BMW neden çift turbolu motorlardan tek turboya geçti?
İki küçük turbo mu, yoksa tek bir twin-scroll turbo mu daha avantajlı? BMW, N54'ten N55'e geçerken bu soruya mühendislik açısından önemli bir yanıt verdi. Yeni sistem, düşük devir performansını korurken yakıt tüketimini ve mekanik karmaşıklığı azaltmayı hedefliyordu.
BMW, 2006 yılında çift turbo beslemeli N54 sıralı altı silindirli motorunu tanıttığında, markanın performans tutkunları için önemli bir dönem başlamıştı. Aşırı beslemeli motorlara geri dönüşü temsil eden N54, sonraki on yıl boyunca farklı serilerden bir düzineden fazla modelde kullanıldı. Ancak BMW, çift turbolu bu başarılı motorun ardından farklı bir yol seçerek tek turbo sistemine geçti. Peki, şirket neden iki turbo yerine tek turbo kullanmayı tercih etti?
Bu kararın arkasında performanstan vazgeçmek değil, benzer güç ve tepki özelliklerini daha basit, hafif ve verimli bir sistemle elde etmek vardı. BMW'nin çözümü, geleneksel tek turbo düzeninden farklı çalışan twin-scroll teknolojisi oldu. Bu tasarım sayesinde çift turbonun sağladığı düşük devir tepkisini büyük ölçüde korurken iki ayrı turbo kullanmanın getirdiği mekanik karmaşıklığı azaltmak mümkün hale geldi.
BMW neden çift turbo sisteminden vazgeçti?
N54 motorunda kullanılan iki küçük turbo, özellikle düşük devirlerde hızlı tepki vermesi ve gücü dengeli biçimde sunmasıyla öne çıkıyordu. Küçük turboşarjların daha hızlı devirlenebilmesi, sürücünün gaz pedalına bastığında motorun gecikmeden karşılık vermesine katkı sağlıyordu.
Ancak iki ayrı turbo kullanmanın bazı dezavantajları mevcut. Her turbo için ayrı yağlama ve soğutma hatlarına ihtiyaç duyulması, motorun hem üretimini hem de bakımını karmaşıklaştırıyordu. Artan parça sayısı üretim maliyetlerini yükseltirken motorun ağırlığına da ek yük getiriyordu. Üstelik kaput altında daha fazla ısı birikmesi, mühendislerin çözmesi gereken başka bir sorundu.
BMW, 2009 yılında tanıttığı N55 motoruyla bu sorunlara farklı bir çözüm getirdi. Önceki neslin paralel çalışan iki turbosunun yerini, tek gövde içinde çift egzoz kanalına sahip bir twin-scroll turboşarj aldı.
Twin-scroll sisteminin temel farkı, motor silindirlerinden gelen egzoz gazlarını iki ayrı kanaldan türbine ulaştırması. Böylece farklı silindirlerin oluşturduğu egzoz basınç darbeleri birbirini olumsuz etkilemeden türbine yönlendirilebiliyor. Egzoz enerjisinden daha etkili biçimde yararlanılması, turbonun düşük devirlerde daha hızlı tepki vermesini sağlıyor.
Bu sayede BMW, iki küçük turbo kullanmadan da güçlü bir alt devir performansı elde edebildi. Üstelik tek turbo gövdesi, ısı yönetimi ve motor bölmesindeki yerleşim açısından daha avantajlıydı.
N55 motoru performans ve tüketimde ne değiştirdi?
N55'in getirdiği yenilikler yalnızca turbo sayısının azalmasıyla sınırlı değildi. BMW'nin paylaştığı verilere göre yeni motor, yaklaşık 407 Nm torku 1.200 devir/dakikada üretebiliyordu. Bu değer, N54'ün maksimum torkuna ulaştığı devrin 200 devir altındaydı.
Başka bir deyişle BMW, iki turboyu tek turboyla değiştirirken düşük devirlerdeki çekiş gücünden ödün vermedi. Hatta maksimum torkun daha erken elde edilmesi, motorun günlük kullanımda daha istekli tepki vermesini sağlıyordu.
Yakıt tüketiminde de kayda değer bir iyileşme söz konusuydu. N55 ile yaklaşık yüzde 15 daha düşük tüketim değerlerine ulaşıldığı belirtiliyordu. Elbette bu gelişmenin tamamını yalnızca turbo değişimine bağlamak doğru değil. Motorun diğer bileşenlerinde yapılan iyileştirmeler de verimlilik artışında rol oynadı.
BMW'nin daha büyük hacimli ve ağır motorlardan uzaklaşarak daha küçük hacimlerden yüksek güç elde etmeye yöneldiği dönemde N55 önemli bir adım oldu. Tek twin-scroll turbo düzeni, markanın sonraki nesil sıralı altı silindirli motorlarının geliştirilmesine de temel oluşturdu.
Tek turbo motorun mekanik avantajları
BMW'nin çift turbodan tek turboya geçişi, üretim sürecinde de önemli değişiklikler getirdi. İkinci turbonun kaldırılmasıyla motorun çevresindeki yağ besleme hatları, vakum bağlantıları ve turbo kontrol bileşenleri sadeleştirildi.
Özellikle iki ayrı turbo için kullanılan yağ hatlarının azalması ve çift wastegate düzeninden vazgeçilmesi, sistemdeki parça sayısını düşürdü. Wastegate mekanizmalarında görülebilen tıkırtı sorunları da böylece daha basit bir tasarımla ele alınabildi.
Tek turbo gövdesi motor bölmesinde daha az yer kapladığından parçaların yerleşimi kolaylaştı. Ön aks üzerindeki ağırlığın azaltılması da bu değişimin avantajları arasındaydı. Ayrıca yeni düzen, soğuk çalıştırma sırasında yaşanan bazı sorunların giderilmesine katkı sağladı.
Isı yönetiminde de benzer bir kazanım elde edildi. İki turboşarjın oluşturduğu daha büyük metal kütlesi, egzoz gazlarının ısısının bir bölümünü emerek katalitik konvertörün çalışma sıcaklığına ulaşmasını geciktirebiliyor. Tek turbo kullanılan egzoz düzeninde ise katalitik konvertör daha hızlı ısınabiliyor.
Bu durum özellikle motorun soğuk çalıştırıldığı koşullarda önemli. Çünkü katalitik konvertör, zararlı egzoz gazlarını etkili biçimde dönüştürebilmek için belirli bir sıcaklığa ulaşmak zorunda.
BMW, N55'te twin-scroll turbo teknolojisini Valvetronic sistemiyle de bir araya getirdi. Değişken supap kaldırma mekanizmasına dayanan Valvetronic, emme havasının geleneksel gaz kelebeğine daha az bağımlı biçimde kontrol edilmesini sağlıyor. Böylece motorun hava emişi sırasında oluşan pompalama kayıpları azalırken gaz tepkileri de daha dengeli hale geliyor.