එන්ජිමට නව පණක්: නවීන ටර්බෝචාජරයේ ඉංජිනේරු මහිමය

දශක ගණනාවක් පුරා මෝටර් රථ කාර්යසාධනයේ (automotive performance) රන් රීතිය වූයේ: එන්ජිමේ ප්‍රමාණයට (displacement) වඩා වෙනත් විකල්පයක් නැත යන්නයි. එනම් වැඩි අශ්වබල (horsepower) ප්‍රමාණයක් අවශ්‍ය නම්, වැඩිපුර ඉන්ධන දහනය කරන විශාල එන්ජිමක් තිබිය යුතු විය. නමුත් වර්තමානයේ එම මතය සම්පූර්ණයෙන් වෙනස් වී ඇත. නවීන ටර්බෝචාජර් (turbocharger) තාක්ෂණය නිසා, සිලින්ඩර 3ක් හෝ 4ක් සහිත කුඩා, කාර්යක්ෂම එන්ජින්වලින් පවා සුපිරි පන්තියේ මෝටර් රථවලට සමාන බලයක් ලබා ගැනීමට නිෂ්පාදකයින්ට හැකියාව ලැබී තිබේ. ටර්බෝචාජරයක් යනු කුමක්ද? සරලව පැවසුවහොත්, ටර්බෝචාජරයක් යනු අපතේ යන පිටකිරීම් වායු ශක්තියෙන් ක්‍රියාත්මක වන බලහත්කාර වායු සැපයුම් පද්ධතියකි (forced induction system). සාමාන්‍ය එන්ජිමක (naturally aspirated engine), පිස්ටනයේ පහළ චලනය මගින් වාතය ඇද ගන්නා අතර, එමගින් දහනය සඳහා ලැබෙන ඔක්සිජන් ප්‍රමාණය සීමා වේ. නමුත් ටර්බෝචාජරයක් මගින් කරනු ලබන්නේ, පරිසරයට අපතේ යන රත් වූ පිටකිරීම් වායු (exhaust gases) භාවිත කර, වැඩි වායු ප්‍රමාණයක් සම්පීඩනය කර දහන කුටීර වෙත තදින් තල්ලු කිරීමයි. මෙම සරල සංකල්පය මගින් ප්‍රබල වාසි රැසක් ලබා දෙයි: • ඉහළ බල ඝනත්වය (Power Density): එන්ජිමේ ප්‍රමාණය හෝ බර වැඩි නොකර අශ්වබල සහ රෝදවල කරකැවෙන බලය (torque) විශාල ලෙස ඉහළ නැංවීම. • ඉන්ධන කාර්යක්ෂමතාව (Fuel Efficiency): සාමාන්‍ය ධාවනයේදී කුඩා එන්ජිමක් ලෙස ක්‍රියා කරමින් ඉන්ධන පිරිමසා ගන්නා අතර, වැඩි බලයක් අවශ්‍ය අවස්ථාවලදී පමණක් ටර්බෝ බලය මුදා හැරීම. • උස් භූමිවලදී පවතින කාර්යක්ෂමතාව: මුහුදු මට්ටමෙන් ඉහළ උස් භූමිවල වාතයේ ඝනත්වය අඩු බැවින් සාමාන්‍ය එන්ජින්වල බලය අඩු වේ; නමුත් ටර්බෝචාජරය මගින් වාතය තදින් සම්පීඩනය කර යවන බැවින් එම ගැටලුව මගහැරේ. අභ්‍යන්තර ක්‍රියාකාරීත්වය ටර්බෝචාජරයක් ප්‍රධාන කොටස් දෙකකින් සමන්විත වන අතර, ඒවා මැද පිහිටි වානේ දණ්ඩකින් (central steel shaft) එකිනෙකට සම්බන්ධ කර ඇත. එනම් ටර්බයිනය (exhaust turbine - පිටකිරීම් පාර්ශ්වය) සහ සම්පීඩකය (compressor - ඇතුළත් කිරීම් පාර්ශ්වය) යි. 