22 Aralık 2009 Salı

Turbo Basınç Problemleri ve Çözümleri

Compressor Surge  / C.ts Arl. 16, 2006

Bu problem genelde cold air intake, hava filtresi ya da emiş sistemindeki benzeri modifikasyonlar sonucu kendini gösterir. Özellikle yüksek viteslerde (4-5.vites) ve düşük motor devirlerinde, turbo henüz spool ederken (pozitif basınç şarj ederken) yarım gaz durumunda görülür. Compressor surge komplike bir olaydır fakat problemin temelinde basit bir neden vardır; hava akış hızı. Eğer motora gönderdiğiniz hava o motorun gönderdiğiniz havayı tüketebilme kapasitesinden fazla ise bu problemin oluşma riski oldukça fazladır.

Compressor surge tehlikelidir. Derecelerine göre hem motor için hemde turbo için öldürücü olabilir. Emiş yolunun uzunluğu, dönüş açıları ve çapı motordaki önemli ayrıntılardır. Emiş sisteminde yaptığımız modifikasyonlar motora gönderdiğimiz havanın akış hızınıda etkiler. Eğer motor bu akış hızındaki havayı tüketemiyorsa bu hava sistemde dolaşmaya devam eder(*). Hava filtre elemanından emilir ve turbonun kompressor pallerinden intercooler'a gönderilir. Burdaki basınç manifoldaki basınçtan(motordaki basınçtan) daha fazladır(*) Yazının başında da söylediğim gibi bu problemi azdıran sebeplerden biride yarım gazdır. Turbonun sisteme şarj ettiği basınç intercoolerdan sonra gaz kelebeğine gelir. Yarım açık bir gaz kelebeği burda akış hızını sınırlayıcı bir rol oynar. Motora gidemeyen bu hava intercoolerdaki yüksek basıncında etkisiyle sistemde kendine bir yer bulmak zorundadır o yüzdende geldiği yerden yani kompressor pallerinden gelen akışın tersi istikamette gitmeye çalışır ve pallere çarparak turbinin yavaşlayıp hızlanmasına ya da durmasına neden olur.Bu esnada gaz keleğinin hala yarım açık olduğunu düşünürsek turbo basıncı dalganmaya başlayacaktır eğer hala buna devam ediliyorsa basınç turbo pallerinden geçerek hava filtresi elamanından tekrar dışarı çıkacaktır.

İşte bu en kötü senaryodur çünkü sistemdeki yüksek basınç emiş sisteminden geri tahliye edilmektedir. Bu esnada MAF sensorunden de geçen bu hava ECU'ya yanıltıcı sinyaller gönderir ve ECU hem avansı hemde yakıt karışımını rastgele düzenler ve otomobil silkelenmeye başlar. Turbonun pallerine kadar gelen ters basınç turbonun kartuşlarına, palleri geçen basınç ise maftan geçerek motora zarar verir. Compressor surge oluştuğu zaman WRC arabalarından duymaya alıştığımız, hindi sesine benzer bir seste oluşur.
http://homepage.mac.com/mb38/surge.mp4

Surge'in ne olduğunu daha iyi anlamamız açısından yukarıdaki kompressor haritasını incelemekte fayda var. Sağa doğru olan yatay açı turbonun kütlesel akış hızını(debi*), dikey olan açı ise basınç oranını göstermekte. Haritanın sol tarafındaki çizgi o turbonun surge sınırını ifade etmektedir. Eğer turbonun akış hızı(y axis) ve ürettiği basınç oranı(x axis) haritanın surge çizgisinin solunda bir yerdeyse(örn: 3.2 p2/p1c - 20 lbs/min) compressor surge meydana gelir. Burda turbonun ürettiği basınç oranı ile hacimsel akış hızını karıştırmamak gerekir(genel yanılgı). Turbo bıçaklarının tasarımı yüksek mühendislik gerektir. Bu bıçaklarının verimliliği turbonun verimliliğini etkiler ve basıncın o pallerden hangi intervallarla geri döndüğünü anlamakta güçtür.

Problem nasıl önlenir?

