ELEKTROMANYETİK SUPAPLAR (VALVETRONIC) Supaplar, motorların toplar ve atar damarlarıdır. Yakıtın yanma odasına alındığı ya da yanmış gazların yanma odasından atıldığı kanallara kontrol görevi yapması yanında, yanma ve egsoz zamanlamalarının belirlenmesinde önemli rol tutan supaplar ısıya ve darbeye karşı son derece dayanıklıdırlar.

Motor veriminin önemli bir bölümü sürtünme kayıplarına gitmektedir, supapların koordineli bir şekilde çalışmasını ve çevrim zamanlarını belirleyen ” eksantrik mili “, motorun neredeyse en çok verim kaybına uğradığı hareketli mekanik sistemi oluşturmaktadır.

Yaşanan bir çok teknolojik gelişimin yanında, özellikle kaliteli araç üretme hedefi olan araç firmalarının bu olumsuzlukarı ortadan kaldırma çabaları, elektrikli supapların ortaya konmasıyla son noktaya gelmiştir.

Fakat bundan önceki sistemlerde bulunan külbütör mekanizmaları, ititci çubuklaradan, hidrolik iticilerden ve direkt eksantrik milinden hareket almakta idiler. Sonuç olarak bu mekanizmaların çalışmasına etki eden sürtünme kuvveti her zaman olmuştur.

Motorun, özellikle yüksek devirlerde sahip olduğu supap aralığı (açık kalma süresi ), gerekli yakıt miktarının içeri alınamaması veya art gazlarının tamamen dışarı atılamaması durumunu doğurmakta idi.

Bu durum, değişken supap zamanlaması denen ve eksantrik milinin belli bir derece avansla, supap açılma zamanlarını ileri ya da geri almasını içeren sistemle ya da daha farklı bir modelinde düşük devir kamları denen ve aynı işlemlerin farklı bir çalışma sistemi olan, yüke bağlı supap zamanlamsı ve supap itişini değiştiren motorlarıngeliştirilmesi ile büyük ölçüde ortadan kaldırılmıştır.

Yüke bağlı olarak değişen supap zamanlaması ve supap itişi sistemi, motor kapağına sabitlenmiş külbütör mekanizmasıyla çalışmaktadır.

Motorun yüke binmesi durumunda , araç hızı, soğutucu suyun ısısı gibi parametreler doğrultusunda motor yönetim ünitesi, motor yağ basıncını ilgili piyanonun itici pistonuna ya da avans mekanizmasına yönlendirir.

Pistonun durumuna bağlı olarak piyanolar supapları hareket ettirir veya boşa sallanır. Bu sayede hangi kamın supaplarının kontrol edileceği belirlenmiş olur. Dış kamların düşük itişinden orta kam ve orta piyanonun yüksek itişine geçiş saniyenin onda biri kadra zaman alır. Düşük devirlere veya motor yükü az ise sistem devreye girmez ve supapları dış piyanolar kontrol ederken orta piyano boşlukta sallanır.mekaniksel ya da elektronik kontrollü sistemler ne kadar hassas olursa olsun, sisteminsürtünme ilişkisinin ne boyutta olduğu ortadadır.

Bu olaya kökten bir çözümü renault firmasının mühendisleri, VVT-L motorları üzerinde çalışarak geliştirdikleri elektromanyetik supaplarla getirmişlerdir.

Şekilde görüldüğü üzere sistem, eksantrik mili yerine, çift yay sistenli elektro-magnetizma ile kontrol edilen supaplar yer almıştır. Sistemin kullanıldığı motorlarda, eksantrik milinin bulunmaması motor ağırlığını düşürmekte ve yüksek hızlarda dönen bir milin getirdiği her türlü olumsuzluğu ortadan kaldırmaktadır.

Sistemin getirdiği en büyük avantaj ki, bilir kişilere göre motorda zamanlama devrimi olarak niteledirilen,bağımsız supap zamanlamsıdır. Supap zamanlamalarının bağımsız olması, çok küçük zaman aralıklarında supaplar müdahele ; kontrol edilebilme imkanı ve her durum için farklı ayarlam ya da zamanlama olanağı kazandırmıştır.

Bu avantajlar motora, normal supap mekanizmasında elde edilen “tork” eğrisinden (motorun her yük durumunda mümkün olduğunca düz bir tork eğrisi istenir), % 20 daha fazla tork artışı sağlanmaktadır.

Şekil 4.1. BMW elektromanyetik supaplar

Şekill 4.2. de görüldüğü gibi, tork eğrisi 2000-4000 dev/dk arasında en verimli olduğu gözlenmektedir. Mekanik mekanizmalı supap sisteminde 3000 d/dk’ dan sonra azalan tork eğrisi, elektromanyetik supap sisteminde 4000 d/dk’ ya kadar doğrusal konum izlemektedir. Motor devrinin çok yükseklere çıkmasına gerek kalmadan vites ornlarının uzun tutulabilmesi ve bunun sonucunda yakıt tasarrufu gibi avantajlar sağlamaktadır.

Sistemin sağladığı en önemli özellik, supapların bağımsız olarak kontrol edilebiliyor olması ve her silindirin, birbirinden bağımsız olarak istenilen bir “çift zamanlı” olarak çalışmasına imkan vermesidir.

