ටර්බෝ පද්ධතිය අද වන විට බොහොමයක් ඩීසල් එන්ජින් වල අනිවාර්යෙන් සවිකර තිබෙන උපාංගයක් බවට පත්ව ඇත. ඩීසල් එන්ජින් සදහා පමණක් නොව පෙට්රල් එන්ජින් සදහාද ටර්බෝ පද්ධතිය භාවිතා වුවත් වැඩි වශයෙන් භාවිතා වන්නේ ඩීසල් එන්ජින් සදහා වේ.ටර්බෝ පද්ධතිය මෙතරම් අවශ්ය උපාංගයක් වූයේ ඇයිද යන්න සොයා බැලීමේදී අපට එන්ජිමක ක්රියාකාරිත්වය හා බැදුණු වැදගත් කරුණු රැසක් හමුවේ
එන්ජිමට වාතය ඇදගන්නා ක්රමය අනුව එන්ජින් වර්ග දෙකක් ඇත.
1. ස්භාවිකව එන්ජිමට වායුව ඇදගන්නා ආකාරය - naturally aspirated engine
2. අමතර බලයකින් වායුව තල්ලුකරන ආකාරය - forced induction
ස්භාවිකව එන්ජිමට වායුව ඇදගන්නා ආකාරය - naturally aspirated එන්ජින් ලෙසින් හැදින්වෙන අතර ටර්බොවක් වැනි උපාංගයක් මගින් අමතර බලකින් වායුව තල්ලුකරන ආකාරය forced induction එන්ජින් ලෙසින් හැදින්වේ.
සාමාන්ය එන්ජිමකට (ටර්බෝව නොමැති) වාතය ඇතුළුවන්නේ සිලින්ඩර තුල ඇතිවන රික්තය සහ ත්රෝටල් වෑල්වයේ පිහිටීම මත වේ. එන්ජිම තුල ඇති වන රික්තය එන්ජිමේ ක්රියාකාරී වේගය අනුව වෙනස් වන අතර එන්ජිමේ වේගය අඩුවන විට වැඩි රික්තයක් සහ වේගය වැඩිවන විට අඩු රික්තයක්ද හට ගනී.එම රික්තය මත එන්ජිමට ඇදගන්නා වායුවේ පරමාණයද වෙනස් වන බැවින් එන්ජිම අඩු වේගයක පවතිද්දී වැඩි වායු ප්රමාණයක්ද වැඩි වේගයකදී අඩු වාත ප්රමාණයක්ද එන්ජිමට ඇද ගනී. මෙය සිලින්ඩර පිරවීම හෙවත් Cylinder Charging ලෙස තාක්ෂනානුකූලව හදුන්වනු ලබයි. සිලින්ඩරයක පිරවීම හෙවත් Cylinder Charging උපරිමව පවත්වා ගැනීමෙන් එන්ජිමේ බලය උපරිමව පවත්වා ගත හැකි වුවත් සීමාව ඉක්මවා සිලින්ඩර පිරවීමෙන් එන්ජිම නොක් වන තත්වයට පත් වේ.
එමෙම්ම යම් හෙයකින් ඇරෙන ත්රෝටල් වෑල්වයට සාපේක්ෂව එන්ජින් වේගය වැඩි නොවුන හොත් එහිදීද සිදු වන්නේ සිලින්ඩර පිරවීම වීම වැඩි වී එන්ජිම නොක් වීමයි. උදහාරණ ලෙස කන්දක් නැගීමේදී, පළමු ගියරය වෙනුවට දෙවන ගියරයෙන් රථය ඇද්දීමට (Pick up) යාමේදී, යොදන ලෝඩ් එක අනුව ගියර නිසි ලෙස මාරු නොකිරීමෙදී වැනි අවස්ථා වල මෙම තත්වය ඇති වේ.
