Turbo dizel

Turbo dizel, basitçe turboşarj ile donatılmış bir sıkıştırma ateşlemeli motor anlamına gelir. Diğer motor türlerinde olduğu gibi, bir dizel motora turboşarj uygulamak, motorun güç ve tork çıkışını büyük ölçüde artırabilir.

Dizel motorlarda turboşarj uygulaması ilk defa 1920'lerde düşük devirli büyük sabit ve marin motorlarda başladı. Daha sonra 1950'lerin ortalarından itibaren kamyon ve otobüslerde, ardından 1970'lerin sonlarından itibaren binek otomobillerde turbo dizel motorlar kullanılmaya başlanmıştır. Turbo dizel motorların sıkıştırma oranları 1990'llı yıllardan beri azalma eğilimindedir.

Turboşarjın motora aşırı hava sağlaması nedeniyle fakir karışım oluşturması dizel motorlar için bir sorun değildir. Bunun nedeni tork kontrolünün, hava-yakıt karışımının miktarından ziyade yanma odasına püskürtülen yakıt kütlesine bağlı olmasıdır.

Turboşarj nedeniyle silindirdeki ilave hava miktarı, bir benzinli motorda ön ateşleme ve yüksek egzoz gazı sıcaklıklarına neden olabilecek sıkıştırma oranını etkili bir şekilde arttırır. Bununla birlikte dizel motorlarında yakıt, sıkıştırma stroku sırasında yanma odasında bulunmaz, çünkü pratik dizel çevriminde yakıt püskürtmesi, piston üst ölü merkeze ulaşmadan kısa bir süre önce iş evresine kadar gerçekleşir. Böylece sıkıştırma evresi tamamlanmadan bir ön ateşleme meydana gelmez.

Basitçe aynı mile yataklanan bir türbin ve kompresörden oluşan turboşarj, 20. yüzyılın başlarında motor üretim şirketi Gebrüder Sulzer'de dizel motorlarının geliştirilmesinden sorumlu İsviçreli bir mühendis olan Alfred Büchi tarafından icat edildi. Turboşarjın başlangıçta dizel motorlarında kullanılması önerilmiştir, çünkü Büchi'nin 1905 tarihli patentinde turboşarjın dizel motorunun atmosferik verimini iyileştirdiği kaydedilmiştir. Ancak, ilk defa 1925 yılında, Alman "Preußen" ve "Hansestadt Danzig" adlı yolcu gemilerinde üreten 10 silindirli turbo dizel motorlar kullanılmıştır.

1920'lerin sonuna gelindiğinde, Sulzer, MAN, Daimler-Benz ve Paxman gibi birçok motor üreticisi marin ve stasiyoner kullanımlar için düşük, sabit devirli ve büyük turbo dizel motorları üretiyordu. Teknolojideki müteakip gelişmeler, turboşarjların daha yüksek ve değişken devirlerde çalışan daha küçük motorlarda kullanılmasını mümkün kıldı, bu sayede lokomotiflerde turbo dizel motorlar 1940'ların sonunda ortaya çıkmaya başladı.

Turbo dizel motorların kara taşıtlarında kullanımı ağır kamyonlarla 1950'lerin başında başladı. MAN MK26 prototipi 1951'de tanıtıldı, onu 1954'te MAN 750TL1 seri üretim turbo dizel motorlu model izledi. Turboşarj kullanılan ilk Volvo kamyonu olan Volvo Titan da 1954 yılında satışa sunuldu. 1960'ların sonlarına doğru taşımacılıktaki payın karayolu taşıtları lehine büyümesiyle, giderek daha güçlü kamyon motorlarına olan talep, turbo dizel motorlarının Cummins, Detroit Diesel, Scania ve Caterpillar Inc. gibi şirketler tarafından da üretilmesinin yolunu açtı.

1952'de Cummins Diesel Special, Indianapolis 500'te yarışan ve başlangıç pozisyonuna hak kazanan ilk turboşarjlı otomobil oldu. Aracın hacmindeki sıralı altı silindirli turbo dizel motoru güç üretiyordu.

Binek otomobillerde kullanım için daha küçük turbo dizel motorlara yönelik araştırmalar 1960 ve 1970'lerde birçok şirket tarafından gerçekleştirildi. Rover 1963'te 2.5 litrelik dört silindirli turbo dizel motor prototipi üretti. Mercedes-Benz, 1976 yılında Mercedes-Benz C111-IID deney aracında beş silindirli ara soğutmalı turbo dizel motor kullandı. İlk turbo-dizel seri üretim otomobili 1978'in ortasından itibaren Amerika Birleşik Devletleri'nde satılan ve OM617 beş silindirli motorla çalışan Mercedes-Benz 300SD (W116) sedan oldu. Bir yıl sonra Peugeot 604 D Turbo, Avrupa'da satılan ilk turbo dizel motorlu binek otomobil oldu. Daha hassas enjeksiyon sistemlerine sahip turbo dizel motorlu otomobiller 1980'lerin sonunda ve 1990'ların başında Avrupa'da yaygın olarak üretilmeye ve satılmaya başlandı ve günümüze kadar devam etti.

1990'lardan bu yana, turbo dizel motorların sıkıştırma oranı azalma eğilimindedir (örneğin, 1986'da Toyota L tipi sıralı 4 silindirli dizel motorlarının sıkıştırma oranı 22,3:1 iken, 2005'te Toyota KD tipi motorlarda 17,4:1'e kadar düşürülmüştür). Buna sıkıştırma oranını düşürmenin daha düşük yanma sonu sıcaklığıyla NOx gibi zararlı gazların salınımını azaltması neden olmaktadır. Dolaylı püskürtmeli motorlarda 18.5:1 veya daha fazla sıkıştırma oranları elde edilmekteydi. 1990'ların sonunda çok yüksek basınçlı ortak hazneli püskürtme sistemine sahip dizel motorlarının kullanılmasını takiben sıkıştırma oranları 16.5:1 - 18.5:1 arası değerlere düştü. 2016 yılından itibaren Euro 6 egzoz emisyon normlarına uyumlu bazı dizel motorların sıkıştırma oranı 14:1'e kadar düşmüş durumdadır(syf. 182-183).

Dizel motorlu otomobiller 2014 yılına gelindiğinde Avrupa'daki yeni otomobil parkının %50'sini oluşturuyordu, 2019 üçüncü çeyreğinde Türkiye'deki dizel motorlu araç parkının büyüklüğü %37,66'lık oranla diğer motor seçeneklerinin önüne geçmişken, bu taşıtların tamamına yakınında turbo dizel motorlar kullanılmaktaydı.