Turboşarj tasarımında önemli yenilikler

Motorlar; güç, verimlilik ve emisyon performansı sunmak için turboşarja ihtiyaç duyar. Turboşarjlar, ticari araçlarda kullanılan içten yanmalı motorların temel bir bileşenidir ve verimli bir şekilde güç üretmek için kritik öneme sahiptir. Cummins Inc.'de Cummins® Holset® turboşarjları, doğru performans, verimlilik ve dayanıklılık dengesini sağlamaya yardımcı olmak için belirli müşteri ve uygulama gereksinimlerine uyacak şekilde tasarlanmıştır.  

Turboşarj tasarımını şekillendiren bileşenler

Bir turboşarj tasarlarken, mühendisler motor performansını, emisyonları ve dayanıklılık hedeflerini karşılamak için özel olarak tasarlanmış bileşenleri seçer:

• Kompresör aşaması: Kompresör tekerleği ve muhafaza tasarımları, bileşen açıklıklarının yanı sıra, her motorun gereksinimleri için hava kütlesi akışı, basınç oranı (güçlendirme) ve verimlilik arasındaki dengeyi belirler. Vaned kompresörler ve aşındırılabilir teknolojiler, kompresör performansını en üst düzeye çıkarmak için kullanılan yeniliklere örnektir.
• Rulman sistemi: Sürtünme kayıplarını en aza indiren tasarımlar, genel turboşarj verimliliğini artırır ve biriktirme süresini azaltır. Makaralı elemanlı rulmanlar (bilyalı rulmanlar), güçlü performans ve dayanıklılık sağladığından giderek daha popülerdir.
• Türbin aşaması: Türbin tekerleği, nozul ve muhafaza tasarımları, uygun motor geri basıncını korurken kompresör için yeterli güç üretmek için egzoz kütle akışını, genleşme oranını ve verimliliği dengelemelidir. Örneğin, Kuzey Amerika orta hizmet ve ağır hizmet kamyon pazarlarında yaygın olarak kullanılan değişken geometrili türbinler, egzoz gazı devridaimi için gereken arka basıncı sağlarken, değişen motor hızlarında ve yüklerinde güçlendirme basıncını ayarlayabilir. Bu, daha geniş bir çalışma koşullarında yakıt verimliliğini artırmaya yardımcı olur.

Maksimum performans için turboşarjlar tasarlama

Bağımsız turboşarj bileşenleri genel performansı etkiler, ancak uygun sistem eşleştirmesi veya komple sistem için bileşenlerin seçimi, performansın belirli motor gereksinimlerine uygun olmasını sağlar. Eşleştirme genellikle kompresör ve türbin aşamalarında gerçekleşir.

• Kompresör aşaması: Mühendisler, motor hacmine, güç hedeflerine ve motor üreticisi tarafından belirlenen hava yakıtı oranı gereksinimlerine göre motorun hava akışı gereksinimlerini karşılayan bir kompresörü tanımlar. Hava-yakıt oranı, emisyon standartlarını karşılamak için özellikle önemlidir. Kritik çalışma koşullarında verimliliği en üst düzeye çıkararak, daha fazla türbin enerjisi, fazla ısı üretmek yerine güçlendirme basıncı oluşturmaya doğru gider. Örneğin, bir motor aynı hacmi ve hava yakıt oranını korurken daha fazla güç gerektirdiğinde, genellikle daha büyük bir kompresör gerektirir.
• Türbin aşaması: Mühendisler, kompresör için hava kütlesi akışını karşılayacak ve motor çalışma koşullarında gereksinimlerini artıracak kadar güç üreten bir türbin seçer. Türbin, türbin genelinde egzoz akışı ve basınç genişlemesi kullanarak güç üretir. Daha verimli bir türbin, aynı gücü üretmek için daha az basınç farkı gerektirir ve bu da motor geri basıncını azaltmaya yardımcı olur. Uygulamada, bir motor aynı deplasmanda ve hava yakıtı oranında daha fazla güç gerektirdiğinde, doğru dengeyi korumak için genellikle daha küçük bir türbin gerektirir.

Turboşarjlarda verimliliği artırmak

Turboşarj teknolojisindeki son gelişmeler önemli verimlilik iyileştirmelerine olanak sağladı. Kritik motor çalışma noktaları için aerodinamik tasarımları uyarlamanın ötesinde önemli gelişmeler şunları içerir:

• Kompresör aşaması: Kompresör tekerleği ve muhafaza arasındaki boşluğu hassas bir şekilde kontrol ederek kompresör verimliliğini artırmak için en son nesil Holset turboşarj ürünlerinde aşındırılabilir kaplamalar tanıtıldı. Vaned kompresörler, basınç kapasitesini artırırken ve minibüssüz bir kompresörün akış aralığını korurken kompresör verimliliğini artırmak için de kullanılır.
• Rulman sistemi: Daha yeni orta sınıf ve ağır hizmet turboşarj platformları, rulman sistemindeki sürtünme kayıplarını azaltan bilyalı rulmanları barındırmaktadır. Bu, daha güçlü düşük uç performansı için genel turboşarj verimliliğini ve geçici yanıtı artırır.
• Türbin fazı: Değişken geometrili türbin teknolojisi gelişmiştir ve Holset turboşarjları, nozul içindeki anahtar açıklıkları hassas bir şekilde kontrol ederek önemli türbin iyileştirmeleri sağlar. Wastegate turboşarj ürünleri, tam arka örtülü türbin tekerlekleri ve optimize edilmiş sabit nozul tasarımları sayesinde türbin verimliliğini de artırmıştır.

Motor performansı ve emisyon gereksinimleri gelişmeye devam ettikçe, turboşarj tasarımı önemli bir yenilik alanı olmaya devam edecektir. Hassas bileşen eşleştirme, optimize edilmiş aerodinamik ve sürekli mühendislik ilerlemelerinin kombinasyonu, turboşarjların ticari araç uygulamaları için verimli, güvenilir güç sağlamasına yardımcı olur.