MOTORLAR

TURBOCHARGER VE SUPERCHARGER SİSTEMLER

2002508012 UMUT BATMAZ2001508080 MURAT YILDIRIM

Bir insan için nefes almak ne kadar büyük bir önem taşıyor ise , bir motor için de hava aynı derecede önem taşımaktadır .Bu sebeple motorlar için  bu hava doyumunu sağlayacak sistemler geliştirilmiştir.Bu sistemlere aşırı doldurma sistemleri denir.Aşırı doldurma olayı normal emişli bir motor silindirine normal emilenden daha fazla hava vermeye denir.Daha fazla hava ile birlikte daha fazla yakıt motor içerisine girmekte ve daha fazla motor yanması sağlanarak daha fazla güç elde edilmekte ve mekanik verim artmaktadır.Aşırı doldurmalı motorlarda sıkıştırılan hava ısınacağından dolayı sıcaklığın zararlı etkilerine engel olmak , daha kontrollü yanma sağlamak ve motoru aşırı ısınmadan korumak amacıyla , ayrıca sübap çakışmasının doğal emişli motorlara göre çoğaltılması gerekir. Egzoz sübapı henüz kapanmamışken, giriş subapından verilen basınçlı hava, hem yanma hücresini süpürür ve hem de egzoz gazlarının sıcaklığını azaltır ve daha temiz bir çıkış emisyonu elde edilir ve yanma odasının duvarlarını soğutur. Gerçekte doğal emişli bir motorun, aşırı doldurulması yapılması sırasında, sadece değişen subap çakışması değildir. Tüm subap zamanları da değişmektedir. Aşırı beslemeli motorları üretmek büyük hacimli motorlara nazaran daha kolay ve ucuzdur. Ayrıca aynı güçteki büyük hacimli motorlardan daha az yakarak yakıttan tasarruf sağlarlar. 80’li yılların başına kadar, daha çok dizel motorlu ticari araçlarda, iş makinelerinde ve yüksek performanslı otomobillerde kullanılan aşırı doldurma sistemleri, günümüzde hemen hemen her büyük üreticinin dizel veya benzinli motorlarında bulunabilmektedir. Ancak benzinli motorlarda vuruntu ihtimalinden dolayı, motor verim ve gücünün en önemli faktörlerinden biri olan sıkıştırma oranını düşürmek gerekir. Bu da benzinli motorlarda aşırı doldurma uygulamasının cazibesini gölgeler ve genel olarak dizel araçlarda kullanılırlar. Bu yüzden benzinli motorlarda aşırı doldurma uygulamasına pek sık rastlanmaz. Normal emişli dizel motorlarında deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça atmosfer basıncı düştüğünden motor gücü de düşer. Deniz seviyesinden her 1000 m yükseğe çıktıkça, çekiş gücünün %10'u kaybolur. Aşırı doldurmalı motorlarda motorlarda güç düşmesi söz konusu değildir. Çünkü motora alınan hava türbin tarafından devamlı basınçlı olarak temin edilmektedir. Ayrıca aşırı doldurma nedeniyle çoğalan türbülans hareketi, hava ile yakıtın daha iyi karışması ve dolayısıyla çok iyi bir yanma oluşmasını sağlar

AŞIRI DOLDURMA ÇEŞİTLERİ VE ÇALIŞMALARI:Aşırı doldurma havası için kullanılan pompalara teknikte kompresör denir. Bunlar:

a) Tahrik şekline yani güç kaynağına göre,b) Yapılarına göre olmak üzere iki grupta incelenir.

a) Güç kaynağına göre kompresörler: 1- Motordan hareket alan kompresörler : Bu kompresörler dişli , zincir veya kayış

vasıtası ile motordan hareket alarak çalışır. Bunlar superchargerlardır.2- Ayrı bir güç kaynağından hareket alan kompresörler: Bu kompresörler ayrı bir

kaynaktan güç alır. Bu kaynak genellikle elektrik motorudur.3- Eksoz gazıyla çalışan kompresörler: Bunlar turbochargerlardır.

b) Yapılarına göre kompresörler: 1- Pozitif hareketli kompresörler: Roots tipi olup iki veya üç kanatlıdırlar. Dönme

hareketini dişli sistemi ile motordan alırlar. Daha ziyade düşük devirlerde çalışırlar.2- Santrifuj hareketli kompresörler : Santrifuj sıvı pompalarına benzerler. Yüksek

devirlerde çalışırlar. Bir türbin veya ayrı bir motor ile döndürülürler.3- Turbocharge doldurucuları: Bu doldurucular eksoz gazında bulunan artık enerjiden yararlanılarak çalışırlar. Pek çok tipleri vardır. En çok kullanınlanı BÜCHİ SİSTEMİ’dir.

SUPERCHARGER SİSTEMLER• Süpercharger temelde havayı  motorun hava girişi içine sıkıştıran

büyük bir pompadır. Turbochargerlar ; çıkan egzoz gazlarını kullanarak çalışırlarken , süperchargerlar yardımcı bir dişli çark , zincir veya kayış yardımıyla , motorun dönen krank mili tarafından çalıştırılırlar. Süperchargerlar ; aslında 2.Dünya Savaşı uçakları için üretilmelerine karşın , günümüzde bazı spor otomobillerin fabrika çıkışı orijinal ekipmanı olmuşlardır.

