Hidrolik akışı (4)

3. KAM MİLİNE KRANK MİLİNE GÖRE İZAFİ HARE KET VEREREK DEĞİŞKEN SUPAP ZAMANLAMASI

Kam mili krank mili vasıtasıyla döndürülür. Kam miline krank miline göre izafi bir hareket verilerek, hareketi kontrol altında tutulur. Böylece supap açılma kapanma zamanları değiştirilebilir. Biz burada bu sistemi kullanan BMW ve TOYOTA firmasının uygulamasını inceleyeceğiz.

3.1. BMW Firmasının kullandığı sistemler

BMW firmasının kullandığı sistemin adı VANOS dur. Motor gücü, tork, rölantide çalışma ve egzoz emisyonları emme ve egzoz kam millerinin değişken olarak yayılması ile geliştirildi.

3.1.1. VANOS’un görevleri

1. Daha yüksek hız kademelerinde güç kaybı olmadan, orta ve düşük hız kademelerinde tork artışı.

2. Daha iyi boşta çalışma karakteristikleri sağlayarak, boşta çalışmada yakıtın iyi yanmamasından kaynaklanan yanmamış artık gaz miktarlarını azaltmak.

3. Katalitik konverterin daha hızlı ısıtılması, böylece soğuk çalıştırmada yanmamış ham emisyonların azaltılması.

4. Yakıt tüketimini azaltmak ve egzoz emisyon değerlerini geliştirmek.

5. Düşük motor hızlarında içeriye egzoz gazı resirkülasyonu.

6. Gürültünün dışarıya çıkışı sınırlandırılır.

Çift VANOS sisteminin amacı, emme ve egzoz kam millerinin gecikmeden ilerlemesi ve değişken modda yayılmasını sağlamak.

Şekil 3.1 Çift VANOS sistemi

Emme kam mili yayılma aralığı açısı 130º CS (rötar) ve 70º CS (avans) arasındadır. (ÜÖN’ dan sonra supap açılmasının maksimum noktası).

Egzoz kam mili yayılma aralığı açısı 76º CS (rötar) ve114º CS (avans) arasındadır. 11.3 mm olan supap stroku ise değişmez.

Çift VANOS sistemi aşağıdaki parçalardan oluşur:

1. İçten diş açılmış emme kam mili

2. İçten dişli açılmış egzoz kam mili

3. Emme ve egzoz kam milleri için zamanlama ayarlamasını yapan dişli ile beraber zincir dişli.

4. Çift VANOS emme ve egzoz kam milli için üniteyi ayarlıyor.

5. Emme ve egzoz kam milleri için çift VANOS ayarlama birimi.

Bu birim zamanlama kutusu üzerinde aşağıdaki elemanlarla beraber yerleştirilir.

a. Helisel ve düz dişlileri bulunan bir mil.

b. Egzoz kam mili tarafından çalıştırılan çift VANOS yüksek basınç yağ pompası

c. Kamlara zamanlama için hareket veren hidrolik pistonların ayarlanması için, emme ve egzoz kısımları arasında farklı akış oranlarında 2’ er adet elektromanyetik değişim valfleri

d. Elektrik kontrol birimi.(DME)

e. Kam millerinin konumunu belirleyen 2 adet konum sensörü.

f. 2 adet kam millerinin konumunu gösteren dişli işaret tekerleği

g) 1 adet krank mili konum sensörü.

Not: Emme ve egzoz işaret tekerleğinin dişli sayısı farklıdır.(Emme kam mili 6 diş, egzoz kam mili 7 diş)

İlk silindir için ÜÖN ateşleme noktası, egzoz kam mili için işaret tekerleği yolu ile tespit edilir. (7. Diş)

Şekil 3.2. Vanos şematik diyagramı.

3.1.2. VANOS’ un işlevsel tanımı

MS S54 gaz kelebeği konum sinyali ve motor hızına göre emme ve egzoz kam milleri için en uygun konumları hesaplar. Konum sensörü tarafından kam millerinde ki işaret tekerleklerinin devamlı taranması yolu ile, her iki kam milinin nispi (izafi) açısal konumları kontrol edilir ve DME ünitesindeki bilgilerle karşılaştırılır. Kam mili konumları gerek duyulduğunda,VANOS ünitesinde birleştirilen 4 hidrolik kontrol valfi vasıtasıyla ayarlanırlar.

