ٹربو چارجر: انٹرایکٹو ماڈل، قدم بہ قدم

ماڈل کیا دکھاتا ہے

کسی چھوٹی ٹربو گاڑی میں کم رفتار پر ایکسلریٹر دبائیں تو تقریباً ایک سیکنڈ تک کچھ خاص نہیں ہوتا۔ پھر گاڑی ایسے کھنچتی ہے جیسے انجن بڑا ہو گیا ہو۔ وہ ٹھہراؤ اور وہ دھکا، دونوں اس ماڈل کے بیچ والے پرزے سے آتے ہیں: ٹربو چارجر، یعنی ایک چھوٹا پنکھا جو انجن کے اپنے دھوئیں سے چلتا ہے اور سلنڈروں میں اضافی ہوا پھونکتا ہے۔

ماڈل 2.0 لیٹر کا چار سلنڈر پیٹرول انجن ہے، جس کے ساتھ ایک ٹربو، آگے لگا ایک انٹرکولر اور انہیں جوڑنے والی پائپیں ہیں۔ ٹربو اپنے شافٹ کے ساتھ کاٹا گیا ہے، اور سرخ سطحیں کٹی ہوئی جگہیں ہیں۔ نارنجی نقطے ایگزاسٹ گیس ہیں۔ نیلے نقطے تازہ ہوا ہیں؛ ہوا گرم ہو تو وہ جامنی ہو جاتے ہیں اور ٹھنڈی ہو تو پھر نیلے کی طرف لوٹتے ہیں۔ پیلے نقطے تیل ہیں۔ ریڈ آؤٹ ٹربو شافٹ کی رفتار، بوسٹ کا دباؤ، کمپریسر اور انٹرکولر کے بعد ہوا کا درجہ حرارت، ہر سلنڈر میں جانے والی ہوا اور پاور بتاتا ہے۔ یہ سب کنٹرول کی سیٹنگ سے، اس صفحے پر آگے دیے گئے فارمولوں سے نکالا جاتا ہے۔ نیچے کا چارٹ پچھلے آٹھ سیکنڈ دکھاتا ہے، تاکہ تھروٹل ہلانے پر آپ ٹربو کو پیچھے سے آ ملتے دیکھ سکیں۔

یہ اعداد ایک عام چھوٹے ٹربو پیٹرول انجن کی ماڈل قدریں ہیں۔ یہ کسی بنانے والی کمپنی کے اعداد سے نہیں لیے گئے، اور آخر کے قریب والا حصہ بتاتا ہے کہ ماڈل کیا چھوڑ دیتا ہے۔

انجن کو گھنی ہوا کیوں چاہیے

پیٹرول انجن کھینچی ہوئی ہوا کی آکسیجن سے ایندھن جلاتا ہے، اور وہ کتنا ایندھن جلا سکتا ہے یہ اسی ہوا سے طے ہوتا ہے۔ فور اسٹروک انجن نمائش میں ہر سلنڈر کرینک شافٹ کے ہر دو چکر میں ایک بار بھرتا ہے۔ وہ جتنی جگہ بھرتا ہے وہ بور اور اسٹروک سے طے ہے، اس لیے زیادہ ہوا اندر لانے کا ایک ہی طریقہ ہے: ہوا کو پہنچنے سے پہلے گھنا کر دینا۔

اس ماڈل میں چاروں سلنڈروں میں سے ہر ایک آدھے لیٹر کا ہے اور اس کا 90 فیصد بھرتا ہے (یہی اس کی والیومیٹرک کارکردگی ہے)۔ 25 °C اور سطح سمندر کے عام دباؤ پر باہر کی ہوا کی کثافت 1.184 kg/m³ ہے، اس لیے اپنے بل پر سانس لینے والا سلنڈر ہر انٹیک اسٹروک میں لیتا ہے

0.9 × 0.0005 m³ × 1.184 kg/m³ = 533 mg ہوا۔

6,000 rpm پر پورا انجن ہر سیکنڈ 107 گرام ہوا لیتا ہے۔ 14.7 کے ہوا اور ایندھن کے تناسب اور 30 فیصد بریک کارکردگی پر، وہ ہوا جتنا ایندھن جلا سکتی ہے اس سے 94 kW ملتے ہیں۔ ٹربو کو 1 bar بوسٹ پر رکھ کر اور انٹرکولر چلا کر وہی سلنڈر 984 mg لیتا ہے اور انجن 173 kW دیتا ہے۔ انجن بڑا نہیں ہوا؛ ہوا کس کر بھری گئی ہے۔