• Süperchargerın iki farklı çeşitte uygulanması mümkündür. Emme manifoltu ile throttle body arasına veya throttle body'nin önündeki hava girişine monte edilebilir. Eğer emme manifoltu ile throttle body arasına monte edilirse, enjeksiyon sisteminde mekanik bir değişiklik yapmadan yakıt akışının ayarlanması mümkün olur. Bu genellikle yarış otomobillerinde de tercih edilen daha pratik bir sistemdir. Eğer süpercharger throttle body'nin önünde monte edilirse, gelen basınçlı havayı karşılamak için normalden daha yüksek basınçla yakıt püskürtülmesi gerekecektir

• Ayrıca sağladığı sıkışma sebebiyle motorun çabuk yıpranmasına sebep olmaması için motor kompresyon oranı pistonların değişmesi suretiyle düşürülmelidir veya buna uygun piston kullanılmalıdır bazı hallerde krank-yatak değişimi gerekir.Ayrıca sıkışan havanın soğutulması içinde intercooler denilen soğutucular gerekmektedir.

• Havayı basınçlandıran kompresör mili hareketini direkt olarak motordan alır. Havanın basınçlandırılmasından dolayı motorda belirli bir güç artışı oluşturulsa da kompresörü çevirmek için harcanan enerji yüzünden , motor büyüklüğüne ve gücüne bağlı olarak motor çıkış gücünde meydana gelen %10-15'lik düşüşün önüne geçilemez , bu da motor verimini olumsuz yönde etkileyen önemli bir faktördür.Normalde Turbochargerdan daha fazla sıkıştırmasına ragmen daha az güç elde etmesinin nedenide budur. Turbocharger'a göre avantajlı Turbocharger uygulamasında, turbonun devreye girmesi için yanan gazın geri dönmesi ve türbünü doldurması gerekmektedir. Fakat süpercharger uygulamasında turbonun devreye girmesi için gereken zaman ve motor devri, süperchargerın devreye girmesi için gerekmemektedir. Gaz pedalına ilk basıldığı anda açılan süpercharger, en alt devirden itibaren gücünü gösterecektir Ayrıca doğal emişli turbo ünitesi olamayan bir motorla kıyaslandığında da aynı çıkış gücünde yakıt tüketiminin daha fazla olduğu görülür.

• Günümüzde satılan süperchargerların çoğu iç sıkıştırma süperchargerı olan santrifüj tipi süpechargerlardır. Bunlar havayı sıkıştırmayı süpercharger kafa ünitesinde , motorun hava girişine atmadan önce yaparlar. Dış sıkıştırma süperchargerları (roots veya vida tipi süperchargerlar) , santrifüj tipi süperchargerlar geliştikçe popülerliklerini yitirmeye başlamışlardır. Santrifüj tipi süperchargerlar özellikle yüksek sıkıştırma seviyelerinde daha güvenilirdir , daha soğuk emiş havası sağlarlar ve dış sıkıştırma süperchargerlarından daha fazla sıkıştırma yapabilme özellikleri vardır

Roots Tip Hava Doldurma Sistemleri (Roots Blowers) :• Roots tipi süpercharger en eski tip süperchargerdır ve tarihi hava hareket ettiren endüstriyel cihaz

olarak kullanıldığı 1900’lere dayanır. Geçen 30 yılda roots tipi süpercharger öyle şiddetli bir değişime girmiştir ki ve öyle verimli ve sessiz hale geldi ki artık otomotiv uygulamalarında aşırı besleme sistemi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Roots tipi süpercharger , santrifüj ve vida tip tasarımlara göre daha az ısıl verime sahip olsa da Mercedes , Ford , GM gibi markaların binek araçlarının orijinal güç arttırıcısı olmuştur.

• Roots tipi süpercharger ; havayı direk sıkıştırmak yerine hızlıca hareket ettirttiğinden , bir tür pozitif yer değiştirici sistemdir. Belli miktar havayı dışarıdan alıp emme manifolduna iletmen 2 veya 3 birbirine girmiş ters dönen rotora sahiptir. Rotorlar , çıkış tarafına doğru döndükçe havayı rotorların arasına alarak kompresör yuvasına doğru iterler. Her dönüş esnasında spesifik sabit bir miktar hava , alınıp sıkıştırıldığı çıkış tarafına doğru itilir. Düşük devirler için tasarlanmamış , yüksek devirlerde çok fazla sıkıştırma sağlayan turbocharger kompresörünün ve santrifüj tip süperchargerın aksine pozitif yer değiştirme süperchargerı her devir için sabit miktarda hava pompalar ve düşük devirlerde bile sabit sıkıştırma sağlarlar.

• Roots tipi süpercharger çok düşük devirlerde dönerken çok miktarda sıkıştırma sağlayabilme özelliği ile bilinir. Bir otomotiv uygulamasında en fazla sıkıştırmasını 2000 devir/dakikada yapabilir. Bu özelliği , onun geleneksel olarak düşük devir aralığında zorlanan daha ufak 4 ve 6 silindirli motorlarda kullanılmasını ideal kılmıştır. Diğer avantajlı özelliği de tasarımının basitliğidir. Roots tipi süperchargerın hareketli çok az parçasının olması ve düşük devirlerde dönmesinden dolayı daha dayanıklı ve güvenilir bir süpercharger tasarımıdır.

• Roots tipi süpercharger , pozitif yer değiştirmenin çok verimli hava hareket ettirme prensiplerine dayanır fakat başta havayı direk sıkıştırmaması olmak üzere birçok nedenden dolayı süpercharger verimini kaybeder. Büyük dezavantajı ısıl verimidir veya motordan güç çalan yüksek çıkış sıcaklığı üretme özelliğidir.