මෙම තත්වය මග හැරීමට කල යුත්තේ එන්ජින් ලෝඩ් එක වැඩි එන්ජිමේ වේගය පහල ගොස් වී සිලින්ඩර පිරවීම වැඩි වන විට එය අඩු කිරීමත් එන්ජිමේ ලෝඩ් එක අඩු වී වේගය ඉහල ගොස් සිලින්ඩර පිරවීම අඩු වන විට එය ඉහල නැංවීමට උපක්රමයක් යෙදීමය. මෙය ටර්බෝව නමින් හදුන්වයි. මෙහිදී සිදු කර ඇත්තේ ත්රෝටල් වෑල්වය ඇරී එන්ජිම ලෝඩ් එක සහිතව අඩු වේගයෙන් ධාවනය වන විට සිලින්ඩර සීමාව ඉක්මවා පිරීම සිදු නොවන අයුරින් සැලසුම් (මෙසේ සැලසුම් කරන්නේ සම්පීඩන අනුපාතය ඇසුරිණි) කර වැඩි වැඩි වේගයේදී අඩු වන සිලින්ඩර පිරවීම මග හැරීමට පිටතින් පොම්පයක් යොදා වායුව තල්ලු කර සිලින්ඩර තුලට ලබා දීමත්ය. එබැවින් ටර්බෝව ක්රියාත්මක වන්නේ එන්ජිමේ වේගය විනාඩියට වට 2500 පමණ අගයක් ඉක්මවූ විටදීය. මෙසේ අවශ්ය අවස්ථා වල පමණක් ටර්බෝව ක්රියාත්මක වීම සඳහා වෙස්ට් ගේට් නම් වෑල්වයක් පද්ධතිය තුල යොදා හනු ලබයි. එනම් එන්ජින් භාරය වැඩි වී සිලින්ඩර පිරවීම වැඩි වන විට ටර්බෝ එකෙහි වේගය අඩු කිරීමෙන් ද සිලින්ඩර පිරවීම අඩු වන විට ටර්බෝ වේගය වැඩි කිරීමෙන්ද මෙම පාලනය වෙස්ට් ගේට් වෑල්වය මගින් සිදු කෙරේ.
ටර්බෝ ඉන්ටර් කූලර් - Intercooler
ටර්බෝවක අවශ්යතාවය එන්ජිමේ සිලින්ඩර උපරිම අගයකින් පිරවීම සිදු කිරීමයි. එනම් සිලින්ඩර තුලට වාතය හෙවත් ඔක්සිජන් නොඅඩුව ලබා දීමයි. නමුත් පිටාර වායුවෙන් ක්රියා කරන ටර්බොවක් හරහා සම්පීඩනය වී එන වාතය අධික උෂ්ණත්වයකට පත් වේ. උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට වායුවේ ඇති ඔක්සිජන් අනු ඈත් වීම සිදු වේ. එනම් යම් කිසි වාත කොටසක් තුල ඇති ඔක්සිජන් අණු ප්රමාණාත්මකව අඩු අගයක් ගනු ලබයි. එබැවින් වාතය සිසිල කර එහි ඝනත්වය වැඩි කර ඔක්සිජන් අණු වැඩි ප්රමාණය ඇති කරවීම සඳහා ඉන්ටර්කූලරයක් මගින් ටර්බෝවෙන් පිට වූ වාතය නැවත සිසිල් කර ඉන්ලට් මැනිෆෝල්ඩ් එක තුලට ලබා දේ
මෝටර් රථයක ඉන්ධන කාර්යක්ෂමතාවය එය භාවිතා කරන සෑම දෙනෙක්ම අපේක්ෂා කරන තත්වයකි. මෝටර් රථ නිෂ්පාදකයින්ද ඔවුන්ගේ මෝටර් රථ උපරිම ඉන්ධන කාර්යක්ෂමතාවයක් සහිතව නිපදවීමට උත්සහ දරයි. මෝටර් රථයක උපරිම ඉන්ධන කාර්යක්ෂමතාවයක් ලබා ගත හැක්කේ ඉන්ධන වායු මිශ්රණය නිසරු (Lean) වූ විටදීය. නමුත් මෝටර් රථයක ඉන්ධන වායු මිශ්රණය සෑම විටම නිසරු ලෙස පවත්වා ගත නොහැකි අතර වැඩි බලයක් අවශ්ය අවස්ථා වලදී මිෂණය සරු කිරීම සිදු කල යුතුය. මෝටර් රථයක වැඩි බලයක් අවශ්ය නොවන අර්ධ භාර (Part Load) වැනි අවස්ථා වල මෙසේ මිශ්රණය නිසරු කිරීම සිදු කල හැකිය.
