Turbo Çeşitleri Nelerdir? | Doğru Turbo Seçimi

Motordan daha fazla güç almanın en güvenli yollarından biri, yakabileceği hava ve yakıt miktarını artırmaktır. Bunu yapmanın bir yolu, fazladan silindir eklemek veya mevcut silindirleri büyütmektir. Bazen bu değişiklikler mümkün olmayabilir. Ancak bir turbocharger, özellikle satış sonrası bir aksesuar için performansı arttırmanın daha kolay ve daha kompakt bir yolu olabilir.

Bu yazıda güç artırıcı / aşırı besleme olan turbo’nun tüm çeşitlerini ve daha fazlasını teknik detaylara boğmadan en basit şekilde anlatıyorum. Turbo çeşitlerine geçmeden önce çok kısa olarak turbo’nun ne olduğunu hatırlatmakta ve doğru turbo seçimi yaparken boyutlandırma konusunun ne olduğunu anlatmakta büyük fayda var.

Turbo’nun kısa tanımı

Turbocharger (turbo), bir şaftla bağlanan iki yarıdan oluşur. Bir tarafta, sıcak egzoz gazları olan termal enerjiyi, kinetik enerjiye çeviren türbin pervanesi bulunurken, diğer taraftan atmosferden hava emerek motora sıkıştıran kompresör pervanesi bulunmaktadır. Bu sıkıştırma, yanma odasına daha fazla hava girebileceği ve daha fazla güç için daha fazla yakıt eklenebileceği için motora ek güç ve verimlilik sağlar. Yani bir turbo’nun çalışma mantığı, içten yanmalı atmosferik bir motora kendi emebileceğinden daha büyük bir hava kütlesi (oksijen) sağlamaktır. Birçok otomobil üreticisinin araçlarını turbolarla donatmasının nedeni budur.

Turbo boyutlandırması nedir?

Bir turbo’nun türbin ve kompresör pervanelerinin boyutu (ölçüsü) ve gövdesinin boyutu ve şekli, turbo’nun etkin aralığını belirler. Dolayısıyla motorun ne kadar güç üretebileceğini etkiler.

Küçük bir turbo, hızlı birikir, ancak üst devirlerde soluğu kesilir ve beygir gücünü sınırlar.

Daha büyük bir turbo çok daha fazla güç üretebilir, ancak ataletten dolayı daha ağır döneceği için düşük devirlerde turbo gecikmesine neden olup iyi iş çıkarmayacaktır.

Bundan dolayı, fabrika çıkışlı turbolu araçlar genellikle şehir içi sürüş yani hızlı tepki ve minimum gecikme için boyutlandırılmıştır, maksimum hız kullanımları için değil, bu nedenle daha mütevazı küçük turbolardır.

İşin diğer ucunda devasa büyük boyutlu yarış ve performans turboları var. Bu turbolar, sadece spool up sağlamak için çok yüksek miktarda egzoz gazı gerektirir. Bu, genellikle ortalama 5000 dev/dak veya daha fazlasına kadar kullanılabilir bir boost olmadığı anlamına gelir. Bu tür bir turbo muazzam boost seviyeleri ve büyük beygir gücü sayıları üretebilir, ancak gündelik kullanımlar için kesinlikle pratik değiller.

A/R

A/R (Area/Radius), tüm türbin ve kompresör gövdelerinin geometrik özelliklerini tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Çoğunlukla bir türbin gövdesinin akış kapasitesini ifade etmek için kullanılır. Ancak kompresör gövdelerine de uygulanabilir. A/R oranı bir turbonun hem tepkisini hemde maksimum gücünü belirler. A/R oranı arttıkça, gövde (hazne) kanalı geniş olur.

A/R (Alan/Yarıçap) oranı, egzoz gazlarının gövdeden ne kadar iyi ve ne kadar çabuk kaçabileceğini belirler. Eğer gövde dar olursa, biriktirme süresi iyileşir alt devirlerde daha çok güç elde edersiniz. Dar bir A/R oranı, daha az egzoz gazı alanı demektir. Çabucak egzoz gazları ile dolar turboyu hızlı biriktirir (spool up) ve alt devirlerde tepkisi iyileşir. Tam tersi geniş bir (gövde) A/R oranı, daha fazla egzoz alanı demek olup, ancak birikmesi zaman alır (turbo lag) ve alt devirlerde tepkisi kötüdür ama üst devirlerde maksimum beygir gücü alırsınız. Kısacası büyük A/R oranı maksimum güç, küçük A/R oranı daha iyi tepki demektir.