• Bu tip hava besleyiciler birbirinden farklı olmayan,  uyum içinde çalışan çark dişlilerin arasından hava akımının çekilmesi suretiyle çalışırlar . Hava akımı bu dişli çarkların arasından geçerken sistemdeki cepler sayesinde girişten çıkışa doğru taşınmış olur. Hava besleyici ,hareketini krank milinden kayış vasıtasıyla alır. Atmosfer basıncından daha yüksek değerde basınç elde edebilmek için hava besleyicinin  motordan daha hızlı dönmesini sağlayacak biçimde dişli çarkların konumlandırılmış olması gerekmektedir. Temel üç hava besleyici  arasında ,en az verimle çalışan bu tip olmasına rağmen; geniş kapsamlı kullanılan aşırı hava doldurma sistemlerinden biridir . Root Tip Hava Doldurma Sistemleri diğer tiplere göre fiyat avantajına sahip olsa da  , çalışma verimini arttırmaya yönelik birçok çalışma yapılmasına rağmen sisteme sağladığı  hava basıncının (internal compression) yükseltilememesi nedeniyle hiçbirzaman ikiz vidalı tip (twin-screw type) veya merkezkaç tip(centrifugal type) hava doldurma sistemlerinin sahip olduğu potansiyele ulaşamamıştır.

• Roots Tip Hava Doldurma Sistemleri  yüksek hız potansiyeli, yüksek makine verimi, basitlik ve fiyat açısından en gözde olanlardandır.

Sliding Vane Tip Hava Doldurma Sistemleri (Sliding Vane Compressor ):

• Bu tip besleyiciler'de rotor yuvası(rotor house) içersinde, ince silikon karpit paletlerin radyal haraketi ile sistemi hava ile doldurur . Paletlerin haraketi rotor'un  yüksek hızdaki devri sebebiyle ortaya çıkan merkezkaç kuvveti ile belirleniyor. Paletler rotor gövdesine açılan yarıkların içersine yerleştirilmiştir. Rotor ekseni rotor yuvasına göre egsantirik ( merkezden kaçık ) olarak yerleştirilmiştir.Bu sayede rotorun hızı yükseldikçe oluşan merkezkaç kuvveti ile paletler rotor yuvasına doğru açılmakta ve bu sayede önne kattığı havayı basınçlandırarak emme manifolduna göndermektedir

Vida Tip Hava Doldurma Sistemleri (Screw Compressor)

• İkiz vida süperşarjırı 1930’larda SRM(Svenska Rotor Maskiner AB)’nin Baş Mühendisi Alf Lysholm tarafından icat edilmiştir. İkiz vida tasarımı ;  santrifüj , roots ve turbo süperchargerlarının büyük boşluğunu doldurmak için geliştirilmişti. Bu kavramla basınç ve hızın çoğu değişken durumu altında yüksek ortalama verimin , %85in üzerinde maksimum verimin gereksinimleri karşılanmak istendi. Bu kavram 1930’ların sonu 1940’ların başında Lysholm ikiz vida süperchargerı ile gerçek oldu. Yüksek imalat maliyetinden dolayı vida kompresörü içten yanmalı motorların orijinal ekipmanı olamamış , fakat hava kompresörleri , soğuma ve iklimlendirme  için endüstriyel uygulamalarda kullanılmıştır. Gelişen teknolojiyle vida tipi kompresörlerin üretim maliyetleri içten yanmalı motorlarda rekabet edebilecek seviyeye inmiştir.

• Roots tipinden farklı olarak ikiz vida süperchargerı bir kompresördür de. İkiz vidanın dönen çemberleri ; emiş havasını alıp daha ufak bir alana itecek etkiyi sağlamak için gittikçe azalan vidamsı şekilde tasarlanmışlardır. Rotorların çok yakın toleransları vardır fakat hiç temas etmezler. Sıkıştırılmış hava , emme manifoldunun sıkıştırma ortamına çok az bir enerji kaybıyla iletilir.

• Üstün tasarımın artan mekanik veriminden dolayı ikiz vida pozitif yer değiştirme süperşarjırının çıktı hava sıcaklıkları roots tipinden radikal olarak geliştirilmiştir. İkiz vida tipinin tüm güç arlığında %70-%80 arasında adyabatik verimi vardır.

• Süpercharger devamlı çalıştığından ve boşta çalışmadan itibaren sıkıştırma sağladığından ; aşırı sıkıştırmayı önlemek için , boşta çalışırken ya da harekete başlarken motorun normal olarak hava almasını sağlayan , ivmelenmede tam sıkıştırma sağlamak için kapanan emiş bypass sistemi kullanılır.

• İkiz vida süperchargerı gaza dokunulduğu anda sıkıştırma yapar ve genellikle tam sıkıştırmaya 2000-2400 devir/dakika aralığında başlar ve 30000 devir/dakikalara kadar çıkar. Tam sıkıştırma bu noktadan motorun son devrine kadar mevcuttur. Pozitif yer değiştirme kompresörleri cadde performans otomobilleri ve otomatik vitesli araçlar için idealdir.İkiz vida süperchargerı aslında sessizdir , sadece fısıltı seviyesinde fark edilir bir ses çıkarır.