කෙසේ වුවද මිශ්රණය නිසරු කිරීම නිසා නයිට්රජන් ඔක්සයිඩ වර්ග ගණනාවක් පිටාර වායුව සමග නිකුත් වන අතර විශේෂයෙම්ම ඒවා සත්ව පෙනහළු වලට ඉතා අහිතකර වේ.මේවා පොදුවේ NOx යන සංකේතයෙන් හඳුන්වනු ලබයි. එමෙම්ම සූර්යාලෝකයට නිරාවරණය වීමෙන් මෙම ඔක්සයිඩ විවිධ රසායනික දව්ය නිපදවන අතර සත්වයින්ට මෙන්ම ගස් කොළන් වලටද අහිතකර වේ. මෙම හේතුව නිසා මිශ්රණය නිසරු සිදු කිරීම කල නොහැකි වුවත් EGR පද්ධතිය යොදා ගනිමින් මිශ්රණය නිසරු කරමින්ම NOx නිපදවීමද පාලනය කරනු ලබයි.
NOx ඇතිවීම තවදුරටත්...
ඉන්ධන වායු මිශ්රණය යහපත් හෙවත් 14 : 1 වූ විට NOx ඇති වීමක් සුදු නොවන අතර ඒ කෙසේ දැයි සොයා බලමු. පහතින් දැක්වෙන්නේ යහපත් ඉන්ධන වායු මිශ්රණයක් දැවෙන විටදී ඇතිවන රසායනික විපර්යාසය දැක්වෙන සමීකරණය යි.
HC+O2+(N2) ➔ H2O+CO2+(N2)
ඉහත සමීකරණයට අනුව ඉන්ධන (HC) සහ ඔක්සිජන් රසායනිකව ප්රතික්රියා කොට H2O – (ජලය) සහ CO2 – (කාබන් ඩයොක්සයිඩ්) පිට කරනු ලබයි. මීට අමතරව ප්රතික්රියාවෙදි පිටවන තාපය එන්ජිම මගින් යාන්ත්රික ශක්තිය බවට හරවනු ලබයි. නිෂ්ක්රීය වායුවක් ලෙස සැලකෙන නයිට්රිජන් කිසිදු ප්රතික්රියාවකට භාජනය නොවී පිටාර වායුවට එකතු වේ. මෙසේ සිදු වීමට නම් මිශ්රණය 14 : 1 ලෙස පැවතිය යුතුය. කෙසේ වුවද සෑම අවස්ථාවකම මිශ්රණය එලෙස නොපවතින අතර මිශ්රණය නිසරු වූ විට ඇතිවන රසායනික ප්රතික්රියාව පහත පරිදි වේ.
HC+O2+(N2) ➔ H2O+CO2+O2+ N2
N2+O2 ➔ NOx
ඉහත සමීකරණයට අනුව ඉන්ධන වායු මිශ්රණය නිසරු හෙවත් ඉන්ධන අඩු වූ විට පිටාර වායුවට ඔක්සිජන් ද එකතු වේ. එමෙන්ම කලින් අවස්ථාවේ නිෂ්ක්රීය වායුවක් ලෙස ප්රතික්රියා නොකළ නයිට්රජන් මෙහිදී ඔක්සිජන් හමුවේ ප්රතික්රියා කරනු ලබයි. මෙය සිදු වීමට තවත් එක සාධකයක් සපුරාලිය යුතු අතර එය සිලින්ඩරයේ ඇතුලත උෂ්ණත්වයයි. සිලින්ඩර තුල ඇති වන සේ. අ. 2000 පමණ උෂ්ණත්වය යටතේ ඔක්සිජන් හා නයිට්රජන් ප්රතික්රියා කොට නයිට්රජන් ඔක්සයිඩ සාදනු ලබයි.
