TURBOCHARGER နဲ႔ပါတ္သက္ပီး သိထားရမယ့္ Basic Theory

TURBOCHARGER

သိထားရမယ့္ Basic Theory

1. Temperature & Pressure are directly proportional အပူ နွင့္ ဖိအား တိုက္ရိုက္ အခ်ိဳးက်ပါတယ္။ T တိုးရင္ P တိုးပါတယ္။ P တိုးရင္ လဲ T တိုးပါတယ္။ According per Charles' law ပါ။

2. Atmospheric Pressure ကမာၻ့ေလထုဖိအား (average sea level မွာရွိတဲ့ ေလထုဖိအား) 10.1 N/cm2 or 101 kN/m2 (101 kilo pascals, KPa) or 14.7 psi or 1 Bar ရွိပါတယ္။ ေလထုဖိအား နဲ့ ပင္လယ္ေရ မ်က္နွာျပင္ အျမင့္ ေျပာင္းျပန္ အခ်ိဳးက်တယ္။ သေဘာက ပင္လယ္ေရမ်က္နွာျပင္ထက္ ျမင့္လာေလ ေလထုဖိအားက်ေလပါပဲ။ နိမ့္ရင္တက္ပါတယ္။

3. Pressure သည္ ေရလိုပါပဲ ျမင့္ရာမွ နိမ့္ရာကိုစီးတယ္ (pressure မ်ားရာမွ နည္းရာသို့သြားပါတယ္)။ ဥပမာ ပူစီေဖါင္း မွုတ္တယ္ လူ့ပါးစပ္က pressure ပိုမ်ားလို့ နည္းတဲ့ (Atmospheric Pressure သာရွိတဲ့) ပူစီေဖါင္းထဲကို မွုတ္သြင္းနိုင္တယ္။ ထို့အတူ ပူစီေဖါင္းေပါက္တဲ့ အခါမွာ ပူေဖါင္းထဲက ေလက Atmospheric Pressure ထက္မ်ားေနေတာ့ သူက ျပင္ပ Atmospheric Pressure ဆီကို Pressure Drop ျဖစ္ၿပီး ေလွ်ာ့နည္းစီးဆင္းေစပါတယ္။

4. Turbocharger = Compressor (pressure ျမွင့္တင္ေပးေသာ ေလမွုတ္စက္နဲ့ တူပါတယ္)

5. Boost Pressure (Turbo charger မွ ျမွင့္တင္ ဖိသိပ္လိုက္ေသာ ပံုမွန္ေလထုဖိအားထက္ ပိုေသာ pressure)

Turbocharger ဆိုတာဘာလဲ

Turbocharger ဆိုတာ compressor ပါပဲ ေလကို pressure ျမွင့္တင္မွုတ္သြင္းေပးေသာ turbine set တခုပါ။ အားလံုးသိၾကတဲ့ အတိုင္း Turbocharger ကို Engine ေတြမွာ turbine housing တဘက္ကို exhaust manifold မွာတပ္ က်န္တဘက္က inlet manifold မွာတပ္ပါတယ္။ အဲသည္ ဘက္မတူသူ ဒလက္ 2 ခုကို shaft တခုနဲ့ ဆက္ထားတယ္။

Exhaust gas ကေန လွည့္တဲ့ turbine ကို Turbine Wheel လို့ ေခၚတယ္။ Inlet ဘက္ က အလွည့္ခံရတဲ့ ဒလက္ကို Compressor Wheel လို့ေခၚပါတယ္။

Engine run တဲ့အခါ exhaust gas က အျပင္စြန့္ထုတ္ ရင္း လမ္းမွာ ရွိတဲ့ Turbine Wheel ကိုတြန္းထြက္ရင္း လည္ေစပါတယ္။ သူလည္ေတာ့ shaft ရဲ့ က်န္တဘက္မွာ ရွိတဲ့ Compressor Wheel ကို အပတ္ေရတူ၊ လားရာတူ လွည့္ပါတယ္။

