টার্বোচার্জার কীভাবে কাজ করে

মডেলটি কী দেখায়

ছোট একটি টার্বো গাড়িতে কম গতিতে অ্যাক্সিলারেটর চাপুন, এক সেকেন্ডের মতো তেমন কিছুই ঘটে না। তারপর গাড়িটা এমনভাবে টানে যেন ইঞ্জিনটা বড় হয়ে গেছে। ওই থমকে থাকা আর ওই ধাক্কা, দুটোই আসে এই মডেলের মাঝখানের যন্ত্রাংশ থেকে: টার্বোচার্জার, অর্থাৎ ইঞ্জিনের নিজের ধোঁয়ায় চলা একটি ছোট পাখা, যা সিলিন্ডারে বাড়তি বাতাস ঢোকায়।

মডেলটি 2.0 লিটারের চার সিলিন্ডার পেট্রোল ইঞ্জিন, সঙ্গে একটি টার্বো, সামনে বসানো একটি ইন্টারকুলার আর এগুলোকে জোড়া পাইপ। টার্বোটি শ্যাফট বরাবর কাটা, আর লাল তলগুলো কাটা জায়গা। কমলা বিন্দু এগজস্ট গ্যাস। নীল বিন্দু তাজা বাতাস; বাতাস গরম হলে সেগুলো বেগুনি হয়, ঠান্ডা হলে আবার নীলের দিকে ফেরে। হলুদ বিন্দু তেল। রিডআউটে থাকে টার্বো শ্যাফটের গতি, বুস্টের চাপ, কম্প্রেসরের পরে আর ইন্টারকুলারের পরে বাতাসের তাপমাত্রা, প্রতিটি সিলিন্ডার কতটা বাতাস নেয় আর পাওয়ার। সবই নিয়ন্ত্রণের সেটিং থেকে, এই পাতার নিচের সূত্র দিয়ে হিসাব করা। নিচের চার্টে শেষ আট সেকেন্ড দেখা যায়, তাই থ্রটল সরালে টার্বোকে পিছু পিছু ধরে ফেলতে দেখবেন।

সংখ্যাগুলো একটি সাধারণ ছোট টার্বো পেট্রোল ইঞ্জিনের মডেল মান। কোনো নির্মাতার তথ্য থেকে নেওয়া নয়, আর শেষের দিকের অংশে বলা আছে মডেলটি কী কী বাদ দিয়েছে।

ইঞ্জিন কেন ঘন বাতাস চায়

পেট্রোল ইঞ্জিন টেনে নেওয়া বাতাসের অক্সিজেন দিয়ে জ্বালানি পোড়ায়, আর কতটা জ্বালানি পোড়াতে পারবে তা ওই বাতাসেই বাঁধা। ফোর-স্ট্রোক ইঞ্জিন প্রদর্শনীতে প্রতিটি সিলিন্ডার ক্র্যাংকশ্যাফটের প্রতি দুই পাকে একবার ভরে। কতটা আয়তন ভরবে তা বোর আর স্ট্রোক দিয়ে ঠিক করা, তাই বেশি বাতাস ঢোকানোর একটাই উপায়: পৌঁছানোর আগেই বাতাসকে ঘন করা।

এই মডেলে চারটি সিলিন্ডারের প্রতিটি আধা লিটার জায়গা জুড়ে চলে আর তার 90 শতাংশ ভরে (এটিই তার ভলিউমেট্রিক দক্ষতা)। 25 °C আর সমুদ্রতলের স্বাভাবিক চাপে বাইরের বাতাসের ঘনত্ব 1.184 kg/m³, তাই নিজে নিজে শ্বাস নেওয়া একটি সিলিন্ডার প্রতিটি ইনটেক স্ট্রোকে নেয়

0.9 × 0.0005 m³ × 1.184 kg/m³ = 533 mg বাতাস।

6,000 rpm-এ পুরো ইঞ্জিনের জন্য তা সেকেন্ডে 107 গ্রাম বাতাস। 14.7 বায়ু-জ্বালানি অনুপাত আর 30 শতাংশ ব্রেক দক্ষতায় পোড়ালে ওই বাতাস যতটা জ্বালানি পোড়াতে পারে, তা থেকে আসে 94 kW। টার্বোকে 1 bar বুস্টে রেখে আর ইন্টারকুলার চালু রেখে একই সিলিন্ডার পায় 984 mg, আর ইঞ্জিন দেয় 173 kW। ইঞ্জিন বড় হয়নি; বাতাসকে ঠেসে ভরা হয়েছে।