Emme kam milinin ayarlama aralığı 60º krank açısıdır.

Egzoz kam milinin ayarlama aralığı 45º krank açısıdır.

Bu ayarlama zaman ayar zinciri ve kam milleri arasında meydana gelir. Helisel ve düz dişli ile birlikte mile bağlanılan bir kontrol pistonu aracılığıyla elde edilir. Kam milinin kontrolü için yağ basıncı (yaklaşık olarak 100 bar) egzoz kam mili tarafından tahrik edilen bir yağ pompası tarafından üretilir.

3.1.3. ÇİFT VANOS SİSTEMİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ

Emme ve egzoz kam millerinin optimum konumu, gaz kelebeği konum sensörlerinden gelen sinyalleri ve motor hızına göre elektronik kontrol ünitesi tarafından (DME) belirlenir. Emme ve egzoz kam milleri ile ilgili açıları sürekli olarak işaretleme dişlileri üzerindeki konum sensörleri aracılığıyla belirlenir. Belirlenen bu değerler hedeflenen değerle karşılaştırılarak 4 adet hidrolik kontrol valfiyle ayarlanır .Emme kam mili için yaklaşık ayarlanabilen maksimum açı 60º CS ve egzoz kam mili için yaklaşık 40º CS dır.

Ayarlama zaman ayar zinciri ile kam milleri arasındadır. Helisel kesik ve düz kesik kanallı mil ayarlı hareketini yerine getirerek birleştiren bir düzenleyici piston. Kam millerini ayarlamak için gerekli yağ basıncı (takriben 100 bar), egzoz kam mili tarafından sürülen bir yağ pompası tarafından meydana getirilmektedir.

VANOS avans ve rötar ayarları

Şekil 3.3. Avans ve gecikme ayarları (Borusan BMW)

3.1.4. M3 MODELİNİN TEORİK SUPAP STROKU

Çok düşük motor hızlarında belirli bir düzeyde yüksek çıkış gücü ile birlikte en uygun torku elde etmek amacıyla emme ve egzoz supaplarının açılması VANOS sistemi tarafından adımsız kontrol edilir. Bu değişken kontrol egzoz emisyonları üzeride ve rölanti davranışlarında olumlu bir etkiye sahip olur.

Şekil 3.4. M3 modeli için teorik supap stroku.(Borusan BMW)

3.1.5. Vanos hidrolik sisteminin çalışması

Ana yağ pompası 1, yağı 2 numaralı filtreye buradan da 3 nolu pilot basınç ayar valfi (0,2 – 0,6 bar) üzerinden egzoz kam mili tarafından çalıştırılan 4 numaralı vanos yağ pompasına göderir. Pilot basınç vanos pompasını harakete geçirir ve gerekli sistem basıncı üretilmeye başlanır. Çift vanos yağ pompası sistem basıncı eksikliğini tamamlar (100 bar). Vanos yağ pompası vanos yatağı ile bir bütündür ve silindir kapağı ön yüzeyine takılıdır. Pompadan sonra emme ve egzoz kammillerinin herbiri için ikişer adet selenoid valf 7 ve 8 / 12 ve 14 ile birer adet ayarlama silindiri 9 / 13 bulunmaktadır.

Vanos yağ pompası yağı 7 ve 12 selenoid valfler ile 9 ve 13 ayarlama silindirlerine gönderir. Eğer ECU emme kam milinin gecikme konumunda bulunması gerektiğini algılarsa 14 numaralı selenoid valfi kapalı konumda tutar ve 12 numaralı valfi açar (Not: Her iki valf de kapalı konumda iken güç vermez). Avans durumunda tersi olur. Bu esnada ayar silindiri pistonu kam miline dönme hareketi verecek şekilde hareket eder. Eğer egzoz kam mili gecikme konumunda olacaksa 7 numaralı valf kapanır ve 8 numaralı valf açılır. Bu esnada ayar silindiri pistonun alt yüzüne etkiyen basınç üst yüzüne etkiyen basınçtan daha büyüktür. Pistonu yukarı doğru hareket ettirir ve kam miline bir dönme hareketi verir.

