TURBOCHARGER NEDİR?

Turbocharger sistemleri, güçlendirilmiş endüksiyon sistemleridir. Bir akışkan olan havayı, kompresyonla yanma odası olan silindirlere gönderirler. Havayı sıkıştırmanın avantajı, silindirlere daha fazla oksijen gönderebilme imkanı demektir. Böylece; daha fazla yakıt (benzin) girdisi sağlanır. Bu sayede her patlamadan daha fazla güç elde edilir. Turbocharger uygulanmış bir motor, standart motorlardan daha fazla güç sağlar. Ayrıca şunu da gözardı etmemek gerekir ki motorun ağırlık/performans oranı önemli oranda artar.

Güç artışı; egzost manifolduyla motorun egzost çıkışının birleştiği bu araya bağlı olan ve yüksek hızdaki atık egzost gazıyla tahrik edilen bir türbinin çevrilmesiyle başlar. Bu türbin, bir hava pompasına bağlıdır. Esas olarak türbinin amacı bu hava pompasının tahrik edilmesini sağlamaktır ve dakikada 150.000 devirle döner. Egzost manifolduna bağlı olmasından dolayı türbinde sıcaklık oldukça yüksektir.

GENEL PRENSİPLER

Motordan güç elde etmenin en emin yolu motora daha fazla yakıt girdisi sağlamaktır. Silindir sayısının arttırılması bir yöntemdir. Veya, mevcut silindir çapını büyütmekle yanma odasındaki patlamanın şiddetini arttırmak başka bir metottur. Bazen, bu tür değişiklikler mümkün olmamaktadır. Özellikle fabrikasyon haldeki motorlarda bu işlem, daha büyük hacimli motor/blok değişikliği gerektirir. Ama kaide olarak, orijinal motorlara turbocharger beslemesi uygulanabilir.

Normal bir turbocharger, motora ilave 6-8 PSI arası ek basınçlı hava sağlar. Standart şartlarda deniz seviyesindeki atmosferik basıncın 14.7 PSI olduğunu göz önüne alırsak, %50 verim artışı olduğunu görürüz. Ancak bu artış genelde %30-40 larda kalır. Bunun nedeni, egzost gazının basınçlı çıkışının bir türbini çevirmesi gerekliliğinden ileri gelir. Çünkü türbin, kütle olarak bir ağırlıktır ve gaz tarafından çevirilmesi ek bir güç gerektirir; silindirlerin ürettiği gücün bir kısmını burada harcar.

NASIL ÇALIŞIR ?

Türbin, egzost manifolduna monte edilir demiştik. Bir mille hava kompresörüne (pompa) bağlanan türbin, pompayı çevirir. Pompanın emme tarafı bir hava filtresi vasıtasıyla atmosferden hava çeker, basma tarafı da intercooler adı verilen bir radyatöre bağlıdır. Esas olarak intercooler standart su radyatöründen farklı değildir. Tek fark, turbo işleminde kullanılan havayı depolama ve yoğunlaştırma amacını taşımasıdır. Emme manifoldu da, Intercooler'dan aldığı basınçlı ve yoğunlaştırılmış havayı kullanır. Unutulmamalıdır ki temel prensip, silindirlerde daha fazla hava-yakıt karışımı yanmasını sağlamaktır ve turbonun amacı budur.
Silindirlerden çıkan egzost gazı ana türbini çevirir. Ne kadar hızlı egzost gazı çıkışı olursa türbin devrinde de o oranda artış sağlanır.
Burada kullanılan hava pompası da santrifüj tip bir pompadır. Genellikle yataklandığı yerde rulmanlarla desteklenirler ancak 150.000 d/d ile dönen bi elemanda rulmanlar sağlıklı olmadığından dolayı yağlı yataklar tercih edilir. Bu yataklar, mil etrafında düzenli ve sürekli olarak ince bir yağ tabakasının oluşumuna yardımcı olurlar. Bunun birçok yararı vardır; örneğin, türbin-kompresör bağlantısını sağlayan mil'in soğutulması, diğer parçaların soğutulması, aşınmanın azaltılması v.s.