دھواں ٹربائن گھماتا ہے، شافٹ کمپریسر گھماتا ہے

سلنڈروں سے نکلتا دھواں گرم اور دباؤ میں ہوتا ہے، اور بغیر ٹربو والے انجن میں یہ توانائی ٹیل پائپ سے باہر چلی جاتی ہے۔ یہاں ایگزاسٹ مینی فولڈ کی چار نالیاں اسے ٹربائن ہاؤسنگ میں بھیجتی ہیں، جو ڈھلے ہوئے لوہے کا بل کھاتا خول ہے؛ یہ ٹربائن وہیل کے گرد ایک بار لپٹتا ہے اور آگے بڑھتے ہوئے تنگ ہوتا جاتا ہے۔ تنگی گیس کو تیز کرتی اور گھمانے لگتی ہے، اور وہ پہیے کے 11 بلیڈوں سے ہو کر اندر کی طرف دوڑتی ہے، پھر محور کے ساتھ ڈاؤن پائپ میں نکل جاتی ہے۔ بلیڈوں پر گیس کا دھکا پہیے کو گھماتا ہے۔

اسی اسٹیل شافٹ کے دوسرے سرے پر کمپریسر وہیل ہے، اس لیے وہ ٹھیک اسی رفتار سے گھومتا ہے۔ فلٹر سے آئی ہوا محور کے ساتھ اس میں داخل ہوتی ہے، اور مڑے ہوئے بلیڈ اسے کنارے پر باہر پھینکتے ہیں۔ کمپریسر کے گرد ایلومینیم کا خول آگے چوڑا ہوتا جاتا ہے، جو اس تیز ہوا کو آہستہ کر کے اس کی رفتار کو دباؤ میں بدل دیتا ہے۔ یہی جوڑی، گرم گیس سے کام نکالنے والی ٹربائن اور ٹھنڈی ہوا میں کام ڈالنے والا کمپریسر، جیٹ انجن بھی چلاتی ہے، بس یہاں دونوں کے بیچ کوئی برنر نہیں؛ جلانے کا کام انجن کے سلنڈر کرتے ہیں۔

یہ کتنی تیزی سے گھومتا ہے؟ سب سے بڑی بنانے والی کمپنیوں میں سے ایک، Garrett، کہتی ہے کہ اس کے سب سے بڑے ٹربو 63,000 rpm تک اور سب سے چھوٹے 300,000 rpm سے بھی زیادہ پر گھومتے ہیں۔ ماڈل کا کمپریسر وہیل 50 mm چوڑا ہے، اور 1 bar بوسٹ دینے کے لیے اسے تقریباً 142,000 rpm پر گھومنا پڑتا ہے۔ تب اس کا کنارہ چلتا ہے

2π × 0.025 m × 142,300 / 60 s = 373 m/s،

جو باہر کی ہوا میں آواز کی رفتار سے تیز ہے۔ اسکرین پر پہیے ریڈ آؤٹ کی رفتار سے 2,000 گنا آہستہ گھومتے ہیں۔

تیل پر تیرتا شافٹ

زیادہ تر ٹربو شافٹ کو سادہ بشوں اور تیل کی تہ پر ٹکاتے ہیں، اور کچھ پرفارمنس ٹربو اس کی جگہ خاص بال بیئرنگ لگاتے ہیں۔ ماڈل میں ایک گندھی ہوئی پائپ انجن کا تیل مرکزی گیلری سے سینٹر ہاؤسنگ کے اوپر تک لاتی ہے۔ تیل کانسی کی دو بشوں کے گرد کی جگہ بھر دیتا ہے، جو شافٹ اور ہاؤسنگ کے بیچ تیرتی ہیں، اور شافٹ دھات کو چھوئے بغیر اس تہ پر چلتا ہے۔ کمپریسر کے پاس ایک تھرسٹ بیئرنگ شافٹ کی لمبائی کے رخ کا دھکا سنبھالتا ہے۔ پھر تیل نیچے کے بڑے ڈرین سے گر کر سمپ میں لوٹ جاتا ہے، اس لیے ڈرین ہوز موٹا ہے اور سیدھا نیچے کی طرف ہے۔

تیل گرمی بھی ڈھوتا ہے۔ ٹربائن والی طرف دھوئیں میں ڈوبی ہے جبکہ کمپریسر والی طرف باہر کی ہوا لیتی ہے، اور سینٹر ہاؤسنگ ان دونوں کے بیچ کا پل ہے۔ اسی وجہ سے کچھ ٹربو سینٹر ہاؤسنگ میں کولنٹ جیکٹ بھی لگاتے ہیں، تاکہ تیل زیادہ گرم نہ ہو۔

دبانے سے ہوا گرم ہوتی ہے

سائیکل کے ٹائر میں ہوا بھریں تو پمپ کی نالی گرم ہو جاتی ہے۔ کمپریسر یہی کام کہیں تیزی سے کرتا ہے، اور ہوا کو گرمی باہر دینے کا وقت نہیں ملتا۔ مثالی، بغیر نقصان والے کمپریسر کے لیے نکلنے کا درجہ حرارت ہے