• 

• 

Trim

A/R oranı kompresör ve türbin gövdesini (housing) tanımlarken, trim, türbin ve kompresör pervane (wheel) oranını tanımlar ve turbo’nun akış özelliklerini etkiler. Trim, bir kompresör veya türbin pervanesinin küçük ve büyük çapları arasındaki paylaşılan ilişkidir. Kompresör tarafında, bunlara sırasıyla inducer ve exducer denir. Türbin için de tam tersi geçerlidir. Örneğin, kompresör pervanesine atıfta bulunurken inducer, havanın girdiği yerdir. Hava, exducer bölümünden çıkar. Yine, türbin pervanesine motordan gaz akışı inducer üzerinden gelir ve exducer üzerinden egzoz sistemine aktarılır. Bu ilişki nedeniyle, daha küçük türbin pervanesi kompresör pervanesini daha hızlı döndürür ve tam tersi. Kompresör pervanesini hızlı bir şekilde döndürmek iyi bir şey olsa da, küçük türbin- pervaneleri / gövdeleri (hazneleri) egzoz gazı akışını önleyebilir ve yanma odası ile türbin arasında geri basınç (backpressure) olarak adlandırılan bir birikime yol açar. Buda iyi bir şey değildir. Çoğunlukla, büyük trim’ler, diğer her şeyin sabit kaldığı varsayılarak daha fazla akışa eşittir.

Compressor wheel / Extended tip

Kompresör pervanesi, hava akışını ve turbo verimliliğini karakterize eden turbonun önemli bir parçasıdır. Geçmişten günümüze turbo üreticileri, ucuz oldukları için genellikle döküm pervaneler (cast) kullansalarda, dövme pervaneler (forged – billet) performans ve verimlilik için çok daha iyiler. Ayrıca, “extented tip” (uzatılmış uç) tipi bir kompresör pervanesi, daha büyük bir exducer çapıyla daha fazla kütle ekleyerek spool hızını düşürmek yerine, bu tasarım daha fazla hava akışını teşvik eder ve daha düşük motor devirlerinde daha hızlı boost sunar.

Turbo Lag

Gecikme tipik olarak, büyük gövdeli veya büyük türbin pervane boyutlarına sahip turbolarla deneyimlenir, çünkü türbin dönüşünü biriktirmek (spool up) için daha fazla egzoz basıncı gerektirir.

 

Turbo çeşitleri nelerdir?

Otomotiv endüstrisinde kullanılan birçok farklı turbocharger çeşidi (tipi) var. Biz burada bilinen tüm çeşitlerini inceleyeceğiz.

Bir turbo’nun merkezi (CHRA – Center Hub Rotating Assembly), kompresörü ve türbini bağlayan bir şaft içeren bileşendir. CHRA ayrıca dönen şaftı (mili) desteklemek için bir yatak sistemine sahiptir. Bu noktada, turbolar temel iki farklı yatak sistemi yapısı itibariyle, rulmansız ve rulmanlı olarak ikiye ayrılırlar.

Rulmansız (journal bearing) turbo

Rulmansız turbo’da, mil yüzük şeklinde bir yatak içerisine geçerek, ince bir yağ filmi tarafından desteklenir. Turbo’nun yağ beslemesi motor yağı devresinden gelir. Yüzüğün, yağın içeri girmesini sağlamak ve milin içinde dönmesi için bir yağlama bariyeri oluşturmak için birden fazla noktada delikler vardır. Bu, bir yandan dönüşü sağlarken, aynı zamanda meydana gelen çok yüksek hızlarda sistemin stabilitesini de sağlar.

Bu sistemin üretim maliyeti düşük ve bozulmalarda onarılabildiği için fabrika çıkışlı seri üretimlerde daha çok kullanılır.

Rulmanlı (ball bearing) turbo

Rulmanlı sistemde, geleneksel olan rulmansız sistemde olduğu gibi, birbirine göre hareket eden yüzeyler arasında ince bir yağ filmi yerine, sürtünmeyi büyük ölçüde azaltan ve dönmeyi daha çok kolaylaştıran bilyalı sistem mevcuttur. Bu durum, keskin bir gaz tepkisi yaratır. Sonuç, daha iyi bir sürüş ve daha iyi hızlanma anlamına gelen daha hızlı bir boost süresidir.

Rulmanlı (bilyalı) turbolar geleneksel rulmansız (kaymalı yataklara) göre daha az yağlama gerektirir. Bu, sızıntı riskini azaltır. Ayrıca motor kapatıldığında turbo hasarı riskini de azaltır. Bilyalı sistem sıradan olmayıp çok kaliteli ve dayanıklı malzemeden üretilmiştir.