TASARIMDA VARSAYIMLAR
Tasarımla ilgili verilerden önce, karşılaşılabilecek bazı problemler üzerinde durulacaktır.

Aşırı Basınç
Turbo tarafından pistonlara gönderilen basınçlı hava; sonraki aşamada pistonlar tarafından daha fazla sıkıştırılarak aşırı bir basınç oluşturulur. Bu basınçta gaz ısınabilir (yüksek basınçta termodinamik olarak ısınma gerçekleşir), ateşleme zamanından önce alev alabilir. Buda knock dediğimiz bir olaya neden olur. Turbo basıncını düşürmek yada yüksek oktanlı benzin kullanmak bunu önler.

Knock : Vurma; vuruntulu çalışma;sağlıksız yanma-egzost zamanları.

Turbo Zamanı
Çoğunlukla, küçük boyutlu turbo donanımlı araçlarda, akselerasyon anında ani gaz komutlarına hızlı cevap vermeyen bir yığılma görülür. Bu durum, türbinin spinel hareketinin yavaş gelişmesinden kaynaklanır. Belli bir devirden sonra çalışmaya başlayan turbo (2000-2500 d/d), ani gaz komutlarında 1-2 saniyelik gecikmeyle çalışmaya başlar ve araç akselerasyona geçer. İstenmeyen bu gecikme türbin parçalarının ağırlığından dolayıdır, zira ağır bir pervaneyi çevirmek için daha fazla güç gerekir. Gecikme tamamen yokedilemez, ancak daha hafif malzemeden yapılmış parçalarla yüksek oranda azaltılır.

Büyük – Küçük Turbocharger Kıyaslaması : Küçük hacimli turbo uygulamalarında turbo açma zamanında kayda değer gecikme olmaz ve daha düşük motor devirlerinde çalışmaya başlarlar. Ancak, yüksek devirlerde yeterli güç üretimi gerçekleşemez. Büyük hacimlilerde ise yüksek devirlerde de daha fazla güç üretilir, daha iyi hızlanma değerleri elde edilir ancak gecikme zamanı önlenemez çünkü daha büyük boyutta türbin ve pompa kullanılır. Bunu elimine etmenin yöntemi incelenecektir.

Türbin valfi: Bu valf, fazla gelen egzost gazını tahliye ederek türbinin çalışma basıncını ayarlar. Türbin içerisinde farklı bir yoldan egzosta çıkışına aktarılır.
Rulmanlar: Burada kullanılan rulmanlar, istisnai olarak yağlı yatak uygulamasının haricinde kullanılır. Ancak özel malzemelerden mamuldürler ve hafiftirler. Aşınma, korozyon, sıcağa dayanımları iyidir.
Seramik Türbin Kanatçıkları:Seramik malzemeler konvansiyonel metal malzemelerden daha hafif bir yapıya sahiptir. Ayrıca aşınma dirençleri de çok yüksektir. Üstelik, yüksek sıcaklıklarda kullanılma avantajları vardır. Zira; seramikler metallere oranla çok daha yüksek yumuşama ve ergime sıcaklığına sahiptirler. Bu da türbin malzemesi olarak seramik kullanımını önemli hale getirmektedir.
İkili turbocharger uygulamaları: Bazı durumlarda, düşük devirlerde üstün akselerasyon için kullanılan küçük turbonun yanı sıra, yüksek devirlerde bunun yetersiz kalmasından dolayı büyük turbo ilave edilir.

INTERCOOLER
Intercooler, üstte de açıkladığımız gibi araçlarda kullanılan su radyatöründen farklı değildir. Amaç, kompresör tarafından basılan havanın burada toplanmasıdır. Ancak, depolanan basınçlı hava, basınçtan dolayı ısınma gösterir. Bu nedenle soğutma görevi de gören intercooler ortalama 7 PSI basınçtaki havayı emme manifolduna sağlar. Esas önemli olan havanın basıncından ziyade, emilen havanın daha fazla sayıda oksijen molekülü içermesidir. Intercooler bir nevi yoğunlaştırıcı olarak görev yapar.