Emme ve egzoz ayarlama silindirleri içindeki basınç sonuç olarak dağılmıştır. Ayarlama silindirlerindeki pistonlar, böylece hareket yönünde kanallı miller yoluyla kam millerini döndürür.

Motor ilk çalıştırıldığı zaman emme kam mili boşta çalışma konumundadır. Motor çalıştırıldığı zaman egzoz kam mili hidrolik olarak avans konumunda tutulur. Supap bindirmesi azaltılır. Motor çalıştırılır çalıştırılmaz ECU kam mili ayarlamasının gerekip gerekmediğini belirler. Egzoz kam mili sadece yağ basıncı 100 bar’a ulaştığı zaman sadece 1 defa ayarlanabilir.

Kelebek örneğin alçak motor hızı için tamammen açıldığında en uygun kurs eylemi egzoz kam milinin gecikme (rötar) ve emme kammilinin ilerlemesi (avans) durumunda olmasıdır.

ECU nun temelinde emme kam milinin (14) selenoid valfi açar ve (12) selenoid valfi kapar(yani; aynı yağ basınçları ayarlama silindiri içindeki piston (emmede) hareket yönünün zıt yönüne hareket eder. Çünkü pistonun üst yüzeyindeki temas yüzeyi alt yüzeyden daha geniştir. Avans durumunda pistonun aşağı yüzüne bağlı kanallı şaft emme kam milini yerinden çıkarır (yerini alır).

Egzoz kam milinde (7) selenoid valf kapanır (8) numaralı selenoid valf açılır. Pistonun üst yüzeyindeki basınç alt yüzeyindekinden düşük olduğundan ayarlama silindiri içindeki piston hareket yönünde hareket eder. Kanallı şaft egzoz kammilinin yerini alır gecikme konumunda.

Şekil 3.5. Hidrolik Devre Şeması

3.1.6. Çift vanos elektrik sisteminin çalışma prensibi

ECU kam milinin geçerli konumunu egzoz kam milini takip eden 1 numaralı konum sensörü, emme kam milini kontrol eden 2 numaralı konum sensörü ve krank mili sensörünün gönderdiği sensörler aracılığıyla saptar. Gerekli kam mili konumu, motor hız sinyali kısma kelebeği konum sinyalleri vasıtasıyla belirlenir. Ayar işlemi hedeflenen değer ile gerçek değer arasındaki fark 1 KA sını geçmeyecek şekilde yapılır.

Herbir kam mili zincir dişlisi arkasında bir konum sensörü dişlisi vardır. Emme kam mili zincir dişlisinin krank milinin 120 e denk gelen 60 aralıklı 6 adet dişi vardır. Egzoz kam milinde ise 7 adet diş vardır. Bunlar kam milinin üst ölü nokta için konumunu tespit eder. Kam mili dişli çarkının arkasında, zamanlama kutusunun sol ve sağ taraflarına konum sensörleri yerleştirilmiştir. Bu iki sensörün yapısı motor hız sensörlerinin aynısıdır fakat bunların farklı direnç değerleri vardır.

3.1.7. Kam mili konumu ölçme ve hesaplama

Krank mili sensörü sinyalleri kaynak olarak görev görür. Emme ve ekzoz kam milleri krank miline göre kontrol edilirler ve doğru konuma hareket ettirirler.Motor çalışmaya başladığı zaman gerçek konum ölçümü başlar.

Şekil 3.6. Ayarlama açısının ölçülmesi

3.2. Toyota firmasının kullandığı sistem

3.2.1. Giriş

Bu sistem emme eksantrik mili supap zamanlamasını kontrol ederek motor çıkış güçü yakıt sarfiyatı ve emisyon kontrol performansı arasında denge sağlar. Olması gereken supap zamanlamasının sabit kontrolü için, gerçek emme supap zamanlaması , eksantrih mili konum sensörü vasıtasıyla geri besleme yapar. Hem yüksek performans, hemde en iyi yakıt ekonomisi amacıyla gerçekleştirmeye çalışmak motorun geliştirilmesinde değişmeyen bir konudur. Özellikle, bugünün motorlarında , doğal kaynakları muhafaza etmek ve çevreyi korumak için toplumsal ihtiyaçlar ile son derece uyumlu olabilen gelişmiş taşıt aracı ihtiyacını karşılar.