သို့ေပမယ့္ တည္ေဆာက္ပံုအရ Exhaust ဘက္မွာတပ္တဲ့ Turbine Wheel နဲ့ Inlet ဘက္မွာတပ္တဲ့ ထားတဲ့ Compressor Wheel 2 ခုက blade angel ေျပာင္းျပန္ခ်ိဳးထားပါတယ္။

အဲတာမွ လားရာတူလည္တဲ့ အခါ Turbine Wheel ဘက္က exhaust gas ကိုအင္ဂ်င္ကေန ျပင္ပကိုစြန့္ထုတ္သလို က်န္ တဘက္ျဖစ္တဲ့ Compressor ဘက္က ျပင္ပကေလကို စုပ္ယူၿပီး Engine ထဲကိုမွုတ္သြင္းပါတယ္။

Turbo shaft ကို ေခ်ာဆီေပးဖို့နဲ့ အေအးခံဖို့ Engine Oil ကို engine တေနရာကေန ေပးပါတယ္။ အေအးခံဖို့ကေတာ့ အခုေနာက္ပိုင္းမွာ coolant နဲ့လည္း အေအးခံၾကပါတယ္။

Turbocharger ဘာလို့တပ္။

Engine ေတြရဲ့ Intake Stroke မွာ အမ်ားစု မွတ္ယူနားလည္ထားတာက inlet valve ပြင့္ piston ေအာက္ဆင္း ျပင္ပကေလကိုစုပ္ယူ။ တကယ္တမ္း အမွန္က ေလစုပ္တာ မဟုတ္ပါဘူး။ inlet valve ပြင့္ piston ေအာက္ဆင္း cylinder ထဲမွာ ေလဖိအားက်လို့ ျပင္ပက Atmospheric Pressure ကမာၻ့ေလထုဖိအား ကဖိလို့ cylinder ထဲကိုေလ၀င္တာပါ။ (Pressure သည္ ေရလိုပါပဲ ျမင့္ရာမွ နိမ့္ရာကိုစီးတယ္။)

ကနဦး အေတြး

ပင္လယ္ေရမ်က္နွာျပင္ထက္ အေတာ္ျမင့္တဲ့ ေနရာေတြ (ေတာင္ေပၚေဒသေတြ) မွာဆိုရင္ Atmospheric Pressure ကမာၻ့ေလထုဖိအားက်လို့ သာမန္အားျဖင့္ Engine အတြက္ ေလ အလံုအေလာက္မရနိုင္ပါဘူး။ ဆုိေတာ့ Engine Output ကိုထိခိုက္တယ္။ တနည္းနည္းနဲ့ ေလကိုမွုတ္သြင္းေပးရင္ လိုသေလာက္ရနိုင္တယ္ဆိုတဲ့ အေတြးနဲ့ Turbocharger ေတြစတပ္ခဲ့ၾကတာပါ။

ေနာက္ပိုင္းက်ေတာ့ ဘယ္ေနရာမွာ သံုးသည္ျဖစ္ေစ Engine Output power မ်ားမ်ားလိုခ်င္လို့ပါ။ same engine ပဲဆိုပါစို့ turbo မပါတာထက္ ပါတာက output ပိုတယ္။ Turbo ပါတာခ်င္းတူရင္ intercooler/aftercooler ပါတာက output ပိုပါတယ္။

Same cylinder bore ပါပဲ (same volume ပါပဲ)။ ေလ (oxygen) ကို သာမန္ piston ဆင္းခ်ိန္ ျပင္ပက Atmospheric Pressure ကမာၻ့ေလထုဖိအား နဲ့ ေလကို သြင္းတာထက္ တခုခု (Turbocharger နဲ့) ေလကုိမွုတ္သြင္းရင္ ပိုၿပီး သိပ္သည္းဆမ်ားမ်ား (Density) ရမယ္။ အဲလိုေလမ်ားခ်ိန္ ဆီမ်ားမ်ားပိုေကြ်းရင္ engine output ပိုလာမယ္။