T₂ = T₁ × PR^((γ−1)/γ)،

جہاں PR دباؤ کا تناسب ہے اور ہوا کے لیے γ = 1.4 ہے۔ باہر کے 1.013 bar کے اوپر 1 bar بوسٹ کا مطلب 1.987 کا دباؤ کا تناسب ہے۔ 298.15 K (25 °C) سے شروع کریں:

298.15 K × 1.987^0.286 = 362.8 K، یعنی تقریباً 90 °C۔

اصل کمپریسر اپنے کام کا کچھ حصہ اضافی گرمی کے طور پر ضائع کرتا ہے۔ ماڈل 72 فیصد کارکردگی مانتا ہے، جس سے درجہ حرارت کے اضافے کو تقسیم کیا جاتا ہے:

T₂ = 298.15 × (1 + (1.2168 − 1) / 0.72) = 387.9 K، یعنی تقریباً 115 °C۔

ریڈ آؤٹ کی «کمپریسر کے بعد» والی سطر یہی ہے۔ بوسٹ کی حد 1.5 bar تک بڑھائیں تو یہ 148 °C تک پہنچ جاتی ہے۔ یہ کام کرنے میں پاور لگتی ہے: ہر کلوگرام ہوا پر 90 kJ، یعنی 6,000 rpm پر تقریباً 18 kW، اور یہ سب ٹربائن دھوئیں سے لیتی ہے۔

چارج ٹھنڈا کرنے سے کثافت لوٹتی ہے

گرم ہوا ہلکی ہوا ہے۔ مثالی گیس کا قانون تینوں کو ρ = p / (R T) سے جوڑتا ہے، جہاں ہوا کے لیے R = 287 J/(kg·K) ہے۔ 1 bar بوسٹ پر کمپریسر سے نکلتی ہوا 201,325 Pa اور 387.9 K پر ہے:

ρ = 201,325 / (287.05 × 387.9) = 1.808 kg/m³۔

دباؤ تقریباً دگنا ہو گیا ہے، مگر کثافت صرف 1.53 گنا بڑھی ہے، کیونکہ فائدے کا بڑا حصہ گرمی میں چلا گیا۔ سلنڈروں میں جاتی گرم ہوا مکسچر کو ناک کے بھی قریب لے آتی ہے، جب ایندھن اسپارک سے پہلے خود ہی جل اٹھتا ہے۔

انٹرکولر انٹیک ہوا کا ریڈی ایٹر ہے۔ چارج چپٹی ٹیوبوں سے گزرتا ہے، جبکہ گاڑی کے آگے ہوا کا بہاؤ ان کے بیچ کے فنوں پر سے گزرتا ہے۔ ماڈل کا انٹرکولر درجہ حرارت کے اضافے کا 75 فیصد ہٹا دیتا ہے:

T₃ = 387.9 − 0.75 × (387.9 − 298.15) = 320.6 K، یعنی تقریباً 47 °C۔

اسی دباؤ پر کثافت اب 201,325 / (287.05 × 320.6) = 2.188 kg/m³ ہے، جو باہر کی ہوا کا 1.85 گنا ہے۔ کنٹرول میں انٹرکولر بند کریں تو 4,000 rpm پر پاور بوسٹ میں کوئی تبدیلی کے بغیر 115 kW سے گر کر 95 kW رہ جاتی ہے۔

بوسٹ کو ایک حد پر روکنا

انجن کی زیادہ رفتار پر ٹربو کی ضرورت سے کہیں زیادہ دھواں بنتا ہے۔ ماڈل میں 6,000 rpm اور پورے تھروٹل پر دھواں کمپریسر کو تقریباً 3 کے دباؤ کے تناسب تک چلا سکتا ہے، جو انجن کی برداشت سے بہت آگے ہے۔ ویسٹ گیٹ اسے روکتا ہے۔ یہ ٹربائن ہاؤسنگ کے اندر ایک ڈھکن ہے، جو سیدھا نکلنے کے منہ تک ایک راستہ کھولتا ہے، تاکہ گیس کا کچھ حصہ ٹربائن وہیل کو چھوڑ کر نکل جائے۔ ایک ایکچوایٹر، یعنی اسپرنگ اور ڈایافرام والا ایک بند ڈبا، بوسٹ کا دباؤ حد تک پہنچنے پر ڈھکن کو دھکیل کر کھولتا ہے۔ Garrett اسے یوں بیان کرتی ہے: پہلے سے طے سطح پر ویسٹ گیٹ کھلتا ہے اور ایگزاسٹ گیس کو ٹربائن کے پہلو سے نکل جانے دیتا ہے۔