Yani motor devri, aracın yükü ve hızı gibi değişkenler bağlı olarak sürekli dört zaman çevrimleri yerine, her hangi bir çift zamanlı bir çevrim gerçekleşiyor. Örneğin motora fazla yük binmediğinde ya da sabit hızda, seğir halinde bir çemberde emme ve sıkıştırmazamanlarının ardından yanma gerçekleşmeyebiliyor ve ikinci bir emme zamanına başlanabiliyor.

Bu ikinci emme zamanının ardından, 4 zamanlı çevrimde olduğu gibi sıkıştırma, yanma ve egsoz zamanlarının gerçekleşmesi ile 6 zamanlı bir çevrim elde edilmiş oluyor veya, 4 zamanlı bir çevrimde olduğu gibi emme, sıkıştırma, yanma ve egsoz zamanlarının ardından, egsoz supapının kapanıp emme supapı ile yeni bir çevrime başlamak yerine, egsoz supapı pistonun iki stroku boyunca, yani iki zman daha açık kalması ile 6 zamanlı başka bir çevrim gerçekleşmiş oluyor. Aynı mantıkla, değişik varyasyonlarla 8 veya daha fazla bir çift zamanlı çevrimle de elde edileilmektedir.

Her çevrimde sadece bir kez gerçekleşmesi gereken bir zaman vardır : yanma zamanı. Çünkü, yanma gerçekleştikten sonra pistonun hareketine devam edebilmesi için silindir içindeki yüksek basınçlı sıcak gazların silindiri terk etmesi gerekiyor. Bu daancak egsoz supappınınaçılmasıyla mümkün olacağından, egsoz zamanı otomatikman başlamış oluyor.

Şekil 4.2. Mekanik supap mekanizmalarının elektromanyetik supap mekaizmalarıyla elde edilen tork değerlerinin karşılaştırılması

Klasik supap mekanizmasında bulunan supaplar ve yaylar dışındaki bütün hareketli parçaları ortadan kaldıran bu sistem, motor bloğu üzerine yerleştirilen seramik kaplı ve elektro-magnetizma (elektromanyetik) prensibi ile çalışan elektro mekanik bir ünitedir. Supaplar, supapı kapalı tutma ve geri getirme yayları,sistemin ana parçalarını oluşturmaktadırlar.

Şekil 4.3. BMW elektromanyetik Supap Parçaları

Doğal mıknatıs, N ve S kutupları bulunan ve manyetik akımın bu kutuplar arasında akması esasına dayanan ve elementlerinden kaynaklanan doğal çekim alanı vardır. Bu tür mıknatıslar da N kutbu, s kutbu olan başka bir miknatısı manyetil alanınna çeker. Bu çekme, her iki mıknatıs tarafından kaşılıklı olur.

Yapay mıknatıs; bir iletken çubuğun etrafına belli bir sarımda iletken kablonun sarılmasıyla ve bu kablonun uçlarına akım verilmesi sonucu iletkenin manyetik yapıya bürünerek yapay mıknatıs olur. Oluşan bu manyetik alan, demir vb. metalleri veya diğer yapay mıknatıları etki alanının içine çekmeye çalışır.

Elektromanyetik supaplar da, yapay mıknatıs sınıfına giren seramik kaplı (yalıtım maksatlı ) bir mekanizmasıyla hareketlendirilmektedir. Bu mekanizma içinde bulunan demir nüvelerin etrafına, yüksek voltajılı manyetik alan yaratabilmek için sarılmış özel iletken teller mevcuttur (iletkenliği yüksek metal)

Mekanizma içinde,şekilde de görüldüğü gibi üzerine sarılı bobinlerle karşılıklı iki nüve bulunmaktadır. Altta kalan nüve, aynı zamnada supapı sabitleyen ve açılması için ona hareket veren elemandır.

Sistem, motor yönetim ünitesi (engine management unit) ile kontrol edilmektedir. ECU’ nün kumanda ettiği yüksek akım besleme ünitesinin gönderdiği 12 V ile 220 V arasında bir gerilimle, nüvelerin mıknatıslanmasısağlanmaktadır. Kullanılan voltajın diğer sistemlere göre yüksek olmasının sebebi (elektronik devreler genelde 5 Volt, araç alıcıları ise 12 Volt kullanırlar), yanma odasını kapatan supapı büyük bir kuvvetle çekmekte olan supap kapalı tutma yayının kuvvetini yenebilecek, karşı kuvvetin oluşturulabilmesi içindir.

Her iki nüvede oluşan mıknatıslaşma (elektro-magnetizma ), karşılıklı olarak birbirlerini çekmelerine yol açacakdır, ancak sadece hareketli olan kısım diğerine güçlü bir şekilde hareket edecektir. Bu hareket, yay basıncını yenerek (açma yayı kısılır,geri kapma yayı açılır) supapın açılmasını sağlamaktadır. A çık kalma süresini ise ECU belirlemektedir.

ECU, supapın açılması için gönderdiği komutukestiği an, akım besleme ünitesi de bobinlere gönderdiği voltajı keser. Supaplar, enerji yüklü (açık konumdaki) yayların uyguladığı basınçla geri getirirler.