Turboşarj

Günümüzde en fazla kullandığımız araçların başında arabalar gelmektedir. Birçok olumlu yanı olmasıyla beraber bazen de çok fazla olumsuzlukları da kendisiyle beraber getirmektedir. Ama yine de insanoğlunun vazgeçilmezleri arasındadır. Acaba arabalar olmasaydı dünyamız nasıl bir halde olurdu?

Bu sıra dışı araçların çalışma prensipleri ve mekanizmaları çok karmaşık gibi görünse de her bir parçanın fonksiyonları ayrı ayrı incelendiğinde daha da anlaşılır hale gelmektedir. Arabaların bir nevi kalbi olan motorlar, bir araba için olmazsa olmazıdır. Peki, bu motorları daha verimli hale getirmek için neler yapılıyor? Veya yanma verimini arttırmak için ne gibi mekanizmalar kullanılıyor? Atık egzoz gazlarına ne gibi çözümler bulunuyor? Bu ve bu gibi soruların cevapları aslında bir mekanizmada yer almaktadır. Bu mekanizmanın ismi; “Turboşarjlar”.

Turboşarjlar motorun çalışmaya başladığı andan itibaren çalışırlar. Şarj sistemi ile araç motorundan daha fazla tork elde edebilmek amacıyla çalışan bir sistemdir. Turboşarja gelen atık egzoz gazları bazı mekanizmaların çalışmasını etkileyerek tekrardan yanmayı ve beraberinde motorun gücünü de arttırmaktadır. Kısacası turboşarjlar, yanma verimini ve motor gücünü arttırmaktadır

Çalışma Prensibi

Turboşarjların çalışma prensipleri çok karmaşık bir yapıya sahip değildir. Çalışma prensibinde önemli olan parametre atık egzoz gazlarıdır. Yani kısacası turboşarjların çalışma prensibi egzoz gazları ve atık enerjilerdir. Silindir içerisindeki yanma sonucunda oluşan egzoz gazı yüksek basınç ve sıcaklığa sahip olduğu için içerisinde çok fazla enerji bulundurmaktadır. Bu enerjiler aslında birer kinetik enerjiye sahiptir. Bu kinetik enerjiler mekanik enerjiye çevrilerek motorun gücünü arttırmış oluyoruz.

Turboşarjların çalışmasını sağlayan birçok parça var. Lakin bu parçaların en önemlileri; türbin kompresör ve mildir. Bu parçaların çalışma prensiplerini, görevlerini ve malzeme seçimlerinin tek tek ele alacağız.

Sistemi harekete geçiren yani turboşarjı çalışılabilir hale getiren mildir. Milin bir ucunda türbin diğer ucunda ise kompresör bağlıdır. Türbin turbo şarjın sıcak olan kısmında bulunurken, kompresör ise soğuk kısımda bulunmaktadır. Egzozdan gelen yüksek basınca ve sıcaklığa sahip olan gazlar öncelikle türbin kanatçıklarına gider. Türbin kanatçıklarına çarpan bu gazlar, türbini hızla döndürmeye başlar. Hızla dönen türbin kendisine bağlı olan mili de harekete geçirir. Mil diğer ucunda bulunan kompresör de harekete geçerek dönmeye başlar. Daha sonra hızla dönen kompresör atmosferden aldığı havayı sıkıştırarak emme manifolduna göndermektedir. Daha sonra hava silindirlere gönderilerek patlamanın gerçekleşmesini sağlıyor.

Kısacası çalışma prensibinde önemli olan parçalar ve turboşarjın doğru bir şekilde görevinin yapmasını sağlayanlar; türbin, kompresör ve mildir. Burada ki önemli bir konu ise kompresörün atmosferden hafa emip silindirlerden göndermesi. Çünkü bildiğiniz üzere yanma olayının gerçekleşebilmesi için oksijene ihtiyaç vardır. Kompresör burada bir nevi oksijen ihtiyacını karşılamaktadır.

Şimdi turboşarj da bulunan parçaları kısa bir şekilde tanıyalım. 

Türbin

■ Turbonun içerisinde yer alan türbinin görevi; Akışkan türbinin kanatçıklarına çarparak türbin miline hareket verir, hareket milin çıkışında mekanik işe dönüşür. Böylece türbin, kinetik enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürmüş olur. Kısaca türbin, turbonun hareketinin oluştuğu kısmıdır.

■ Türbinin çalışma prensibi şu şekildedir. Egzoz manifoldundan gelen gazların girdiği kısım türbin muhafazasıdır. Burada bulunan türbin fanına, yüksek hızlı ve sıcak egzoz gazları çarparak, büyük bir hızla döndürür ve çıkış kanalında turboyu terk eder. Türbin fanının dönmesiyle, türbin mili ve türbin miline bağlı olan diğer taraftaki kompresör fanı döner.