«بوسٹ کی حد» سلائیڈر یہی طے شدہ سطح بدلتا ہے۔ 4,000 rpm پر ڈھکن تقریباً 16 فیصد کھلا ہے؛ 6,000 rpm پر تقریباً آدھا کھلا ہے، اور ریڈ آؤٹ دکھاتا ہے کہ انجن کی رفتار بڑھنے پر بھی بوسٹ 1 bar پر ٹکا ہے۔ حد صفر کر دیں تو ڈھکن پورا کھلا رہتا ہے؛ تب انجن بغیر ٹربو والے انجن کی طرح سانس لیتا ہے اور 6,000 rpm پر تقریباً 94 kW دیتا ہے۔

پاور دیر سے کیوں آتی ہے

ٹربو اتنی ہی تیزی سے رفتار پکڑ سکتا ہے جتنا دھواں اسے دھکیل سکے، اور ہلکے تھروٹل پر چلتے وقت دھواں زیادہ نہیں ہوتا۔ تھروٹل پورا دبائیں تو انجن کو پہلے صرف اتنی ہوا ملتی ہے جتنی وہ خود کھینچ سکتا ہے۔ اس سے تھوڑا زیادہ دھواں بنتا ہے، جو ٹربو کو تھوڑا تیز گھماتا ہے، جس سے تھوڑا زیادہ بوسٹ ملتا ہے، اور یہ سلسلہ حد تک پہنچنے تک چلتا ہے۔ اس انتظار کو ٹربو لیگ کہتے ہیں۔

ماڈل شافٹ کی رفتار کو اپنے ہدف کی طرف ایک تاخیر کے ساتھ بڑھتا مانتا ہے، اور دھواں کم ہو تو تاخیر لمبی ہوتی ہے۔ 2,000 rpm پر 15 فیصد سے پورے تھروٹل پر جانے سے شافٹ تقریباً 19,800 سے 101,600 rpm تک چڑھتا ہے؛ 0.7 سیکنڈ میں آدھا راستہ اور 2.4 سیکنڈ میں 90 فیصد طے کرتا ہے۔ 3,500 rpm پر یہی قدم 90 فیصد تک پہنچنے میں 1.7 سیکنڈ لیتا ہے۔ ٹور کا آخری مرحلہ یہی تجربہ چلاتا ہے، اور چارٹ میں شافٹ کی رفتار کی سرخ لکیر اور بوسٹ کی نیلی لکیر تھروٹل کی سرمئی لکیر سے پیچھے چلتی دکھائی دیتی ہیں۔

ایک دوسرا، الگ اثر بھی ہے۔ انجن کی کم رفتار پر دھواں ٹربو کو پورے بوسٹ کے لائق تیز نہیں گھما پاتا، چاہے آپ کتنا ہی انتظار کریں۔ ماڈل میں 2,000 rpm پر پورا تھروٹل صرف 0.45 bar دیتا ہے، اور پورا بوسٹ تقریباً 3,500 rpm کے اوپر ہی آتا ہے۔ اسے بوسٹ تھریش ہولڈ کہتے ہیں۔ بنانے والے دونوں سے چھوٹے اور ہلکے پہیوں، ٹوئن اسکرول ہاؤسنگ، ٹربائن میں بدلنے والی وینز اور حالیہ برسوں میں شافٹ پر لگی بجلی کی موٹروں سے نمٹتے ہیں۔

یہ ماڈل اصل ٹربو سے کیسے مختلف ہے

• ٹربو موٹے طور پر پیمانے پر بنا ہے، مگر ہاؤسنگ کی دیواریں، بلیڈوں کی شکل اور پائپوں کے راستے سادہ کیے گئے ہیں۔
• کمپریسر کی کارکردگی، انٹرکولر کی اثر پذیری اور انجن کی والیومیٹرک کارکردگی مقررہ اعداد ہیں۔ اصل انجن میں یہ بہاؤ اور رفتار کے ساتھ بدلتی ہیں، اور بنانے والے کمپریسر کو ایک عدد کے بجائے ایک میپ سے بیان کرتے ہیں۔
• ایگزاسٹ والی طرف ایک ہی فارمولا ہے کہ ٹربائن کتنا دباؤ دے سکتی ہے، اور باقی ویسٹ گیٹ لے لیتا ہے۔ ہر سلنڈر کے جھٹکے، بیک پریشر اور دھوئیں کا درجہ حرارت ماڈل میں نہیں ہیں۔
• انجن ایندھن کو 14.7 کے مقررہ ہوا اور ایندھن کے تناسب اور 30 فیصد کی مقررہ کارکردگی پر جلاتا ہے۔ اصل ٹربو انجن پورے بوسٹ پر زیادہ ایندھن والا مکسچر چلاتے ہیں اور ناک سے بچنے کے لیے اسپارک پیچھے کر دیتے ہیں۔
• فلٹر، پائپوں اور انٹرکولر میں دباؤ کا نقصان چھوڑ دیا گیا ہے، اور وہ بلو آف والو بھی، جو تھروٹل بند ہونے پر دباؤ باہر نکلنے دیتا ہے۔

