Araba motorları çalışabilmek için havaya ihtiyaç duymaktadır. Havanın temiz ve soğuk olması motorun verimini arttıracaktır. Bu nedenle otomobil üreticileri yeni hava sistemi elemanları geliştirmekte ve araçların verimlerini ve güçlerini artırmaktalar. Otomobil hava sistemleri, içten yanmalı motorlarda motora hava sağlayan sistemlerdir. Yanma odasında benzin veya dizel yakıtın yanması için gerekli hava miktarını sağlarlar. Hava atmosferden alındıktan sonra motora gelene kadar bazı hava sistemi parçalarından geçmektedir. Bu sayfada atmosferik ve aşırı beslemeli motorların nasıl çalıştığı ve aralarındaki farklara dair bilgiler yanı sıra turboşarj ve süperşarj hakkında ayrıntılı bilgi bulabileceksiniz. Ayrıca bütün hava sisteminde kullanılan motor parçaları anlatılmıştır. Motor hava sistemleri parçaları arasında anlatılan konular:
- Gaz kelebeği veya Boğaz Kelebeği Nedir?
- Rolanti Motoru Nedir?
- Hava Debimetresi – MAF Sensörü Nedir?
- MAP Sensörü Nedir?
- Hava Sıcaklık Sensörü Nedir?
- Hava Filtresi Nedir?
*Sayfa içeriklerindeki başlıklara tıklayarak bu parçaların çalışma prensiplerine ulaşabilirsiniz. Veya sayfayı okumaya devam ettiğiniz takdirde turboşarj ve süperşarj konusu devamında hava sistemi parçaları başlığı altında bütün parçaları bulacaksınız.
*İçten yanmalı otomobil motorları nasıl çalıştığına dair bilgi almak isterseniz motor çalışma prensibi sayfasına bakabilirsiniz.
Hava sistemleri, havanın silindirlere veriliş şekline göre atmosferik sistemler ve şarjlı sistemler olmak üzere ikiye ayrılmaktadır.
Atmosferik Motor Nedir?
Atmosferik motorlar, havayı ekstra bir ekipman yardımı olmadan sadece pistonların aşağıya inerken yaptığı vakum etkisi yardımıyla silindirlere alırlar. Motor hava alırken sadece atmosfer basıncından yararlanır. Pistonların aşağı doğru hareketi ile silindir içerisinde emiş etkisi ile vakum oluşur. Bu vakum sayesinde motor dışarıdan havayı başka bir ekipmanın yardımı olmadan silindirlere alır.
Atmosferik motor ‘ların aşırı beslemeli motor ‘lara göre avantajı tepki süresidir. Şarjlı sistemlerde turbo lag dediğimiz aşağıda ayrıntılı bir şekilde anlattığımız turbo gecikmesi sebebiyle tepki süreleri uzundur. Gaz pedalına bastığınız zaman atmosferik motor ‘dan hemen tepki alırsınız. Bir diğer avantajı ise hava sistemlerinde fazla ekipman olmamasıdır. Aşırı beslemeli motorlarda motor parçalarının fazlalaşması arıza riskini de beraberinde getirmektedir. Aşırı beslemeli motor ‘larda oluşabilecek bir arızanın maliyeti yüksek olacaktır. Fakat bunlara rağmen aynı gücü elde etmek isteyen iki motordan atmosferik olan daha büyük hacimde olmak zorundadır. Yani aynı hacime sahip iki motordan aşırı beslemeli olan motor atmosferik motora göre daha fazla güce ve torka sahiptir.
Aşırı Beslemeli Motor Nedir? – Turboşarj ve Süperşarj
Aşırı beslemeli motor ise aşağıda ayrıntılı anlatacağımız turboşarj ve süperşarj sistemleri sayesinde havayı silindirlere basınçlı bir şekilde yollarlar. Turboşarj ve süperşarj motora fazladan hava yollaması sayesinde motorda oluşan güç ve tork miktarı artmaktadır. Yani kısacası günümüz motorlarında aşırı besleme olarak 2 çeşit şarj sistemi kullanılır.
1-Turboşarj (Turbocharger)
2-Süperşarj (Supercharger)
Aşırı beslemeli motorlarda kullanılan turboşarj ve süperşarj sistemlerinin ortak özelliği silindirlere havanın sıkıştırılarak basınçlı bir şekilde yollanmasıdır. Aralarındaki teknik fark ise tahrik yöntemleridir.