ধোঁয়া টারবাইন ঘোরায়, শ্যাফট কম্প্রেসর ঘোরায়

সিলিন্ডার থেকে বেরোনো ধোঁয়া গরম আর চাপে থাকে, আর টার্বো ছাড়া ইঞ্জিনে এই শক্তি টেলপাইপ দিয়ে বেরিয়ে যায়। এখানে এগজস্ট ম্যানিফোল্ডের চারটি নল তাকে টারবাইন হাউজিংয়ে পাঠায়, যা ঢালাই লোহার একটি প্যাঁচানো খোল; এটি টারবাইন হুইলের চারপাশে একবার ঘোরে আর এগোতে এগোতে সরু হয়। সরু হওয়ায় গ্যাস দ্রুত হয় আর ঘুরতে থাকে, তারপর চাকার 11টি ব্লেডের মধ্য দিয়ে ভেতরের দিকে ছোটে আর অক্ষ বরাবর ডাউনপাইপে বেরিয়ে যায়। ব্লেডের ওপর গ্যাসের ধাক্কা চাকাকে ঘোরায়।

একই ইস্পাতের শ্যাফটের অন্য প্রান্তে আছে কম্প্রেসর হুইল, তাই এটি ঠিক একই গতিতে ঘোরে। ফিল্টার থেকে আসা বাতাস অক্ষ বরাবর এতে ঢোকে, আর বাঁকা ব্লেডগুলো কিনারায় বাতাসকে বাইরের দিকে ছুড়ে দেয়। কম্প্রেসরের চারপাশের অ্যালুমিনিয়াম খোল এগোতে এগোতে চওড়া হয়, যা দ্রুত বাতাসকে ধীর করে তার গতিকে চাপে বদলে দেয়। একই জোড়া ধারণা, গরম গ্যাস থেকে কাজ বের করা টারবাইন আর ঠান্ডা বাতাসে কাজ ঢালা কম্প্রেসর, জেট ইঞ্জিন-ও চালায়, শুধু এখানে দুটোর মাঝে কোনো বার্নার নেই; পোড়ানোর কাজটা করে ইঞ্জিনের সিলিন্ডারগুলো।

এটি কত দ্রুত ঘোরে? সবচেয়ে বড় নির্মাতাদের একটি, Garrett, বলে তাদের সবচেয়ে বড় টার্বো 63,000 rpm পর্যন্ত আর সবচেয়ে ছোটগুলো 3,00,000 rpm-এরও বেশি গতিতে ঘোরে। মডেলের কম্প্রেসর হুইলের ব্যাস 50 mm, আর 1 bar বুস্ট দিতে একে প্রায় 1,42,000 rpm-এ ঘুরতে হয়। তখন এর কিনারা চলে

2π × 0.025 m × 1,42,300 / 60 s = 373 m/s,

যা বাইরের বাতাসে শব্দের গতির চেয়েও বেশি। পর্দায় চাকাগুলো রিডআউটের গতির চেয়ে 2,000 গুণ ধীরে ঘোরে।

তেলের ওপর ভাসা শ্যাফট

বেশিরভাগ টার্বো শ্যাফটকে সাধারণ বুশ আর তেলের স্তরের ওপর রাখে, আর কিছু পারফরম্যান্স টার্বো এর বদলে বিশেষ বল বেয়ারিং ব্যবহার করে। মডেলে একটি বিনুনি করা পাইপ ইঞ্জিনের তেল মূল গ্যালারি থেকে সেন্টার হাউজিংয়ের মাথায় আনে। তেল ব্রোঞ্জের দুটি বুশের চারপাশের ফাঁক ভরে দেয়, বুশগুলো শ্যাফট আর হাউজিংয়ের মাঝে ভাসে, আর শ্যাফট ধাতু না ছুঁয়ে ওই স্তরের ওপর চলে। কম্প্রেসরের পাশের একটি থ্রাস্ট বেয়ারিং শ্যাফট বরাবর ধাক্কা সামলায়। তারপর তেল নিচের বড় ড্রেন দিয়ে পড়ে সাম্পে ফিরে যায়, তাই ড্রেন হোস মোটা আর সোজা নিচের দিকে।

তেল তাপও বয়ে নেয়। টারবাইনের দিক ধোঁয়ায় ডুবে থাকে আর কম্প্রেসরের দিক বাইরের বাতাস নেয়, আর সেন্টার হাউজিং দুয়ের মাঝের সেতু। একই কারণে কিছু টার্বো সেন্টার হাউজিংয়ে কুল্যান্ট জ্যাকেট যোগ করে, যাতে তেল অতিরিক্ত গরম না হয়।

চাপ দিলে বাতাস গরম হয়

সাইকেলের টায়ারে পাম্প করুন, পাম্পের নলটা গরম হয়ে যায়। কম্প্রেসর একই কাজ অনেক দ্রুত করে, আর বাতাস তাপ ছেড়ে দেওয়ার সময় পায় না। আদর্শ, ক্ষতিহীন কম্প্রেসরের ক্ষেত্রে বেরোনোর তাপমাত্রা