Rulmanlı yatak sistemi, şaft hareketinin daha iyi sönümlenmesini ve kontrolünü sağladığı ve daha yüksek güç iletebildikleri için, daha güvenilir olmalarından dolayı özellikle yüksek performanslı araçlar için kullanılırlar. Üretim maliyetleri daha çok olup, bozulduklarında onarımları olmadığı için yenileriyle değiştirilirler.

Başka bir seçenek de hibrit rulman sistemidir. Hibrit rulman da, sadece kompresör tarafı rulmanlıdır.

Rulmansız yatak, uzun süredir turbonun gücü olmuştur. Bununla birlikte, bir rulmanlı (bilyalı) yatak şimdi turboya önemli performans iyileştirmeleri sunan uygun fiyatlı bir seçenek olmuştur.

Single (tek) turbo nedir?

Turbo denilince insan zihninde ilk canlanan şeydir aslında single veya single-scroll turbo. Bir motorun gücünü ve verimliliğini artırmanın uygun maliyetli yolu olmasının yanında basit, genellikle kurulumu en kolay turbo seçeneğidir. Özellikle küçük motorların daha hafif olarak, daha büyük atmosferik motorlarla aynı gücü üretmesini sağlarlar.

Tek bir turbo, tüm rpm aralığında etkili olamaz. Bu yüzden turbo içindeki elemanların boyutlarını (ölçülerini) değiştirerek tamamen farklı tork özellikleri elde edilebilir. Bununla birlikte, tek turbolar en iyi dar bir rpm aralığında çalışırlar. Yani, ya alt devirlerde hızlı spool olduğu için daha iyi tork sağlayan daha küçük bir turbo ya da üst devirlerde daha yüksek performans sunan daha büyük bir turbo seçmeniz gerekir. Ancak büyük turbolarda gecikme (lag) bir sorundur. Büyük turbolar düzlükte heyecan verici olsa da, virajlı sportif kullanımlarda sürmeyi çok daha zor hale getirir.

Diğer çift turbo ve sistemler, aslında tekli turbonun birer türevidir.

Değişken geometrili turbo nedir?

Bir turboda değişken geometrili bir türbin kullanma fikri en azından 1950’lere dayanmaktadır. O zamandan beri bir dizi farklı tasarım ortaya çıktı. Değişken türbin geometrisinin teknolojisi, değişken kanatların türbin kanatlarına karşı egzoz gazı akışını kontrol etmek için kullanılır.

Bir değişken geometrili turbo, turbo lag’i ortadan kaldırmak için büyük boyutlu turbonun üst devirlerdeki gücü ile küçük boyutlu turbonun alt devirlerdeki gücünü bir arada sunan bir turbo çeşididir.

Değişken geometrili türbinlere sahip turbolar için yaygın olarak kullanılan bir dizi farklı kısaltma vardır. Çoğu durumda, bunlar belirli bir üreticinin ürünleri ile ilgili olarak kullandığı ticari markalardır. Bu kısaltmalardan bazıları şunlardır:

VGT – Variable Geometry Turbocharger (Cummins/Holset),
VNT – Variable Nozzle Turbine (Honeywell/Garrett),
VTG – Variable Turbine Geometry (BorgWarner and ABB)
VGS – Variable Geometry System turbocharger (IHI)
VTA – Variable Turbine Area (MAN Diesel & Turbo)
VG – Variable Geometry turbocharger (MHI)

Değişken geometrili turbo nasıl çalışır?

Değişken geometrili turbo, motorun devirlerine uyacak şekilde A/R oranlarını değiştirebilen türbin etrafında bir halka mekanizmasına bağlı hareketli kanatlara (vanes) sahiptir. Kanat açıları bir aktüatör ile ayarlanır.

Alt devirlerde, bu kanatlar kapanarak, egzoz gazı akışı hızlandırılıp, turbonun daha çabuk “spool” olması sağlanıyor. Dolayısıyla alt devirlerde boost elde edilmiş olunuyor.

Yüksek motor devirlerinde ise, kanatlar birbirinden ayrılarak yüksek egzoz gazı akışı tamamen değişken kanatlardan türbin pervanesine yönlendirilerek bir anlamda wastegate görevi yaparak turbo’nun hızı düşürülür.