■ Türbine gelen egzoz gazları son derece yüksek enerjiye sahiptirler. Bu egzoz gazları 800 ile 1000 °C sıcaklıklara sahiptirler. Bu egzoz gazlarına maruz kalan türbin, özel alaşım çeliğinden veya kompozit malzemeden yapılmaktadır. Bu özel alaşım çeliği genellikle demir-nikel alaşımlarıdır. Veya Türbin kanatları genellikle nikel-krom alaşımı tercih edilebilir.

Kompresör

■ Kompresörler, yaygın olarak hava ve gaz basmak için kullanılan dinamik kompresörlerdir. Bunların kabaca görevinden bahsedecek olursak; Kompresörler turbonun soğu kısmında bulunurlar. Burada atmosferden aldığı havayı sıkıştırırlar. Daha sonra bu sıkıştırılmış yüksek basınçlı hava emme manifolduna gönderiliyor ve daha sonra silindire gönderilip, oradan da patlama sağlanıyor.

■ Kompresör çevresel akışlı merkezkaç (santrifüj) tip olup, türbin miliyle dönen kanatçıklara sahiptir. Merkezkaç kompresör çalışma prensibi hava veya gaz merkezi olarak dairesel hazneye alınır. Hava dairesel merkezin içinde dönme hareketi ile merkezkaç kuvveti etkisiyle hızlanır. Ancak dış kısma ulaştığında hızı düşer. Bernoulli prensibine göre, hız düşer basınç artar. Son olarak da hava toplama halkasına alınarak dışarı iletilir.

■ Kompresörler, helisel ve çevresel kanalları olan bir çark ve bir gövdeden oluşmaktadır. Kompresör alüminyum alaşımından veya daha pahalı olan titanyumdan yapılmaktadır.

Wastegate

■ Turbonun içerisinde bulunan pervaneler (türbin ve kompresör) motordan kat ve kat daha hızlı dönerler ve çok yüksek basınçlara maruz kalırlar. Bu neden aşınmaya ve bozulmaya oldukça meyillidirler. Bunun önüne geçmek için wastegate gibi mekanizmalar turboya entegre edilirler. Wastegateler bir atık kapağı görevini görmektedirler. Turbonun patlamasını ve motorun içine çok fazla basınç gitmesini önlüyorlar.

■ Wastegatelerin çalışma prensipleri şu şekildedir; Tam yük gerektiğinde, by-pass klapesi kapalıdır ve egzoz gazlarının tümü türbin kanatçıklarına yönlendirilerek maksimum turbo basıncı oluşturulur. Basınç aşırı arttığında veya olması gerekenden yüksek olduğunda, by-pass klapesi açılarak egzoz gazlarının bir kısmının türbinden geçirilmeden direkt egzoz hattına gönderilmesi sağlanır.

Türbin ve Kompresör Muhafazası

■ Muhafazalar yüksek basınç altında çalışan silindirik yapılar olmaları sebebiyle basınçlı kaplar olarak düşünülebilmektedir.  Çoğunlukla silindirik ya da konik bir kabuktan meydana gelirler.  Muhafazanın ön ve arka tarafında diğer muhafazalara ya da diğer çerçevelere cıvata vasıtası ile bağlanabilmelerini sağlayan iki flanş bulunur.

■ Turboşarj muhafazası iki şekildedir. Türbin muhafazası ve kompresör muhafazasıdır. Türbin Muhafazası; motordaki egzoz gazlarını toplar ve türbin çarkına yönlendirir. Kompresör Muhafazası ise basınçlı hava toplar ve motora yönlendirir.

■ Motordan çıkan ve ortak olarak “türbin” olarak adlandırılan turbo sıcak tarafına giren egzoz gazlarıyla başlar. Muazzam ısıya dayanmaları gerektiğinden, türbin gövdeleri genellikle kalın dökme demir veya çelikten yapılmaktadır. Kompresör muhafazası ise Alüminyum gibi hafif, iletken olmayan malzemelerden üretilmiştir veya bazen dökme demirden yapılmış bir gövde de görmek mümkündür.

İntercooler

Burada bir başka önemli kısım ise intercooler adı verilen radyatörlerdir. Elde edilen basınçlı hava, sürtünme ve yüksek basınç sebebiyle sıcaklığı artmış olacaktır. Sıcak havayı silindir içerisine göndermek vuruntuya sebep olmaktadır. Bunun için elde etmiş olduğumuz bu yüksek basınçlı havayı turboşarj sistemli araçlarda genellikle bulunan intercooler adı verilen radyatör şeklindeki bir soğutucudan geçirerek bir miktar soğurmuş oluyoruz. İntercooler da soğutulan bu hava emme manifolduna gönderilerek silindir içerisine daha fazla hava alınmasını sağlamış olacaktır.

■ Kaynakça :

■ www.singlix.com

■ www.elektrikport.com

■ www.marinediesels.info/index.html

■ www.mechanicbase.com

■ www.superstreetonline.com