T₂ = T₁ × PR^((γ−1)/γ),

যেখানে PR চাপের অনুপাত আর বাতাসের জন্য γ = 1.4। বাইরের 1.013 bar-এর ওপর 1 bar বুস্ট মানে চাপের অনুপাত 1.987। 298.15 K (25 °C) থেকে শুরু করলে:

298.15 K × 1.987^0.286 = 362.8 K, অর্থাৎ প্রায় 90 °C।

সত্যিকারের কম্প্রেসর তার কাজের কিছুটা বাড়তি তাপ হিসেবে নষ্ট করে। মডেল 72 শতাংশ দক্ষতা ধরে, যা দিয়ে তাপমাত্রার বৃদ্ধিকে ভাগ করা হয়:

T₂ = 298.15 × (1 + (1.2168 − 1) / 0.72) = 387.9 K, অর্থাৎ প্রায় 115 °C।

রিডআউটের "কম্প্রেসরের পরে" সারিটি এটাই। বুস্টের সীমা 1.5 bar-এ তুলুন, তাপমাত্রা উঠে যায় 148 °C-এ। এই কাজ করতে পাওয়ার লাগে: প্রতি কিলোগ্রাম বাতাসে 90 kJ, 6,000 rpm-এ প্রায় 18 kW, যার সবটাই টারবাইন ধোঁয়া থেকে নেয়।

চার্জ ঠান্ডা করলে ঘনত্ব ফেরে

গরম বাতাস মানে পাতলা বাতাস। আদর্শ গ্যাস সূত্র তিনটিকে বাঁধে ρ = p / (R T) দিয়ে, যেখানে বাতাসের জন্য R = 287 J/(kg·K)। 1 bar বুস্টে কম্প্রেসর থেকে বেরোনো বাতাস থাকে 2,01,325 Pa আর 387.9 K-এ:

ρ = 2,01,325 / (287.05 × 387.9) = 1.808 kg/m³।

চাপ প্রায় দ্বিগুণ হয়েছে, কিন্তু ঘনত্ব বেড়েছে মাত্র 1.53 গুণ, কারণ লাভের বড় অংশ তাপে চলে গেছে। সিলিন্ডারে ঢোকা গরম বাতাস মিশ্রণকে নকের কাছাকাছিও নিয়ে যায়, যখন স্পার্কের আগেই জ্বালানি নিজে থেকে জ্বলে ওঠে।

ইন্টারকুলার হলো ইনটেক বাতাসের রেডিয়েটর। চার্জ চ্যাপ্টা টিউবের ভেতর দিয়ে যায়, আর গাড়ির সামনের বাতাসের স্রোত টিউবগুলোর মাঝের ফিনের ওপর দিয়ে বয়ে যায়। মডেলের ইন্টারকুলার তাপমাত্রা বৃদ্ধির 75 শতাংশ সরিয়ে দেয়:

T₃ = 387.9 − 0.75 × (387.9 − 298.15) = 320.6 K, অর্থাৎ প্রায় 47 °C।

একই চাপে ঘনত্ব এখন 2,01,325 / (287.05 × 320.6) = 2.188 kg/m³, বাইরের বাতাসের 1.85 গুণ। নিয়ন্ত্রণে ইন্টারকুলার বন্ধ করুন, 4,000 rpm-এ পাওয়ার 115 kW থেকে নেমে 95 kW হয়, অথচ বুস্ট একটুও বদলায় না।

বুস্টকে একটি সীমায় ধরে রাখা

ইঞ্জিনের বেশি গতিতে টার্বোর যতটা দরকার তার চেয়ে অনেক বেশি ধোঁয়া হয়। মডেলে 6,000 rpm আর পুরো থ্রটলে ধোঁয়া কম্প্রেসরকে প্রায় 3 চাপ-অনুপাত পর্যন্ত চালাতে পারত, যা ইঞ্জিন যতটা সইতে তৈরি তার অনেক বাইরে। ওয়েস্টগেট এটা থামায়। এটি টারবাইন হাউজিংয়ের ভেতরের একটি ঢাকনা, যা সরাসরি বেরোনোর মুখ পর্যন্ত একটি পথ খোলে, ফলে গ্যাসের একটা অংশ টারবাইন হুইল এড়িয়ে যায়। একটি অ্যাকচুয়েটর, অর্থাৎ স্প্রিং আর ডায়াফ্রামওয়ালা একটি বন্ধ কৌটো, বুস্টের চাপ সীমায় পৌঁছালে ঢাকনাটা ঠেলে খোলে। Garrett এভাবে বলে: আগে থেকে ঠিক করা মাত্রায় ওয়েস্টগেট খোলে আর এগজস্ট গ্যাসকে টারবাইন এড়িয়ে যেতে দেয়।

