Turboşarj Nedir?
Turbo şarj, motorun gücünü arttırmak amacı ile yapılmış bir hava körüğüdür. Motorlarda boşa giden egzoz gazlarının enerjisiyle çalışmaktadır.
Egzoz gazının basınç, ısı ve hız şeklinde boşa giden bu enerjisinden faydalanılmış olup tabii emişli motorları aşırı doldurma fikri 1930’lu yıllarda yarış arabalarında kullanılmaya başlamış ve günümüz motorlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Egzoz gazları ile tahrik edilen bir hava körüğü olup silindirlere aşırı hava doldurmaktadır.
Motorlarda güç silindirlere alınan hava ve püskürtülen yakıtın miktarına bağlı olduğundan, silindirlere aşırı doldurma yapmak motor gücünü yaklaşık % 30-40 arttırır ve aynı zamanda motorun;
- Yüksek rakımda güç kaybını önler,
- Yüksek motor torku elde edilir,
- Sessiz çalışma sağlanır,
- Daha iyi yanma elde edilir,
- Daha az hava kirliliği oluşur.
Turboşarj, motor egzoz manifoldu üzerine yerleştirilmiş olup hareketini, egzoz gazının enerjisinden alarak çalışır.
Egzoz manifoldundan çıkan egzoz gazları turboşarjın türbin çarkını çevirir. Türbin de aynı mile bağlı bulunan kompresör çarkını çevirir ve bir vantilatör gibi görev yapan kompresör motorun silindirlerine daha fazla hava basar.
Basılan bu fazla hava daha çok miktardaki yakıtın verimli bir şekilde yanmasını sağlamakta ve böylece tabii emişli motora nazaran daha fazla güç elde edilmektedir. Türbinin devri motor devri ve yükü ile kontrol edilir.
Atmosfer basıncı deniz seviyesinde normal sıcaklıkta 1.033 kg/cm2dir. Ancak atmosfer basıncı deniz seviyesinden yukarılara çıkıldıkça azalır (10.000 m’de 0.35 kg/cm2).
Türbin devri, deniz seviyesinden itibaren her 300 metrelik rakım (irtifa) artışı için 1400 d/d artar. Günümüzde kullanılan turboşarj devirleri yaklaşık 50.000 ile 130.000 d/d arasındadır.
Turboşarjın Yapısı ve Parçaları
Turboşarj, türbin, yatak kutusu ve kompresör olmak üzere üç kısımdan meydana gelir. Yatak kutusunun bir yanında kompresör, diğer yanında türbin vardır. Türbin ve kompresör çarkı aynı mile bağlıdır. Yatak kutusunda bulunan yataklar burçlu olup motor yağı ile yağlanırlar.
Türbin: Egzoz gazı ile karşılaşan ve eksoz manifoldu üzerine bağlanan bölüm olup muhafazası pik dökümdür. Türbin kanatları volfram dan yapılmıştır.
Türbin mili, türbin çarkı ile yekpare olup, hassas işlenerek balanslanmıştır.
Kompresör: Kompresör çarkı, alüminyum’dan yapılmış olup türbin miline somun ile bağlıdır. Hassas işlenerek balanslanmış olup muhafazası alüminyum dan yapılmıştır.
Yatak Kutusu: Türbin milinin yataklanmasını sağlar ve türbin muhafazası ile kompresör muhafazasını birbirine bağlar. Kullanılan yataklar metal olup yüzücü tiptir. Radyal ve aksiyal hareketlerle çalışırlar. Ayrıca metal sızdırmazlık segmanları da kullanılır. Yatakların yağlanması basınçlı motor yağı ile olup yağın dönüşü kartere olur.
Turboşarjın Çalışması
Motor çalışmaya başlar başlamaz, egzoz manifoldundaki egzoz gazları turboşarj içindeki türbine sevk edilir.
Türbin kanatları arasından geçerek egzoz sisteminden dışarı çıkan egzoz gazlarında bulunan enerji türbini döndürmeye başlar. Kompresör kanatları türbin ile aynı mil üzerinde bağlı olduğu için kompresörün kanatları da dönmeye başlar.
Kompresör kanatları havayı merkezden alıp çevreden verdiği için emme manifoldunda bir basınç yükselmesi meydana gelir. Hava – yakıt karışımına daha fazla yakıt ilave edilince eksoz gazlarına daha fazla enerji verilmiş olur. Egzoz gazlarındaki artan enerji sebebi ile türbinin dönüş hızı artar ve kompresör kanatlarının dönüş hızı da artmış olur. Kompresör dönüş hızının artması ise motora daha fazla hava verilmesini sağlar.
Motorun yükü arttığı zamanda egzoz gazları yine daha fazla enerji kazanmış olacağı için türbin ve kompresör kanatlarının da hızı artar.
Motor yükü azalınca veya motor devri düştüğü zaman egzoz gazlarının enerjisi azalacağı için kompresör kanatları motora daha az hava gönderir.
Değişken Zamanlı Turbo (VTG) Teknolojisi
Değişken zamanlı turbolarda yüksek basınçlı egzoz gazları, yönlendirici kanatlar (flap) sayesinde motorun devir gücüne bağlantılı olarak turbin pervanelerine yönlendirilmektedir. Diğer bir deyişle flaplar sayesinde turbin içindeki basınç azaltılıp çoğaltılmaktadır. Örneğin düşük motor devirlerinde flaplar kapanmakta ve yüksek basınçta egzoz gazları turbin pervanesinin merkezine yönlendirilmektedir.
Böylelikle alçak devirlerde turbo basıncı artmakta ve yüksek tork elde edilmektedir. Motor devri arttıkça flaplar açılmakta ve bu sefer egzoz gazlarının türbin pervanesinin merkezinde dışarıya doğru üflemesini sağlamaktadır. Böylelikle turbonun basıncı değişken zamanlı flaplar sayesinde artıyor ve turbodan istenilen performans fazlasıyla alınarak yanında yüksek yakıt ekonomisi sağlanmaktadır.
Değişken zamanlı turbolarda (VTG) teknoloji çok yüksek olup zamanlama ayarı şu an için vakum kontrollü algılayıcılar sayesinde yapılmaktadır. Ancak ileride zaman ayarlayıcıların tamamen elektronik kontrollü olması için çalışılmaktadır. Günümüzde ilk olarak binek arabalarında kullanılan VTG teknolojisi yeni yeni ağır dizellerde başarılı olarak kullanılmakta ve çok iyi neticeler vermektedir.
Actuatör / Westegate: Egzoz gazlarını tahliye valfinden kaçırarak türbin hızını düzenler , bu da kompresörün dönüş hızının düzenlenmesine fayda sağlar . Ayrıca wastegate’in birincil işlevi, turboşarj istemlerindeki maksimum takviye basıncını düzenlemek , motoru ve turboşarjı korumaktır.