သို့ေပမယ့္ Turbo ဆိုတာ compressor ပါပဲ။ ေလကို pressure တခုနဲ့ မွုတ္သြင္းတဲ့အခါ temperature ပါတက္လာပါတယ္ (pressure directly proportional to temperature) လို့ဆိုတာကို။

အဲဒီအခါက်ေတာ့ Turbo ကေန ေလကိုမွုတ္သြင္းေပးေနေသာ္လည္း Temperature issue ေၾကာင့္ မွုတ္သြင္းေလက ပူၿပီးပြလို့ oxygen ထင္သေလာက္မရဘူး။ အဲဒီေတာ့ turbo outlet air ကို intercooler/aftercooler ေတြတပ္ၿပီး heat exchange လုပ္တယ္ (အလြယ္တကူ အေအးခံတယ္လို့ဆိုမယ္)။ ဆိုေတာ့ အင္ဂ်င္ထဲ ၀င္မယ့္ေလက အေအးခံေတာ့ က်စ္က်စ္လစ္လစ္နဲ့ oxygen ပိုၿပီးမ်ားမ်ားရတယ္။ အဲလိုပိုရတဲ့ေလကို ဆီမ်ားမ်ားေကြ်းတဲ့ အခါ engine output power ပိုရလာတာေပါ့။

အဲတာက turbo မပါ။ turbo ပါ။ turbo နဲ့ intercooler/aftercooler ပါ ဆိုတဲ့ engine output ကြဲျပားခ်က္။ ထို့ေၾကာင့္ same engine model ျဖစ္ေသာ္လည္း အဲသည္အခ်က္ေတြေပၚမူတည္ၿပီး fuel injection pump ကြာနိုင္တယ္။ Pistons, Piston Rings, combustion chamber design စတာေတြ ကြာနိုင္ပါတယ္။

Same Engine model ပါပဲ turbo မပါရင္ output အနည္းဆံုး။ turbo ပါ (inter cooler မပါေသး) ရင္ out put ပိုထြက္မယ္။ turbo ေရာ inter cooler ေရာပါရင္ output အမ်ားဆံုးထြက္ပါတယ္။ (မယံုရင္ တခ်ိန္က နာမည္ႀကီးခဲ့တဲ့ Nissan PD-6 PE-6 engine ေတြရဲ့ output ေတြ ကိုသတိထား ဖတ္ၾကည့္ပါ)

Boost Pressure

Inlet manifold ထဲမွာျဖစ္ေနတဲ့ Atmospheric Pressure ထက္ပိုေသာ Pressure ကို Boost Pressure လို့ေခၚတယ္။ turbo ကမွုတ္သြင္းေနတဲ့ ေလရဲ့ pressure ကိုေျပာတာပါပဲ။

အစပိုင္းက turbo ေတြက boost pressure နဲ့ပတ္သက္တဲ့ control ေတြမပါဘူး။ အင္ဂ်င္ျမန္လာေလ turbo ပိုလည္ ေလေတြ pressure မ်ားမ်ားနဲ့ ပိုမွုတ္သြင္းေလပါပဲ။ ဒါေပမယ့္ Theory အရ အဲလို စြတ္ရြတ္မွုတ္ေနတာ က turbo အတြက္ over speed ျဖစ္ေနလို့ သက္တမ္းတိုပါတယ္။ ထို့အတူ engine ထဲကို ေလ pressure မ်ားမ်ားနဲ့ မွုတ္သြင္းေနရလို့ ေလ temperature တက္ပါတယ္ အဲတာက မလိုလားအပ္တဲ့ engine အတြက္ Detonation ဆိုတဲ့ ေခါက္သံကိုျဖစ္ေစပါတယ္။ ထို့ အတူ ေလ အရမ္းမ်ား ဆီေလ အခ်ိုးမကိုက္လို့ Engine Output က်တယ္။ ဆီေလ အခ်ိုးမကိုက္လို့ အင္ဂ်င္ မီးခိုးလိုက္၊ carbon deposit ပိုက်သလို ပတ္၀န္းက်င္ကိုလည္း ပုိုမို ညစ္ညမ္းေစတယ္။

