Turbo

denekler:

operasyon
Turbo delik
Çift turbo
Üç turbo
Çift kaydırmalı turbo
Değişken geometrili turbo
Boşaltma valfi
atık kapısı
İntercooler
Kompresör karakteristiği (dalgalanma ve şok hattı)
Turbo ve kompresör kombinasyonu
Elektronik turbo

Operasyon:
Silindirlerden çıkan egzoz gazları egzoz manifoldundan turboya beslenir. Egzoz gazı basıncı türbin çarkının dönmesine neden olur (kırmızı gazlar). Egzoz gazları daha sonra turboyu aynı türbin çarkı üzerinden egzoza bırakır. Kompresör çarkı bir mil (mavi gazlar) aracılığıyla tahrik edilir. Kompresör çarkı havayı yandan (hava filtresinin gösterildiği yerden) emer ve bunu turbo hortumu aracılığıyla basınç altında (mavi okla) besler. intercooler. Ara soğutucu basınçlı havayı soğutur (motor daha soğuk havayla daha iyi performans gösterir). Daha sonra hava emme manifolduna girer.

Turbo kullanıldığında, emme stroku sırasında silindirlere, yalnızca piston aşağı doğru hareket ettiği için içeri çekilen doğal emişli motora göre daha fazla hava girer. Bu şekilde silindirlere daha fazla hava verilerek ve daha fazla yakıt ilave edilerek daha yüksek güç elde edilecektir.

Turbo basıncı şu şekilde ölçülür: şarj basınç sensörü. Turbo basıncı, bu sensörün ECU'ya gönderdiği sinyale göre ayarlanır.

Turbo, egzoz manifoldundan sonra mümkün olduğu kadar yakına monte edilir. Bazen manifold ve turbo bir bütün olarak tasarlanır. Turbonun silindir kapağına mümkün olduğu kadar yakın monte edilmesi gerekir çünkü egzoz gazlarının hızı mümkün olduğu kadar az düşer ve basınç kaybı da mümkün olduğu kadar az olur.

Turbo gecikmesi:
Eski turbolar genellikle meşhur turbo gecikmesinden muzdariptir. Turbo, motordan çıkan egzoz gazlarıyla çalışır. Gaz pedalına tek seferde sonuna kadar basıldığında motor düşük devirde çok fazla havaya ihtiyaç duyar ancak o anda turbonun yine de çıkan egzoz gazlarından çalışması gerekir. Turbo henüz yeterli basıncı sağlamıyor. Yalnızca motor daha yüksek bir hıza ulaştığında turbo düzgün şekilde çalışır. Bu genellikle 2000 devir/dakika civarında gerçekleşir ve araç daha fazla hızlandığı için fark edilir.
Bu turbo gecikmesi büyük bir dezavantaj olarak görülüyor. Sonuç olarak, birçok kişi birinden yana mekanik kompresör. Bu sürekli olarak çalışır çünkü doğrudan krank mili tarafından tahrik edilir ve bu nedenle her zaman motorla aynı hızda döner. Hızlandığınızda bir kompresör rölanti devrinden hemen basınç sağlayacaktır. Günümüzde arabalarda bulunan turbolar, kısmen değişken turbo sayesinde bundan daha az etkileniyor.

Çift turbo:
'İkiz turbo' ilavesi iki turbonun varlığını gösterir. Bu 2 turbo 1 silindir sırasına yan yana ya da silindir sırasına 1 turbo yerleştirilebilir. Bu, sürücüye düşük hızlarda daha fazla tork, yüksek hız aralığında daha iyi performans ve daha yumuşak bir motor karakteri avantajı sağlar. Düşük hızlarda hava motora küçük bir turbo tarafından sağlanır ve daha yüksek hızlarda daha büyük turbo çalışır hale gelir. Daha büyük turbo daha büyük bir turbo gecikmesine sahiptir çünkü başlamak için daha fazla havaya ihtiyaç duyar, ancak bu daha sonra küçük turbo tarafından iptal edilir.

Aşağıdaki dört resim, her iki turbonun da çalıştığı veya ikisinden yalnızca birinin çalıştığı durumları açıklamaktadır. Dört daire silindirleri, kırmızı ve mavi kısımlar ise egzoz gazlarını ve emme havasını temsil ediyor. Ara soğutucu “IC” olarak işaretlenmiştir.

