Günümüzde yeni üretilen neredeyse her aracın motor kaputu altına girmeyi başaran turbo sistemleri hakkında birçok kişi çeşitli bilgilere sahip diyebiliriz. Diğer taraftan turbo sisteminin çalışma basıncı çok da bilinen bir konu değil. Biz de bu yayınımızda turbo basıncı konusunu işleyeceğiz ve detaylara ineceğiz.
Tabi bu konuyu işlerken aşırı besleme sistemlerine sahip olmayan atmosferik motorlara da değinmek gerekiyor. Ayrıca yaygın olmasa da, bir diğer aşırı besleme sistemi olan supercharger yani kompresör sistemi emme basıncına da göz atacağız.
İlk olarak turbonun ne işe yaradığını kısa bir şekilde izah edelim;
Turbo, motorun kendi başına emebildiğinden daha fazla havayı yanma odasına göndermeye yarayan bir sistemdir. Bunu yaparken de yine yanma odası yani silindirlerden çıkan egzoz gazlarının çıkış basıncını kullanır. Bu gazlar yüksek basınçla çıkış yapar ve turbo içinde yer alan pervaneyi (türbin) döndürür.
Diğer taraftan türbin ile aynı mil üstünde yer alan ve onunla birlikte dönen diğer pervane de döner. Bu sayede motorun kendi başına emebileceğinden daha fazla taze havanın emilmesi sağlanır. Emilen daha fazla hava silindirler içerisine gönderilir. Artan hava miktarına bağlı olarak püskürtülen yakıt da ECU (Beyin) tarafından artırılır. Bunun sonucu olarak da turbo sayesinde motorun gücü ve torku belirgin bir oranda yükselir.
Supercharger sistemi ise, daha fazla hava emme işlemini egzoz gazı ile değil de, doğrudan krank miline bağlı olarak mekanik anlamda gerçekleştirir. Sonuç olarak her 2 sistemin de amacı daha fazla taze hava emebilmektir ve bu nedenle de genel adları “Aşırı Besleme” olarak geçer.
Emme basıncı nedir?
Görüleceği gibi aşırı besleme sistemleri, motora daha fazla hava basan bir nevi pompa sistemidir de diyebiliriz. Ancak burada akıllara şu soru gelebilir.
“Madem turbo ve supercharger havayı bu şekilde pompalıyor, bu sistemlere sahip olmayan atmosferik motorlar havayı nasıl emiyor?”
Bu 2 sisteme sahip olmayan, atmosferik olarak da geçen motorlarda hava emişi, pistonların yukarı aşağı iniş çıkışı sonucu oluşan vakum etkisi ile meydana gelir. Örnek olarak; 4 silindirli bir motorda 2 piston yukarı çıkarken yanmış egzoz gazlarını dışarı atar, diğer 2 piston da yakıt-hava karışımının yanması-patlaması sonucu aşağı hareket eder.
İşte bu aşağı yönlü hareket sırasında, aynen tıbbi enjektörlerdekine benzer bir vakum etkisi oluşur. Düşünün ki elinizde bu enjektörlerden bir tanesi var ve siz de enjektör boşken içindeki pistonu aşağı çekiyorsunuz. Bu işlem sırasında dışardakı hava vakumlanarak enjektör içine çekilir. Hatta parmağınızı enjektörün ucuna bastırırsanız bu vakum etkisini rahatlıkla hissedebilirsiniz. Atmosferik motorda da hava emişi aynen bu şekildedir. Yani motora hava emen başka bir sistem mevcut değildir.
Atmosferik motor emme basıncı nedir?
Diğer taraftan atmosferik motorun emebileceği hava oldukça sınırlıdır. Tüm canlıların yaşadığı dünya ortamında, deniz seviyesi için belirtilen standart atmosferik basınç değeri 1atm olarak yer almaktadır. Bu basınç değeri rakım (yükseklik) arttıkça azalır.
İşte bu doğrultuda, herhangi bir aşırı besleme sistemine sahip olmayan içten yanmalı bir motor, bulunduğu yüksekliğe bağlı olmak üzere atmosferik basınç altında taze hava emebilir. Bu da bu tip bir motorun, kendi başına en fazla 1atm basınç ile have emebileceği anlamına gelmektedir.
Tabii atm bir basınç birimidir ve kullanılan bazı diğer birimleri de hesaba katmakta fayda var. Bu doğrultuda;
1 atm = 101,325 Pa = 1,01325 bar = 14,696 Psi
Diğer taraftan atmosferik motorlar, tam yükte en fazla 1 atm hava emme işlemi yapabilirken, daha alt devirlerde bu değer düşer. Öyle ki rölantide çalışırken yaklaşık 0.5 atm basınç ile hava emişi gerçekleşir. Bu arada otomotiv sektöründe atm yerine genellikle bar ve Psi birimi kullanılır. Değerleri de oldukça yakın olduğu için bundan sonraki basınç ifadelerinde bar birimini kullanmayı tercih edeceğiz.