Değişken geometrili turbo ile neredeyse hiç turbo gecikmesi yaşanmadan tüm devir bandı boyunca güç sağlanabiliyor. Ayrıca, kanatların açısıyla sürekli basınç ayarlanabildiği için, bir wastegate’e ihtiyaç duyulmuyor. Ancak, kanatlar tam açık olduğu halde basınç hala çok yüksekse, bu durumda bir wastegate’te olduğu gibi atık gazların dışarı atılacağı bir tahliye yani atık kapısı olmadığı için tüm gazlar türbinden mecbur geçmek zorundadır. Bu durumda yapılabilecek tek şey, daha fazla egzoz gazını sınırlamak için yakıt miktarını geri çekmek olacaktır.

VGT sistemleri yüksek sıcaklıklara duyarlı olduğundan, ilk önceleri sadece egzoz gazı sıcaklığının önemli ölçüde düşük olduğu dizel motorlarda kullanılmıştır. Bir benzinli motorun yüksek sıcaklıklarla başa çıkmak için VGT sistemlerinde pahalı malzemelerin kullanılması gerekir. Porsche 911, benzinli motorlar için VGT turboyu kullanan ilk üreticiydi. Daha sonra Volkswagen grubu ve diğer üreticiler takip etmeye başladı.

Dual Boost turbo nedir?

Honeywell / Garrett tarafından üretilen dual boost (twin blade compressor wheel / double sided compressor wheel) turbo’nun birincil iddiası düşük atalettir, yani turbonun dönen bileşenlerinin kütlesi daha düşüktür ve dolayısıyla daha hızlı hızlanabilir ve yavaşlayabilir. Bu, arka arkaya monte edilmiş birebir aynı iki küçük benzersiz bir kompresör pervanesi kullanarak başarıldı. Her pervanenin kendi ayrı hava girişi vardır ve ortak bir çıkışa boşaltılır.

Bu tasarım, dual boost’un daha büyük bir turbonun aynı hava akış kapasitesini sunarken daha düşük ataletli bir pervane grubuna sahip olma avantajını sağlıyor.

Dual boost, performansı desteklemek için geleneksel rulmansız tipi rulmanlar yerine bilyalı rulmanlar kullanır. Bu mekanik kayıpları azaltır ve turbo yanıtını daha da geliştirir.

Dual boost, wastegate’li olup, hem benzinli hemde dizel motorlara uyarlanabilmektedir.

Çift (iki) turbo nedir?

Birçok turbolu motorda artık bir (büyük) turbo yerine iki turbo bulunmaktadır. Turbolar biraz daha küçüktür ve silindirlerden çıkan egzoz gazı akışını paylaşır. Örneğin altı silindirli bir durumda, her turbo üç silindirden çıkan egzoz gazlarını kullanır.

Büyük bir turbo, boost oluşturabilmek için daha fazla enerjiye yani egzoz gazına ve dolayısıyla daha yüksek motor devrine ihtiyaç duyar. Çift turboda durum böyle değildir, çünkü ikili turbo kullanmanın en büyük avantajı, daha düşük bir kütle ataletine sahip olmalarından dolayı düşük devirlerde yeterince boost sağlayabilmesidir. Ayrıca, kombine edilerek yüksek devirlerde de yeterli boost sağlayabilirler.

Çift turbo kullanımı, kendi içerisinde ikiye ayrılıyor ve en çokta kafalar burada karışıyor. Bunlar twin-turbo ve bi-turbo şeklindedir. Şimdi bu karışıklığı ortadan kaldırmak için ne olduklarını inceleyelim.

NOT: Üretimde pek yaygın olmasa da, fabrika çıkışlı Audi ve Bmw’nin “Tri turbo” (3’lü turbo) ve yine Devel Sixteen, Bmw ve Bugatti’nin “Quad turbo” (4’lü turbo) sistemleri mevcuttur. Elbette, fabrikasyon çıkışlı olmayan modifiye sahnesinde üç veya daha fazla (multiple-turbo setup) turbo içeren kurulumlar da var.

Twin Turbo ve Bi Turbo nedir?

Hem Bi Turbo hem de Twin Turbo motorlar var. Temel olarak, her ikisi de aynı. Bununla birlikte, sıralı (sequential), paralel (parallel) ve kademeli (compound / staged) sistemler vardır – bu, iki turbo tipinin bir konfigürasyonudur.

Bunu en iyi şekilde anlamak için kelimenin anlamına bakarak yola çıkmaktır. “Twin” kelimesi İngilizce de “ikiz” anlamına gelirken, “Bi” Latincede “iki” anlamına gelmektedir. Şimdi temelde her iki sistemde de 2 tane turbo olmak zorundadır. Ancak, twin turbo’da her ikisinin de boyutları aynıyken, bi turbo’da ise turboların boyutları ya aynıdır ya da birbirinden farklıdır.