Kendi edindiğim tecrübelerdende yola çıkarak bu uğurda birçok denemeler yaptığımı söylebilirim. Bu konularda da biraz bahtsız bedevi olduğum için turbo basıncı ilgili yaşanabilecek tüm problemleri yaşadım. Problemin çözümü basittir. Turbonun şarj ettiği ve motorun tükemediği fakat, intercooler ve borularında kendine gidecek yer arıyan bir basınç var dedik. Üreticiler bunu bildikleri için intercoolerdaki bu yüksek basınçı tahliye etmesi için bypass valfi koymuşlardır. Zaten bu valfin asıl amacı compressor surge olayını ortadan kaldırmaktır.

BOV(bypass valfi) nedir, nasıl çalışır?

Birçoğunuzun bildiği gibi günümüz turboları dakikada 150.000/200.000 turla dönmektedir. Bu hızda dönen bir turbo palinin durması ve durana kadar geçen sürede üreteceği basınçta oldukça fazladır. Ayağımızı gaz pedalından çektiğimizde gaz kelebeği kapanır fakat turbo palleri basınç üretmeye devam eder. Bu basınç bir şekilde tahliye edilmez ise intercoolerda çok yüksek basınçlara neden olur(hatta balon gibi patlamasına) ve tekrar dönüp turbo pallerine çarparak turbo bıçaklarının aniden durmasına sebep olur.

Bypass valfi sıkışan bu havayı tahliye etmek için tasarlanmıştır. Bu valfin bir ucu hava emiş sistemine, diğer ucu ise intercoolera bağlıdır. Diğer küçük uç ise emme manifolduna bağlıdır. Dolayısıyla emme manifoldunda 1 bar basınç var ise bu küçük boruda da 1 bar var demektir. Yani bu küçük boru bypass valfinin tetikleyicisidir. Eğer boruda negatif basınç varsa(vakum) valf açılır ve turbonun durma anına kadar olan sürede ürettiği tüm basıncı emiş sistemine geri gönderir. Tabi HKS, TurboXS, GFB, Blitz gibi VTA(vent to atmosphere) tipi bypass valfleri bu basıncı emiş sistemine değilde yüksek bir sesle birlikte atmosfere boşaltırlar. Bu tip BOV'ların yayları bu yüzden çok serttir. VTA tipi BOV'lar sadece şov amaçlıdır. Fabrika çıkışı bypass valfinin dış aksamının plastik olması ve belirli basınçlara kadar dayanabilmesi ağır modifiyeli araçlarda bu valfin değiştirilmesini gerektirir. Fakat piyasada bulunan birçok VTA tipi BOV gerek yay sertliğinin fazla olması gerekse piston özelliklerinden birçok arabada sorun çıkarır. Compressor surge anlatırken turbonun ozellikle spool aşamasında bu sorunu daha belirgin hale getirdiğini söyledik ve bu aşamada basıncın bir kısmınında tahliye edilmesinden söz ettik. Birçok VTA tipi BOV yayların sertliklerinden dolayı düşük basınçlarda diaframı açmazlar bu yüzdende bu basınç motorada gidemediği için surge gerçekleşir. Orjinal BOV ise düşük basınçlarda tahliye verdiği için surge yaşanmaz fakat turbonun spool up süresini geciktirebilir.

Piyasada birçok farklı, yüksek ya da alçak basınca ayarlı VTA tipi BOV satılmaka ve bunlar beraberinde aşağıdaki sorunlarıda getirebilir.

  • Yüksek tahliyeden dolayı motorun benzine boğulması (overfueling)
  • Turbonun durması dalgalanması
  • MAF sensorüne geri akış oluşturması


Avantajları

  • Yüksek basınçlara dayabiliyor olması
  • Turbo lagını azaltması

Overfueling konusunu biraz daha açmak gerekir çünkü bu konu hala tam anlaşılmış değil. MAF sistemli bir arabada motora giden hava miktarı hava filtresi elamanından hemen sonra MAF sensoru tarafından ölçülüp ECU'ya gönderilir ve ECU hava miktarına karşılık gelen benzin miktarını motora püskürtür. VTA tipi BOV'lar normalde motora girmesi gereken basıncı atmosfere boşaltıkları için gönderilen benzinin bir kısmı boşa püskürtlükür ve hem aracın rolantisini bozar hemde silindir duvarlarını benzinle yıkayarak yağ tüketiminide artırır. MAF sistemli bir ECU ile MAP sistemli bir ECU motora giren havayı ölçmek için farklı hesaplamalar yaparlar. MAP sistemli araçlarda aynı zamanda IAT sensoru olduğunuda unutmayalım.