Düşük motor devri ve düşük motor yükü:
1800 devir/dakikanın altındaki hızlarda küçük hacimli bir egzoz gazı akışı olur. Küçük hacim, küçük turbonun kullanılmasını mümkün kılar. Egzoz manifoldu ile büyük turbo arasındaki valf kapalıdır. Egzoz gazı bu nedenle yalnızca küçük turbodan büyük turboya aktarılır. Büyük turbo zaten hızlandırılıyor. Bu bir seri bağlantıdır çünkü her iki turbo da kullanılır.

Orta motor devri ve orta yük:
1800 ile 3000 rpm arasında egzoz manifoldu ile büyük turbo arasındaki valf açılır. Şu anda her iki turbo da doğrudan motordan çıkan egzoz gazlarıyla çalıştırılıyor. Bu aynı zamanda bir seri bağlantıdır çünkü her iki turbo da kullanılır.

Yüksek motor devri ve yüksek yük:
3000 devir/dakikanın üzerinde egzoz gazının akış hacmi küçük turbo için çok büyük olur. Turbo, "jikle hattı" olarak adlandırılan çizgiyi geçmeyecek şekilde kapatılır (sayfanın devamındaki kompresör karakteristikleri bölümüne bakın). Küçük turbonun atık kapağı açılır, böylece turboya beslenen tüm egzoz gazı turbonun üzerinden yönlendirilir. Egzoz gazı daha sonra kompresör çarkına ulaşmaz.
Büyük turbo tamamen egzoz gazıyla beslenir. Valf açık kalır, böylece büyük turbo yüksek hıza ulaşabilir ve böylece büyük miktarda emme havasını emme manifolduna aktarabilir.

Üç turbo:
Günümüzde “tri-turbo” motorlar da yapılmaktadır. Bu motorlara üç turbo monte edilmiştir, böylece her hız aralığında maksimum dolum seviyesine ulaşılabilir. BMW, diğerlerinin yanı sıra M550d ile tri-turbo teknolojisini kullanıyor. İki küçük turbo değişken geometri kullandığından hem düşük hem de yüksek hızlara uygundur. Hıza bağlı olarak turbo daha iyi tepki verecek şekilde ayarlanır. Büyük turbo bir atık kapağı kullanır.
Aşağıda hangi turbonun ne zaman devrede olduğunu gösteren iki durum anlatılmıştır.

Düşük motor devri ve düşük yük:
İki küçük turbodan yalnızca biri çalıştırılır. Turbonun boyutundan dolayı hızlı bir şekilde biriktirilir. Küçük turbo, egzoz gazını büyük turboya iletir. Bu zaten büyük turboyu başlatacak.

Orta ve yüksek motor devri ve yükü:
Her iki küçük turbo da tahrik edilir. İki küçük turbo, büyük turboyu çalıştırır. Bu, tüm orta ve yüksek hızlarda maksimum takviye basıncına ulaşır.

İkiz kaydırmalı turbo:
Egzoz manifoldunda birden fazla egzoz gazı bir araya geldiğinde girişim sorunları ortaya çıkabilir; Basınç dalgaları birbirini engeller. Twin-scroll turbo ile egzoz gazları birbirinden ayrılarak iki kanal üzerinden turboya yönlendirilir. 1. ve 2. silindirlerden çıkan egzoz gazları emme manifoldunda bir araya gelmez, birbirinden bağımsız olarak türbin çarkına çarpar. Twin-scroll turbonun uygulanması daha hızlı gaz kelebeği tepkisi ve daha yüksek verimlilik sağlar. Aşağıdaki resimde 1. ve 4. silindirlerdeki egzoz gazlarının bir araya geldiği, 2 ve 3. silindirdeki egzoz gazlarının bir araya geldiği görülmektedir.

Geleneksel bir turboda egzoz gazları egzoz manifoldunda birbiriyle temas eder. Biz buna “müdahale” diyoruz. Aşağıdaki resim bir silindirin egzoz manifoldunda oluşturulan basınç darbelerini göstermektedir.

Valf örtüşmesiyle uğraştığımız için (egzoz strokundan emme strokuna geçiş sırasında giriş ve egzoz valflerinin her ikisi de açıktır), negatif basınçlar da oluşturulur (atmosfer basıncından daha düşük). Valf örtüşmesiyle egzoz gazları yanma odasına temiz hava çekilmesine ve kalan egzoz gazının uzaklaştırılmasına yardımcı olur. Bu, yanma tarağının daha fazla oksijenle beslenmesini sağlar, böylece hacimsel verim artar.