Merkezkaç Tip Hava Doldurma Sistemleri ( Centrifugal Compressors ):

• Merkezkaç Tip (Centrifugal Compressors) Hava Doldurma Sistemleri, temel olarak turbo ünitesinin kompresör tarafıyla aynı tip pompadır , fakat egzoz gazıyla değil , mekanik olarak krank milinden tahrik alır. Sıkıştırma , havayı hava doldurma sisteminin(Supercharger) kompresörünün merkezine iten çok hızlı dönen kanatçık tarafından oluşturulur. Tasarım olarak turbo ünitesinin  kompresör kanatçığına benzer. Hava moleküllerini  hava doldurma sisteminin(Supercharger) kompresörünün merkezine ittikten sonra hava doldurma sistemi(Supercharger) salyangozundan dışarı doğru atar. Hava doldurma sisteminin(Supercharger)salyangozu , hava moleküllerini toplayıp , hava doldurma sistemi çıkış tüpüne doğru yönlendiren bir çember gibi davranır. Hava akımı , hava doldurma sistemi merkezinden uzaklaştıkça yavaşlar ve basıncı artar.

• Merkezkaç Tip (Centrifugal Compressors) Hava Doldurma Sistemleri; havayı , hava supercharger kanatçığını terk edip  salyangoza itildiği noktada sıkıştırır. Sıkıştırma , kesitin en dar olduğu yerde maksimum değerine ulaşır. Yeterli miktarda sıkıştırma üretmek için supercharger kanatçığının çok yüksek devirlerde dönmesi gerekse bile , bu sıkıştırma metodu yüksek ısıl verim sağlar. Aslında üretilen basınç kanatçık hızının karesiyle doğru orantılıdır ki bu , motorun üst yarı devirlerinde çok yüksek miktarda sıkıştırma yapılmasını sağlar.

• Merkezkaç tip  hava doldurma sisteminin ve boşaltma salyangozunun tasarımı nedeniyle , supercharger kompresörü hava girişinden uzakta monte edilebilir. Sıkıştırılmış havayı , motorun hava girişine veya ara soğutma sistemine taşımak için bir boşaltma tüpü kullanılabilir. Merkezkaç tip  hava doldurma sistemi esasen yüksek-hız fanı gibi davrandığından , çabuk yavaşlama veya vites değiştirme gibi belli durumlarda hava , kompresörden geriye doğru akabilir.

• Merkezkaç tip  hava doldurma sisteminin , verimli olması , montajının kolay olması , daha soğuk hava itişi sağlaması gibi özelliklerinin yanında sayılması gereken birçok kötü yanı vardır. Öncelikle ; kompresörün kanatçığı dişli çarktan tahrik alır ve dakikada 40.000 devirlerle döner ve içteki dişliler dönme hızı arttıkça , çoğu sürücünün duymaktan zevk aldığı bir fısıltı sesi oluşur , fakat Merkezkaç tip  hava doldurma sistemi gürültülü olarak sınıflandırılmamalıdır.

• Merkezkaç tip  hava doldurma sisteminin  en kötü yanı ; düşük devirlerde yüksek sıkıştırma yapamamasıdır. Tipik olarak , Merkezkaç tip  hava doldurma sistemi maksimum sıkıştırmasını motorun son devirlerinde yapabilir ve 1500-2000 devir/dakika aralığında neredeyse hiç sıkıştırma yapamaz. Bu özellik hafif araçlar için bir problem olmasa da , ağır araçlarda , çekicilerde veya otomatik vitesli araçlarda belirgin bir problemdir. Tek kademede sağlanan ek = 2 / 1 sıkıştırma oranı iki veya üç kademe daha da arttırılabilir. Dişli ile tahrik edilmesi, gürültülü çalışma ve düşük mekanik verim gibi mahsurları de beraberinde getirir. Motor hızının en az 8 –12 katı hızla döndürülürler. % 65-75 mertebesinde adyabatik verim ve % 90–95 mertebesinde mekanik verimle çalışırlar. Yüksek hızla tahrik edilmelerinin esas nedeni, geçici rejimlerde çalışmada fazla atalet göstermelerini önlemek için rotor çapının küçültülmesi gerekir.

Pistonlu Kompresörler

• Motor pistonun alt yüzünden yararlanılarak çalışan veya öteleme hareketi yapan pistonlu tip olarak yapılırlar. Pistonlu tip kompresörler dengesiz öteleme atalet kuvvetleri ve çıkış basıncında büyük periyodik dalgalanma oluşması nedeniyle, yüksek hızlı motorlar için uygun değildir. Çift etkili pistonlu kompresörlerde periyodik basınç değişimi farkı daha azdır.

• Düşük ve orta hızlı motorlarda yüksek aşırı doldurma basıncı sağlamak ve %70-75 mertebesinde verimle çalışmaları önemli bir avantajıdır. İşgal ettikleri hacmin turbochargerünitesine göre daha fazla olması ve yaklaşık 2, 2.5 kat daha ağır olması, taşıt motorlarında uygulanmamasının belli başlı sebepleridir

Süperşarjların Bakımı •     Aşırı doldurucunun egzoz gaz türbini ve blowerin işletme

bakımından en önemli nokta yatakların verimli bir şekilde yağlanmasıdır. Bazı aşırı doldurucularda bilyalı yataklar kullanılır. Bu yatakların yağlanmasında soğutucu ve filitreden gelen ve basıncı yaklaşık 3,5 Bar olan yağ kullanılır. Süperchargerın rotoru yüksek devirle döndüğünden, yağın sürekli olarak yataklara verilmesi gerekir.

•     Egzoz gazları içinde katı yabancı maddeler veya karbon parçacıkları yoksa; uzun bir süre kullanıldıktan sonra bile, türbin kanatları temiz kalacaklardır. Bazen, türlü sebeplerle motor zayıf yanma durumunda çalıştırılırsa, hareketli ve hareketsiz kanatlarda karbonumsu maddeler birikecek ve eğer bunların yığılmasına müsade edilirse, türbin verimi küçülecek ve dolayısıyla blowerin ürettiği havanın miktarı azalacaktır.

