otomotiv turboları

OTOMOTİV TURBOLARI
Turbo’nun Tarihi ;
Turbo teknolojisi emisyon kontrolü ve tüketici ihtiyaçları ikileminin çözümünü sağlamaktadır.
Avrupa, Amerika ve Asya’da çevreci hedeflere ulaşıma katkıda bulunurken, dünyanın dört bir
yanındaki sürücülerin performans ihtiyacını da karşılamaktadır.
2005 yılı aynı zamanda Honeywell firmasının ilk turbosunun Caterpillar D9 Tractor’üne
takılmasının 50 yıl dönümüdür. Alanında yaratıcı bir lider olan Honeywell geçtiğimiz 50 yıl
içerisinde turbocharging teknolojisinin otomotiv sektöründe önemli yer edinmesinde kilit rol
oynamıştır.
1905 yılında Sulzer Brothers Araştırma ve Geliştirme’de baş mühendis olan Dr. Alfred Büchi ilk
turbo için – bir axial kompresör, bir radial pistonlu motor ve müşterek şaft üzerinde bir axial
türbinden oluşan bir güç ünitesi- patent başvurusu yapmıştır. 1911 yılında Winterthur - İsviçre’de
deneysel bir turbocharger fabrikası açılmıştır. 1915 yılında Büchi ürettiği prototipin ile uçakların
egzos gazından üretilen enerjinin yüksek irtifada kaybolan hava yoğunluğuna nasıl çözüm
olabileceğini gösterdi.
1919 yılında General Electric’in Lepere Biplane yapımım Liberty model uçağa uyguladığı
turbocarger sayesinde uçak bir rekor olan 10,092 metreye kadar yükselmiştir. Buna rağmen
mühendislik dünyası uzun süre Dr. Büchi’nin manifolda uygulamalı - egzost gaz itişli icadının
potansiyelini tam olarak anlayamadı. Ancak, İkinci Dünya Savaşında General Electric binlerce
müttefik uçağına – özellikle B-17 Uçan Kale gibi yüksek irtifaya yükselen uçaklara - turbo ünitesi
takarak bu değere şans verdi. Daha sonra Honeywell bünyesine katılacak olan Garrett
Corporation bütün uçaklar için tamamen aluminyumdan yapılan intercoolerları imal ve ikmal
ederek kendini teknoloji ve yeniliğe adamış bir küresel devin doğuşmunun temelleri atmıştır.
Turbochargerlı motor fikri 1930’larda dünyaca tanınmaya başlamıştı. Bunun bir öncüsü
kompresörlü yarış otomobilleridir. 1938’de İsviçre’li Saurer firması ilk turbochargerlı kamyon
motorunu üretmiştir.
1950’li yıllarda Honeywell’in turbocharging konusundaki ilk girişimleri, Caterpillar Tractor
Co.’nun Garrett Co.’dan yüksek beygirli, ağır iş buldozer ekipmanları üretimi konusunda yardım
istemesi ile başlamıştır. Bunun sonucunda T02 turbochargerı başarı ile denenmiş ve 1955
yılında D9 traktörü üzerinde T15 turbochargerı takılı olarak ilk kez piyasa çıkmıştır. Bu başarı
Garrett Co.’yu AiResearch Industrial Departmanını kurmaya yönlendirmiş ve departmanın tek
görevi turbo dizayn etmek ve üretmek olmuştur. Bu, modern otomotiv turbo çağında bir aşama
olmuştur.
Dr. Büchi turbocharging’in “babası” olmasına rağmen, Cliff Garrett bu teknolojiyi başka bir
aşamaya taşıyarak otomobil sektöründe bu teknoloji için büyük bir pazar yaratmıştır. 1961’de
otomotiv sektörü binek araba segmentinde ilk turbolu deneysel çalışmasını Garrett’in T05’inin
takılı olduğu Oldsmobile F85 ile yaptı. Araç 1962’de piyasaya sürüldü.
Binek arabalarda 1970’li yıllar turbo endüstrisi için dönüm noktası olmuştur. 1975 yılında
üzerinde KKK takılı olan Porche 911 piyasaya sürüldü. 1977’de ise 2 litre benzinli, turbo Saab
99, 3 litrelik bir motorla aynı performansı gösterince gözler turbocharger teknolojisine çevrildi.
Bunu takiben sürücüye yakıt tasarrufu ve etkileyici sürüş avantajı sunan Mercedes 300 Turbo
Diesel lanse edildi. Bir sene sonra Buick, 78 model Buick Regal ve Le Sabre sports coupelerin
turbolu olacağını duyurdu. Son 20 yılda ise üreticiler model üzerine model üreterek binek araba
motorlarına turbocharger teknolojisini yerleştirdiler.
1960 yılların sonunda ise Deere markası çiftlik traktörlerinde ilk kez Garrett turbochragerı
kullanan firma oldu. İlerleyen zamanda Garrett T04 modeli, motor üreticileri tarafından daha iyi
performans, yüksek tork ve yakıt verimliliği nedeniyle gittikçe daha çok kullanılır oldu. 70’li
yılların ortalarında kamyon sektörü için gidilecek yol belliydi: Şu anda bütün ticari dizel araçlar
birer turbocharger ile donatılmış bulunmaktadır.
Turbochargerlar, normalde kayıp gözü ile bakılan egzos gazı enerjisini (ısı ve sürat) kullanarak
arç motorunun ürettiği enerjiyi tekrar değerlendirir. Sonuç olarak, turbochargerlı motorlar diğer
motorlara göre belirgin yakıt fiyat avantajı sağlar. Bir turbocharger motora daha fazla hava
ilettiği için yakıtın yanması daha kolay, düzenli ve temiz olur.
