Turboşarjörlerin 6 Türü ve Her Birinin Avantajları

Tek, tek, çift turbolar, değişken geometrili ve hatta elektrikli turbolar arasındaki fark nedir? Her bir kurulumun avantajları nelerdir?

Turboşarj dünyası, motor düzenleri kadar çeşitliliğe sahiptir. Farklı stillere bir göz atalım:

1. Tek Turbo

Tek turboşarjlar tek başına sınırsız değişkenliğe sahiptir. Kompresör çarkı boyutu ve türbinin farklılaştırılması, tamamen farklı tork özelliklerine yol açacaktır. Büyük turbolar yüksek üst düzey güç getirecek, ancak daha küçük turbolar daha hızlı dönmeleri nedeniyle daha iyi düşük devir torku sağlayacaktır. Ayrıca bilyalı yataklı ve jurnal yataklı tek turbolar da vardır. Bilyalı yataklar, kompresör ve türbinin dönmesi için daha az sürtünme sağlar, bu nedenle daha hızlı dönerler (maliyet eklerken).

• Avantajları:

• Bir motorun gücünü ve verimliliğini artırmanın uygun maliyetli yolu.

• Basit, genellikle turboşarj seçeneklerinin kurulumu en kolay olanı.

• Daha küçük motorların, daha büyük doğal emişli motorlarla aynı gücü üretmesini sağlar, bu da genellikle ağırlığı azaltabilir.

• 
Dezavantajları: 

• Tek turbolar, oldukça dar bir etkili RPM aralığına sahip olma eğilimindedir. Bu, boyutlandırmayı bir sorun haline getirir, çünkü iyi düşük devir torku veya daha iyi yüksek devir gücü arasında seçim yapmanız gerekir.  

• Turbo tepkisi, alternatif turbo kurulumları kadar hızlı olmayabilir.

2.Çift Turbo

Tıpkı tek turboşarjlar gibi, iki turboşarj kullanırken de birçok seçenek vardır. Her silindir sırası için tek bir turboşarjınız olabilir (V6, V8, vb.). Alternatif olarak, düşük RPM için tek bir turboşarj ve yüksek RPM için daha büyük bir turboşarja geçiş yapılabilir (I4, I6, vb.). Hatta, düşük RPM'de kullanılan ve daha yüksek RPM'de her ikisi de kullanılan iki benzer boyutta turbo da olabilir. BMW X5 M ve X6 M'de, V8'in her iki tarafında birer tane olmak üzere çift sarmallı turbolar kullanılmaktadır.

• Avantajları:

• 'V' şeklindeki motorlardaki paralel çift turbolar için faydalar (ve dezavantajlar), tek turbo kurulumlarına çok benzer.
• Sıralı turbolar veya düşük RPM'de bir turbo ve yüksek RPM'de her ikisini kullanmak için, bu çok daha geniş, daha düz bir tork eğrisi sağlar. Daha iyi düşük devir torku, ancak güç, küçük bir tek turbo ile olduğu gibi yüksek RPM'de azalmayacaktır.

• Dezavantajları:

• Maliyet ve karmaşıklık, çünkü turbo bileşenlerini neredeyse ikiye katladınız.
• Benzer sonuçlara ulaşmanın daha hafif, daha verimli yolları vardır (aşağıda tartışıldığı gibi).

3. Çift Sarmallı Turbo

Çift sarmallı turboşarjlar, tek sarmallı turbolardan neredeyse her açıdan daha iyidir. İki sarmal kullanarak, egzoz darbeleri bölünür. Örneğin, dört silindirli motorlarda (ateşleme sırası 1-3-4-2), 1 ve 4 numaralı silindirler turbonun bir sarmalına beslenebilirken, 2 ve 3 numaralı silindirler ayrı bir sarmala beslenir. Bu neden faydalıdır? Diyelim ki 1 numaralı silindir, piston alt ölü merkeze yaklaşırken güç strokunu bitiriyor ve egzoz valfi açılmaya başlıyor. Bu olurken, 2 numaralı silindir egzoz strokunu bitiriyor, egzoz valfini kapatıyor ve emme valfini açıyor, ancak bir miktar örtüşme var. Geleneksel bir tek sarmallı turbo manifoltunda, 1 numaralı silindirden gelen egzoz basıncı, 2 numaralı silindirin taze hava çekmesine müdahale edecektir, çünkü her iki egzoz valfi de geçici olarak açıktır, bu da turboya ulaşan basıncı azaltır ve 2 numaralı silindirin ne kadar hava çektiğine müdahale eder. Sarmalları bölerek, bu sorun ortadan kalkar.

• Avantajları: 

• Egzoz türbinine daha fazla enerji gönderilir, bu da daha fazla güç anlamına gelir.
• Farklı sarmal tasarımlarına bağlı olarak, daha geniş bir etkili RPM aralığı mümkündür.
• Egzoz temizlemesini engellemeden daha fazla valf örtüşmesi mümkündür, bu da daha fazla ayarlama esnekliği anlamına gelir.