İşte birbirlerine karıştırılmaları da bu noktada başlıyor. Çünkü görüldüğü üzere aslında her bir bi-turbo, bir twin-turbo olabilirken, her twin turbo, bi turbo demek değildir.

Çok karıştırılan bu durumun sebebi yine her zaman ki gibi üretici markaların kendi konseptlerine göre bu isimleri uyarlamalarıdır. Bazı üreticiler kendi turbo sistemlerini twin-turbo olarak adlandırırken, bazıları bi-turbo olarak lanse ediyor. Sorun, bu sistemler verdikleri isimle birbirinin aynısı olabilirken, tamamen farklı sistemler olabilmeleridir. Diğer bir ifadeyle, bu durum firmaların tamamen pazarlama stratejisi uygulamasıdır.

Ancak bunları birbirinden ayırt etmenin en iyi yolu ise, sistemlere göre ayırmaktır. Sistemlere göre ayrım yapılırsa bu durumu ayırt etmesi daha kolay olur. Yani bi turbo hem paralel hem de sıralı sistem olabilirken, twin turbo sadece paralel olabilmektedir. Ama genellikle twin turbo daha çok paralel iken, bi turbo daha çok sıralı için kullanılır.

Ne tür iki turbo kurulumları (set-up) var?

Bir yerine iki turbo kullanmak, birkaç potansiyel fayda sağlar – ancak twin-turbo terimi, turboların nasıl yapılandırıldığını veya nasıl çalıştıklarını söylemez. Benzer şekilde, bazı motorlar bi-turbo olarak tanımlanır; yine, bu sadece iki turbonun varlığını gösterir ve size belirli bir sistemin nasıl tasarlandığını söylemez. Bunun için aşağıda göreceğiniz temel 3 konfigürasyon vardır.

Parallel system

En basit iki (çift) turbo düzenlemesi paralel turbo sistemidir. Her iki turbo da aynı anda bağımsız olarak çalışır. Piyasadaki çoğu iki turbo’lu sistem bu tiptir.

Twin turbo sistemi aslında paralel sistemdir. Buradaki amaç, bir adet büyük turbo yerine aynı büyüklükte 2 adet küçük turbo kullanarak, tek bir büyük turbonun alt devirlerde oluşturduğu turbo gecikmesinin önüne geçerek, tüm devir bandı boyunca güç elde edebilmektir.

İki küçük turbo kullanılarak, motor silindir sayısına göre yani yarı yarıya güçlendirilir. Örneğin, V6, V8, gibi V motorlarda yada 6 silindirli sıralı motorlarda, toplam silindir sayısının yarısı için tek bir turbo diğer yarısı için yine tek bir turbo kullanılır.

Bu sayede daha düşük atalet momentlerine sahip iki daha küçük turbo kullanılarak, hızlanma sırasında tepki davranışı ve tüm sistemin verimliliği iyileştirilebilir.

Maserati, kitle pazarındaki ilk ikiz turbo veya kendi sözleriyle biturbo olarak biliniyordu. Aynı zamanda, ferrari, mitsubishi, nissan, bmw ve diğer markalar da kullanmaktadır.

Sequential system

Bi turbo’lar gerçekte sıralı sistemlerdir. Turbo lag’i azaltmak için, bazı üreticiler bu sistemi seçerler. Sequential sistem ikiye ayrılır.

• Parallel-sequential

Parallel-sequential’da, her iki turbo’nun türbini de egzoz gazları tarafından sürekli olarak çalıştırılmaz, ancak ikinci türbin yalnızca karşılık gelen bir güç gereksinimi olduğunda açılır ve daha sonra ikinci kompresörü çalıştırır. Bu tekniğin amacı devir bandı aralığının kullanılabilirliğini arttırmaktır.

Düşük motor devirlerinde, sınırlı miktarda egzoz gazı turbolardan birini çalıştırmaya yönlendirilirken, diğeri rölantide kalır. Bu nedenle, ilk turbo daha hızlı (spooling) sarılabilir. Egzoz gazı akışı her iki turboyu spool etmek için yeterli bir miktara ulaştığında, ikinci turbo müdahale eder ve maksimum boost’a ulaşmaya yardımcı olur. Geçişler, motor yönetim sistemi (ECU) tarafından kontrol edilen bir bypass valfi ile gerçekleştirilir. Kısacası, bu sistemde bir (ilk çalışırken küçük olan turbo) turbo sürekli devir aralığı boyunca çalışır, ancak ikincisi sadece motor devri arttığında ve yeterli egzoz gazı üretildiğinde devreye girer.

İlk örnekler olarak, Toyota, Mazda, Nissan ve Subaru olarak gösterebiliriz.

