turbo intercooler sistemi

DİZEL MOTOR ÜNİTELERİ TURBO/INTERCOOLER SİSTEMİ Giriş Turbo / intercooler üniteleri, motor gücünü arttırmak, yakıt tüketimini ve egzoz emisyonunu azaltmak amacıyla geliştirilmiş sistemlerdir. Bu sistemler motorun hacimsel verimini arttırmak suretiyle motor gücünü arttırır. Atmosfer basıncı ile silindirdeki vakum farkına bağlı olarak çalışan tabii emişli motorlardan farklı olarak turbo veya turbo-intercooler sistemine sahip motorlarda silindirlere gönderilen hava miktarı daha fazladır. Bu şekilde oksijen fazlalığından dolayı yakıtın daha iyi yanması sağlanarak yakıt tüketim oranı ile egzoz emisyonu düşürülür ve motor gücü arttırılır. Bir motorun gücünü artırmak ayrıca şu unsurlarla sağlanabilir; 1. Kurs hacminin artırılması 2. Motor devrinin artırılması 3. Turbo ünitesinin kullanılması Kurs hacminin arttırılması Motorun kurs hacminin artırılması güç çıkışının artmasına neden olur.

Kurs hacmindeki artıştan dolayı yanma odasına o oranda daha fazla hava girişi olacak dolayısıyla daha fazla yakıt yakılacaktır. Ayrıca böyle bir artışla sağlanan güç yükselmesi hem silindir sayısının artırılması hem de her bir silindirin hacminin artırılması ile de mümkün olabilir. Bu durum genel olarak orta ve ağır sınıf araçlarda bu şekildedir. Kurs hacminin artırılması motorun ağırlığını artıracağı gibi yakıt tüketimi ve emisyon seviyeleri konusunda bir fayda sağlamaz.

Motor devrinin arttırılması Motor çıkış gücünü artırmak için uygulanan bir diğer yöntem de motor devrinin arttırılmasıdır. Bu tarz motor gücünün arttırılması, motorun mekanik dengesinde düzensizliğe, sürtünen parçalarda aşıntı artışına ve pompada güç kayıplarının artmasına neden olabilmektedir. Motorun azami yüksüz devrini, sadece motor çıkış gücünü yükseltmek amacıyla sınırsızca açmak mümkün değildir, bu sınır bir miktar aşılsa bile belirli bir süre ancak sınırlı bir güç artışı sağlanabilir.

Turbo / intercooler ünitesinin kullanılması Tabii emişli motorlarda emilen hava, filtreden geçtikten sonra direkt olarak silindir içersine dolarken, turbo üniteli motorlarda turbo ünitesinin kompresörü ile belirli bir basınçta sıkıştırılarak silindirlere gönderilir. Böylece motorun hacimsel verimi, dolayısıyla motor gücü arttırılır.

Turbo intercooler sisteminin avantajları 98

DİZEL MOTOR ÜNİTELERİ Turbo / intercooler sistemlerine sahip motorların tabii emişli motorlara göre avantajları genel olarak şunlardır; 1. Motor çıkış gücü / motor ağırlık oranı (Kw/kg) turbo üniteli motorlarda tabii emişli motora göre daha iyidir.

2. Turbo üniteli motorun tork karakteristikleri daha gelişkindir. Düşük motor hızlarında dahi yüksek tork değerleri elde etmek mümkündür.

3. Turbo üniteli motorların yüksek irtifa performansı, tabii emişli motorlara göre daha iyidir. Deniz seviyesinden yükseğe çıkıldıkça hava basıncı düştüğünden dolayı tabii emişli motorlar basınç farkı prensibine göre çalıştıkları için bu durumda ciddi bir performans kaybederler. Turbo üniteli motorlar, kompresörün yanma odasına bastığı hava ile çalıştığından, dolayısıyla atmosfer basıncına bağlı olmadıklarından dolayı basınç farkından etkilenmezler.

4. Turbo üniteli motorlar eşdeğer performansa sahip tabii emişli motorlara göre daha sessiz çalışırlar. Turbo ünitesini devreye sokarken egzoz gazlarının çıkış hızı düştüğü için bu ünite adeta susturucu işlevi de görmüş olur.