I – Turboşarj Nedir ve Nasıl Çalışır ? Turbo Çalışma Prensibi (Turbocharger)
Turboşarjlı motorlara halk arasında sadece turbo motorda denir. Çoğu motor üreticileri tarafından tercih edilen aşırı besleme sistemi turboşarj yani turbo ‘dur. Kullanım açısından popüler olmasına rağmen peki turboşarjın dezavantajları yok mu? Bu başlık altında ” Turboşarj nasıl çalışır?” , ” Turboşarjın görevi ve çalışma prensibi nedir?” ve ”Turboşarjın avantajları ve dezavantajları nelerdir?” gibi soruların cevabını bulacaksınız.
*Turbo şarj nedir ve turbo arızası nasıl anlaşılır gibi sorulara cevap verilmiş olan ve turbo hakkında herşeyin anlatıldığı sayfayı burayı tıklayarak görebilirsiniz.
Turboşarj (Turbocharger) Nasıl Çalışır? Turbo Çalışma Prensibi
Turboşarj sistemi tahrikini egzoz gazından alır. Turbo silindirlerdeki yanma sonucu oluşan egzoz gazının turboşarjın türbin tarafına girerek türbini döndürmesiyle çalışmaktadır. Türbin tarafı şaft yani mil vasıtası ile kompresör (compressor) veya diğer adıyla blower tarafına bağlıdır. Türbin tarafının yardımıyla dönen kompresör kanatları yapısı itibariyle atmosferden havayı emer. Emilen bu hava emme manifoldunda basınçlı bir şekilde bekletilir ve bu basınçlı hava emme sübabının açılmasıyla silindirlere yollanır.
*Sübaplar, Emme ve egzoz manifoldlarının ne olduğuna ve görevlerine ulaşmak için motor parçaları ve görevleri sayfasına tıklayabilirsiniz.
Turboşarjın Avantajları ve Dezavantajları
Turboşarjın Dezavantajları: Turboşarjın verimli çalışması için fazla miktarda egzoz gazına ihtiyaç vardır. Bu sebeple turbo motorun belli devirinden sonra etkisini göstermeye başlar. Yani turbonun motorun düşük devirlerinde pek bir etkisi olmamaktadır.
Turboşarjın Avantajları: ise egzoz gazıyla çalışmasıdır. Yani enerji geri dönüşümü yapmaktadır. Egzoz manifoldu üzerinden turboya gelen işi bitmiş egzoz gazını kullanarak motora fazladan güç sağlar ve bu gücü sağlarken motora bağlı olmadığı için motora ekstradan külfet olmaz. Bir nevi enerji geri dönüşümü yapmaktadır. Atık enerjiyi atmosfere vermeden önce kullanarak motora katkıda bulunur.
II – Süperşarj Nedir ve Nasıl Çalışır? Süperşarj Çalışma Prensibi (Supercharger)
Turboşarj sistemine göre daha az kullanılsa da büyük markalarda kullanılan ve yabana atılmayacak bir aşırı besleme sistemidir. Bu başlık altında süperşarj nasıl çalışır, süperşarj çalışma prensibi, süperşarj çeşitleri ve avantaj/dezavantajları anlatılacaktır.
Aşırı beslemeli motorlarda kullanılan süperşarj sistemi tahrik yöntemine göre ikiye ayrılır. Bunlar mekanik süperşarj ve elektrikli süperşarj sistemlerdir.
A- Mekanik süperşarj sistem çalışma prensibi:
Hareketini dişli, kayış, zincir veya şaft yardımıyla motordan alır. Yani turboşarjlı sistemde türbin tarafının yaptığı işlemi burada motor kendisi yapmaktadır. Egzoz gazına ihtiyaç duymaz. Motordan tahrikini alan kompresör tarafındaki kanatlar sıkıştırılmış havayı silindirlere yollar. Bu sistem motorun düşük devirlerinde de etkisini gösterir.
B- Elektrikli süperşarj sistem çalışma prensibi:
Hareketini aracın aküsünden gelen elektrikle sağlar. Bu sistemler fazla güç çektikleri için genellikle tercih edilmemektedir.
Süperşarj Dezavantajları: Tahrikini dişli, kayış, zincir veya şaft yardımıyla motordan veya elektrik bağlantısıyla aküden alması sebebiyle motorun güç harcamasına sebep olmaktadır. Yani enerji kazanımı yoktur diyebiliriz.
Süperşarj Avantajları: Motora sıkıştırılmış hava yollarken egzoz gazına ihtiyaç duymadığı için motorun her devrinde motora güç sağlayabilir.
