Dizel Motorlarda Aşırı Doldurma Sitemeleri; Turboşarj ve Süperşarj

Dizel motorlardan alınan güç yanma odalarına gönderilen basınçlı hava ile arttırılabilir.Bu yazıda aşırı doldurma adı verilen bu işlem için tasarlanmış iki komponent olan turboşarj ve süperşarjın çalışma prensipleri tarif edilecek, iki komponent arasındaki farklar açıklanacak ve günümüzde çok daha fazla uygulama alanı bulan turboşarj ayrıntılı olarak incelenecektir.

İçten yanmalı motorlarda güç aşağıdaki formül sayesinde hesaplanır:

P=P_m  x d²  x s x z x n

Bu formülde P motor gücü P_m ortalama efektif basınç (OEB) , d piston çapı , stork boyu , z silindir sayısı ve n motor devri olarak tanımlanmıştır. Motor gücünü arttımak için bu değerleden birini veya birkaçını arttırmak gerekir. Ancak piston çapı, piston stroku, silindir sayısı ve motor devri motorun mekanik tasarımından dolayı değiştirilmeyen parametrelerdir. Fakat OEB (P_m ) değiştirilemez değildir. OEB değerinin arttırılması daha fazla güç elde etmek için en yapılabilir olanıdır.[1]

OEB arttırılması için temel olarak yanma odalarındaki reaksiyonunun arttırılması gerekmektedir. Daha efektif bir yanma için silindir içine daha fazla temiz hava gönderilmesi gerekecektir. Silindir içine daha fazla hava gönderilmesi işlemine aşırı doldurma işlemi denilebilir.

Turboşarj ve süperşarj birer aşırı doldurma komponentidir ve yanma odalarına yüksek yoğunluk ve basınçta hava gönderilmesini sağlar.

 

Turboşarj ve Süperşarj

Prensip olarak iki komponent benzer olarak çalışır. Bu iki aşırı doldurma komponentindede bulunan bir kompresör pervanesi yüksek hızda hareket ettirilerek basınçlı hava üretmesi sağlanır ve yanm odalarına aktarılır. Süperşarj bu haraketi karank milinin oluşturduğu hareketten kayış-kasnak sitemiyle elde eder.Turboşarj ise kompresör pervanesinin bir mil yardımı ile bağlı olduğu diğer bir türbin pervanesinin eksoz gazı yardımı ile döndürülmesiyle çalışır.

Süperşarj motorun ürettiği enerjini bir kısmını kend ihareketi için kullanır.Buda motor veriminden bir miktar kayıpa sebep olur. Turboşarj ise yüksek sıcaklık ve hızdaki eksoz gazının kinetik enerjini kullandığından motor enerjisinde herhangi bir kayıpa sebep olmaz.

Günümüzde turboşarj çok daha verimli,çevreci ve uygulanabilir olduğundan daha çok tercih edilmektedir.

Turboşarj

Turboşarj, egzoz gazı ile çalışan bir süperşarj olarak tanımlanabilir. Gücünü Superşarj gibi kayışlardan ve dişlilerden değil, egzoz gazının basıncından alır. Turboşarj motora atmosferik basıncın üzerinde hava vererek, yani zorla doldurum yaptırarak daha küçük hacimli motordan daha yüksek güç alınmasını sağlayan , hareketini ekzoz gazının dışarı çıkma basıncından alan bir çeşit pompadır. Türbin ve kompresör olmak üzere iki adet pervaneye sahiptir. Türbin, eksoz tarafında yer almaktadır, kompresör emme tarafında. Eksoz gazının çıkma basıncıyla dönen türbin aradaki bağlantı milinin yardımıyla kompresör pervanesini döndürür. Bu sayede motor silindirine önemli ölçüde artan bir hava girişi sağlanır.

Geleneksel bir turboşarj 3 ana kısımdan oluşmaktadır. Bunlar Türbin, Kompresör ve Yatakkısımlarıdır. Aşağıdaki resimde geleneksel bir turboşarjın kesit resmi yer almaktadır.

Şekil: Standart bir turboşarjın kısımları ve içerideki gaz akış yolları [2].

Turboşarjın, atmosferik emişli bir motora kıyasla avantajları;

• Aynı güç daha düşük yakıt tüketimi ile elde edilebilir yani bir diğer anlamda motordan elde edilen verim artar;
• Motorun güç – ağırlık oranı (kW/kg) artar;
• Araca yer olarak paketlenmesi açısından daha küçük bir hacme sahiptir;
• Hacmin küçük olmasıyla birlikte daha az ses üretim yüzeyi vardır;
• Düşük devirlerde daha yüksek tork değerlerine ulaşılabilir;
• Yüksek irtifa performansını iyileştirir (yüksek irtifada havadaki oksijen oranının düşmesinden kaynaklanan);
• Motor daha yüksek hava yakıt oranı ile çalışacağı için emisyon ve yakıt tüketimi düşük olacaktır. şeklinde sıralanabilir.

Standart bir egzoz gazı beslemeli turboşarjın  temel yapısı ve çalışma prensibi aşağıdaki videoda anlatılmıştır.

Neden Turboşarj Kullanılıyor?

Turboşarj kullanılmasındaki temel amaca bakacak olursak, aynı hacimdeki bir motordan daha yüksek güç ve tork elde etmektedir. Bunu sağlarken dikkat edilen diğer önemli husus ise yakıt tasarrufu elde etmektedir. Bu sebepten ötürü de eğer istenilen güç ve tork değerleri artırılamayacaksa aynı gücü verebilecek motoru daha düşük hacimlerde üreterek hem yakıt tasarrufu sağlanabilir hem de egzoz gazı salınımları düşürülebilir.

KAYNAKLAR

[1] A. Kolchin ve V. Demidov, Design of Automotive Engines, Moscow: MIR Publishers, 1984. [2] Cummins Turbo Technologies. (2009). Turbocharger Training, CTT Dewas, India.