• Dezavantajları:

• Belirli bir motor düzeni ve egzoz tasarımı gerektirir (örneğin: 2 silindirin turbonun her bir sarmalına eşit aralıklarla beslenebildiği I4 ve V8).
• Geleneksel tek turbolara göre maliyet ve karmaşıklık.

1. Değişken Geometrili Turboşarj (VGT)

Belki de turboşarjın en istisnai biçimlerinden biri olan VGT'ler, maliyet ve egzotik malzeme gereksinimleri nedeniyle üretimde sınırlıdır (ancak dizel motorlarda oldukça yaygındır). Turboşarj içindeki iç kanatlar, RPM'ye uyacak şekilde alan-yarıçap (A/R) oranını değiştirir. Düşük RPM'de, egzoz gazı hızını artırmak ve turboşarjı hızla döndürmek için düşük bir A/R oranı kullanılır. Devirler yükseldikçe, hava akışını artırmak için A/R oranı artar. Sonuç, düşük turbo gecikmesi, düşük bir takviye eşiği ve geniş ve pürüzsüz bir tork bandıdır.

• Avantajları:

• Geniş, düz tork eğrisi. Çok geniş bir RPM aralığında etkili turboşarj.
• Sadece tek bir turbo gerektirir, sıralı bir turbo kurulumunu daha kompakt bir şeye basitleştirir.

• Dezavantajları: 
• Tipik olarak sadece egzoz gazlarının daha düşük olduğu dizel uygulamalarda kullanılır, böylece kanatlar ısıdan zarar görmez.
• Benzin uygulamaları için, maliyet genellikle onları dışarıda tutar, çünkü güvenilirliği korumak için egzotik metallerin kullanılması gerekir. Teknoloji, Porsche 997'de kullanılmıştır, ancak maliyetle ilişkili olarak çok az VGT benzinli motor bulunmaktadır.

1. Değişken Çift Sarmallı Turboşarj

Aradığımız çözüm bu olabilir mi? SEMA 2015'e katılırken, turboşarj alanındaki en son gelişmeleri incelemek için BorgWarner standına uğradım, konseptler arasında yukarıdaki videoda açıklanan değişken çift sarmallı turbo da yer alıyor.

• Avantajları:

• VGT'lere göre önemli ölçüde daha ucuz (teoride), böylece benzinli turboşarj için kabul edilebilir bir durum yaratıyor.
• Geniş, düz bir tork eğrisine izin verir.
• Malzeme seçimine bağlı olarak, bir VGT'ye göre daha sağlam bir tasarıma sahiptir.  
   
• ​Dezavantajları:
• Tek bir turbo veya geleneksel çift sarmallı kullanmaya göre maliyet ve karmaşıklık.
• Teknoloji daha önce denendi (örneğin: hızlı dönüş valfi) ancak üretim dünyasında tutunmuş gibi görünmüyor. Teknolojiyle ilgili muhtemelen ek zorluklar var.

1. Elektrikli Turboşarjlar

Aeristech'in patentli Tam Elektrikli Turboşarj Teknolojisi, araç üreticilerinin katı gelecekteki emisyon mevzuatını karşılamasına yardımcı olurken, düşük motor devri ve araç hızında bile motor çalışma aralığında mükemmel tepki sağlayan yeni bir etkinleştirme teknolojisidir. FETT, tek kademeli bir turboşarj kullanarak aşırı motor küçültme ve gelişmiş motor verimliliği için nihai çözümdür.

Güçlü bir elektrik motorunu karışıma atmak, bir turboşarjın neredeyse tüm dezavantajlarını ortadan kaldırır. Turbo gecikmesi mi? Gitti. Yeterli egzoz gazı yok mu? Sorun değil. Turbo düşük devir torku üretemiyor mu? Artık üretebilir! Belki de modern turboşarjın bir sonraki aşaması, elektrik yolunun da şüphesiz dezavantajları var.

• Avantajları: 

• Bir elektrik motorunu doğrudan kompresör çarkına bağlayarak, turbo gecikmesi ve yetersiz egzoz gazları, gerektiğinde kompresörü elektrik gücüyle döndürerek neredeyse ortadan kaldırılabilir.
• Bir elektrik motorunu egzoz türbinine bağlayarak, boşa harcanan enerji geri kazanılabilir (Formula 1'de yapıldığı gibi).
• Tümünde eşit tork ile çok geniş bir etkili RPM aralığı.
   

• 
Dezavantajları: 

• Maliyet ve karmaşıklık, çünkü artık elektrik motorunu hesaba katmalı ve güvenilirlik sorunlarını önlemek için soğuk kalmasını sağlamalısınız. Bu, ek denetleyiciler için de geçerlidir.
• Paketleme ve ağırlık bir sorun haline gelir, özellikle de gerektiğinde turboya yeterli güç sağlamak için gerekli olacak bir bataryanın eklenmesiyle.
• VGT'ler veya çift sarmallar, çok daha düşük bir maliyetle (ancak aynı seviyede olmasa da) çok benzer faydalar sunabilir.