• Series-sequential

Series-sequential’da, bir turbo ilk başta düşük devirlerde takviye sağlar ve motor devri arttıkça ikinci büyük turbo bir bypass tarafından aktif hale getirilir. İlk turbo daha sonra kapatılır. Bu, iki turbonun asla aynı anda çalışmadığı, ancak hıza bağlı olarak değiştiği anlamına gelir.

Bu sistem çok fazla yaygın olmayıp ilk örneğini Porsche 959 olarak gösterebiliriz.

Compound (staged) system

Küçük bir turbodan başlayarak, hava doğrudan havayı daha da sıkıştıran biraz daha büyük bir turboya geçirilir. Yani, birincisinin kompresörünün çıkışı ikincinin kompresör girişine beslenir. Kademeli sistem genellikle dizel motorlarda kullanılır.

Çift turboların avantajları ve dezavantajları

Paralel sistemde iki turbo kullanmanın avantajı, silindir sayısına göre eşit dağıtılarak, büyük bir turbo’nun getireceği o alt devirlerdeki turbo lag’ini minimize etmektir.

Sıralı sistemde ise, üst devir aralığında, iki turbonun daha büyük iletim hızı avantajına sahip olursunuz, düşük hız aralıklarında ise sadece bir türbinin düşük ataleti, boost’un hızlı ve erken birikmesine (spool) ve dolayısıyla yine turbo lag’i en aza indirerek iyi bir tepkiye neden olur.

Bununla birlikte, her üç (paralel, sıralı, kademeli) sistemde de çift turbolu motorların dezavantajları vardır. Doğal olarak daha karmaşık ve daha pahalıdırlar. Artan parça sayısı ve potansiyel arıza noktaları nedeniyle – özellikle sistemler daha eski olduğunda – bakımı daha zor olabilir.

Reverse rotation turbo nedir?

Bir turbonun standart dönüş yeri saat yönündedir. Reverse rotation (tersine dönüş) saat dönüşünün tersi yönündedir. Ters dönüşlü turbolar herhangi bir teknik avantaj sunmayıp – çünkü aynı işi yaparlar, sadece yapısal avantaj sunarlar. Özellikle kaput altında paketleme sıkıntısı ve twin-turbo projeleri için harika bir çözümdür. Örneğin V motorlarda bu sayede turbo’yu egzoz manifolduna daha fazla yaklaştırıp kompakt ve simetrik bir yapı elde edilir.

Twin-Scroll turbo nedir?

Çift turbo kullanmaktan kaçınmak için, “twin-scroll” bir turbo seçebilirsiniz. Çünkü twin-scroll turbolar çift turboların avantajlarını yansıtır.

Geleneksel tek turbolu bir düzenlemede, tüm egzoz manifoldları turbonun türbin gövdesi ile birbirine bağlanırken, twin-scroll turbo iki ayrı kanala ayrılır. Bunu bölünmüş bir türbin gövdesi ve her biri için doğru silindirleri eşleştiren özel bir egzoz manifoldu (flanş) kullanarak çözer. Örneğin, tipik bir 4 silindirli motorda, ateşleme sırası 1-3-4-2 olan, 1 ve 4 numaralı silindirler bir kanalda birleşirken, 2 ve 3 numaralı silindirler başka bir kanalda birleşir. İki egzoz gazı akışı türbin kanatlarına birbirinden bağımsız olarak çarpar, çünkü bunlar türbin gövdesine entegre bir duvarla ayrılar.

Bu, iki egzoz gazı akışı tepkimesini (exhaust impulse) birbirine müdahale etmesini önler. Bu, turbonun verimliliğini en üst düzeye çıkarır ve maksimum egzoz boşaltımına (exhaust scavenging) izin verir.

Twin scroll, başka bir metod olan (variable twin-scroll‘den bahsetmiyorum), farklı A/R oranlarına sahip gövdeler kullanılarak da yapılabilmektedir.

Variable twin-scroll turbo nedir?

Ünlü Borgwarner turbo markası, twin scroll bir turbonun, egzoz akışını sadece bir kanala yönlendirebilen veya valfin açılma derecesini değiştirebilen bir valfe sahip olduğu bir turbo konsepti geliştirmiştir, böylece gazlar iki kanal arasında tamamen bölünebilir. Bu sistemin adına “variable twin-scroll” denilmektedir.