Boost Pressure ဘယ္ေလာက္ရွိ

မ်ားေသာအားျဖင့္ 7 psi ရွိၾကတယ္ ေနာက္ပိုင္း 10 ~ 15 psi အခုဖတ္မိတာကေတာ့ 40 psi အထိျမင့္လာၾကျပီလို့ဆိုတယ္။

လိုခ်င္တဲ့ Boost Pressure ကိုဘယ္လို ထိန္းခ်ဳပ္သလဲ

Boost Pressure ကို ထိန္းခ်ဳပ္ဖို့ နည္းလမ္း ၂ ခုထဲက တခုခုကိုသံုးေလ့ရွိပါတယ္။ Internal Waste Gate & External Waste Gate (ရွာဖတ္ၾကည့္ရသေလာက္ ၂ ခုသာေတြ့တယ္ ပိုေတြ့ရင္ေျပာပါဦး)။

Internal Waste Gate

သူက အသံုးမ်ားမယ္ထင္တယ္ ကြ်န္ေတာ္ေတြ့ဖူးတာ Internal Waste Gate Turbo ေတြြသာ။ သူက Exhaust ဘက္က Turbine Housing မွာ “built-in bypass valve” (turbo မွာတြဲလ်က္တပ္ထားတဲ့ သာမန္အားျဖင့္ အၿမဲပိတ္ေနတဲ့ NC valve) တခုပါတယ္။ valve တဘက္က turbo Turbine Wheel ရွိတယ္ က်န္ တဘက္က exhaust ကို တ၀က္တပ်က္စြန့္္ေပးနိုင္တဲ့ exhaust line ရွိတယ္။ သူ့ကို spring တပ္ထားတဲ့ Actuator နဲ့ ဆက္ၿပီး သာမန္အားျဖင့္ အၿမဲပိတ္ေနအာင္ link တခုနဲ့ ခ်ိတ္ဆြဲထားေပးတယ္။ အဲသည္ Actuator ကို engine ရဲ့ intake manifold နဲ့ဆက္ထားေလ့ရွိပါတယ္။

အၾကမ္းဖ်င္း Engine Run တဲ့ အခါ Intake Pressure (Boost Pressure) တက္လာတယ္။ Engine အတြက္ set လုပ္ထားတဲ့ Boost Pressure ကိုေရာက္တဲ့ အခါ intake air pressure က Waste Gate ရဲ့ Actuator ကို တြန္းဖြင့္ပါတယ္။ Pressure ေပၚမူတည္ၿပီး နည္းနည္းတြန္းဖြင့္ မ်ားမ်ားတြန္းဖြင့္ စသည္ျဖင့္ေပါ့။

အဲလိုဖြင့္ေပးလိုက္ေတာ့ exhaust gas ေတြ တခ်ိဳ့ တ၀က္ Turbine Wheel ကိုလွည့္တယ္။ တခ်ိဳ့ တ၀က္ က exhaust manifold ထဲကို စြန့္ထုတ္တယ္။ အက်ိဳးဆက္က turbo လည္ေနတဲ့ RPM ေရာ pressure ေရာ က်ပါတယ္။

အားသာတာက ရိုးတယ္၊ တည္ေဆာက္မွု က်စ္လစ္တယ္၊ ျပင္ပက control ပုိက္ေတြ ေလလိုင္းေတြ မ်ားမ်ား မလိုဘူး၊ exhaust gas ေတြ အာားလံုး catalytic converter ထဲကို ျဖတ္တယ္။