Turboşarj ve Süperşarj – Turbo lag Nedir? ve Turbo Lag Nasıl Önlenir?
Turbo lag turbonun belli bir basınç oluşturduktan sonra; gaz pedalının bırakılması ile, emme manifoldundaki gaz kelebeği kapanır. Bu durumda turbodan motora kadar olan düzenekte (turbo boruları/intercooler) yüksek bir basınç oluşur. Bu yüksek basınç yüksek hızla dönmekte olan turbo pervanesi aşırı ters basınçtan durur. Tekrar gaz pedalına basıldığında bu ters basıncın motor tarafından emilerek turbo pervanesinin yeniden dönmeye başlaması ve ihtiyaç duyulan basıncı tekrar sağlayabilmesi için geçen zamana “Turbo Lag” ya da “Turbo Gecikmesi” denir. Bu durum aynı zamanda turbo pervanesi için de zararlı bir durumdur. Turbo gecikmesini önlemek için birçok standart motorda ters basıncı boşaltan düzenekler olmakla birlikte, daha çok yüksek güçlü motorlarda -profesyonel modifiyede kullanılan- Blow-off adıyla anılan parça kullanılmaktadır.
Turboşarj ve Süperşarj – Blow off Nedir ve Blow off Ne İşe Yarar?
Blow off, Turbo ile gaz kelebeği arasındaki bir yere konumlandırılır. Emme manifoldunda gaz kelebeğinden sonra alınan bir hortum vasıtası ile, gaz kelebeği kapandığında motorda oluşan vakumdan faydalanılarak bir valfin açılması sağlanır ve açılan valften turbo üzerinde oluşan ters basınç boşaltılır. Turbo üzerinde oluşan basıncın boşaltılması ile turbo pervanesinin aniden durması önlenmiş olur. Dönmeye devam eden turbo pervanesi tekrar gaz pedalına basıldığında daha kısa sürede basınç oluşturur.
Turbonun yeterli basıncı oluşturabilmesi için belirli bir dönüş devirin üzerine çıkması gerekmektedir. Bu devir moturun egzoz manifoldundan tahliye edilen egzoz gazı basıncı ile doğru orantılıdır. Gücünü egzoz çıkışındaki gazın, turbonun ekzoz manifoldu tarafındaki pervaneyi döndürmesinden alan turbo, ona paralel bağlı olan emme manifoldu üzerindeki pervaneyi döndürür. Bu da motora yüksek basınçlı hava sağlar. Motor devri ~2000 rpm’i geçtikten sonra ideal dönüş hızına ulaşan türbin kanatları, dolayısı ile ideal basıncı ancak o zaman sağlamaya başlar. Motorun rölanti devri olan ~800 rpm ile ~2000 rpm devire ulaşana kadar geçen zamana turbo gecikmesi denilse de bu daha çok doğal yapısal bir çalışma şartıdır. Asıl gecikme ters basıncın turbo pervanesini yavaşlatması hatta tamamen durdurması sonucu oluşmaktadır. Çünkü bu olay motorun devrinin 2000 üzerinde olduğu durumlarda da gerçekleşebilmektedir.
Aşağıdaki video yukarıda anlatılan konuların özeti niteliğindedir ve izlemenizi tavsiye ederiz.
Hava Sistemleri Parçaları
Motor hava sistemleri sadece turboşarj ve süperşarjdan meydana gelmez. Havanın atmosferden alındığından itibaren motorun yanma odasına verilene kadar bazı parçalardan geçmektedir. Bu başlık altında bu parçalar anlatılacaktır.
1 – Gaz Kelebeği veya Boğaz Kelebeği Nedir?
Gaz kelebeği motora verilen hava miktarını ayarlayan motor parçasıdır. Bu nedenle yanma kalitesini etkileyen en önemli ekipmandır. Gaz kelebeği açıldıkça motora giren hava miktarı artar dolayısıyla yakıt miktarı da artacağından dolayı motorun devri yükselir. Ayağımızı gaz pedalından çekince gaz kelebeği kapanarak motor rolanti devrine döner.
Tel ile veya elektronik olarak hareket ettirilen gaz kelebeği motora hava girişini sağlar. Gaz pedalına bastıkça gaz kelebeği açılır. Tel ile hareket ettirilen gaz kelebeklerinde rolanti motoruna ihtiyaç duyulmaktadır. Elektrikli boğaz kelebeklerinde ise ayrıca rolanti motoruna gerek yoktur. Rolanti ayarını elektrik kontrollü gaz kelebeği kendisi yapar.