•     Ağır yakıtların çoğunda olduğu gibi, yüksek oranlı kül içeren yakıtlarla işletme sırasında da türbin kanatlarında birikintiler oluşur.

•     Egzoz gaz türbininin kanatları ısıya dayanıklı çeliklerden yapılmaktadır. Aynı zamanda kanatlar egzoz gazlarının, bazı yakıtlardaki kükürten gelen aşındırıcı etkilerede dayanacak özelliktedir. Özellikle motorun düşük güçlerde çalıştırılması sırasında aşındırma yönünden etkili olmaktadırlar.

•     Egzoz gazlarında kül ve karbonumsu maddeler bulunduğu zaman, bunlar kanatlarda birikebilir. Bu sebeple gaz türbinlerinin kanatları, genleşme katsayısı yüksek çeliklerden yapılır. Böylece türbin ısındığı zaman büyük genleşme ve soğuduğunda büzüşme olayı meydana geleceğinden; kanatlar üzerindeki birikintiler kırılarak katman oluşumu önlenir. Genleşme katsayısı düşük olan metallerden yapılan kanatlar genleşme ve büzüşme ile kendiliğinden temizleme yapdıkları için, egzoz gazlarındaki yabancı maddeler kanatlarda yığılmalara neden olur. Sonuç olarak devir sayısı veya blowerin hava basıncı düştüğü zaman, türbin sökülüp açılarak hareketli ve hareketsiz kanatların temizlenmesi gerekir.

•     Gaz türbini tarafı çoğu zaman su ve bazen hava ile soğutulan ve dökme demirden yapılmış bir gaz mahfazasına sahiptir. Mahfaza içinde türbin rotoru mili ile birlikte 450 °C'den daha yüksek sıcaklıktaki sürekli işletmeye dayanacak alaşım çeliklerinden, örneğin nikel-krom alaşımından yapılırlar.

TURBOCHARGER SİSTEMLER• Turbo Ünitesinin motorlar üzerinde kullanılması neredeyse içten

yanmalı motorların keşfi ile aynı zamana denk gelir .1885 ve 1896 yıllarında Gottlieb Daimler ve Rudolf Diesel ön sıkıştırmalı yanma odasını keşfederek motordan yüksek güç ve düşük yakıt tüketimini elde ettiler .Turbo Ünitesini başarı ile ilk uygulayan ise İsveçli mühendis Alfred Büchi’dir .Böylece motordan %40 oranında daha

fazla güç almayı başarmıştır .

• İlk Turbo Ünitesi uygulamaları yalnızca çok büyük kapasiteli motorlarla (gemi motorları , büyük iş makinaları, lokomotifler  vb) sınırlı idi. Otomotiv motor endüstrisinde ise ilk olarak kamyon motorları ile başladı.1938 yılına gelindiğinde ilk kez bir kamyon ‘’ Swiss Machine Works Sauer ‘’ markası ile Turbo Ünitesi kullanmaya başlamıştır . 1962 – 1963 yıllarına gelindiğinde Turbo Ünitesi ; Chevrolet , Corvair , Monza ve Oldsmobile Jetfire firmaları tarafından ilk kez binek otomobillerde kullanılmış fakat o döneme göre ileri sayılacak bir teknolojide üretilmesine rağmen kullanıcılar tarafından güvenilirliklerinin zayıf bulunması çok kısa sürede pazardan silinmelerine neden olmuştur .  1973’te yaşanan ilk benzin krizinden sonra Turbo Ünitesi ticari otomobillerde daha fazla kabul görür hale gelmiştir .Bunun yanısıra Turbo Ünitesinin yüksek yatırım maliyetleri gerektirmesi , düşük yakıt maliyet tasarruf gereksinimleri yüzünden  kısıtlamaya gidilmesine sebebiyet verse de 80’lere gelinmesiyle başlayan sıkı emisyon şartnameleri tekrar Turbo Ünitesi kullanımında artışa sebebiyet vermiştir .

• 1970’lerde Turbo Ünitesinin motor sporlarına girmesi ile birlikte özellikle de Formüla 1 yarışlarında , Turbo Üniteli binek otomobiller çok populer hale gelmiştir .Bu sayede özellikle ‘’Turbo’’ kelimesi oldukça bilinir olmuştur.1978 yılına gelindiğinde Mercedes-Benz 300 SD binek otomobillerde Turbo Ünitesi başarılı bir şekilde uygulanmıştır .İzleyen yıllarda VW Golf, Turbo Diesel'de bunu başarı ile uygulamıştır .Turbo Ünitesi sayesinde dizel otomobillerin verimi artmış bunun yanısıra da sürüş kolaylığı ve mükemmel bir düşük emisyon düzeyi yakalanmıştır .  Günümüzde Turbo Ünitesi kullanımı , artık performanstan ziyade yakıt tüketimindeki düşüş ve CO2 emisyonlarının çevreye vermiş olduğu kirlilikte sağladığı azalma ile ön plana çıkmıştır.

• Sonuç'ta   Turbo Ünitesi kullanımı ÇEVRE ve ENERJİ KAYNAKLARI'nın kullanımı konusunda çok önemli bir fayda sağlamıştır .