1. පිටකිරීම් ටර්බයිනය (The Exhaust Turbine): එන්ජිමෙන් පිටවන අධික උණුසුම් පිටකිරීම් වායු ඉහළ ප්‍රවේගයකින් ටර්බයින් කුටීරයට යොමු කෙරේ. එමගින් ටර්බයින් රෝදය (turbine wheel) මිනිත්තුවට වට 150,000 කටත් වඩා (150,000 RPM) අධික වේගයකින් කරකැවීමට පටන් ගනී. 2. සම්පීඩක රෝදය (The Compressor Wheel): ටර්බයින් රෝදය සහ සම්පීඩක රෝදය එක දණ්ඩකට සවි කර ඇති බැවින්, ටර්බයිනය කැරකෙන විට සම්පීඩක රෝදය ද එකවර කැරකෙයි. මෙහිදී සම්පීඩකය මගින් පිටතින් වාතය ඇදගෙන, ඔක්සිජන් අණු එකිනෙක තද වන සේ සම්පීඩනය කරයි. 3. අන්තර් සිසිලකය (Intercooler / Charge Air Cooler): වාතය සම්පීඩනය කිරීමේදී එය රත් වන අතර, එමගින් ඔක්සිජන් ඝනත්වය අඩු වේ. මෙය වළක්වා ගැනීමට සම්පීඩිත වාතය අන්තර් සිසිලකයක් (heat exchanger) හරහා යවා සිසිල් කර එන්ජිමේ සිලින්ඩර තුළට යවනු ලබයි. 4. වේස්ට්ගේට් සහ පීඩන පාලනය (Wastegates & Boost Control): අධික වායු පීඩනය නිසා එන්ජිමට හානි වීම වැළැක්වීම සඳහා, නියමිත පීඩන මට්ටමට ළඟා වූ පසු 'වේස්ට්ගේට්' (wastegate) උපාංගය මගින් අතිරික්ත පිටකිරීම් වායු ටර්බයිනයෙන් ඉවතට යොමු කරයි. පරිණාමය සහ අනාගතය මුල් කාලීන ටර්බෝචාජර්වල ඇක්සලරේටරය පෑගූ සැණින් බලය නොලැබෙන "ටර්බෝ ලැග්" (Turbo Lag) නම් ප්‍රමාදයක් පැවති අතර, නූතන ඉංජිනේරු විද්‍යාව මගින් එම ගැටලුව සම්පූර්ණයෙන් පාහේ විසඳා ඇත. Twin-Scroll Turbochargers මගින් පිටකිරීම් වායු ප්‍රවාහ වෙන වෙනම යොමු කරමින් ටර්බයිනයේ වේගය පවත්වා ගන්නා අතර, Variable Geometry Turbochargers (VGT) මගින් වෙනස් කළ හැකි පෙති (vanes) භාවිත කර අඩු සහ වැඩි එන්ජින් වේගයන් දෙකේදීම උපරිම ඵලදායිතාවක් ලබා දෙයි. අනාගතය දෙස බලන විට, විද්‍යුත් ටර්බෝචාජර (e-turbos) මගින් ටර්බෝ දණ්ඩට කෙළින්ම විදුලි මෝටරයක් සවි කෙරේ. රථය පටන් ගන්නා මොහොතේම මෙම මෝටරය මගින් සම්පීඩකය කරකවා 'ටර්බෝ ලැග්' තත්ත්වය සම්පූර්ණයෙන් නැති කරන අතර, පිටකිරීම් වායුවලින් නැවත විදුලි බලය උත්පාදනය කිරීමට ද හැකියාව ලබයි. මෝටර් රථ ක්ෂේත්‍රය විදුලි බලය (electrification) දෙසට ගමන් කළද, අපතේ යන ශක්තිය නැවත භාවිත කිරීමේ හැකියාව නිසා ටර්බෝචාජරය තවදුරටත් මෝටර් රථ තාක්ෂණයේ ප්‍රධානතම උපාංගයක් ලෙස පවතිනු ඇත.