ඉහත දැක්වූ පරිදි නයිට්රජන් ඔක්සයිඩ ඇති නොවීමට මිශ්රණය 14 : 1 ලෙස සෑම ලෙසම පවත්වා ගත නොහැකි රථයේ ධාවන අවස්ථා අනුව සහ ඉන්ධන කාර්යක්ෂමතාවය නැංවීමේදී ඔක්සයිඩ අනිවාර්යෙන් ඇති වේ. එසේ නම් කිසියම් ක්රමයකින් ඒවා ඇති වීම පාලනය කල යුතු අතර එසේ නැතහොත් නිපදවූ ඔක්සයිඩ පරිසරයට පිටවීම වලකා ලිය යුතුය. ඒ අනුව මෝටර් රථයක යොදා ගැනෙන NOx ඇතිවීම පාලනය කරන පද්ධතියක් ලෙස EGR පද්ධතිය දැක්විය හැකි අතර ඇතිවූ NOx පරිසරයට පිටවීම වලක්වන පද්ධතියක් ලෙස කැටලිටික් කන්වර්ටරය දැක්විය හැකිය.
ඉහත දැක්වූ ලෙස ඔක්සිජන් සහ නයිට්රජන් ප්රතික්රියා කරනු ලබන්නේ සිලින්ඩර අධික උෂ්ණත්වයකට පත්වූ විටදී වන අතර එම උෂ්ණත්වය කිසියම් ක්රමයකින් අඩු කල හැකි නම් NOx ඇති වීම පාලනය කල හැකිය. පිටාර වායුවේ විශාල ලෙස කාබන් ඩයොක්සයිඩ් අන්තර්ගත වන අතර එය හොද තාප අවශෝෂකයකි. එනම් EGR පද්ධතිය මගින් සිදු කරන්නේ පිටාර වායුවෙන් කොටසක් නැවත සිලින්ඩරය තුලට ලබා දී සිලින්ඩර උෂ්ණත්වය අඩු කිරීමයි. කලින් පවතී සේ. අ. 2000 පමණ උෂ්ණත්වය මෙහිදී සේ. අ. 1800 පමණ අගයක් දක්වා අඩු වෙයි. එමෙන්ම එන්ජිම අර්ධ භාර අවස්ථාවේ මිශ්රණය නිසරු වීමේ ඉඩකඩ වැඩි බැවින් EGR පද්ධතිය ක්රියා කරනු ලබන්නේ එන්ජිම අර්ධ භාර අවස්ථාවේ පමණකි.
මෙලෙස එන්ජිම අර්ධ භාර අවස්ථාවේ පද්ධතිය ක්රියාත්මක කිරීමටත් පිටාර වායුව සහ වුෂණ වායුව එකට සම්භන්ද කිරීමටත් පාලක ඒකකයක් සමග EGR වෑල්වයක් යොදා ගනු ලබයි. දැනට නිෂ්පාදනය වන බොහොමයක් රථවල එන්ජිම පාලනය කරන ඒකකය මගින්ම EGR වෑල්වය ද පාලනය කරනු ලබයි. EGR වෑල්වය රික්තය මහින් ද පාලනය කරනු ලබන පද්ධති ඇති අතර රික්තය වෑල්වයට සම්භන්ද කිරීමට පාලක ඒකකය මගින් සොලොනෝයිඩයක් ක්රියාත්මක කරනු ලබයි. සබැඳී වීඩියෝ පටය නැරබීම මගින් මෙම පද්ධතිය වඩාත් පැහැදිලි කර ගත හැකිය.