• Turbo Ünitesi Yapısı ve Çalışma Prensipleri• Turbonun görevi daha fazla soğuk havayı motora vererek performansı

arttırmaktır. Turbocharger, egzoz gazı ile çalışan bir süpercharger olarak tanımlanabilir. Gücünü süperşarj gibi kayışlardan ve dişlilerden değil, egzoz gazının basıncından alır. Yanma odasında patlayan hava benzin karışımı, gaza dönüşerek egzoz süpaplarından egzoz manifoltuna doğru itilir. Turbocharger sistemlerinin salyangozunun Superchargerlar gibi tek değilde çift taraflı olmasının nedeni ; bir tarafının türbin diğer tarafınınsa pompa görevi yapmasıdır. Türbin kısmı eksoz manifoldunan tahrik alarak belli bir devre ulaşır ; aynı mil üstüne yataklanmış pompa kısmıysa türbin tarafının mile ilettiği tahrikle belli bir devre ulaşarak ortamdan hava emişini sağlar ve emme manifolduna yollar. Böylece turbocharger sistemiyle yanma odasına aynı birim zaman aralığında atmosferik motordan daha fazla hava sokulmuş olur. Bu aşamada egzoza giden gazın basıncı, yol üzerindeki turbonun pervanesini döndürür ve bu yönlü pervane sayesinde gazın önemli bir kısmı türbüne girer.

• Türbün basınçlı gazla dolduğu andan itibaren ters yöndeki kompresör pervane de basınçla dönmeye başlar. Bu pervaneler göbekten bir mil ile kompresör pervanelerine bağlıdır... Gazı, basınçlı bir şekilde, dışarıdan alınan ve emme manifoltuna giren temiz havanın üzerine püskürterek motora giren toplam hava yoğunluğunu ve basıncını normalin yaklaşık yüzde 50 daha üstüne çıkarır buda yaklaşık yüzde 50 daha fazla güç anlamına gelir. Bu da içeri giren havanın benzinle birlikte ateşlendiğinde çok daha şiddetli bir patlama gerçekleştirmesini sağlar.

• Genelde tüm turbochargerlarla birlikte aracın daha fazla güç üretebilmesi için intercooler denilen bir ara birim de kullanır, turbodan geçen hava emme manifoldundan motorun yanma odasına girmeden önce intercolerdan geçirilerek soğuması sağlanır bu sayede daha soğuk yani oksijen oranı daha fazla olan havanın yakışı ile daha fazla güç edilebilir

• Turbocharger sistemleri eksoz gazını kullanmasından dolayı motorun gücünden çalmaz ; ancak supercharger sistemleri doğrudan krank milinden tahrik olduğundan motora sağladığı gücün bir kısmını harcar

• Aftermarket dedigimiz sonradan araclara turbo uygulamasi cok detayli bir islemdir. Istenilen ek guce gore pistonlarin forged pistonlar ile degistirilmesi, krank degisimi ve yatak degisimi gerekebilir. Bunlar ile baraber elektronik enjektorlu araclarda unichip gibi elektronik destek sistemleri kullanilir.

•  Elektronik olarak yapilan islemlerde orjinal hava olcer sisteminin kandirilmasi, turbo basincinin surekli kontrolu, orjinal avans haritalarinin modifiyesi, ek yakit beslemesi ve gerekiyor ise ilave enjektor uygulamasi vardir.  

• Orjinal turbo araclarin guclerini arttirmak temelde turbo basinclari ile oynamak, eger yoksa intercooler ilave etmek, avans-benzin haritasini modifiye etmek ile mumkundur. Bu modifiyelerin hemen hemen (intercooler haric) tumu unichip ve benzeri elektronik destek sistemleri ile mumkundur. 

• Silindirlere verilen havanın ağırlığı , sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklığı yükselir ve dolayısıyla ağırlığı azalır. 1,34 Bar basınca kadar sıkıştırılan havanın sıcaklığı, yaklaşık 32 °C dolayındadır. Eğer aşırı doldurma havasının basıncı 1,34 Bar üzerine çıkarılacak olursa, blowerde sıkıştırılan havanın sıcaklığı önem kazanır ve yüksek süpercharger ve turbocharger basıncı uyğulanması halinde havanın soğutulması gerekir. Eğer aşırı doldurma havasının basıncı 1,35 Bar değerini aşmıyorsa, havanın soğutulmasına gerek yoktur. Aksi halde <<İç So- ğutucu>> veya <<İntercooler>> adları verilen soğutucular gerekecektir Süperchargerlı ve Turbocahargerlı motorlarda iç soğutucudan sonra hava sıcaklığının 25~50 °C dolaylarında olması gerekir. Hava sıcaklığının 50 °C'nin üzerine çıkması halinde motorun devir sayısı hemen düşmeye başlar. Bunun nedeni sıcaklığın artma miktarına bağlı olarak havanın özğül ağırlığının azalmasıdır. Böylelikle belirli hacimdeki havanın ağırlığı ve dolayısıyla hava içindeki oksijenin ağırlıksal oranı azalır, silindirlere püskürtülen yakıtın bir bölümü yakılamaz, eksik yanma oluşur ve dumanlı egzoz görülür. Hava sıcaklığının 25 °C'nin altına inmesi durumunda da bir takım sorunlar oluşur.Motorda ısıl gerilmeler oluşur.Egzoz gazlarının sıcaklığı önemli şekilde azalır ve gaz türbininin gücü, dolayısıyla silindirlere verilen havanın basıncı düşer.Çalışma nedeniyle yanma gazlarının etkisi çoğalır, motorda hızlı bir aşınma kendisini gösterir.Özgül yakıt harcamı artar.