Bu arada atmosferik bir motorun emme basıncının; rakım, sıcaklık, nem, benzinde oktan – dizelde setan ve motorun sıkıştırma oranına göre değişebileceğini de belirtmeden geçmeyelim.
Turbo basıncı nedir?
Turbonun atmosferik motorlara fazladan hava sağladığını ilk başlarda belirtmiştik. İşte tam da burada turbo basıncı ifadesi devreye giriyor. Günümüz turbo besleme sistemleri, 0.3 bar ile 5 bar arasında basıncı fazladan içten yanmalı motorlara sağlayabiliyorlar. Standart diyebileceğimiz motorlarda turbonun fazladan sağladığı bu değer 0.5bar – 1.5 bar arasında değişebilirken, yüksek performanslı cadde tipi spor otomobillerde turbo tipine göre 2-2.5 bar’a kadar çıkabilmektedir. Yarış araçları ve bazı modifiyeli araçlarda ise 5 bar gibi aşırı basınç değerleri kullanılabilmektedir. Öyle ki 80’li yılların sonundaki BMW F1 araçları 5-6 barlık basınçla 1.5lt motordan 1500ps (Megatron) güç üretebiliyorlardı.
Diğer taraftan günümüzde güç/hacim oranı olarak en yüksek değere sahip olan Mercedes AMG A45 modelinde yer alan 2.0lt sıralı 4 silindirli motor, 1 adet twin-scroll (çift kanallı) turbo besleme sayesinde 1.8 bar daha yüksek basınç ile hava emebilmektedir.
Tabi burada şunu da belirtmekte fayda var; Turbo motora sahip araçların teknik bilgilerinde “Maximum Boost Pressure” olarak bir ifade yer alıyor. Bu ifade genellikle sadece turbonun emme basıncı değerini ifade etmek için kullanılır. Ancak pistonların yarattığı vakum nedeniyle oluşan emme basıncı da hesaba katılmalıdır.
Bu doğrultuda motorun toplam emme basıncı aşağıdaki şekilde hesaplanabilir;
Toplam emme basıncı = Atmosferik emme basıncı + Turbo basıncı
Bu formülü Mercedes AMG A45 modeli için uygulayacak olursak aşağıdaki değeri elde ederiz;
Mercedes AMG A45 emme basıncı = 1 bar + 1.8 bar = 2.8 bar
Performans aracından değil de; Normal bir araç olan VW Golf 1.4TSi 125ps’den örnek verelim;
Toplam emme basıncı = 1 bar (atmosfer basıncı) + 1.1 bar (turbo) = 2.1 bar
Supercharger (Kompresör) sistemlerinde durum nedir?
Turbo besleme sisteminde, pervaneler egzoz gazı ile harekete geçtiği için genellikle 1.500d/d’da emme basıncını yükseltmeye başlarlar. Diğer taraftan supercharger sistemleri krank milinden mekanik olarak hareket aldıkları için, motor çalışır çalışmaz devreye girerler ve de rölanti devirlerinden itibaren motorun vakum etkisi ile birlikte emme basıncını yükseltirler. Bu nedenle de genellikle 0.5bar-1 bar arasında, rölantide bile vakum basıncının yanında emme basıncı sağlarlar.
Turbo basıncı göstergeleri
Düşük turbo basıncına sahip araçlarda genellikle herhangi bir turbo basıncı göstergesi yer almıyor ancak orta ve yüksek performans araçlarının bir kısmında bu tip göstergeler mevcut. Aşağıdaki görselde, Ford focus ST modelinde yer alan gösterge görülebilir. Ortada yer alan üçlü gösterge grubunuda ortada turbo basıncı göstergesi yer almaktadır ancak sadece turbonun devreye girdiği zamanlarda turbonun basıncını göstermektedir. Yani vakum basıncı burada hariç tutulmuştur.
Aşağıda görülen ve sonradan araca takılabilen turbo göstergesinde ise, negatif değerler dikkatleri çekmiştir. Burada gösterge sıfır konumuda durduğu zaman turbo devreye henüz girmemiş ancak vakum ile maksimum atmosferik emiş yapıyor diyebiliriz. -0.5 gibi bir değer ise rölantide çalıştığı anlamına geldiği söylenebilir. -1.0 için ise aracın motoru çalışmıyor demek gayet mümkün. Bize göre bu tip göstergeler vakumla emişi yani atmosferik emişi de gösterdiği için daha detaylı bilgi veriyor.