"বুস্টের সীমা" স্লাইডার এই ঠিক করা মাত্রাটিই সরায়। 4,000 rpm-এ ঢাকনা প্রায় 16 শতাংশ খোলা; 6,000 rpm-এ প্রায় অর্ধেক খোলা, আর রিডআউট দেখায় ইঞ্জিনের গতি বাড়লেও বুস্ট 1 bar-এ থেকে যায়। সীমা শূন্য করুন, ঢাকনা পুরো খোলা থাকে; তখন ইঞ্জিন টার্বো ছাড়া ইঞ্জিনের মতো শ্বাস নেয় আর 6,000 rpm-এ প্রায় 94 kW দেয়।

পাওয়ার দেরিতে আসে কেন

ধোঁয়া যতটা ঠেলতে পারে, টার্বো ঠিক ততটাই দ্রুত গতি তুলতে পারে, আর হালকা থ্রটলে চলার সময় ধোঁয়া বেশি থাকে না। থ্রটল পুরো চাপুন, ইঞ্জিন প্রথমে শুধু ততটা বাতাস পায় যতটা সে নিজে টানতে পারে। তাতে একটু বেশি ধোঁয়া হয়, যা টার্বোকে একটু দ্রুত ঘোরায়, যা একটু বেশি বুস্ট দেয়, এভাবে চলতে থাকে সীমায় পৌঁছানো পর্যন্ত। এই অপেক্ষার নাম টার্বো ল্যাগ।

মডেল ধরে নেয় শ্যাফটের গতি একটা দেরিতে লক্ষ্যের দিকে ওঠে, আর ধোঁয়া কম হলে দেরিটা লম্বা হয়। 2,000 rpm-এ 15 শতাংশ থেকে পুরো থ্রটলে গেলে শ্যাফট প্রায় 19,800 থেকে 1,01,600 rpm-এ ওঠে; 0.7 সেকেন্ডে অর্ধেক পথ আর 2.4 সেকেন্ডে 90 শতাংশে পৌঁছায়। 3,500 rpm-এ একই ধাপে 90 শতাংশে পৌঁছাতে লাগে 1.7 সেকেন্ড। ট্যুরের শেষ ধাপ এই পরীক্ষাটি চালায়, আর চার্টে লাল শ্যাফট-গতির রেখা আর নীল বুস্টের রেখা ধূসর থ্রটলের রেখার পেছনে পড়ে থাকে।

আরেকটি, আলাদা প্রভাবও আছে। ইঞ্জিনের কম গতিতে ধোঁয়া টার্বোকে পুরো বুস্টের মতো দ্রুত ঘোরাতে পারে না, আপনি যতক্ষণই অপেক্ষা করুন। মডেলে 2,000 rpm-এ পুরো থ্রটল দেয় মাত্র 0.45 bar, আর পুরো বুস্ট আসে কেবল প্রায় 3,500 rpm-এর ওপরে। এটাই বুস্ট থ্রেশহোল্ড। নির্মাতারা দুটোর সঙ্গেই লড়েন ছোট ও হালকা চাকা, টুইন-স্ক্রল হাউজিং, টারবাইনে বদলানো যায় এমন ভেন আর সম্প্রতি শ্যাফটে বসানো বৈদ্যুতিক মোটর দিয়ে।

এই মডেল আসল টার্বো থেকে কোথায় আলাদা

• টার্বোটি মোটামুটি মাপমতো আঁকা, কিন্তু হাউজিংয়ের দেয়াল, ব্লেডের আকার আর পাইপের পথ সরল করা হয়েছে।
• কম্প্রেসরের দক্ষতা, ইন্টারকুলারের কার্যকারিতা আর ইঞ্জিনের ভলিউমেট্রিক দক্ষতা নির্দিষ্ট সংখ্যা। আসল ইঞ্জিনে এগুলো প্রবাহ আর গতির সঙ্গে বদলায়, আর নির্মাতারা কম্প্রেসরকে একটি সংখ্যা দিয়ে নয়, একটি ম্যাপ দিয়ে বর্ণনা করেন।
• এগজস্টের দিকটা একটিমাত্র সূত্র, যা বলে টারবাইন কতটা চাপ দিতে পারত, বাকিটা নেয় ওয়েস্টগেট। প্রতিটি সিলিন্ডারের ধাক্কা, ব্যাক প্রেশার আর ধোঁয়ার তাপমাত্রা মডেলে নেই।
• ইঞ্জিন জ্বালানি পোড়ায় 14.7-এর নির্দিষ্ট বায়ু-জ্বালানি অনুপাতে আর 30 শতাংশ নির্দিষ্ট দক্ষতায়। আসল টার্বো ইঞ্জিন পুরো বুস্টে বেশি জ্বালানির মিশ্রণে চলে আর নক এড়াতে স্পার্ক পিছিয়ে দেয়।
• ফিল্টার, পাইপ আর ইন্টারকুলারে চাপের ক্ষতি বাদ দেওয়া হয়েছে, আর সেই ব্লো-অফ ভালভও, যা থ্রটল বন্ধ হলে চাপ বের করে দেয়।