Variable twin-scroll turbo, VGT’yi, twin-scroll kurulumla birleştirir. Düşük devirlerde, kanallardan biri tamamen kapanarak tüm havayı diğerine iter. Bu, iyi turbo yanıtı ve alt devir performans sağlar. Hızlanıldığında, diğer kanala hava girmesi için bir valf açılır (bu tamamen değişken bir işlemdir, yani valf küçük adımlarla açılır). İyi bir üst devir performans elde edersiniz. Normalde sadece çift turbo kurulumundan alabileceğiniz performansı tek bir turbodan elde edersiniz.

Değişken geometrili turboların (VGT) dezavantajı, benzinli motor uygulamaları için pek uygun olmamalarıdır. Variable twin scroll, benzinli motorlar için VGT ve twin-scroll turbonun avantajını bir arada sunan bir sistemdir.

Dual Volute turbo nedir?

BorgWarner tarafından üretilen dual volute turbocharger, “ light-duty vehicles” tabir edilen Chevrolet Silverado ve GMC Sierra gibi Amerikan Pickup modellerindeki benzinli motorlar için özel bir çözüm olarak tasarlanmıştır ve kamyonet üreticilerine yakıt verimliliği hedeflerine ulaşmalarında yardımcı olur. Kamyonetler ağır olmalarına rağmen, dual volute turbocharger sayesinde düşük hızlardan itibaren çok daha hızlı bir motor tepki süresi sunuyor. Çift kıvrımlı geometri, motor egzoz gazı titreşimlerinin tamamen ayrılmasını sağlar, böylece twin scroll turbo’ya kıyasla, türbin pervanesine önemli ölçüde daha fazla egzoz enerjisinin yönlendirilmesine izin verir, bu da daha iyi verim ve boost basıncının daha hızlı oluşturulmasını sağlar. General Motors – GM, bu yenilikçi teknolojiyi bir üretim aracına koyan ilk şirket.

Geleneksel twin-scroll turboların çift kıvrımlı türbin gövdesi yan yana ve hava akışı (air flow) haznesinin türbin pervanesine olan çıkış noktası beraber iken, dual volute turbo’nun çift kıvrımlı gövdesi üst üste olup iç hava akışı haznesi tamamen ayrıktır. Buda onun çok daha iyi tepki vermesini sağlayıp daha verimli yapıyor.

Elektrikli turbo nedir?

• 

• 

Elektrikli turbo, geleneksel bir turbonun alt devirlerde çok hızlı bir şekilde birikmesini (spool up) sağlayarak, turbo gecikmesini ortadan kaldırmaya yardımcı olmak için kullanılır. İki çeşit “elektrikli – aşırı besleme” sistemi mevcuttur.

Birincisi, ilk kez Audi’nin SQ7 modelinde kullanılan, bir tarafı sadece kompresörden oluşurken diğer tarafı ise elektrikli motora bağlı (electric powered compressor) olan sistemdir. Bu sistemin türbini olmadığı için buna gerçek elektrikli turbo denmez. Bu sistem aslında bir elektrikli (kompresör) supercharger’dır.

İkincisi ise, formula 1’in MGU-H teknolojisinden esinlenilen, turbonun ortasına bir elektrik motoru (jeneratör) eklenerek gerçekleştirilir. Bu, ayrıca daha sonra kullanılmak üzere elektriği depolayarak bir jeneratör olarak da görev yapabilir. Bu sistem gerçek bir elektrikli turbo’dur.

Şu anda her iki sistemin de elektrik motoru, 48 voltluk bir yerleşik elektrik sistemi (alternatör) tarafından harekete geçiriliyor.

Her ikisinin amacı da aynıdır. E-turbo’lar sayesinde motor devrinden ve egzoz gazı akışı kütlesinden bağımsızlaşılır. Bunlar ortalama 3.000 dev/dak’ya kadar kullanılabilir ve belli bir güç sonrası her ikisi de devre dışı bırakılırlar. Aralarındaki tek fark, ilki egzoz gazından bağımsız iken, diğeri türbin ve kompresör arasında yer alır.

Elektrikli turboların en büyük dezavantajı, maliyetli ve karmaşık olmalarıdır. Avantajları ise, çok daha verimli olmalarının yanında kaput altında kompakt yapısından dolayı paketlemeye daha iyi müsait olmasıdır. E-turbolarla birlikte, turbo gecikmesinin artık tarihe karıştığını söyleyebiliriz.

Birinci tip e-kompresör

İkinci tip e-turbo

DİKKAT: İnternette reklamı yapılan bazı “elektrikli turbo” adı altında ürünler satılmaktadır. Bunlar tamamen eğlence amaçlı aslı olmayan “fake” turbolardır. Çok pahalıya satılan gerçek olan e-turbo’larda satılmakta ancak bunlar kısa vadeli çözümler olup çok fazla elektrik tükettikleri için bir anlamı olmamaktadır.