جہاز کے انجنوں سے چھوٹی پیٹرول گاڑیوں تک

سوئس انجینئر الفریڈ بوخی (Alfred Büchi) کے 1905 کے پیٹنٹ کو عام طور پر ٹربو چارجنگ کی شروعات مانا جاتا ہے۔ براؤن بووری (Brown Boveri) نے بڑے انجنوں کے لیے اپنا پہلا ٹربو چارجر، VT402، جون 1924 میں مکمل کیا، اور 1926 میں پانی میں اتارے گئے جرمن مسافر بردار جہاز پروئسن (Preussen) اور ہانزے شٹاٹ ڈانزگ (Hansestadt Danzig) ٹربو چارجڈ انجنوں والے پہلے جہاز تھے، جو بوخی کی نگرانی میں بنے۔ پھر ہوائی جہاز آئے: 1930 کی دہائی کے آخر سے بوئنگ B-17 جنرل الیکٹرک (General Electric) کے ٹربو کے ساتھ اڑا، جن سے بلندی کی ہلکی ہوا میں بھی اس کے انجنوں کی پاور قائم رہتی تھی۔ گاڑیوں میں ٹربو لیگ اور بھاری حجم نے انہیں دیر تک روکے رکھا۔ آج چھوٹے انجن سے زیادہ پاور لینے کا ٹربو ایک عام طریقہ ہے، جسے انجینئر ڈاؤن سائزنگ کہتے ہیں۔

ایک بار سے ہوا ٹھیک دگنی کیوں نہیں ہوتی؟

بوسٹ میٹر عموماً فضائی دباؤ سے اوپر کا دباؤ دکھاتا ہے، جبکہ گیس کا قانون خلا سے ناپا گیا مطلق دباؤ استعمال کرتا ہے۔ آسان مثال کے لیے فضا کا مطلق دباؤ 1 bar اور داخل ہونے والی ہوا کا درجہ حرارت یکساں فرض کریں۔ تب 1 bar بوسٹ کا مطلب 2 bar مطلق دباؤ ہے۔ ρ = p / (R T) کے مطابق مطلق دباؤ دگنا ہو تو کثافت بھی دگنی ہوتی ہے، اس لیے سلنڈر کے اسی حجم میں ہوا کی دگنی کمیت آتی ہے۔ لیکن ہر اضافی بار ہوا دگنی نہیں کرتا: 2 bar مطلق دباؤ میں ایک بار مزید شامل کرنے پر تناسب 3 / 2 بنتا ہے۔

حرارت نتیجہ بدل دیتی ہے۔ فرض کریں دباؤ دگنا کرتے وقت ہوا 300 K سے 400 K تک گرم ہوتی ہے۔ یہ وضاحتی مفروضے ہیں، ماڈل کی دوسری ترتیب نہیں۔ کثافت کا تناسب 2 × 300 / 400 = 1.50 ہوتا ہے۔ اسی دباؤ پر ہوا کو 330 K تک ٹھنڈا کریں تو تناسب 2 × 300 / 330 = 1.82 ہو جاتا ہے۔ اس حساب میں کولر نے دباؤ نہیں بڑھایا، بلکہ دستیاب حجم میں زیادہ کمیت سمانے دی ہے۔ یہاں کیلون ضروری ہے۔ سیلسیئس کے درجات کو تقسیم کرنا غلط ہوگا، کیونکہ اس کا پیمانہ مطلق صفر سے شروع نہیں ہوتا۔

نمائش گول کیے ہوئے 1 bar کے بجائے فضائی دباؤ 1.013 bar استعمال کرتی ہے۔ اس لیے 1 bar بوسٹ کا دباؤ تناسب 2 سے ذرا کم ہے، اور حرارت و کثافت کی قدریں مثال سے کچھ مختلف ہیں۔ اصل انٹرکولر میں دباؤ کا نقصان بھی ہوتا ہے، اور بند فلٹر کمپریسر کے داخلی دباؤ کو گھٹاتا ہے۔ Garrett کی کمپریسر نقشوں کی رہنمائی حقیقی دباؤ تناسب میں داخلے اور اخراج کے نقصانات شامل کرتی ہے۔ صرف ڈیش بورڈ کا عدد نہیں بتاتا کہ کمپریسر کتنی محنت کر رہا ہے۔