জাহাজের ইঞ্জিন থেকে ছোট পেট্রোল গাড়ি

সুইস প্রকৌশলী আলফ্রেড বুখির (Alfred Büchi) 1905 সালের পেটেন্টকে সাধারণত টার্বোচার্জিংয়ের শুরু ধরা হয়। ব্রাউন বোভেরি (Brown Boveri) বড় ইঞ্জিনের জন্য তাদের প্রথম টার্বোচার্জার VT402 শেষ করে জুন 1924-এ, আর 1926 সালে জলে নামানো জার্মান যাত্রীজাহাজ প্রয়সেন (Preussen) ও হানজেশটাট ডানৎসিগ (Hansestadt Danzig) ছিল টার্বোচার্জড ইঞ্জিনের প্রথম জাহাজ, যেগুলো বুখির তত্ত্বাবধানে তৈরি। তারপর এল বিমান: 1930-এর দশকের শেষ থেকে বোয়িং B-17 জেনারেল ইলেকট্রিকের (General Electric) টার্বো নিয়ে উড়ত, যা উঁচুতে পাতলা বাতাসেও তার ইঞ্জিনের পাওয়ার ধরে রাখত। গাড়িতে টার্বো ল্যাগ আর আকার অনেক দিন এদের আটকে রেখেছিল। আজ ছোট ইঞ্জিন থেকে বেশি পাওয়ার পাওয়ার একটি সাধারণ উপায় টার্বো, যাকে প্রকৌশলীরা ডাউনসাইজিং বলেন।

এক বার চাপ বাড়লেই বাতাস ঠিক দ্বিগুণ হয় না কেন

বুস্ট মিটার সাধারণত বায়ুমণ্ডলের তুলনায় বাড়তি চাপ দেখায়, কিন্তু গ্যাসের সূত্রে শূন্যস্থান থেকে মাপা পরম চাপ লাগে। সহজ উদাহরণের জন্য বায়ুমণ্ডলের পরম চাপ 1 bar এবং প্রবেশের তাপমাত্রা অপরিবর্তিত ধরা যাক। তখন 1 bar বুস্ট মানে 2 bar পরম চাপ। ρ = p / (R T) অনুযায়ী পরম চাপ দ্বিগুণ হলে ঘনত্বও দ্বিগুণ হয়, তাই একই সিলিন্ডারে দ্বিগুণ ভরের বাতাস ধরে। কিন্তু প্রতি বাড়তি বারেই বাতাস দ্বিগুণ হয় না: 2 bar পরম চাপ থেকে আরও এক বার যোগ করলে অনুপাত হয় 3 / 2।

তাপমাত্রা বদলালে ফলও বদলায়। ধরুন, পরম চাপ দ্বিগুণ করার সময় বাতাস 300 K থেকে 400 K হয়। এগুলো বোঝানোর জন্য ধরা মান, মডেলের অন্য কোনো সেটিং নয়। ঘনত্বের অনুপাত হয় 2 × 300 / 400 = 1.50। একই চাপে বাতাস 330 K পর্যন্ত ঠান্ডা করলে অনুপাত হয় 2 × 300 / 330 = 1.82। এই হিসাবে কুলার চাপ বাড়ায়নি; একই জায়গায় বেশি ভর ধরার সুযোগ দিয়েছে। এখানে কেলভিন ব্যবহার করতে হবে। সেলসিয়াসের মান ভাগ করলে ভুল হবে, কারণ সেই স্কেল পরম শূন্য থেকে শুরু হয় না।

প্রদর্শনীতে গোল করা 1 bar নয়, বায়ুমণ্ডলের চাপ 1.013 bar ব্যবহার করা হয়। তাই 1 bar বুস্টে চাপের অনুপাত 2-এর একটু কম; তাপমাত্রা ও ঘনত্বও এই উদাহরণ থেকে সামান্য আলাদা। বাস্তব ইন্টারকুলারে চাপের ক্ষয়ও হয়, আর আটকে যাওয়া ফিল্টার কম্প্রেসরের প্রবেশচাপ কমায়। Garrett-এর কম্প্রেসর ম্যাপ নির্দেশিকায় প্রকৃত চাপের অনুপাত বের করতে প্রবেশ ও প্রস্থানের ক্ষয় ধরা হয়। শুধু ড্যাশবোর্ডের সংখ্যা দেখে কম্প্রেসর কতটা কাজ করছে বোঝা যায় না।