*Gaz kelebeği hakkında daha fazla bilgi almak için gaz kelebeği ve rolanti motoru nedir ve nasıl çalışır? sayfasını okumak isteyebilirsiniz.
2 – Rolanti Motoru Nedir?
Rölanti motoru sadece gaz telli (mekanik kontrollü) gaz kelebeklerinde bulunur. Gaz kelebeği veya diğer ismiyle boğaz kelebeği rölanti motoru, gaz kelebeği kapalıyken, emme manifolduna hava alınmasını sağlayan elektromekanik bir parçadır. Motorun rolantide çalışırken ihtiyacı olan havayı sağlayarak motorun sabit devirde durmasını yani çalışır vaziyette durmasını sağlar.
Gaz pedalına basılmıyorken gaz kelebeği kapalı olacağından dolayı motora rolanti devrinde ihtiyacı olan havayı sağlarlar. Motorun rölanti hızı, elektronik kontrol ünitesi (ECU – Engine Control Unit) tarafından ayarlanır. Rölanti motoru, rölanti devrini ayarlayan bir aktivatördür.
*Rolanti Motoru hakkında daha fazla bilgi almak için gaz kelebeği ve rolanti motoru nedir ve nasıl çalışır? sayfasını okumak isteyebilirsiniz.
3 – Hava Debimetresi (Akışmetresi) – MAF Sensörü Nedir?
Hava filtresi ile gaz kelebeği arasında bulunan motor parçasıdır. Hava debimetreleri diğer bir adıyla MAF sensörü motora emilen havanın kütlesini ölçer. Ölçtüğü bilgileri motor kontrol ünitesine (ECU – Engine control Unit) yollar. Kontrol ünitesine gelen bilgi dahilinde enjeksiyon süreleri hesaplanır ve motora daha fazla veya daha az yakıt yollanarak motorun gücü ayarlanır. Hava debimetreleri, MAF sensörü olarakta bilinirler. MAF ise mass air flow kısaltmasıdır. Yani hava akış kütlesi demektir.
Motorun hava yakıt karışımı ayarlanması için, emme manifolduna alınan havanın miktarı veya basıncı belirleyici rol oynar. Motor kontrol ünitesi, motorun yükünü hesaplayabilmesi için ya emilen havanın basıncını yada emilen havanın miktarını bilmesi gerekmektedir. Atmosferik motorlarda manifold basınç sensörü (MAP Sensör) veya hava debimetresi kullanılır. Aşırı beslemeli motorlarda ise her iki sisteminde kullanılması gerekmektedir. Aşırı beslemeli motorlarda kullanılan basınç sensörüne turboşarj basınç sensörü denir.
Motora emilen havanın basıncı ve miktarına göre ateşleme zamanlaması, enjeksiyon süresi ve zamanlaması ayarlanır. Bu nedenle hava debimetresinin bozulması durumunda motor çalışmayacaktır. Yanlış değer okuduğu takdirde ise motorda yanma bozuklukları meydana gelecektir.
Hava debimetresi çalışma prensibi olarak bünyesinde bulunan filmlerin direncinin ısısını sabit tutma prensibiyle çalışır. İçerisinden geçen hava miktarı arttıkça film sıcaklığı azalacak ve debimetreye yollanan akım artacaktır. Direnci ısıtmak için gönderilen akımın değişiminden, motora alınan havanın kütlesel miktarı hesaplanmış olur. Burada önemli olan nokta kütlenin ölçülüyor olmasıdır. Hacimin sıcaklığa göre değişkenlik göstermesi nedeniyle kütle ölçülmektedir. Bu sayede ortam sıcaklığına göre ölçülen miktar etkilenmemektedir.
4 – MAP Sensörü Nedir? (Manifold Absolute Pressure Sensor)
Hava debimetresi – MAF sensörü başlığı altında da bahsedildiği gibi motor yükünü hesaplamak için kullanılan sensördür. Motor yükünü emilen havanın basıncını ölçerek yapmaktadır. MAP sensörü motor gücü artınca emme manifoldunda vakum basıncı artacağından vakum miktarıyla orantılı olarak motor kontrol ünitesine (ECU’ya) sinyal gönderir. Motor kontrol ünitesi bu bilgileri yakıt enjeksiyon miktarını ve zamanını ayarlamak için kullanır.