• 

• 

Sahte (fake) e-turbo kiti

Hibrit turbo nedir?

Hibrid (hybrid) turbo, günümüzde artık iki anlama gelmektedir. Birincisi, hayatımıza kısa süre önce giriş yapan yukarıda açıklamasını yaptığım elektrikli turbodur. Ama ondan önce asıl amacında kullanılan, standart olmayan veya potansiyel olarak modifiye edilmiş (tuning) anlamındadır.

Daha fazla turbo performansı istenilirse, yapılacak şeylerden bir tanesi mevcut turboyu daha büyük bir turboyla doğrudan değiştirmek olacaktır. Tek sorun, yeni bir turbo çok daha pahalı olacak ve muhtemelen sığması yani paketlenmesi için kaputun altında daha fazla uğraşmanız gerekecektir. Çözüm basit. Farklı boyutlardaki parçaları ve bazı durumlarda farklı üreticilerin turbolarından birleştirilerek, duruma göre hepsini birden yada ayrı ayrı olarak, gövdeyi, kompresör ve türbin pervanelerini büyütüp (daha büyük A/R oranı) ve daha iyi bir (rulmanlı) yatak sistemine geçiş yapılarak yani turbonun tüm bileşenlerini modifiye ederek yapılır. Bu, hibrit (melez) bir turbo olarak bilinen asıl manasında kullanılan şeyi yaratır.

Amaç en iyi parçaları kombine ederek ortaya daha verimli bir turbo çıkartmaktır. Ancak, parçaların birbirine uyum sağlayabilmesi için örneğin büyük pervanelere uyacak şekilde gövdenin iç kısmının işlenmesi gerekebilir. Bu işin emin ellerde ve bilen uzman kişiler tarafından yapılmasını tavsiye ederim.

Two shaft turbo nedir?

Geleceğin otomotiv uygulamaları için patent aşamasında “two-shaft turbo” adında iki adet proje bulunmaktadır. Projelerden ilki 1990’da SAE tarafından ortaya atılan Eksenel – Radyal (Axial – Radial) turbo sistemidir. Bu proje daha sonra 2006 yılında Honeywell tarafından geliştirilecek olan projenin tohumlarını atmıştır.

1990 yılında SAE International tarafından yapılan proje iki farklı tipte kompresör pervanesi kullanılarak oluşturulmuştur. Çok basit bir şekilde, tek bir türbin pervanesinden tahrik edilen, turbo ve centrifugal supercharger‘larda kullanılan geleneksel radyal kompresör pervanesinin önüne jet motorlarında kullanılan bir eksenel kompresör pervanesi eklenerek oluşturulmuş bir sistemdir. Böylece hava birinden diğerine aktarılarak daha fazla boost elde edilir.

Diğer başka bir çözüm yöntemi olarak 2006 yılında Honeywell turbo üreticisi tarafından ele alınan projedir. 2006’dan beri var olan bu tasarımda, eksenel (axial) çeşitliliğe sahip ikinci bir kompresör ve türbini, tek turbo ünitesine, geleneksel olandan bağımsız (eşmerkezli) olarak ikinci bir şaftta ekler. Kombine pervaneler, tek bir turbo ünitesinde iki aşamalı bağımsız sıkıştırma sağlar. Tek bir gövdedeki iki pervaneye ek olarak, turbo içine yerleştirilmiş bir dizi değişken geometrili kanatlı tasarım vardır.

Daha basit olan ilk tasarımda sadece tek taraflı olarak kompresör kısmında eksenel pervane kullanılırken, diğer (geliştirilmiş) yöntemde eksenel pervaneler hem kompresör hemde türbin kısmında da olup ekstradan değişken kanatlar eklenmiştir.

Her iki tasarımda da hedeflenen amaç bir turbonun basınç oranını kompakt bir şekilde arttırmaktı. Compound turbo kurulumu ile aynı işlevi görür, ancak daha küçük bir ölçekte ve tek bir ünitede. Eksenel kompresör pervanesi, aynı türbin hızlarında daha fazla hava taşır. Amaç sequential turboya göre, paketleme ve maliyet açısından daha verimli olmaktır.

Her iki sistemde proje bazında patentli olup, şu ana kadar iki şaftlı turbo teknolojisinin gerçeğe dair bilinen bir uygulaması yoktur.

Burada yazılanların dışında farklı bir turbo çeşidi veya sistemi varsa sizlerde katkıda bulunabilir ve aşağıda yorumlarda bunları belirtebilirsiniz.