طاقت کے بارے میں بھی ایسی غلط فہمی ہے۔ اضافی آکسیجن زیادہ ایندھن جلانے دیتی ہے؛ ایندھن کی جگہ نہیں لیتی۔ نمائش میں آمیزہ اور کارکردگی مقرر ہیں، اس لیے ہوا کی کمیت جس تناسب سے بڑھتی ہے، حسابی طاقت بھی اسی تناسب سے بڑھتی ہے۔ حقیقی کنٹرولر ٹارک محدود کر سکتا ہے، اگنیشن مؤخر کر سکتا ہے یا آمیزہ بدل سکتا ہے۔ ایک ہی بوسٹ والے دو انجن داخلے کی حرارت، گنجائش اور طاقت میں مختلف ہو سکتے ہیں۔ بوسٹ مفید اطلاع ہے، ہارس پاور یا میکانکی حفاظت کی براہ راست پیمائش نہیں۔

بڑا پہیہ بس تیز تر کیوں نہیں گھوم سکتا؟

کنارے کی رفتار کا پچھلا حساب شافٹ کے چکر کو بلیڈ کی نوک کی اصل رفتار سے ملاتا ہے۔ ماڈل کے 50 mm قطر والے پہیے پر 100,000 rpm سے تقریباً 262 m/s بنتا ہے۔ 250,000 rpm پر یہی حساب تقریباً 654 m/s دیتا ہے۔ یہ چھوٹے ٹربو کی ممکنہ رفتاروں میں ہندسی مثالیں ہیں، اس پہیے کے منظور شدہ عملی مقامات نہیں۔ اصل پہیہ کتنا برداشت کرے گا، یہ مادہ، بلیڈ کی شکل اور کمپنی کی رفتار کی حد طے کرتے ہیں۔ رنگین ذرات اور جان بوجھ کر سست گردش یہ تناؤ نہیں دکھاتے۔

رداس یکساں ہو تو بلیڈ کے حصے کو دائرے میں چلانے کے لیے درکار تعجیل زاویائی رفتار کے مربع کے ساتھ بڑھتی ہے۔ رفتار دگنی کرنے کے لیے مرکز مائل تعجیل چار گنا چاہیے۔ ایک ہی rpm پر بڑا رداس نوک کی رفتار بھی بڑھاتا ہے۔ اسی لیے بڑا صنعتی ٹربو چھوٹے گاڑی کے ٹربو سے بہت آہستہ گھوم کر بھی کم مفید کام کرے، یہ ضروری نہیں۔ MIT کا لیکچر مرکز گریز تناؤ کو کمپریسر کی رفتار کی حد بتاتا ہے۔ پہیے کا حجم بتائے بغیر بہت زیادہ rpm بیان کرنا انجینئرنگ مسئلے کا بڑا حصہ چھوڑ دیتا ہے۔

کمپریسر کا نقشہ ایک اور حد بتاتا ہے۔ Garrett افقی محور پر کمیتی بہاؤ اور عمودی محور پر مطلق دباؤ کا تناسب رکھتا ہے۔ منحنی خطوط شافٹ کی رفتار دکھاتے ہیں، جبکہ کارکردگی کے جزیرے وہ خطے ہیں جہاں کم کام حرارت بن کر ضائع ہوتا ہے۔ کم بہاؤ والی جانب سرج غیر مستحکم بہاؤ ہے، صرف کم طاقت نہیں۔ زیادہ بہاؤ کی حد پر چوکنگ اور گرتی کارکردگی مفید کام محدود کرتی ہیں؛ مزید دباؤ مانگنا حد سے زیادہ گردش پیدا کر سکتا ہے۔ بڑا کمپریسر خودبخود بہتر نہیں: ضروری رفتاروں میں انجن کے عملی مقامات اس کے نقشے سے ملنے چاہییں۔

تھروٹل اچانک بند کرنے سے عملی مقام سرج کی جانب جا سکتا ہے، کیونکہ پہیہ گھومتا رہتا ہے مگر انجن کم ہوا لیتا ہے۔ اصل نظام اسے کم کرنے کے لیے کمپریسر کا بائی پاس یا بلو آف والو استعمال کرتے ہیں۔ یہ اخراج کے ویسٹ گیٹ سے الگ ہے۔ نمائش میں یہ والو اور کمپریسر نقشہ نہیں، اس لیے سرج کی آواز کی پیش گوئی یا متبادل ٹربو کی موزونیت کی توثیق نہیں ہو سکتی۔ تھروٹل کا تجربہ بوسٹ کی دیر دکھاتا ہے، اصلی انٹیک کی ہر بے قاعدگی نہیں۔