Motor devri yükseldikçe gaz kelebeği açılır ve motor daha fazla hava emer. Motor hava emdikçe motor kontrol ünitesi hava yakıt karışım oranını sabit tutarak iyi yanma sağlamak için enjeksiyon miktarını arttırır. Motor kontrol ünitesi hava miktarının arttığını MAP sensörden gelen bilgiye göre anlar. Yakıt miktarını arttırdıktan sonra vuruntu olmaması için enjeksiyon zamanlamasını da değiştirir.
Motor devri azaldıkça durum tersine dönmektedir. Gaz kelebeği kapanacak ve emilen hava miktarı azalacaktır. Vakum değeri düşecek ve motor kontrol ünitesi enjeksiyon miktarını azaltacaktır ve zamanlamasını değiştirecektir.
*Yakıt enjeksiyon miktarı ve zamanlamasını etkileyen diğer faktörleri incelemek için motor yakıt sistemleri sayfasına bakabilirsiniz.
MAP sensörü çalışma prensibi normal basınç sensörleri ile aynıdır. Buradaki fark vakum değerini ölçmesidir. Peki vakum ne demek derseniz atmosfer basıncından düşük olan değer anlamına gelmektedir. Atmosfer basıncı 1 bar değerindedir. 1 bar olan atmosfer basıncını biz hissetmeyiz bu nedenle bunu mutlak basınç olarak kabul edilir ve 0 bar olarak düşünülür. Yani atmosfer basıncı, basınç geyçleri 0 bar olarak ölçmektedir. Atmosfer basıncının altındaki basınçlar eksi yani vakum olarak nitelenir.
Aşırı beslemeli motorlarda (Turboşarj ve Süperşarj) kullanılan turbo basınç sensörü de birebir aynı mantıkla çalışmakta ve aynı işe yaramaktadır.
MAP Sensörünün konumu modeller arasında farklılık göstermektedir fakat temel olarak emme manifoldu üzerinde veya çevresinde olacaktır.
5 – Intercooler Nedir? Intercooler Neden Kullanılır?
Aşırı beslemeli motorlarda silindirlere yollanacak hava turbo motor yağıyla, egzoz gazıyla ve turbonun dönme etkisiyle ısınacaktır. Bu hava silindirlere girmeden önce soğutulmaya ihtiyaç duyar. Bu soğutma işlemini intercooler denen ısı değiştirici parça sağlamaktadır. Radyatör gibi çalışmaktadır diyebiliriz. Bazı turbolar su ile soğutulmaktadır. Fakat çoğunluk intercoolere ihtiyaç duyar. İntercooler turbonun soğutulmasından ziyade motora verilecek havayı soğutur.
Havanın sıcaklığı basınç miktarı ile doğru orantılı olarak artmaktadır. Isınan havanın motora etkileri ise;
– Motora sıcak hava verilmesi yanma odası elemanlarının ısınmasına neden olacaktır. Bu da dolayısıyla motorun ısınmasına ve vuruntulu çalışmasına sebebiyet verir. Motorun performansı büyük ölçüde düşer.
–Isınan hava içerisinde oksijen miktarı düşecektir. Oksijen miktarının düşmesi yanma kalitesini bozarak bir diğer performansı düşürme sebebi olacaktır.
Peki intercooler nasıl çalışır?
Turbodan gelen hava ısındıktan sonra intercooler ‘e yollanır. İntercooler içerisine giren hava araba seyir halindeyken rüzgarın etkisi ile soğutulur. İntercoolerden çıkan soğutulmuş hava emme manifolduna gönderilir. Daha sonra soğutulmuş hava silindirlere girerek kaliteli bir yanma meydana getirirler.
6 – Hava Filtresi
Hava filtreleri hava sisteminin en temel parçası ve olmazsa olmazıdır. Hava filtresi, hava sistemine ve oradanda motorun içine alınan havanın temizlenmesi görevini üstlenir. Kirli hava kötü yanma ve parçaların kirlenmesine neden olacaktır. Bu nedenle hava filtresi bakımı ve kalitesi önem kazanmaktadır.
Yazılarımız boyunca vurguladığımız noktayı tekrar etmek gerekirse motor bakımları A’dan Z’ye herşeyi ile atlanmaması gereken bir husustur. Önemsenmeyen bir hava filtresi motorun performansını düşürerek motora zarar verecektir.
Motor hava sistemleri sayfası bittiğine göre bir sonraki konu olan motor yakıt sistemi sayfasına burayı tıklayarak geçebilirsiniz. Veya çalışma prensipleri ana sayfasına dönerek sayfa hakkında bilgi sahibi olabilirsiniz. Ana sayfaya dönmek için burayı tıklayın.
Kaynak: Carstechnic ve tr.wikipedia.org