পাওয়ার নিয়েও কাছাকাছি ভুল ধারণা আছে। বাড়তি অক্সিজেন বেশি জ্বালানি পোড়াতে দেয়, জ্বালানির বিকল্প হয় না। প্রদর্শনীর মিশ্রণ ও দক্ষতা স্থির বলে বাতাসের ভর যে অনুপাতে বাড়ে, গণনা করা পাওয়ারও সেই অনুপাতে বাড়ে। বাস্তব নিয়ন্ত্রক টর্ক সীমিত করতে পারে, ইগনিশন পিছিয়ে দিতে পারে বা মিশ্রণ বদলাতে পারে। একই বুস্টের দুই ইঞ্জিনে প্রবেশের তাপমাত্রা, আয়তন ও পাওয়ার আলাদা হতে পারে। বুস্ট দরকারি তথ্য, কিন্তু অশ্বশক্তি বা যান্ত্রিক নিরাপত্তার সরাসরি মাপ নয়।

বড় চাকাকে ইচ্ছেমতো দ্রুত ঘোরানো যায় না কেন

আগের প্রান্তের গতির হিসাব শ্যাফটের পাঠকে ব্লেডের ডগার বাস্তব গতির সঙ্গে মেলায়। মডেলের 50 mm ব্যাসের চাকায় 1,00,000 rpm হলে প্রায় 262 m/s হয়। 2,50,000 rpm-এ একই হিসাবে প্রায় 654 m/s হয়। এগুলো ছোট টার্বোর সম্ভাব্য ঘূর্ণনসীমার জ্যামিতিক উদাহরণ, এই চাকার অনুমোদিত কাজের বিন্দু নয়। আসল চাকা টিকবে কি না তা উপাদান, ব্লেডের আকার ও প্রস্তুতকারকের গতিসীমার ওপর নির্ভর করে। রঙিন কণা ও ইচ্ছা করে ধীর করা ঘূর্ণনে এই যান্ত্রিক পীড়ন দেখা যায় না।

ব্যাসার্ধ স্থির থাকলে ব্লেডের কোনো অংশকে বৃত্তে চালানোর জন্য দরকারি ত্বরণ কৌণিক গতির বর্গ অনুযায়ী বাড়ে। তাই গতি দ্বিগুণ হলে কেন্দ্রমুখী ত্বরণ চার গুণ লাগে। একই rpm-এ ব্যাসার্ধ বাড়লেও ডগার গতি বাড়ে। এজন্য বড় শিল্প টার্বো ছোট গাড়ির টার্বোর তুলনায় অনেক ধীরে ঘুরেও কম কার্যকর কাজ করে, এমন নয়। MIT-এর পাঠে কেন্দ্রাতিগ পীড়নকে কম্প্রেসরের গতির সীমা হিসেবে আলোচনা করা হয়েছে। চাকার আকার ছাড়া বেশি rpm বললে প্রকৌশলের সমস্যার অনেকটাই বাদ যায়।

কম্প্রেসর ম্যাপ আরও একটি সীমা দেখায়। Garrett অনুভূমিক অক্ষে ভরের প্রবাহ এবং উল্লম্ব অক্ষে পরম চাপের অনুপাত রাখে। রেখাগুলো শ্যাফটের ঘূর্ণন দেখায়, আর দক্ষতার দ্বীপগুলো দেখায় কোথায় কম কাজ তাপ হয়ে নষ্ট হয়। কম প্রবাহের দিকে সার্জ মানে অস্থির প্রবাহ, শুধু কম পাওয়ার নয়। বেশি প্রবাহের সীমানায় চোকিং ও কমতে থাকা দক্ষতা কাজের পরিসর সীমিত করে; আরও চাপ চাওয়া অতিরিক্ত ঘূর্ণন ঘটাতে পারে। বড় কম্প্রেসর নিজে থেকেই ভালো নয়: দরকারি পুরো গতিসীমায় ইঞ্জিনের কাজের বিন্দু তার ম্যাপের সঙ্গে মিলতে হবে।

থ্রটল হঠাৎ বন্ধ করলে কাজের বিন্দু সার্জের দিকে যেতে পারে, কারণ চাকা ঘুরতে থাকলেও ইঞ্জিন কম বাতাস নিতে শুরু করে। বাস্তব ব্যবস্থায় কম্প্রেসরের বাইপাস বা ব্লো-অফ ভালভ দিয়ে এটি কমানো হয়। এটি নিষ্কাশনের ওয়েস্টগেট থেকে আলাদা। প্রদর্শনীতে এই ভালভ বা কম্প্রেসর ম্যাপ নেই, তাই সার্জের শব্দের পূর্বাভাস বা বদলি টার্বোর উপযুক্ততা যাচাই করা যায় না। থ্রটল পরীক্ষা বুস্টের দেরি দেখায়, বাস্তব ইনটেকের সব অস্থিরতা নয়।