5. Turbo üniteli motorlarda yakıt tüketim oranı ve egzoz emisyon seviyesi düşüktür. Bu iki özellik turbo üniteli motorların yüksek hava-yakıt oranında çalışmalarından dolayı elde edilir. Dizel motorlar düşük yakıt sarfiyat oranları ile bilinir. Bu motorlar, aynı motor güç çıkışında benzinli bir otomobille kıyaslandığında karbondioksit emisyon oranının % 25 daha düşük olduğu görülür. Ayrıca yakıt tüketim oranları kıyaslandığında turbo üniteli direk püskürtmeli dizel bir motorun yakıt sarfiyatı aynı motor güç çıkışında benzinli bir motora göre % 15 daha düşüktür. Yanma işleminde yapılan iyileştirmeler ve egzoz gaz tahrikli turbo ünitelerinin kullanımı sayesinde Azot-Oksit (NOx), Karbonmonoksit (CO) ve Hidrokarbon (HC) emisyon oranlarında yakalanan düzey, üç yollu katalitik konvertörlü benzinli bir aracın emisyon seviyesi ile aynı seviyeye gelmiştir.

Turbo türleri 99

DİZEL MOTOR ÜNİTELERİ Mekanik tahrikli tip turbo ünitesi Bu tip turbo ünitesi, kayış veya zincirle krank mili tarafından tahrik edilen bir kompresörden oluşur. Krank milinin dönmesi ile kompresör tahrik edilir ve emme havası, basınç altında silindirlere gönderilir. Bu tertibatla motorda belirli bir güç artışı oluşturulsa bile kompresörü çevirmek için harcanan enerjiden dolayı motor tipine göre motor çıkış gücünde %10-15'lik bir düşüşün önüne geçilemez.

Ayrıca tabi emişli bir motorla kıyaslandığında aynı çıkış gücünde yakıt tüketimi daha fazladır. Bu olumsuzluklardan dolayı bu tip turbo üniteleri yaygın olarak kullanılmamaktadır. Aşağıda mekanik tahrikli bir turbo ünitesinin kesit resmi görülmektedir.

Egzoz çıkışı Egzoz manifoldu Emme manifoldu

Atmosferde emilen hava

Egzoz gazı ile tahrik edilen turbo ünitesi Bu tip turbo ünitesi, ekonomik ve kullanışlı olmasından dolayı yaygın olarak kullanılır. Tabii emişli motorlarda, egzozdan dışarıya atılan yanmış gazların sahip olduğu enerjiden faydalanılarak geliştirilmiştir. Yanma odasını terk eden egzoz gazları atmosfere atılmadan önce bir türbinden geçerek onu döndürür.

Türbine, bir mil vasıtasıyla bir kompresör bağlanmıştır. Türbinin dönmesi sonucunda kompresör döner ve böylece egzoz gaz çıkış miktarına bağlı olarak hava emişi sağlanır. Kompresör ile emilen bu hava, emme manifolduna oradan 100

DİZEL MOTOR ÜNİTELERİ silindir içersine basılır.

Egzoz çıkışı Emilen hava

KOMPRESÖR TARAFI

Türbin gövdesi

Kompresör

Turbo egzoz gaz çıkışı

Türbin çarkı Egzoz gaz girişi

Hava girişi

Kompresör hava çıkışı

TÜRBİN TARAFI

Kompresör çarkı

Turbo üniteli motorların tasarım amaçları arasında, düşük hızlarında dahi yüksek tork elde etmekte vardır. Bunu daha da geliştirmek amacıyla günümüzde yaygın olarak kullanılan egzoz gaz tahrikli turbo ünitelerinin bir türü olarak çoklu koldan türbin girişli turbo üniteleri de kullanılmaktadır.

101

DİZEL MOTOR ÜNİTELERİ

Yanma odasından çıkan egzoz gazlarının iki ayrı koldan türbin girişine gelmesi

Egzoz gazı yanma odasından çıktıktan sonra türbin kanatçıklarına doğru ilerlerken manifold içersinde basınç sabit değildir.

Gazın manifolda ilk giriş yaptığı yerde oluşan türbülans ve basınç değişikliği, gazın içerisinde hareket ettiği hazneyle doğrudan ilgilidir.

Her ne kadar hazne yüzeylerinin aerodinamik yapısı gazın moleküler taşınması esnasında basınç değişimi ve türbülans oluşumu açısından çok önemli bir rol oynasa da enerji kaybında belirleyici faktör, egzoz gazının taşındığı haznenin tekli ya da çoklu koldan yapılmış olmasıdır.