Benzinli araçlar için trend daha ufak hacimli motorlara kaymaktadır. Burada turbolar normal
araçlardan %10-20 oranında daha verimli yakıt tüketimi sağlayarak CO 2 üretiminde azalmaya
yol açarlar. Turbo dizelli araçlarda ise benzinli araçlara göre yakıt verimliliği 30-50% daha
fazladır. Bu kazanımlar Avrupa, Amerika ve Asya’da artan emisyon standartlarına uyumu
kolaylaştırmaktadır.
Turbo Çeşitleri ve Çalışma Prensipleri
Motor, turbo ve kompresörlerinde **değişken geometrili **basınç dalgalı ** rezonans tipi
**spiral veya g-şarjı yöntemlerini kullanan tipler mevcuttur.
İçten yanmalı bir motorun performansı hava girişiyle orantılıdır, kaldı ki hava girişi de havanın
sıkıştırılması ile bağlantılıdır. Yani emilen havayı (yükleme havası) bir ön sıkıştırma işleminden
geçirerek oldukça basit biçimde daha fazla performans elde edilebilir. Burada fayda sağlanan
unsur emilen havanın dinamiğidir.
İçten yanmalı motorların şarj sis­temleri, yanma işlemi için gerekli hava miktarını sabit silindir
hacminde ve devir sayısında yükseltir; sonuç olarak performansta artış görülür.
Bunun, mekanik şarj, egzoz gazı turbo şarjı ve basınç dalgalı şarj gibi tipleri bulunur.
Mekanik şarjda tahrik, motordaki krank mili tarafından gerçekleştirilir. Mekanik şarja dahil olanlar
santrifüjlü fan, Roots şarj cihazı, kanatlı şarj cihazı, G-şarj cihazı (spiral şekilli) ve döner pistonlu
şarj üniteleridir
Egzoz gazı turbo şarjı, egzoz gazın­da bulunan enerjiyi tahrik için kullanır. Bu, iki türbinden
oluşur. Türbin çarkı egzoz akış yönünde bulunur ve bir mil ile bağlantılı sıkıştırma çarkını tahrik
eder. Böylece hava yaklaşık 1,5 bar’lık bir basınçla sıkıştırılır.
Sıkıştırma sonucu ısınan hava şarj havası soğutucusu tarafından soğutulur ve ardından yanma
odasına iletilir.
Soğuk havanın hacmi sıcak havaya oranla daha azdır. Bu yolla yanma işlemi için yanma
odasına daha faz­la oksijen girer.
Bunun daha gelişmiş şekli, değişken geometrili egzoz gazı turbo şarj cihazıdır.
Egzoz gazı akışı, ayarlanabilir itici ka­natlarla türbin çarkına iletilir. Böylece, toplam devir sayısı
aralığı üzerinden en uygun seviyede bir şarj basıncı elde edilir. Kaldı ki, en düşük devir sayısı
aralığında yüksek bir motor performansı kullanıma hazırdır.
Egzoz gazı turbo şarjında, şarj cihazının tahriki için gerekli egzoz gazından elde edilir.
Söz konusu egzoz gazı enerjisi bir türbin vasıtasıyla mekanik enerjiye dönüştürülür.
Ortak bir milin diğer yanımda, taze hava emiş tarafı için önceden sıkıştıran bir akış sıkıştırıcı
yer alır.
Mekanik şarj cihazlarında olduğu gibi basınç dalgalı (comprex) şarj sistemi de motor tarafından
tahrik edilir. Tahrik edilen kepçeli çarkta basınç dalgaları yardımıyla egzoz gazı ve taze hava
arasında enerji alışverişi meydana gelir. Söz konusu enerji alışverişi (taze havanın
sıkıştırılması) kepçeli çarkta ses hızıyla meydana gelir.
Basınç dalgalı şarj cihazında, basınç dalgaları vasıtasıyla egzoz gazı ve taze hava arasında bir
enerji alışverişi meydana gelir.
Söz konusu alışveriş, ses hızına yakın bir hızda rotorun (motor tarafından oluklu kayışla tahrik
edilir) hücrelerinde gerçekleştirilir.
Son derece basit bir şarj yöntemi de anahtarlamalı emme manifoldlarının kullanılmasıdır.
Rezonans şarjı, pistonlar tarafından emilen havanın dinamiğini kullanır.
Bu, hava sütununun emme manifoldunda ileri-geri hareketle salınmasına yol açar.
Emme yollarında ve emme hacimlerinde gerçekleştirilen bir değişiklikle her motor devrinde
mümkün olduğunca yüksek bir hava akış hızı ve dolayısıyla iyi bir silindir dolumu elde edilir.
Anahtarlama işlemi için kanatçıklar bulunur; bunlar devir sayısına bağlı olarak çeşitli sistem
alanlarını ayırır veya birleştirirler. Yüksek oranda silindir dolumu ve böylece düşük devirlerde
yüksek tork ve yüksek devirlerde yüksek performans.
Bu, yakıtın en yararlı biçimde kullanılmasını sağlar. Rezonans şarj işleminde silindirler aynı
ateşleme aralıkları ile kısa borular vasıtasıyla rezonans kaplarına bağlanır.
Spiral veya G-şarjı (G-charger), muhafazanın sabit parçası olan bir dış spiralden ve bir taşıyıcı
plaka üzerinde dönen iç spiralden oluşur. Meydana gelen dönme hareketi yoluyla, ilkin
genişleyen ardından küçülen boşluklar oluşur. Böylece hava emilir ve sıkıştırılır.
Kaynak : Volkswagen tarafından yayımlanan “Otomobil Teknolojisinin Temelleri“ kitabından derlenmiştir.