Bu temel performans özelliklerinin supap zamanlaması üzerrinde çok fazla etkili olduğu bilinir.

Şekil 3.1. VVT-i sistemi (14)

3.2.2. Supap bindirmesinin etkileri

Supap bindirmesi sabit supap zamanlaması yapan klasik motorlarda, rölantide çalışma, güç çıkışı vs. ile belirlenir. Fakat şimdiki sistem bize motor çalışma şartlarına göre uygun ve hemen hemen serbest supap bindirmesini seçmemizi mümkün kılar.

Klasik yükler altında supap bindirme miktarını uzatmamız egzoz safhası sonundaki emme vakumu vasıtasıyla bir kısım yanmamış gazın tekrar yanma odasına tekrar geri gelmesine neden olur. Bu içeriye alınan egzoz gazı resirkülasyonu NO_x oranındaki azalmada olduğu gibi HC oranını da azaltır.

NOX ‘i azaltmak için dış egzoz gazı resirkülasyonu ile yanma sıcaklığını düşürmek yeterlidir. Fakat HC’nın azaltılmasında esasen yanmamış artık gaz ve içeriye resirküle edilen egzoz gazı sonuç verir.Bu sirkülasyon hem yanmamış HC, hem de NOX emisyonunu azaltır. HC redüksiyonu esas olarak yanmamış ve içeriye dönen gazların yeniden yakılmasıyla olur. En uygun supap bindirme değeri malum motor koşulu altında burada gösterildiği gibi var olmaktadır.

Motor yük koşuluna bağlı olarak supap bindirmesinin sürekli ve geniş aralıkta değişimi önemli bir etkiye sahiptir.

Bundan başka iç EGR ‘i emme vakumu ve pompalama kayıplarının düşürülmesi azaltır. En iyi yakıt ekonomosi sonucunu büyük ölçüde sıkıştırma oranının artması , emme supapının erken kapanması sağlar. Rölanti koşulunda supap bindirmesinin azaltılması daha çok sabit yanma yapar ve motor rölantide yakıt ekonomikliğini sağlıyarak düşük rölanti hızında çalışabilir.

3.2.3. VVT-i Sistemi

VVT-i sisteminin ayrıntılı konfigürasyonu Şekil 4 ‘ te gösterilmektedir.

1. VVT-i kasnağı : Emme kam mili ucuna yerleştirilen, hidrolik aktüatör tarafından emme kam mili ile krank mili arasında zamanlama farkı üretir.

2. Yağ kontrol valfi (OCV) : ECÜ komutuna göre VVT-i kasnağına gönderilen yağ basıncını denetler.

3. Elektronik kontrol ünitesi (ECU) : ECU motor çalışma koşullarına ve yağ kontrol valfi (OCV) sürücüsüne dayanan en uygun supap zamanlamasını hesaplar.

Kam aşaması özelliklerinin bu sistem tarafından farkına varılası Şekil 5 de gösterilmektedir.

3.2.3.1. VVT-i Kasnağı

Bu kumanda, zamanlama zincirinden tahrik edilen yuva ve emme eksantriğine sabitlenmiş vanadan oluşur.

VVT-i kumandası yağ basıncını emme eksantrik milinin avans veya rotar yan odalarına gönderir. Emme supaplarının zamanlamasını sürekli değiştirmek için VVT-i kumandasındaki vananın dairesel yönde dönmesine neden olur.

Motor stop etmiş iken, çalıştırmayı kolaylaştırmak için emme eksantrik mili en fazla rötar konumuna alınır. Motor çalıştırıldıktan hemen sonra VVT- i kumandasına hidrolik basınç uygulanmadığı zaman , vuruntu sesini önlemek için kilitleme pimi kilitlenerek VVT-i kumandasının hareketini engeller.