Emniyet supap (wastegate) tertibatı Dizel binek otomobillerde motor devri 5000 dev/dakikayı bulurken benzinli araçlarda 6000 devir / dakikayı bulur. Türbin kanatçıkları motor devri ile orantılı olarak döner. Türbin ile aynı devirde dönen kompresör havayı emerek 102

DİZEL MOTOR ÜNİTELERİ intercooler ünitesine veya direk olarak emme manifolduna basar. Bu hava, kontrollü veya kontrolsüz olarak basılabilir. Türbin ölçüsü tasarlanırken öncelikle buna dikkat edilir. Kompresörün yanma odasına gönderdiği havanın basıncı, emme manifoldu giriş basıncı olarak ifade edilir. Boost basıncı olarak ta bilinen bu basınç, motor performansında çok büyük önem taşır, bu yüzden aracın düşük hızlarında dahi etkili bir değerde olması gerekir. Bunu sağlamak amacıyla emniyet supap tertibatı adı verilen bir mekanizma kullanılır. Wastegate tertibatı olarak ta anılan bu tertibat; emme manifoldunda oluşan basınç değişimlerini kontrol eder.

Bu tertibat, basıncın yüksek ya da düşük olmasına göre egzoz manifoldu üzerinde bulunan bir tahliye valfini açmak ya da kapatmak suretiyle egzoz gazını by-pass eder. Emniyet supap tertibatı, içersinde yay bulunan bir diyafram sisteminden oluşur. Aşağıda bu tertibatın kesit resmi görülmektedir.

Diyafram Emniyet supap tertibatı

Emme manifold basınç kontrol hortumu

Silindirden çıkan egzoz gazı

Tahliye valfi

Emme manifold kontrol basıncı

Diyafram

103

DİZEL MOTOR ÜNİTELERİ

Emme manifoldunda basınç yükseldiği zaman diyafram, yay kuvvetini yenerek mekanik kol vasıtasıyla, türbin kanatçıklarına giden egzoz gazı tahliye valfini yönlendirerek, gazı by - pass eder. Bu durumda türbin kanatçıklarına gelen egzoz gazının debisinde azalma olur. Türbinin, dolayısıyla kompresörün devri düştüğü için emme manifolduna daha az hava basılır, basınç tekrar düşer ve böylece motor performansı ayarlanmış olur. Tersi durumda örneğin, araç rampa çıkarken motor hızı düşer, bununla birlikte motorun güç ihtiyacı düşmez daha da artış gösterir. Hız düşüklüğü beraberinde türbin hızında oluşan düşmeyi de getirecektir, bu durumda yanma odasına girecek hava debisi azalma eğilimindedir. Tam bu esnada emniyet supap tertibatı devreye girer ve by-pass valfini belirli oranda kısarak türbin devrinde dolayısıyla kompresörün bastığı hava miktarında artış meydana gelmesini sağlar.

Günümüzde otomobil motorlarında elektronik kontrollü emme manifold basınç kontrol sistemleri artan bir şekilde kullanılmaktadır. Bu kontrol sistemi, intercooler sisteminin soğutma kapasitesine ve motorun avans derecesine bağlı olarak kısmi yük kontrollerinde daha esnek basınç ayarı ve tam yüklerde daha üstün kontrol imkanı sağlar.

Intercooler sistemi Turbo ünitesi tarafından emme manifolduna basılan havanın sıcaklığı, ön sıkıştırmadan dolayı 180°’ye kadar yükselebilir. Bu ısınan hava, yanma odasına gönderilmeden önce intercooler radyatöründe soğutulduğu zaman basıncı düşeceğinden dolayı yanma odasına gönderilen havanın miktarı daha da artar. Bu durumda motorun hacimsel verimi daha da artacağı için intercooler sistemi motor 104

DİZEL MOTOR ÜNİTELERİ gücünü, yakıt tüketimini ve egzoz emisyonunu olumlu yönde etkiler. Emiş havasının sıcaklığı düştüğünde, yanma sonu sıcaklığı da düşer. Bu durum, egzoz gazı içersinde bulunan ve havadaki oksijen ile temas ettiğinde nitrik asit oluşturan NOx gazının emisyon oranını düşürerek insan sağlığı ve çevre şartlarına önemli bir fayda sağlar. Ayrıca yüksek hava yoğunluğundan dolayı daha iyi yanma sağladığı için yakıt tüketimi ve partikül (is) emisyon oranlarını da düşürür.

Basınçlı hava akışı Turbo yağ girişi

Silindir Radyatör

Kompresör

Egzoz gaz çıkışı

Hava girişi

Kompresör çarkı Yağ çıkışı

105

Türbin çarkı

Emniyet supabı