Dört silindirli bir motorun egzoz manifoldundaki basınçlara baktığımızda çok fazla girişim görüyoruz. Valf örtüşmesinden kaynaklanan negatif basınç nedeniyle her pozitif darbenin yüksekliği azalır. Bu, turbo gecikmesinin bir dezavantajıdır (biriktirmek için reaksiyon süresi)

Twin-scroll turbonun kullanılması, 1+4 ve 2+3 numaralı silindirlerden gelen egzoz gazlarının ayrılması nedeniyle tepki süresini iyileştirir. Darbeler o anda negatif darbelerden etkilenmedikleri için çok daha güçlüdür. Bu nedenle üretici, daha yüksek hacimsel verim elde etmek için valf örtüşmesinin meydana geldiği süreyi de artırabilir.

Değişken geometrili turbo:
Wastegate'li bir turbo, turbo gecikmesinden muzdariptir; Yalnızca motor belirli bir devir sayısında döndüğünde turbonun devreye girmesi için yeterli egzoz gazı sağlanır. Değişken geometrili bir turboda atık kapağı yoktur ancak egzoz kanalında ayarlanabilir kanatlar bulunur. Bu bıçaklar bir ayar halkası döndürülerek ayarlanabilir. Bu ayarlama halkası bir vakum vasıtasıyla döndürülür. Gerekli miktarda vakum, ECU tarafından kontrol edilen, motor yüküne ve motor hızına bağlı olarak bir solenoid valf (solenoid valf) tarafından sağlanır.
Kanatların ayarlanmasıyla hava akışı yönlendirilebilir. Hava akışındaki değişiklik nedeniyle turbo, daha düşük egzoz gazı basınçları da dahil olmak üzere düşük motor devirlerinde zaten daha yüksek bir hızda çalışabilir. Kanatların konumu içeri akabilecek egzoz gazı miktarını sınırlar. Daha yüksek hızlarda çalışabilmek için bıçaklar daha yüksek motor devrinde içe doğru ayarlanacaktır. Hem düşük hem de yüksek hızlarda yüksek doldurma basıncı elde edilebilir. Bu, turbonun geniş bir hız aralığında en iyi şekilde çalışmasını sağlar çünkü motor, daha yüksek bir hızda olduğu gibi düşük bir hızda da aynı takviye basıncını alacaktır.

Boşaltma valfi:
Boşaltma vanasına aynı zamanda “boşaltma vanası” da denir. Boşaltma valfi, havanın turbodan motorun emme tarafına beslendiği bir turbo hortumu üzerine monte edilir. Bir binek otomobilin turbosu hızlanırken dakikada 200.000 devire ulaşabilir. Bu hızda maksimum şarj basıncına ulaşılır. Gaz pedalı bir anda bırakıldığında, motorun emme tarafında bol miktarda hava basıncı oluşur ancak gaz kelebeği valfi kapalıdır.

Boşaltma valfi olmadan, turboya doğru bir karşı basınç oluşturulur ve bu da sağlanan şarj havasının turbonun hızını hızlı bir şekilde düşürmesine neden olur. Tekrar hızlandığınızda turbonun eski hızına dönmesi uzun zaman alır. Boşaltma valfi bunu önler. Gaz serbest bırakıldığında, belirli miktarda sağlanan havayı üfleyecektir. Fazla hava daha sonra emme sisteminden kaybolmuştur. Turbo kanatları yavaşlamaz ve bu nedenle gaz kelebeği tekrar hızlandırıldığında daha hızlı çalışmaya başlar. Beslenen hava üflendiğinde boşaltma valfi hemen kapanır. Çoğu insanın düşündüğünün aksine boşaltma valfi daha fazla güç sağlamaz.
Boşaltma valfi, turbolu bir araçta hızlanma sırasında gaz serbest bırakıldığında tipik üfleme sesine neden olur.