নিষ্কাশনের স্পন্দন আলাদা করা বা টারবাইনের প্রবেশপথ বদলানো

টুইন-স্ক্রল টারবাইনেও টারবাইন চাকা একটি। হাউজিংয়ে আলাদা নিষ্কাশনপথ থাকে, আর বিভক্ত ম্যানিফোল্ড নির্দিষ্ট সিলিন্ডার গোষ্ঠীর গ্যাস চাকা পর্যন্ত আলাদা রাখে। এতে দরকারি স্পন্দন বজায় থাকে এবং সিলিন্ডারের পারস্পরিক বাধা কমে। BorgWarner-এর উৎপাদিত ছয়-সিলিন্ডার প্রয়োগের প্রযুক্তিগত বিবরণে কম গতিতে সাড়া ভালো হওয়ার কারণ বলা হয়েছে। টুইন-স্ক্রল মানে টুইন-টার্বো নয়। ম্যানিফোল্ডের সংশ্লিষ্ট পথ আলাদা না রেখে শুধু হাউজিংয়ে দেয়াল বসালে পুরো ব্যবস্থা তৈরি হয় না।

পরিবর্তনশীল জ্যামিতি অন্য অংশে কাজ করে। টারবাইনের চারপাশের চলমান গাইড ভেন প্রবেশপথের কার্যকর খোলা অংশ বদলায়। Garrett জানায়, তাদের ডিজেল VGT-র ভেন কম ইঞ্জিন গতিতে বন্ধ হয়ে টারবাইনের পাওয়ার ও বুস্ট বাড়ায়; বেশি গতিতে খুলে বেশি গ্যাস যেতে দেয় এবং অতিরিক্ত ঘূর্ণন এড়ায়। চাকা নিজে বড় বা ছোট হয় না। স্থির হাউজিংয়ের চেয়ে নিয়ন্ত্রক বেশি প্রবাহ অবস্থায় টারবাইন মানিয়ে নিতে পারে, তবে অ্যাকচুয়েটরের জটিলতা ও গরম নিষ্কাশনের পরিবেশ সামলাতে হয়।

কোনো নকশাই রোটর ত্বরান্বিত করার শক্তির প্রয়োজন মেটায় না। স্পন্দন ভালোভাবে কাজে লাগানো বা উপযুক্ত প্রবেশপথ সাড়ার সময় কমাতে পারে, কিন্তু দুর্বল নিষ্কাশনে শক্তি সীমিতই থাকে। ছোট টারবাইন কম গতিতে সাহায্য করলেও বড় প্রবাহে বাধা হতে পারে। বড় টারবাইন বাধা কমাতে পারে, কিন্তু ত্বরান্বিত করা কঠিন হতে পারে। পছন্দ ইঞ্জিন ও তার কাজের ওপর নির্ভর করে, সব ক্ষেত্রে প্রযোজ্য নকশার তালিকার ওপর নয়। প্রদর্শনীতে এই বিকল্প হাউজিং বেছে নেওয়া যায় না; দেখা টারবাইনটি আগে বলা স্থির জ্যামিতি ও ওয়েস্টগেটের উদাহরণ।

ছোট ইঞ্জিন কখন জ্বালানি বাঁচায়

ডাউনসাইজিংয়ে বড় ইঞ্জিনের বদলে ছোট ইঞ্জিন ব্যবহার করা হয়, যা বেশি পাওয়ার চাইলে বুস্ট নেয়। সাধারণ গাড়ি চালানোর অনেক সময় সর্বোচ্চ পাওয়ারের সামান্য অংশই লাগে। ছোট ইঞ্জিনে ঘর্ষণ কম হতে পারে এবং একই রাস্তার চাহিদায় কম থ্রটলিং লাগতে পারে। আয়তন কমিয়ে যে পারফরম্যান্স হারানোর কথা, টার্বো তা ফিরিয়ে আনে। এটি একই কাজ করা পুরো ইঞ্জিন ব্যবস্থার তুলনা, যেকোনো ইঞ্জিনে টার্বো লাগালেই আপনা থেকে জ্বালানি বাঁচে এমন দাবি নয়।

EPA-র Automotive Trends প্রতিবেদনে টার্বোকে অন্য ইঞ্জিন প্রযুক্তির সঙ্গে শ্রেণিবদ্ধ করে পারফরম্যান্স ও দক্ষতায় তাদের মিলিত প্রভাব আলোচনা করা হয়েছে। গাড়িবহরের এই তথ্য প্রযুক্তির ব্যবহার এবং পুরো গাড়ির বিবরণ দেয়; শুধু টার্বোর কারণে নিশ্চিত সাশ্রয় আলাদা করে না। গাড়ির ভর, গিয়ারের অনুপাত, রাস্তার ভার ও ক্যালিব্রেশন সবই ফল বদলায়। ন্যায্য তুলনায় সমতুল্য গাড়িকে একই ড্রাইভিং চক্রে চালাতে হবে। এই প্রদর্শনীর পাওয়ার থেকে কোনো একটি সাশ্রয়ের শতাংশ বের করা যায় না, কারণ গাড়ি বা ড্রাইভিং চক্রের মডেল নেই।