• Motor çalışıyorken Turbo Ünitesinin çalışması esnasında  ve motor '' stop '' ettikten hemen sonra  Türbin kanatçıklarında çok yüksek derecede sıcaklıklar oluşur .Türbin kanatçıkları ve komplesi bu yüksek sıcaklığa etkili bir şekilde dayanabilecek  alaşım malzemelerden üretilmiştir. Genel olarak Türbin kanatçıkları İNCONEL 713 ya da GMR 235'ten imal edilmektedir.Bu alaşımları oluşturan ana metaller Nikel ve Krom'dur.   Türbin komplesinde , farklı bölgelerde farklı sıcaklıklara dayanım gösterebilen malzemeler kullanılmaktadır .Örneğin ; GMR 235 , 850 dereceye kadar  egsoz gaz sıcaklığına dayanım gösterebilirken İNCONEL 713 ( % 73 Ni , % 13 Cr ) 1050 dereceye kadar olan egsoz gaz sıcaklığına dayanım gösterebilmektedir .Günümüzde  Türbin komplesi için en çok kullanılan malzeme Gri Dökme Demir ile Küresel Grafittir

• ( GGG40  : 680 dereceye kadar olan çalışma şartları için ) .• ( SiMo51 : 760 dereceye kadar olan çalışma şartları için ) . 

( NiCr D2 : 850 dereceye kadar olan çalışma şartları için ) .

• Kullanımdan sonra soğutulması şart Turbo motorlar kullanılırken dikkat edilmesi gereken bir başka husus ise otomobili yüksek devirlerde kullandıktan sonra motor stop edilmeden önce kısa bir müddet de olsa rölantide çalıştırılarak, türbünün boşalması ve soğumasına izin verilmesidir. Aksi takdirde gazın sirkülasyonu esnasında türbün boşalmadan bir miktar gaz içerde hapsolacak ve zaman içinde turboyu ciddi şekilde yıpratacaktır. Turbo uygulamasının motorda çok daha fazla yük ve yüksek ısılara yol açacağı ve bunun için intercooler uygulamaları veya diğer soğutma yöntemleri gerektiği unutulmamalıdır.

• Motor patlayabilir Süperşarjda olduğu gibi, turboda da motor kompresyon oranı atmosferik motorlara göre daha düşük tutulmalıdır. Aksi takdirde yüksek basınçtan dolayı motor çabuk yıpranacak ve hatta çok zorlandığı durumlarda motorun patlama riski ortaya çıkacaktır. Turbo uygulaması, motorun pistonları ve gerekiyorsa diğer aksamının da uygun şekilde değiştirilmesi suretiyle yapılmalıdır. Gücün yüzde 50'lere varan artışına dayanma ihtimali zayıf olan şanzıman ve aktarma sisteminin de değiştirilmesi gerekebilir. Alt ve üst devirlerde basınç kontrolleri eksoz gazını baypass eden westgate ile yapılır. Westgate kontrolleri eski nesil araçlarda mekanik yeni nesil araçlarda elektronik olarak kontrol edilir

Dump Valve ve Blow-Off Valve• Turbo beslemeli otomobillerde ayak gazdan çekildiğinde turbo hala

dönmeye devam etmektedir, fakat turbonun bastığı havanın gideceği bir yer olmadığı için oluşan yüksek basınç turbo pervanesine büyük bir kuvvet uygulayarak pervaneyi aniden yavaşlatır. Gaza tekrar bastığınızda turbo basıncının tepe noktasına gelebilmesi için pervaneyi tekrar hızlandırmak gereklidir ve bu esnada istenilen turbo basıncı elde edilemediği için büyük bir performans kaybı  yaşanır. Dump Valve işte bu performans kaybını önlemek için vardır.

• Turbonun gecikmesini önlediği gibi turbo pervanelerindeki basıncın azaltığı için turbo ömrünüde artırmaktadır.

• Blow-off valve ile dump valve aynı çalışma prensibine sahiptir. Fakat blow off valve havayı tahliye ederken bir ses çıkarır. Genelde blow-off tercih sebebide çıkardığı bu hoş sestir.

Gecikme Öneleyici Sistem ( Anti Lag System)• Günümüz performans otomobillerinde en önemli problemlerden biride turbonun

devreye geç girmesi ile oluşan performans kayıplarıdır. Bunun nedeni de özellikle yüksek devirlerde oluşan yüksek hava debisi ihtiyacını karşılayabilmek için büyük turboların kullanılmalarıdır. Büyük seçilen turbolar düşük devirlerde kendilerini çevirecek yeterli hava akımı oluşmayınca görevlerini yerine getiremezler. Bunun içi ALS sistemi günümüz performans otomobillerinde kullanılmaktadır.

• Temel prensibi sürücü ayağını gazadan çektiğinde motor ateşleme avansını geçiktiriyor. Yani yakıt/hava karışımını ateşlemiyor. Bu sayede sürücü gaza basmıyor olduğu durumda yanma odasının içindede patlamamış hava/yakıt karışımı birikiyor. Sonunda, tam eksoz subabı açılmak üzere iken ( piston yaklaşık üst ölü noktayı 40° kadar geçmiş iken ) buji karışımı ateşlediğinde biriken gazlar zaten halihazırda yanma odasını terketmeye başlamış oluyor ve tam bu noktada patlayan ve yanmaya başlayan gazlar büyük ve anlık bir ısı artışı ve dolayısı ile yüksek bir hız ile yanma odasından çıkıp eksoz kanalı üzerindeki turbo'nun pervane kanatçıklarına çarpıyor. İşte dışarıdan şiddetli patlamalar şeklinde duyduğumuz Çat – Pat sesleri bu esnada çok sıcak olan eksoz kanalarının çeperlerine çarparak yanan / patlayan hava yakıt karışımının çıkradığı seslerden oluşuyor.