Atık kapısı:
Değişken kanatları olmayan her turboya bir atık kapağı monte edilmiştir. Atık kapağı, türbin muhafazasındaki (yani egzoz tarafındaki) basıncın çok fazla artmamasını sağlar. Turbo çalışırken ve basınç oluştuğunda atık kapağı kapatılır. Egzoz stroku sırasında silindirlerden çıkan havanın tamamı aslında türbin çarkını tahrik etmek için kullanılır. Bu maksimum doldurma basıncına ulaşır.
Ancak rölantideyken takviye basıncına gerek yoktur. O anda atık kapısı açılıyor. Egzoz gazlarının bir kısmı egzoz gazına yönlendirilir; doğrudan egzoza akabilir. Atık kapağı temel olarak egzoz manifoldu ile motorun egzozu arasındaki bir valftir; atık kapağından akan havanın tamamı turbodan geçmez. Yani prensipte mevcut enerji kullanılmaz. Bu nedenle atık kapağının adı da açıklanabilir; “Waste” İngilizcede “kayıp” anlamına gelir.
Wastegate, belirli bir hıza ulaşıldığında da açılıyor; Hızlanırken turbonun hızlı bir şekilde hızlanması gerekir ancak kompresör çarkı da dahil olmak üzere türbin belirli bir hıza ulaştığında bu hızın sabit tutulması gerekir. Atık kapağının bu hızda açılmasıyla fazla egzoz gazı doğrudan egzoza yönlendirilebilir. Turbonun hızı, atık kapağının açılma açısı ayarlanarak kontrol edilebilir. ECU, gelen verilere göre düzenleme yapar. şarj basınç sensörü atık kapağının ne ölçüde kontrol edildiği.

Ara soğutucu:
Basınçlı havanın sıcaklığı çok yüksek olabilir (60 santigrat derecenin üzerine). Daha iyi bir yanma için havanın soğuması gerekir. Intercooler bunu halleder. Ara soğutucu ayrı bir parçadır ve bu nedenle başka bir sayfada ayrıntılı olarak anlatılmıştır; sayfaya bakın intercooler.

Kompresör karakteristiği (dalgalanma ve şok hattı)
Bir motor tasarlanırken turbonun boyutu dikkate alınmalıdır. Turbonun boyutunun motora uygun hale getirilmesine “eşleştirme” denir. Eğer turbo çok büyükse, büyük bir 'turbo boşluğu' oluşacaktır. Türbin muhafazası düşük miktardaki egzoz gazları için çok büyük olduğundan turbo daha yavaş çalışmaya başlayacaktır. Yalnızca daha yüksek hızlarda turbo hızlanacak ve yüksek basınç sağlayabilecektir. Turbo çok küçükse turbo gecikmesi neredeyse yok olacaktır. Türbin çarkı az miktarda egzoz gazıyla hızlı bir şekilde çalışmaya başlayacaktır. Düşük hızlarda zaten yüksek turbo basıncı elde ediliyor. Dezavantajı ise yüksek hızlarda egzoz gazı miktarının bu küçük turbo için çok fazla olmasıdır. Turboya sığabilecek miktardan daha fazla egzoz gazı vardır; bu durumda atık kapağının daha erken açılması ve çok fazla egzoz gazını yönlendirmesi gerekir. Atık, burada da geçerli olan “kayıp” kelimesinin çevirisidir; atık kapağından akan egzoz gazları turbonun çalıştırılmasına katkıda bulunmadı.
Bu nedenle turbonun boyutu motorun tasarımı açısından çok önemlidir. Tasarım sırasında her turboya bir kompresör karakteristiği verilmiştir. Kompresör karakteristiği, belirli bir motor için uygun olup olmadığını belirlemek için kullanılabilir. Aşağıdaki resimde kompresör karakteristiğinin bir örneği gösterilmektedir.

Basınç oranı P2/P1 (Y ekseninde), turbonun girişi (P1) ile çıkışı (P2) arasındaki orandır. Türbin çarkından sonraki basınç her zaman öncekinden daha düşüktür. 2,0'lık (boyutsuz) basınç oranı, türbin çarkı önündeki basıncın türbin çarkından sonraki basıncın iki katı olduğu anlamına gelir. Hacim akış faktörü (X ekseninde) turbodan akan hava miktarıdır. Kavisli, yatay çizgiler turbo şaftının hızını gösterir.

Şekilde kırmızı çizginin dalgalanma hattı, mavi çizginin ise boğulma hattı olduğu gösterilmektedir. Pompa limiti olarak da adlandırılan dalgalanma hattı, kompresör çarkı hızının çok düşük olduğu limittir. Dalgalanma hattı, kompresör çarkının çok küçük olması nedeniyle hava akışının kısıtlanmasıdır. Basınç oranı çok yüksek ve hacim akışı çok düşük. Hava artık kompresör tarafından emilmez, bu nedenle durur ve daha sonra hızına devam eder. Bu dengesiz hava akışı, giriş kanalında basınç dalgalanmalarına ve titreşimlere neden olur. Darbeye aynı zamanda kompresörün "dalgalanması" da denir. Bu nedenle “surgeline” adı verilmiştir. İleri geri akan hava, turboyu aşırı yükleyebilecek büyük kuvvetlere neden olur. Kompresör çarkı kanatları kırılabilir ve yataklar aşırı yüklenebilir.
Choline, kompresörün aşmaması gereken bir diğer sınırdır. Burada maksimum hacim akışı düşük basınç oranında meydana gelir. Kompresör mahfazasının çapı maksimum hacim akışını belirler. Choline aşıldığında, kompresör çarkı (daha büyük) hacim akışını karşılayamayacak kadar küçüktür. Sonuç olarak, çok fazla motor gücü kaybolur. Choline'a aynı zamanda "overspin şoku" da denir.