اخراج کی نبضیں الگ کرنا یا ٹربائن کا داخلہ بدلنا

ٹوئن اسکرول ٹربائن میں بھی ٹربائن کا پہیہ ایک ہوتا ہے۔ ہاؤسنگ میں اخراج کے الگ راستے ہوتے ہیں، اور منقسم مینی فولڈ منتخب سلنڈر گروہوں کا بہاؤ پہیے تک الگ رکھتا ہے۔ اس سے مفید نبضیں محفوظ اور سلنڈروں کی باہمی مداخلت کم ہوتی ہے۔ BorgWarner کی پیداواری چھ سلنڈر استعمال کی تکنیکی وضاحت بتاتی ہے کہ الگ راستے کم رفتار پر ردعمل کیوں بہتر کرتے ہیں۔ ٹوئن اسکرول کا مطلب ٹوئن ٹربو نہیں۔ مینی فولڈ کے متعلقہ راستے الگ رکھے بغیر صرف ہاؤسنگ میں دیوار لگانے سے پوری ترتیب نہیں بنتی۔

متغیر جیومیٹری مسئلے کے دوسرے حصے کو بدلتی ہے۔ ٹربائن کے گرد متحرک رہنما بلیڈ داخلے کا مؤثر راستہ بدلتے ہیں۔ Garrett کے مطابق ڈیزل VGT کے بلیڈ کم انجن رفتار پر بند ہو کر ٹربائن کی طاقت اور بوسٹ بڑھاتے ہیں، پھر زیادہ رفتار پر کھل کر زیادہ گیس گزارتے اور حد سے زیادہ گردش روکتے ہیں۔ پہیہ خود بڑا یا چھوٹا نہیں ہوتا۔ کنٹرولر ثابت ہاؤسنگ سے زیادہ بہاؤ کی صورتوں میں ٹربائن ڈھال سکتا ہے، مگر ایکچوایٹر کی پیچیدگی اور گرم اخراج کے ماحول کو سنبھالنا ضروری ہے۔

کوئی ڈیزائن روٹر تیز کرنے کی توانائی کی ضرورت ختم نہیں کرتا۔ نبضوں کا بہتر استعمال یا موزوں داخلہ ردعمل مختصر کر سکتا ہے، لیکن کمزور اخراج دستیاب توانائی محدود رکھتا ہے۔ چھوٹی ٹربائن کم رفتار میں مدد دے سکتی ہے مگر بڑے بہاؤ میں رکاوٹ بن سکتی ہے۔ بڑی ٹربائن رکاوٹ کم کر سکتی ہے لیکن تیز کرنا مشکل ہو سکتا ہے۔ انتخاب انجن اور کام پر منحصر ہے، ڈیزائنوں کی کسی مستقل درجہ بندی پر نہیں۔ نمائش میں یہ متبادل ہاؤسنگ منتخب نہیں ہو سکتیں؛ نظر آنے والی ٹربائن پہلے بیان کردہ ثابت جیومیٹری اور ویسٹ گیٹ کی مثال ہے۔

چھوٹا انجن کب ایندھن بچاتا ہے؟

ڈاؤن سائزنگ بڑے انجن کی جگہ چھوٹا انجن لگاتی ہے، جو زیادہ طاقت چاہیے تو بوسٹ لیتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ عام ڈرائیونگ میں اکثر زیادہ سے زیادہ طاقت کا صرف ایک حصہ درکار ہوتا ہے۔ چھوٹے انجن میں رگڑ کم ہو سکتی ہے اور اسی سڑک کی طلب پر کم تھروٹلنگ درکار ہو سکتی ہے۔ گنجائش گھٹانے سے جو کارکردگی کھوتی، ٹربو اسے واپس لاتا ہے۔ یہ ایک ہی کام کرنے والے مکمل انجن نظاموں کی نسبت ہے، یہ دعویٰ نہیں کہ کسی بھی انجن میں ٹربو لگانے سے خودبخود ایندھن بچے گا۔

EPA کی Automotive Trends رپورٹ ٹربو کو دوسری انجن تکنیکوں کے ساتھ بانٹ کر طاقت اور کارکردگی پر ان کے مشترکہ اثرات بیان کرتی ہے۔ گاڑیوں کے بیڑے کے یہ اعداد تکنیک کا پھیلاؤ اور پوری گاڑیاں بیان کرتے ہیں، صرف ٹربو سے یقینی بچت الگ نہیں کرتے۔ گاڑی کی کمیت، گیئر کے تناسب، سڑک کا بوجھ اور کیلیبریشن سب نتیجہ بدلتے ہیں۔ منصفانہ موازنے میں مساوی گاڑیوں کو ایک ہی ڈرائیونگ دور پر آزمانا چاہیے۔ نمائش کی طاقت سے بچت کا کوئی ایک فیصد نہیں نکلتا، کیونکہ اس میں گاڑی یا ڈرائیونگ دور کا ماڈل نہیں۔