• Bu sayede sürücü ayağını gazdan çektiği anlarda, yani eksoz basıncının düşmesi gerektiği anlarda bile motorun eksoz tarafında yüksek basınç tutulmuş ve Turbo'nun pervanesinin yavaşlaması önlenmiş oluyor.

AŞIRI DOLDURMA SİSTEMLERİNDEKİ SON GELİŞMELER

Değişken Türbinli Turbo: (VNT)• Değişken türbinli turbo, sistem basıncının gecikmeli olarak devreye girmesi

problemine çare olarak düşünülmüştür. Türbin tekerleği üzerinden bulunan kanatçıklarının pozisyonu elektronik olarak vakum kontrolü ile ayarlanmakta ve basıncın yüksek tutulabilmesi amacıyla güç sağlayan kompresörün hızını denetlemektedir.

• Değişken yapıya sahip bu turbolar, kanatçıkların düzenini değiştirerek, geniş bir egzoz gazı akımı yelpazesinde verimli olarak çalışabilmektedir. Yaptığı etki açısından, tek bir boyuttaki üniteye bağlı kalındığından ortaya çıkan problemlerin birçoğunu ortadan kaldırarak, büyükten küçüğe farklı boyutlardaki turbonun yerini almaktadır

Sıralı Olarak Devreye Giren Turbo Sistemi(Sequential Turbo System• Motora iki ayrı turbo şarj bağlandığı sistemde kompresörlerden ilki (primer)

motorun düşük devirlere daha çabuk cevap vermesi amacıyla 3000 d/d kadar görevini sürdürmekte, verimliliği sona ermeye başladığı noktada (3500 d/d) ise ikinci devreye girmektedir

• Bu tip turbo sisteminde önemli olan tek turbo kullanımından ikili uygulamaya yumuşak olarak geçisin sağlanmasıdır. İkinci türbinin devreye girmesinden meydana gelecek bir gecikme güç kaybına neden olacağından, bu sorun sekondere giren egzoz gazını kontrol eden supabın tam açılmadan önce bir miktar akım almasına izin verilerek çözümlenmektedir.

• Sırayla devreye giren ikili turbo sistemi tek turbo uygulamalarına göre 1500 devirde düşük devir torku %36 artırmaktadır. Mazda RX-7 veya Nissan 300 ZX modellerinde kullanılan bilgisayar kontrollü sequential turbo ünitesi ile elde edilen performanstan daha fazlasını sağlamaktadır.

• Bu uygulama çeşitleri firmalar tarafında Twin turbo veya Bi-turbo olarak adlandırılmaktadır. Özellikle V tipi sıralı motorlarda çift turbo kullanılmaktadır. Fakat çift turbo kullanımı iki kat güç sağlamıyacaktır. Genelde daha fazla güç istendiğinde çift turbo yerine tek büyük turbo kullanılmaktadır.

Seramik Türbinli Turbo Doldurma• Normal metal türbinler yerine seramik türbin kullanılmasındaki amaçlar, dönen

parçaların atalet momentini azaltmak ve böylece ivmelenmeyi geliştirmek ve dahasın da seramik türbinin yüksek sıcaklılarda kullanılmasının mümkün olmasıdır

• Emme basıncını hedeflenen değere yükseltmek için gerekli zaman % 30-40 arasında kısaltılmıştır. Bu sayede turbonun tepki süresi azaltılmış olunmaktadır.

Rulman Yataklı Turbo Doldurucular• Kaymalı yatakların yüksek güvenirliliği ve rotor milinin çok yüksek devirlerde

çalışmasından dolayı bu mile destek olması için konvensiyonel turbo doldurucularda bu tip yataklar kullanılır. Buna karşı bu kullanım alanına olumsuz bir etki olarak bu tip metallerin oldukça büyük miktarlarda sürtünme kayıplarına sebebiyet verdiği görülür.

• Durum bu şekilde olunca mekanik verimde çok iyi olmaz. Yine de bütün bunlara rağmen rulman yataklar turbo aşırı doldurucuları için oldukça küçük sürtünme kayıpları verecek şekilde tekrar düzenlenmiştir. Bu konudaki yoğun çalışmaların bir sonucu olarak bilyalı yatakların kullanımındaki güvenirliliği sağlanmış ver mekanik verimleri de % 99 lara kadar arttırılmıştır.

Süperturbo Aşırı Besleme• SüperTurbo sistemi ilk olarak ralli parkurlarında grub b otomobillerinin son

versiyonlarıda ortaya çıktı. İlk seri üretimlerden biri ise Nissan Micra March oldu. Otomobil 1.4 lt motordan 1988’de 110 hp üretmekteydi.

• Süperturbonun alt devirlerde takılan superşarj ile beslenirken, üst devirlerde turbo devreye girmekteydi. Bunun sonucu olarak düşük devirlerde yaşanan turbo geçikmesi önlenmiş ve yüksek devirlerde ortaya çıkan hava ihtiyacınıda daha büyük turbo takılarak karşılanmış oldu.

• VW firması yakın zamanda piyasaya sürmek üzere süperturbo kullanılan bir Golf modeli hazırlamaktadır. Modelin motoru 1.4 lt olup 170 hp güç üretmesi beklenmektedir.