Turbo Nedir? Turbo Şarj Sistemi Çalışma Prensibi

Turbo Nedir Ne İşe Yarar? Nasıl Çalışır?

Bölüm 1 - 2
Günümüzde hem dizel motorlarda hem de benzinli motorlarda, aşırı hava beslemesi dediğimiz egzoz turbo şarjı kullanılmaktadır. Egzoz manifoldundan hemen sonra egzoz hattına bağlanan turbo, egzoz gazlarından hareket alır ve bu hareketle temiz havayı basınçlı olarak emme manifolduna-yanma odasına göndererek yanma verimini ve motor gücünü arttırır. Turbo basıncı, turbo basınç kontrol valfi tarafından ayarlanır. 

Turbo şarj motorun çalışmaya başladığı andan itibaren çalışır, fakat gönderdiği basıncın atmosfer basıncını (1 bar’ı) geçip maksimuma ulaşması için daha hızlı dönmesi gerekir, bunun için de motor devrinin dizel motorlarda 1750-2000 deviri geçmesi gerekir. Yani turbo şarj  belirli bir devirden sonra motora maksimum basınçlı hava göndererek torkun artmasını sağlıyor. Araç sürücülerinin çekişin artmasıyla “turbo devreye girdi” dedikleri olay, turbonun maksimum basınca ulaşmış olmasıdır. Aslında turbo hep devrededir.

Buna rağmen turbo şarjın araçta en çok kullanılan devir aralıklarında (1500-3000) yeterli hava beslemesini yapması için çeşitli geliştirmeler yapılmıştır, örneğin değişken geometrili turbo şarj, düşük-orta motor devirlerinde de yeterli basınçlı hava beslemesini yapabilmekte, torku arttırmaktadır. (Bkz: Turbo Arızası Arıza Belirtileri ve Kontrolleri) (Bkz: Dizel Motorlar ve Dizel Araçlar)  (Bkz: Turbo Benzinli Araçlar)

Turbo Dizel Motor

Dizel motorlar fazla havayla yani hep fakir karışımla çalışırlar. Dizel motorda yanma odasına ne kadar çok hava (oksijen) girerse, motorun torku o kadar artar. Benzinli motorların devri, hava miktarını kontrol ederek ayarlanırken, dizel motorların devri yakıt miktarı ayarlanarak ayarlanır. Bir dizel motorda enjektörlerin püskürttüğü yakıt miktarı artarsa, motor devri de artar. Fakat eskiden kullanılan atmosferik dizel motorlarda, belirli bir devirden sonra ne kadar yakıt  püskürtülse de, motor yeterince hava alamadığından (yüksek devir, hava süresini kısaltıyor), motorun torku hızla düşmekte ve yeterince motor performansı alınamamaktaydı, üstelik püskürtülen yakıt tam olarak yakılamadığından, atmosferik dizel motorlar çok yakmaktaydı.

Turbo şarjlı (aşırı hava beslemeli) dizel motorlardaysa, yüksek basınçlı hava belirli devirden sonra sürekli olarak yanma odasına gönderildiğinden, motora yeterince hava(oksijen) girer ve motorun yanma verimi ve performansı artar. Turbo dizel motorların verimi, atmosferik dizel motorların veriminden %40-%50 daha fazladır. Tork yüksek, gürültü az, yakıt sarfiyatı düşüktür. (Bakınız: Common Rail Yakıt Sistemi)

Turbo Benzinli Motor (Direkt Enjeksiyonlu Benzinli Turbo Motor)

Artık turbo hava beslemesi sadece dizel motorlarda değil, benzinli motorlarda da kullanılmaktadır. Atmosferik benzinli motorlar yerlerini turbo motorlara bırakırken, benzin enjeksiyonu da emme kanallarına enjeksiyon yerine, direkt silindirin içerisine püskürtme şeklinde olmaktadır. 1500 rpm motor devirlerinden itibaren yeterli basınçta hava beslemesi yapabilen turbo şarj üniteleri, benzinli motorlarda ciddi tork artışları sağlamıştır.

Turbo Şarj Çalışma Prensibi

Turbo şarj (egzoz turbo şarjı), egzoz manifoldundan çıkan basınçlı egzoz gazlarının hareketini, turbonun türbin kanatçıklarına çarptırarak döndürür, türbin milinin diğer ucunda bulunan kompresör kanatçıklarıysa, dışarından temiz havayı emer ve basınçlandırarak intercooler’a, oradan da emme manifolduyla yanma odasına gönderir. Turbo şarjlar, temiz havayı yaklaşık 2 - 2,5 barlık mutlak basınçla emme manifolduna gönderirler. Böylece egzoz gazıyla yok olan enerji tekrar kullanılarak motor performansı 2 katına çıkarılabilmiştir.
(Bkz: Turbo Gecikmesi ve Blow Off Valfi)