Şekil kısmi yükte bir motorla kompresör karakteristiğini göstermektedir. Motor kısmi yükte en düşük yakıt tüketimine sahip olmalıdır. En düşük özgül yakıt tüketimi en küçük adada elde edilir. Atık kapağı, basıncı doğrudan orta adadan geçecek şekilde düzenler. Başlangıçta turbo basıncının artması için atık kapağı kapatılır. Motor yönetim sistemi, resimde yeşil çizgiyle gösterildiği gibi atık kapağını açar. Turbo şaftın hızı dakikada 8000 ila 9000 devir arasındadır.

Dağlarda araç kullanırken coğrafi yükseklik daha fazladır; orada hava daha incedir. Bu, turbonun çalışmasını etkiler çünkü daha ince hava daha az oksijen içerir ve bu da kompresör basıncının düşmesine neden olur. Nihai dolum basıncına ulaşmak için kompresör hızı da dahil olmak üzere basınç oranının artması gerekir. Bu durumu şekilde görmek mümkündür.

Yeşil çizgi deniz seviyesinde sürüş sırasında kısmi yük durumunu, turuncu çizgi ise dağlarda sürüş sırasında kısmi yük durumunu gösterir. Havanın daha ince olması nedeniyle kompresör hızı dakikada 100000 devire çıkacaktır.
Kompresörün hızı arttıkça motora verilen hava girişinin sıcaklığı da artacaktır. Bu nedenle ara soğutucunun daha fazla ısıyı dağıtması gerekecektir. Artık fark yakıt tüketiminde de görülüyor; Dağlarda P2/P1 basınç oranının artması ve turbo hızının artması nedeniyle yakıt tüketimi artacaktır.

Turbo ve kompresör kombinasyonu:
Günümüzde otomobil üreticileri giderek daha fazla motoru turbo ve kompresörle donatmayı tercih ediyor. Turbo genellikle daha büyük bir boyuta sahiptir ve bir atık kapısı ile donatılmıştır. Kompresör turbo gecikmesini önlemeye yarar; Düşük motor devirlerinde kompresör takviye basıncını sağlar ve turboyu çalıştırır. Daha yüksek hızlarda turbo devreye giriyor.
Basınçlı hava, kompresör veya baypas valfi yoluyla turboya ve turbo aracılığıyla ara soğutucu aracılığıyla emme manifolduna gider.

Roots kompresörü hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın.

Elektronik turbo:
Geleneksel bir turbo, düşük hızlarda turbo gecikmesinden muzdariptir çünkü türbin çarkını çalıştırmak için egzoz gazlarına ihtiyaç vardır. Bir kompresör bu durumdan etkilenmez ve rölanti devrinden şarj basıncını sağlar. İkisinin birleşimi ideal görünüyor. Bununla birlikte, mekanik bir Roots kompresörünün krank mili tarafından tahrik edilmesi gerekir. Bu süreçte enerji kaybolur. Bu nedenle otomobil üreticileri, egzoz gazı turbosunun turbo gecikmesini önlemek için birden fazla egzoz gazı turbosu veya elektrikli turbo ile denemeler yapıyor.

Elektrikli turbo, motor kontrol ünitesi tarafından kontrol edilir. Sadece 250 milisaniyede kompresör çarkı dakikada 70.000 devirden az olmayan bir hıza ulaşır. Turbodaki elektrik motoru kompresör çarkını tahrik eder. Kompresör çarkı, emme havasını basınç altında egzoz gazı turbonun kompresör çarkına hareket ettirir. Elektrik motoru çalıştırıldığında kompresör çarkı çok hızlı bir şekilde döner. olduğunu kontrollü.

Elektrikli turbonun yardımıyla motor daha hızlı tepki verme davranışına sahip olur.Egzoz gazı turbosunun tam takviye basıncını sağlayabildiği daha yüksek hızlarda elektronik turbo kapatılır.