زیادہ بوسٹ کی حدود بھی ہیں۔ داخلے کا زیادہ دباؤ اور حرارت پٹرول انجن کے ابھی نہ جلے آمیزے کو معمول کی لو پہنچنے سے پہلے خود بھڑکا سکتے ہیں۔ نتیجے کی تیز دباؤ کی لرزش ناکنگ ہے، مقصود اسپارک اگنیشن نہیں۔ چارج ٹھنڈا کرنا، ناکنگ کے خلاف کافی مزاحمت والا ایندھن اور مناسب اگنیشن وقت مدد کرتے ہیں۔ کمپریشن کا تناسب بھی اہم ہے، مگر یہ سلنڈر کے حجموں کا ہندسی تناسب ہے، کمپریسر کا دباؤ تناسب نہیں۔ یہ الگ عمل بیان کرتے ہیں اور جمع نہیں ہونے چاہییں۔ ماڈل آمیزہ اور کارکردگی مقرر رکھتا اور ناکنگ نہیں نکالتا؛ بڑھتی طاقت اصلی گاڑی کا بوسٹ بڑھانے کی اجازت نہیں۔

بیلٹ سے چلنے والا سپرچارجر کرینک شافٹ سے کمپریسر کا کام لیتا ہے اور اخراج ٹربائن کے تیز ہونے کا انتظار کیے بغیر جواب دے سکتا ہے۔ لیکن شافٹ کی یہ طلب انجن کی طاقت خرچ کرتی ہے۔ برقی مدد والا ٹربو ٹربائن اور کمپریسر کے مشترک شافٹ پر موٹر کا ٹارک بڑھاتا ہے۔ BorgWarner کے eTurbo کاغذات اضافی ٹربائن توانائی سے جنریٹر چلانا بھی بتاتے ہیں۔ اس کا الگ eBooster عام ٹربو کی مدد کرنے والا برقی کمپریسر ہے، ٹربو شافٹ پر موٹر والا وہی آلہ نہیں۔ بیٹری کی توانائی، برقی نقصانات اور حرارت نکالنا بھی حساب میں رہتے ہیں۔ کوئی آلہ مفت دبائی ہوئی ہوا پیدا نہیں کرتا۔

اسکرین پر تین موازنے

ٹھنڈک کے موازنے میں انجن 4,000 rpm، تھروٹل پورا اور بوسٹ کی حد 1 bar رکھیں۔ طاقت لکھنے سے پہلے شافٹ اور بوسٹ کی لکیریں مستحکم ہونے دیں۔ صرف انٹرکولر بدلیں۔ ماڈل ٹھنڈک کے ساتھ تقریباً 115 kW اور اس کے بغیر 95 kW دیتا ہے۔ بوسٹ کے علاوہ انجن میں داخل ہونے والی حرارت اور ہر سلنڈر کی ہوا بھی دیکھیں۔ یہ تقریباً یکساں دباؤ پر کثافت کا تجربہ ہے، انجن کا حجم بدلنا نہیں۔

ردعمل کے موازنے کے لیے 2,000 rpm پر 15% تھروٹل کے ساتھ مستحکم ہونے دیں۔ پھر پورا کھول کر آخری 8 s کا چارٹ دیکھیں۔ پہلے تھروٹل کی لکیر چلتی ہے، پھر روٹر کے ردعمل کے ساتھ بوسٹ آتا ہے۔ اسی ابتدائی تھروٹل پر 3,500 rpm میں دہرائیں۔ کئی ترتیبیں بدلنے کے فوراً بعد لکیروں کا موازنہ نہ کریں، کیونکہ ابتدائی شافٹ رفتار مختلف ہوگی۔ ماڈل کا سادہ تاخیر کا قانون تجربہ دہرانے دیتا ہے، مگر یہ پیداواری انجن کی ناپی ہوئی رفتار پکڑنے کی آزمائش نہیں۔

ویسٹ گیٹ کے موازنے میں پورا تھروٹل اور وہی بوسٹ حد رکھ کر انجن 4,000 rpm سے 6,000 rpm کریں۔ ویسٹ گیٹ زیادہ کھلے گا جبکہ مستقل بوسٹ محدود رہے گا۔ زیادہ کھلنا ٹربو کا کام بند ہونا نہیں: اخراج پہیہ چلاتا رہتا ہے، مگر بڑا حصہ اس کے پاس سے گزر جاتا ہے۔ آخر میں بوسٹ حد صفر کر کے مستحکم ہونے پر طاقت کا موازنہ کریں۔ یہ تجربے ٹھنڈک، عارضی ردعمل اور بوسٹ کنٹرول الگ کرتے ہیں، ایندھن خرچ، ناکنگ یا دوسری ٹربائنوں کی نقل کا دعویٰ نہیں کرتے۔