Anti-Surge housing
Şekil A


Şekil B
 











Öncelikle bazı turbolarda anti-surge salyangozu olduğunu belirtmekte fayda var. Şekilde de görüldüğü gibi bu tip salyangozlar basınca geri dönüşüm sağlamaktadır. Bu tip turbolar MAF temelli araçlarda problem olabiliyor.

Surge tarafımdan çekilmiş fotoğrafları (yarım gaz/maf turbulansı)



 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
Surge tetikleyen ana sebepler

  • Intake sistemindeki modifikasyonlar; Büyük hava filtreleri, sistem yolunun büyütülmesi
  • FMIC veya benzeri büyük intercooler sayesinde sistem haciminin artılırması, dolayısıyla sistemde dolaşan basıncın
  • BOV yayının çok sert olması bu sebepten düşük basınçlarda çalışmaması

Surge ile başa çıkma yöntemleri
  • Recirc tipi BOV ya da hem düşük hemde yüksek basınçlara ayarlanabilen kademeli BOV
  • İki adet BOV takmak(biri düşük basınç biri yüksek basınç)
  • MBC(musluk) takmak. Musluklar spool aşamasında basıncın bir kısmını tahliye ederler.
  • Motorun hava tüketim kapasitesini artırmak.(değişken zamanlı eksantrikler, ekzoz, header ve benzer, modifikasyonlar)

Aşırı basınç(Overboost)

















Overboost terimi turbo basıncının peak değerinin anlık yükselmesine verilen isimdir. Sık görülen bir problem olup basıncın aşırı yükselmesi durumunda ciddi hasarlara neden olabilir. Araçta yapılan modifikasyonları takiben (ekzoz, header vb..) çevre şartlarıda(hava sıcaklığı, atmosfer basıncı gibi) dahil olmak üzere overboost'u tetikler. Overboostu önlemek için wastegate duty cycle düşürülmelidir aksi halde peak basınç bahsettiğim nedenlerden dolayı yükselecektir. Şekilde de görüldüğü gibi hedef boost 1.4 bar olmasına karşın boost basıncı 1.6 bar'ı geçmektedir.

Boost Creep:
Boost creep overboost'un ikinci basamağıdır. Wastegate duty cycle ne kadar düşürülsede (hatta sıfıra düşürülse bile) turbo basıncını belirli devirlerden sonra kontrol etmek mümkün değildir. Böyle bir durumda en gelişmiş elektronik boost kontrolörü bile işe yaramayacaktır. Bu mekanik bir sorundur ve bir anlamda o aracın hem emişinin hemde gaz tahliyesinin iyi olduğunu gösterir. Overboostun aksine, boost creep 5000-7000 rpm bandında gaz akışın fazla olduğu anlarda görülür. Problemi çözmek için wastegate holünün portlanması ya da external wastegate takılması gerekebilir. Turbo portlamak biraz daha tecrübe gerektiren bir iştir. Burda yapılacak yanlış bir portlama işlemi turbonun geç dolmasına ya da erken dolup turboya zarar vermesine neden olabilir. Portlama ilgili detaylı bilgillere girmeye gerek yok fakat problemi EWG takarak halletmek mümkün. Bilinenin aksine EWG seçerken büyük turbolar için küçük EWG, küçük turbolar içinse büyük EWG seçmek doğrudur. EWG yay sertliği ise hedef boosta göre seçilmelidir. Eğer 1 barlık bir yay tercih edilirse, yüksek basınçlara kolay ulaşabileceği gibi en düşük basıncınında 1 bar olacağını unutmayın. 


Boost Creep görüntüleri









 
 
  
   
Boost yetersizliği(lack of boost)


Bazen hedef boosta ulaşmak oldukça zor olur. WDC(wastegate duty cycle) ne kadar yükseltilsede turbo hedef boosta ulaşamaz. Bu durumun birçok nedeni olabililir bu yüzden bu konuya detaylı girmiycem çok uzun sürebilir ancak problemi olan arkadaş varsa sorabilir. Aşağıda wastegate ve boost basınçının nasıl hareket ettiğini görebilirsiniz. Wastegate son haddinde çalışmakta fakat boost artmamaktadır.






2006

Hiç yorum yok:

Yorum Gönder