အားနည္းခ်က္ built-in bypass valve ေသးလို့ External Waste Gate ေတြယွဥ္ရင္ exhaust gas pressure ေလွ်ာ့ခ်တာ ကန့္သတ္ခ်က္ရွိပါတယ္။ Boost အေျခအေနမွာ ထင္သေလာက္ စြမ္းေဆာင္ရည္မေကာင္းပါဘူး။

External Waste Gate

သူ့မွာလဲ Bypass Valve ပါတယ္ built in မဟုတ္ (turbo နဲ့ တြဲရက္မဟုတ္) ျပင္ပတေနရမွာ တပ္ထားတာပါ။ သာမန္အားျဖင့္ အၿမဲပိတ္ေနတဲ့ NC valve တခုပါတယ္။ အဲသည္ valve ရဲ့ တဘက္ကို exhaust manifold turbo မ၀င္ခင္နဲ့ က်န္တဘက္ကို exhaust manifold turbo အထြက္မွာတပ္ပါတယ္။

သူ့ကိုလဲ spring တပ္ထားတဲ့ Actuator တခုအေနနဲ့ တိုက္ရိုက္ထိန္းခ်ဳပ္ပါတယ္။ Actuator ကို engine ရဲ့ intake manifold နဲ့ဆက္ထားေလ့ရွိပါတယ္။

အၾကမ္းဖ်င္း Engine Run တဲ့ အခါ Intake Pressure တက္လာတယ္ (Boost Pressure)။ Engine အတြက္ set လုပ္ထားတဲ့ Boost Pressure ကိုေရာက္တဲ့ အခါ intake air pressure က Waste Gate ရဲ့ Actuator ကို တြန္းဖြင့္ပါတယ္။ Pressure ေပၚမူတည္ၿပီး နည္းနည္းတြန္းဖြင့္ မ်ားမ်ားတြန္းဖြင့္ စသည္ျဖင့္ေပါ့။

အဲလိုဖြင့္ေပးလိုက္ေတာ့ exhaust gas ေတြ တခ်ိဳ့ တ၀က္ (ေတာ္ေတာ္မ်ားမ်ား) exhaust manifold ထဲ turbo Turbine Wheel ကိုေက်ာ္ၿပီး တိုက္ရိုက္စြန့္ထုတ္တယ္။ အက်ိဳးဆက္က turbo လည္ေနတဲ့ RPM ေရာ pressure ေရာ က်ပါတယ္။

အားသာတာက High Power သံုးတဲ့ေနရာေတြမွာ Internal Waste Gate Turbo ေတြထက္ Boost Pressure ကို ပိုၿပီးတိတိက်က် ထိန္းခ်ဳပ္နိုင္တယ္၊ (တခ်ိဳ့ လိုသလို ခ်ိန္လို့ရတယ္လို့ဆိုတယ္) ပိုမ်ားမ်ားလဲ ရနိုင္တယ္၊ တည္ေဆာက္မွုအရ Internal Waste Gate ထက္ ပိုႀကီးလို့ရတယ္။ Exhaust Gas စြန့္ထုတ္တာ ပိုမ်ားမ်ားနဲ့ ျမန္ျမန္စြန့္နိုင္တယ္။

အားနည္းတာက ေနရာယူတယ္ modify လုပ္ရတာ ပိုကုန္တယ္လို့ဆိုတယ္။

လိုအပ္တာ မွားေနတာေတြ့ရင္ေထာက္ျပၾကပါဦး။ကြ်န္ေတာ္ ညံ့လို့ပါ။
မွန္တယ္ဆုိရင္ေတာ့ သင္ျမင္ၾကား ဆရာမ်ား ရဲ့ သင္ျပမွု ေရးထားတဲ့ စာအုပ္ေတြေကာင္းလို့ပါ။

သင္၊ ျမင္၊ ၾကား ဆရာမ်ား ကန္ေတာ့လ်ွက္

Crrdit
Aye Min Toe
15/Feb/2018 Mann Base, Minbu