Değişken geometrili bir turbo şarj cihazı nasıl çalışır: avantajlar, arızalar ve bakım

Bir motorun farklı aşırı doldurma sistemleri arasında, sabit geometrili ya da değişken geometrili turbo şarj cihazları bulunur ve bunlar VGT olarak bilinir. Her iki durumda da amaç aynıdır: egzoz gazlarının ataletinden yararlanarak, motorun tek başına emebileceğinden daha fazla havayı silindirlere doldurmak ve böylece verimi artırmak.

Ancak konvansiyonel turboların aşırı doldurduğu motorların başlıca sakıncalarından biri, motor düşük devirlerde çalışırken egzoz gazlarının emme havasını sıkıştıran türbini hızlandıracak güce sahip olmamasıdır. Buna karşılık motor yüksek devirlerde çalıştığında egzoz gazı akışı o kadar büyük olur ve türbini o kadar yüksek enerjiyle döndürür ki, bir boşaltma valfinin devreye girmesi gerekir; böylece egzoz gazlarının taşıdığı enerjinin bir kısmı boşa gider.

Değişken geometrili turbo şarj cihazları bu sakıncayı giderir; ileride göreceğimiz gibi, hem düşük hem yüksek devirlerde emme havasını etkin biçimde sıkıştırma kapasiteleri daha yüksektir.

Değişken geometrili turbo şarj cihazlarının ilk geliştirmeleri 1950’lerin ortalarına dayanır; ancak bunu seri üretim olarak ilk kullanan araç, 90’ların başında 1.9 motorlu Fiat Croma turbodiesel olmuştur ve bu motor da doğrudan enjeksiyon kullanan ilk dizel motorlardan biriydi. Günümüzde türbini hızlandırmak için doğrudan küçük elektrik motorları kullanan çözümler de geliştirilmiştir. Aşırı doldurulan motorların düşük devirlerdeki tepkisini iyileştirmek için kullanılan diğer turbo türleri ise Twin-Scroll turbolardır.

Değişken geometrili bir turbo nasıl çalışır?

Sabit ve değişken (VGT) turbo şarj cihazları arasındaki fark, ikincisinin egzoz gazlarının türbine çarpma hızını değiştiren bir mekanizmaya sahip olmasıdır; böylece türbin daha hızlı döner. Hava miktarını değiştirmezler, yalnızca hava giriş kesitini değiştirirler.

Bunun için motor düşük devirlerde çalışırken kapanan, değişken kanatçık ya da kanat sistemine sahiptirler, bu da egzoz gazlarını hızlandırır ve türbin üzerindeki itkisini artırır. Motor yüksek devirlerde çalıştığında kanatlar açılır, egzoz gazlarının giriş kesiti büyür ve hız düşer. Bu sayede maksimum doldurma basıncına motorun daha yüksek devirlerinde ulaşılır.

Kanatların kontrolü, bir basınç ya da vakum aktüatörü kullanan mekanik bir sistemle yapılabilir; ancak daha modern motorlarda yaygın olan, motorun elektronik kontrol ünitesi (ECU) tarafından çalıştırılan küçük bir elektrik motoru kullanmaktır.

Değişken geometrili bir turbo şarj cihazının nasıl çalıştığını bu video üzerinde daha ayrıntılı görebilirsiniz:

https://www.youtube.com/watch?v=AuQor-YnbZ8

Değişken geometrili bir turbonun avantajları nelerdir?

Değişken geometrili bir turbo şarj cihazının çalışma prensibi bilindiğinde, avantajları açıktır:

• Düşük devirlerden hızlanırken turbo şarjlı motorlara özgü “turbo-lag” veya tepki gecikmesini azaltır ya da tamamen ortadan kaldırır.
• Aşırı doldurma sistemini motorun tüm devirlerinde optimize eder ve daha düz bir tork eğrisi sağlar.
• Hareketli kanatlara etki ederek aşırı doldurma basıncını kontrol ettiği için bir boşaltma valfine ya da “waste gate”e gerek kalmaz.
• Ardışık çift turboya göre daha basit bir çözümdür. Bununla birlikte, en az birinin değişken geometrili olduğu birden fazla turbo şarj cihazına sahip yüksek performanslı motorlar da vardır.
• Tork sunumunu optimize ettiği için performansı iyileştirir; dolayısıyla yakıt tüketimi ve emisyonlar da iyileşir

Değişken bir turbonun dezavantajları nelerdir?

Daha karmaşık bir mekanizma olup daha fazla hareketli parçaya sahip olduklarından, değişken geometrili turbo şarj cihazları konvansiyonel olanlardan daha pahalıdır. Aynı nedenle arızalanmaya da daha yatkındırlar.

Bir diğer dezavantaj ise, benzinli motorlarda kullanımının karmaşıklığıdır; egzoz gazlarının daha yüksek sıcaklıkları daha gelişmiş ve daha pahalı tasarımlar gerektirir.

Porsche, benzinli bir motorda değişken geometrili turbo şarj cihazı kullanan ilk markalardan biri olmuştur; bugün de küçük motorlarda, yüksek performans yerine verimliliği artırmak için bu tür çözümler bulunabilir. Yakın bir örnek, yeni Alfa Romeo Tonale modelinin 1.5 hibrit motorudur.

Değişken geometrili turboların bakımı, özeni ve arızaları

Daha fazla hareketli parçaya sahip olmaları ve bunların yüksek sıcaklıklara ve egzoz gazlarının geçişine maruz kalmaları nedeniyle, değişken geometrili turbo şarj cihazları sabit geometrili turbolardan daha fazla sorun yaşar.

En sık görülen arıza, değişken kanatçık sisteminin sıkışmasıdır. Bu durumda sorun, değişken turbonun sabit geometrili bir turbo gibi çalışmaya geçmemesidir; kanatların kilitlenmesi motorun yalnızca belirli bir devir aralığında düzgün çalışmasına neden olur. Belirtiler, yakıt tüketiminin artmasıyla birlikte belirgin bir performans kaybıdır. Bu durumlarda ayrıca güç aktarımında sıçramalar ya da motorun itmiyormuş gibi göründüğü ölü bölgeler hissedilmesi de yaygındır.

Tıpkı hava akış sensörlerinde, EGR ve partikül filtrelerinde olduğu gibi, değişken geometrili bir turbonun sıkışmasının başlıca nedenlerinden biri ağırlıklı olarak şehir içinde ya da motorun sürekli çok düşük devirde çalıştırılmasıdır; çünkü bu durumda yanma daha fazla is üretir.

Değişken geometrili bir turbo şarj cihazında arızaları önlemenin en iyi yolu, dolayısıyla sürüşü yalnızca şehir içi yollarla sınırlamamaktır; arada bir karayoluna çıkıp motoru orta ve yüksek devirlerde de çalıştırmak gerekir. Elbette uygun bir motor yağı kullanmak ve bakım aralıklarına uymak da vazgeçilmezdir.