Turbonun Yağlanması ve Soğutulması

Turbo şarjdaki türbin mili çok yüksek devirlerde (dakikada 60 bin -200 bin devir ile) döner. Bu sebeple çok iyi yağlanması gerekir. Turbo şarjın yağlanması motor yağıyla yapılır, bir yağ borusu-hattı turbo şarjın gövdesindeki yağ girişinden girer ve gövde içindeki mil yataklarını yağladıktan sonra motora döner. Yağ sürekli devirdaim ederek turboyu yağlar ve ayrıca soğutulmasını da sağlamış olur.  
Bazı turbo şarj tiplerinde, turboyu soğutmak için motor soğutma suyu da kullanılır. Su, turbonun gövdesinde dolaştırılır.
Su soğutmalı turbo  şarjların avantajı: Motor stop edildiğinde, turbo kanatçıkları (turbo mili) bir süre daha dönmeye devam eder, fakat motor yağı dolaşımı durmuştur, bu durumda turbo mili soğutulmadan ve yağlanmadan çalışmaya devam etmiş olur ki, bu durum turbo miline ve yataklarına zarar verir. Su soğutmalı sistemlerdeyse, motor stop edilse ve su devir daimi dursa bile, sıcaklık farkından dolayı su hareket etmeye devam eder (ısınan su yukarı doğru akar-hareket eder), böylece su dolaşımı kendiliğinden olduğu için, turbo soğutulmuş olur.

Turbo Basıncının Ayarlanması

Motorun iyi performans (tork) vermesi için her devir aralığında yeterli basınçta hava ile beslenmesi gerekir. Motor devri düşük olduğunda (500-1500 rpm) yavaş dönen turbo kompresör kanatçığının yetersiz olan hava beslemesi torkun düşmesine sebep olur. Motor devri çok yükseldiğindeyse (dizellerde 4000 -5000; benzinlilerde 4000-7000 rpm), turbo kompresör kanatçıkları çok hızlı döndüğünden, basınç aşırı artar. Bu durumun dengelenmesi gerekir.

Turbonun Aşırı Basıncını Önlemek İçin:

Wastegate valfi (Basınç Sınırlama Valfi) (by-pass kanalı) veya 
Değişken türbin geometrili turbo(değişken kanatçıklı turbo) (VTG) kullanılır.

Düşük Motor Devirlerinde Turbo Basıncının Arttırmak İçin:
Değişken türbin geometrili turbo(değişken kanatçıklı turbo) (VTG) 
veya
Twin-Scroll Turbo kullanılır.

Arıca turbo benzinli motorlarda "Turbo Lag" 'i (turbo gecikmesini) önlemek için de;
Blow Off Valfi (Hava Devir Daim Valfi) kullanılır.
Donanım olarak genelde konsept şu şekildedir:
twinscroll + westgate  
Değişken kanatçık (vgt) + wastegate 

Turbo Şarjın Parçaları ve Görevleri

Turbo şarj, türbin muhafazası, kompresör muhafazası ve gövde-yatak olmak üzere üç temel kısma ayrılır.

(Turbo şarj parçaları)

Türbin Muhafazası ve Türbin Kanatçıkları

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 kanalından turboyu terk eder.. Trübin fanının dönmesiyle, türbin mili ve türbin miline bağlı olan diğer taraftaki kompresör fanı da döner. Kısaca turbonun hareketinin oluştuğu kısım türbin kısmıdır.

Kompresör Muhafazası ve Kompresör Kanatçıkları

Milin dönmesiyle birlikte, temiz hava tarafındaki kompresör muhafazasının içinde bulunan  türbin fanı da büyük bir hızla döner. Fanın dönmesiyle, hava filtresinden gelen temiz hava kanatçıkların arasına dolar ve büyük bir hızla üflenir, bunun sonucunda basınçlı temiz hava turbo kompresöründen intercooler’a  basılmış olur.

Turbo Gövdesi (Yatak)

Türbin milinin bulunduğu, tüm parçaların üzerinde toplandığı ana gövde kısımdır.  Gövdenin içinde yataklar, burçlar ve yağ kanalları vardır. Türbin milinin aşınmadan-sürtmeden dönebilmesi için çok iyi bir yağlamayla, yataklarda yağ filmi oluşturulmalıdır. Aksi halde mil yanar ve kilitlenir. Bu kısımda, mile yataklık, yağlama ve soğutma görevleri yerine getirilir.

Intercooler Nedir Ne İşe Yarar?

Dışarıdan emilen temiz hava, turbo şarjın kompresöründe basınçlandırılırken, turbonun çok sıcak olmasından dolayı ısınır, ısınan hava genleşir, yoğunluğu azalır, yoğunluğu azalan havanın içerisindeki oksijen miktarı azalır (örneğin 1litre sıcak havanın içerisinde 3 birim oksijen varsa, 1 litre soğuk havanın içerisinde 7 birim oksijen vardır). İçerisinde az oksijen bulunan havayı yanma odasına göndermek istemeyiz çünkü bu verimi düşürür. Bu sebeple turbo şarjlı motorlarda, soğutma suyu radyatörünün önünde bir intercooler radyatörü vardır, sıcak hava bu intercooler radyatörünün içerisinden geçerken soğur, çünkü dışarıdan çarpan soğuk hava radyatörü soğutur.  Soğuyan basınçlı temiz havanın yoğunluğu (yoğunluk: birim hacimdeki madde miktarı, bizim için burada oksijen) artar, hava  artık motora gönderilebilir. Önemli olan yanma odasına gönderilen havanın kütlesini arttırmaktır, bu da sıcaklığa, basınca ve deniz seviyesinden yüksekliğe bağlıdır.
(Bkz: Turbo Basınç Kontrol Valfi)
(Bkz: Wasgate Valfi-Bypass Kanalı)

(Bkz: Değişken Kanatçık Geometrili Turbo)
(Bkz: Turbo Gecikmesi ve Blow Off Valfi)
(Bkz: Turbo Arızası ve Belirtileri)
Bölüm 1 - 2