Dişli piston iç ve dış yüzeydeki direktifleri karşılayan helisel bir yivdir. Dış taraftaki dış dişli ile birbirine geçtiği halde iç dişli emme kam mili ile birbirine geçer ve kasnağa sabitlenir.Dişli piston yanında ve arka taraftaki basınç tarafından harekete geçirilir, ECU ve OCV tarafından kontrol edilir.

Helisel yiv için benzersiz geniş bir helisel açı (30º), yakın zamanda imalat teknolojisi tarafından geliştirilerek başarıldı. Bu büyük helisel açı büyük değişken kam aşama açısını (60 ºCA) verir ve küçük bir piston stroku ile çabuk tepki verir.

Şekil 3.2. VVT-i kasnağı (9)

3.2.3.2 Yağ kontrol valfi (OCV)

Yağ kontrol valfi motor ECU’sünden aldığı devrede kalma kontrolüne göre kumanda valfinin konumunu kontrol eder. Böylece VVT-i kumandasının avans veya rötar tarafına hidrolik basınç sağlar. Motor stop ettiği zaman eksantrik mili zamanlama yağ kontrol valfi maksimum rötar konumundadır.

Şekil 3.3. Yağ kontrol valfi (OCV) (12)

3.2.3.3. Elektronik kontrol ünitesi

Motor devri, emme havası hacmi, gaz kelebek konumu ve su sıcaklığına gör motorun ECU’su tüm sürüş şartları altında en uygun supap zamanlamasını hesaplar ve eksantrik mili zamanlama yağ kontrol valfini kontrol eder. Ayrıca motor ECU’sü gerçek supap zamanlamasını algılamak için krank mili konum müşiri ve eksantrik mili konum müşir sinyallerini kullanır. Böylece geri besleme kontrolüyle hedeflenen supap zamanlamasına ulaşılır.

3.2.4. Sistemin Çalışması

Eksantrik mili zamanlama yağ kontrol valfi Motor ECU ’sindan aldığı avans, rötar veya tutma sinyaline göre VVT-i kumandası geçidini seçer. VVT-i kumandası yağ basıncının uygulandığı tarafa göre emme eksantrik mili avans, rötar veya tutma yönünde döndürür.

3.2.5. Kontrol metodu

VVT-i kontrol blok diyagramında motor çalışma şartlarında OCV kontrol akımını kararlılıklarına göre hedeflenen avans açısı ile gerçek avans açısı yönünden karşılaştırırsak;

Kontrol akımı, tutuş akımı ve geri besleme akımlarından meydana gelir. Tutma akım değeri kararlı faz durumu altındaki gerçek akım değeri ile yer değiştirmiştir. Faz saptırmalarının gerçek ve hedeflenen değerler arasında olması geri besleme akımının değişken olmasını sağlıyor ve böylece hedeflenen tüm zamanlarda gerçek avans değeri izlenebiliyor. Kontrol akımına karşılık temelde avans ve gecikme hız karakteristikleri aynı olduğundan katsayılar karalıdır.

Şekil 3.4. Kontrol metodu (11)

Tablo 2. Değişken supap zamanlamasının avans, rötar ve tutma konumları

3.2.6. Değişik sürüş şartlarında çalışma (kuramsal) diagram

Kısaltmalar ve indisler

DOHC                        : Double overhead camshaft, üstten çift kam milli

SOHC                        : Single overhead camshaft, üstten tek kam milli

OHV               : Over head valve, üstten supaplı

ECM               : Electronic control modüle, elektronik kontrol modülü

OCV               : Oil control valve, yağ kontrol valfi

VTEC             : Variable valve timing & lift electronic control system, değişken supap zamanlaması ve kalkışı elektronik kontrol sistemi

VVT-i              : Variable valve timing intelligent, akıllı değişken supap zamanlaması

ECU               : Electronic control unit, Elektronik kontrol ünitesi

VANOS          : Variable Nockwellen Steuerung, değişken kam mili yayılması

VVT-L : Variable valve timing and lifter, yüke bağlı olarak değişken supap zamanlaması ve supap itiş sistemi

DME               : Elektronik kontrol birimi

CS                  : Crankshaft, krank mili