বেশি বুস্টের সীমাও আছে। প্রবেশের চাপ ও তাপমাত্রা বাড়লে পেট্রল ইঞ্জিনের অবশিষ্ট মিশ্রণ স্বাভাবিক শিখা পৌঁছানোর আগেই নিজে জ্বলে উঠতে পারে। তার ফলে দ্রুত চাপের দোলনকে নকিং বলে, যা নির্ধারিত স্পার্ক ইগনিশন নয়। চার্জ ঠান্ডা করা, যথেষ্ট নকিং-প্রতিরোধী জ্বালানি এবং সঠিক ইগনিশন সময় সাহায্য করে। কম্প্রেশন অনুপাতও গুরুত্বপূর্ণ, কিন্তু সেটি সিলিন্ডারের আয়তনের জ্যামিতিক অনুপাত, কম্প্রেসরের চাপের অনুপাত নয়। দুটি আলাদা প্রক্রিয়া বোঝায়, তাই যোগ করা উচিত নয়। মডেলে দক্ষতা ও মিশ্রণ স্থির এবং নকিংয়ের হিসাব নেই; বাড়তে থাকা পাওয়ার বাস্তব গাড়ির বুস্টসীমা বাড়ানোর অনুমতি নয়।

বেল্টচালিত সুপারচার্জার ক্র্যাঙ্কশ্যাফট থেকে কম্প্রেসরের কাজ নেয়, তাই নিষ্কাশন টারবাইনের ত্বরণের অপেক্ষা না করেই সাড়া দিতে পারে। তবে শ্যাফটের এই চাহিদা ইঞ্জিনের পাওয়ার খরচ করে। বিদ্যুৎ-সহায়ক টার্বো টারবাইন ও কম্প্রেসরের একই শ্যাফটে মোটরের টর্ক যোগ করে। BorgWarner-এর eTurbo নথিতে বাড়তি টারবাইন শক্তি দিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদনের কথাও আছে। আলাদা পণ্য eBooster একটি বৈদ্যুতিক কম্প্রেসর, যা সাধারণ টার্বোকে সাহায্য করে; এটি টার্বোর শ্যাফটে মোটর লাগানো একই যন্ত্র নয়। ব্যাটারির শক্তি, বৈদ্যুতিক ক্ষয় ও তাপ সরানোও হিসাবে থাকে। কোনো যন্ত্রই বিনা শক্তিতে সংকুচিত বাতাস বানায় না।

পর্দায় তিনটি তুলনা

কুলিং তুলনার জন্য ইঞ্জিন 4,000 rpm, থ্রটল পুরো এবং বুস্টসীমা 1 bar রাখুন। পাওয়ার লেখার আগে শ্যাফট ও বুস্টের রেখা স্থির হতে দিন। কেবল ইন্টারকুলার বদলান। মডেলে কুলিংসহ প্রায় 115 kW, কুলিং ছাড়া 95 kW হয়। বুস্টের পাশাপাশি ইঞ্জিনে যাওয়া তাপমাত্রা ও সিলিন্ডারপ্রতি বাতাস দেখুন। এটি প্রায় একই চাপে ঘনত্বের পরীক্ষা, ইঞ্জিনের আকার বদল নয়।

সাড়া তুলনার জন্য 2,000 rpm এবং 15% থ্রটলে স্থির হতে দিন। তারপর পুরো খুলে শেষ 8 s-এর চার্ট দেখুন। থ্রটলের রেখা আগে বদলায়, রোটরের সাড়ার পরে বুস্ট আসে। একই শুরুর থ্রটলে 3,500 rpm-এ আবার করুন। কয়েকটি সেটিং বদলানোর পরপর রেখা তুলনা করবেন না, কারণ শুরুর শ্যাফট গতি আলাদা হবে। মডেলের সরল দেরির সূত্র পরীক্ষা পুনরাবৃত্তিযোগ্য করে, তবে এটি উৎপাদিত ইঞ্জিনের মাপা ত্বরণ পরীক্ষা নয়।

ওয়েস্টগেট তুলনায় পুরো থ্রটল ও একই বুস্টসীমা রেখে ইঞ্জিন 4,000 rpm থেকে 6,000 rpm করুন। ওয়েস্টগেট বেশি খুলবে, অথচ স্থির বুস্ট সীমার মধ্যে থাকবে। বেশি খোলা মানে টার্বোর কাজ থেমে যাওয়া নয়: গ্যাস চাকা ঘোরায়, তবে বেশি অংশ পাশ কাটায়। শেষে বুস্টসীমা শূন্য করে স্থির হলে পাওয়ার তুলনা করুন। পরীক্ষাগুলো কুলিং, ক্ষণস্থায়ী সাড়া ও বুস্ট নিয়ন্ত্রণ আলাদা করে, জ্বালানি খরচ, নকিং বা অন্য টারবাইন নকশা অনুকরণের দাবি করে না।