İçten Yanmalı Motorlarda Turbo Nedir? Nasıl Çalışır?

Günümüzde çeşitli araçlarda kullanılan, bizlerin en çok karşılaştığı motorlar içten yanmalı sınıfına giren benzin ile, LPG ile ve motorin ile çalışan motorlardır. Bu motorlar çalışma prensibi, yanma odasında yüksek basınç ve sıcaklık altında püskürtülen yakıt hava ile karışır ve motor tipine göre dışarıdan ateşlemeyle ya da kendiliğinden tutuşur ve yanma meydana gelir. Yanma sonucunda ortaya çıkan enerji hareket enerjisine çevrilir.

Bahsi geçen yanma olayının kimyası incelenecek olursa verimli yanma için yakıt ve hava karışımının bir çok yönden ele alınması gerekmektedir. Yanma odasında buluşan yakıt ve hava miktarları optimum seviyelerde olmalıdır. Örneğin yanma odasında olması gerekenden fazla yakıt ya da yetersiz hava varsa yanma bozulacaktır. Yakıt gerekli yanma reaksiyonlarını tamamlayamayacaktır. Verimde kayıplar yaşanacaktır. Tam tersi bir durumda yani olması gerekenden fazla hava ya da yetersiz yakıt olursa yanma yine bozulacak ve verimde kayıplar oluşacaktır. Verimin dışında her iki durumda ciddi çevre kirlilikleri yaratmaktadır.

P90074386Aynı hacimde yani motor boyutunu büyütmeden yakılacak hava yakıt miktarı için optimum karışımlar vardır ve ne kadar güç elde etmek isteniyorsa öncelikle o kadar yakıt püskürtülmeli ve buna uygun miktarda hava yanma odasına sağlanmalıdır. Yani küçük hacimli motorlardan büyük güçler sağlamaya çalışıyorsanız motorunuza daha fazla yakıt püskürtmeli ve bu yakıtı yakacak daha fazla hava sağlamalısınız.

Turbolar araçlarımıza atmosferik basıncın üstünde basınç sağlarlar. Aynı hacimli motorları kıyaslarken turbosu olmayan araçlar daha az güç üretir ve daha az yakıt harcarlarken, turbolu araçlar daha fazla güçlere ulaşırlar ancak bunun için daha fazla yakıt sarfederler. Turbonun görevi yanma odasına daha fazla hava sokabilmektir. Atmosferik basıncın üzerindeki havayı elde edebilmek de bir enerji gerektirir. Turbolar bu enerjiyi motordan çıkan egzos gazının sıcaklık ve basıncından elde ederler. Yani motordan atılmak üzere olan bu enerji tekrar kullanıma girer. Bu noktada atıl enerjiyi tekrar kullanıma soktuğunuz için motorun verimini arttırmış olursunuz.

Yanma odasından çıkan egzos gazı önce bir manifolda gelir. Diğer yanma odalarından çıkan egzos gazları da buraya gelir ve 4 zamanlı bir makinede sadece 1 çevrimde egzos çıkışı olacakken tüm silindirlerden farklı zamanlarda gelen egzos ile kesintisiz bir gaz akışı sağlanır. Çıkan egzos gazı sıcaklığı motor tipine ve motordan elde edilen güce göre 200 C ila 400 C civarlarında olabilir ve kullanılacak olan enerji bu ısı enerjisidir.

7721_foto_no2Turbolar iki ana kısımdan oluşur ve bunlardan biri egzos gazının geçtiği kısım, diğeri ise yanma odasına temiz hava sağlayacak kısım. Bu iki kısımda hava akışından en iyi enerji sağlanacak şekilde dizayn edilmiş türbinler vardır ve bu türbinler bir şaft ile birbirlerine bağlı çalışırlar. Yani motordan çıkan egzos gazı ne kadar fazla olursa bu türbin o kadar hızlı dönecek ve motora da o kadar fazla hava sağlanacak. Egzos tarafını derinlemesine inceleyecek olursak bu kısımda kinetik enerjisi yüksek egzos gazı nozul yapısına sahip kanallardan geçirilerek türbine ulaşır. Nozullar gazın akış hızını arttırır ve bunu ısı enerjisini kullanarak yapar. Böylece atıl enerji kullanıma sokulmuş olur. Türbin kanatlarına hızla çarpan gaz türbinin dönmesini sağlayacak ve aynı şafta bağlı olan diğer türbine dönme kuvveti aktarılmış olacak. Silindirlere temiz hava sağlayan türbin döndükçe temiz hava akışı başlayacak. Bu temiz hava silindirlere girmeden önce sıkıştırılmış olduğu için sıcaklığı yükselmiş olur bu yüzden önce bir soğutucudan geçirilir ve sonrasında tüm silindirlere bağlı bulunan manifolda aktarılır. Türbin hızlandıkça temiz hava akışı artacak ve belli bir hızdan sonra manifold atmosferik basıncın üzerine çıkabilecek. Aynı hacimli motorlardan bahsedecek olursak turbolar bu şekilde çalışarak yanma odasına daha fazla hava verir ve daha fazla yakıtı yakmamızı ve dolayısıyla daha fazla güç elde etmemizi sağlarlar.

7721_foto_no3Motorun kullanacağı yakıt miktarı ve hava miktarı hesap edilerek turbonun ölçüleri ve kapasitesi belirlenir. Böylece optimum karışım seviyesi her şart altında korunmuş olur. Çok yüksek devirlerde döndükleri için turbo ünitelerinde dikkat edilmesi gereken en önemli faktörlerden biri yağlamadır. İki türbini birbirine bağlayan şaft ortadan yataklanmıştır ve bu yağlama ne kadar iyi olursa türbinin dönmesi o kadar rahat olacaktır. Bunun dışında makineden çıkan egzos gazına karşı basınç oluşmaması için türbin rahat dönmelidir. Ayrıca yataklama yapılan bölümden egzos gazı ile temiz havanın birbirine karışmaması da önemli bir faktördür.

Ayrıca turboların verimli çalışması da önemlidir çünkü turboyla çalışmak üzere dizayn edilmiş bir motor verimsiz turboyla çalışmak zorunda bırakılırsa ortaya yüksek yakıt miktarı düşük hava miktarı olan bir karışım çıkacaktır. Bu yanma sonucunda da yeterli enerji sağlanamayacağı için turbodan randıman almak mümkün olmayacaktır. Turbolarda egzos tarafında dönen türbin çeperlere çok yakın dönmektedir. Bu sayede çıkan egzos gazı türbine çarpmadan atılması maksimum seviyede engellenmeye çalışılır. Türbin kanatları ile çeperler arasında boşluğa klerens denir ve milimetrenin altında değerlere sahiptir. Yanma sonucu çıkan gazları içinde kurum ya da su molekülleri olabilir. Bunlar verimsiz yanma sonucu yüksek miktarlarda oluşur ve bu partiküller türbin kanatlarını aşındırırlar. Türbin kanatları ile çeper arasındaki klerens bu aşınma sonucu artacak ve verimsiz türbin ile verimsiz yanma ortamı devam edecektir. Bu yüzden kaliteli yakıtlar kullanmak elzemdir.

ZD YouTube FLV Player
ZD YouTube FLV Player

Son olarak turbo diye tabir edilen ünite teknik anlamda ‘Turbocharger’, türbinlerden temiz hava tarafında olana ‘Kompresör ‘, egzos tarafında olana ‘Türbin’ denir.

turbunfoto

 

Kaynakça:
www.ft86club.com
www.eurocarnews.com
www.talleractual.com
www.motorship.com

Yazar: Armağan AĞirbaŞ