توربو شارژر چیست و چه کاری انجام می دهد؟
توربو شارژر یا پرخوران (Turbocharger) و در اصطلاح عامیانه توربو، سامانه‌ای کمکی است که با تزریق هوای بیشتر به محفظه احتراق، توان خروجی و راندمان موتورهای درون‌سوز را افزایش می‌دهد.
در گذشته این وسیله توربوسوپرشارژ نامیده می‌شد چرا که همه دستگاه‌هایی القای اجباری توربوشارژر خوانده می‌شدند. امروزه از واژه «سوپرشارژ» تنها برای دستگاه‌های القای اجباری مکانیکی استفاده می‌شود.
توربوشارژر در مقایسه با سوپرشارژر راندمان بالاتری دارد اما واکنش پذیری آن کمتر است. تویین شارژر موتوری است که شامل هر دو تجهیز «سوپرشارژ» و «توربوشارژ» باشد. امروزه بسیاری از خودرو های جهان از نوع تنفسی توربو شارژ استفاده می کنند!
توربو شارژر توسط مهندس مکانیک سوئیسی آلفرد بوچی، اختراع و مورد استفاده قرار گرفت. اصلی‌ترین چالش برای اختراع توربوشارژر، تولید موتورهایی با ابعاد کوچک و وزن کمتر با قدرت بیشتر بود. بدین منظور توربینی ساخته شد تا انرژی (تلف‌شده) حاصل از خروج دود از اگزوز را به صورت بهینه به‌کار بگیرد.
علاوه بر این ، با آمدن سیستم vvt روی خودرو ، ترکیب توربو با vvt باعث قویتر شدن خودرو می گردد.
تاریخچه توربو شارژر:
به‌کارگیری سامانه توربوشارژر به پایان سده ۱۹ میلادی بازمی‌گردد. نخستین نمونه‌های مجهز به این فناوری توسط گوتلیب دایملر (Gottlieb Daimler) به کار گرفته شدند. نخستین سامانه توربوشارژر نیز توسط مهندس سوییسی آلفرد بوچی (Alfred Buchi) در دهه 1900 اختراع شد. اما نخستین به‌کارگیری این سامانه در دهه 1920 میلادی و در موتورهای 12 سیلندر خورجینی هواپیماها اتفاق افتاد.
از نخستین خودروهای سواری نیز که از این سامانه استفاده نمودند می‌توان به نمونه‌هایی مانند شورولت کورویر مونزا (Chevrolet Corvair Monza) و الدزموبیل جت فایر (Oldsmobile Jetfire) در دهه 1960 میلادی اشاره کرد.
این سامانه در موتورهای دیزل نیز قدمتی طولانی داشته و نخستین بار شرکت مان (MAN) در کشور آلمان برای مدل MK26 خود در دهه‌های ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰ میلادی از موتورهای توربو دیزل استفاده نمود. اکنون بیشتر موتورهای گازوئیلی کامیون‌ها از این سامانه برای افزایش قدرت تولیدی موتور خود و کاهش مصرف سوخت و بهینه‌سازی کلی عملکرد پیشرانه استفاده می‌کنند.
عملکرد توربو شارژر:
به زبان ساده توربوشارژر یک موتور مکانیکی بوده که میزان هوای ورودی به درون موتور را افزایش می‌دهد. این دستگاه از دو بخش اصلی متصل به هم تشکیل شده که با هماهنگی همدیگر، حجم و فشار هوای ورودی به محفظه سیلندر را افزایش داده و در نهایت موجب افزایش قدرت کلی موتور می‌گردند. این دو بخش فن مانند عبارتند از:
- توربین (Turbine)
- کمپرسور (Compressor)
توربین به اگزوز (بخش خروجی موتور نه خروجی اگزوز در بخش انتهایی خودرو) متصل بوده و کمپرسور به ورودی‌های هوای موتور. جریان هوای خروجی موتور یا اگزوز موجب چرخش پروانه‌های توربین شده و گردش توربین، کمپرسور را به حرکت درمی‌آورد. گردش کمپرسور نیز موجب شده که هوای بیشتری به درون موتور پمپاژ گردد. هوای بیشتر با سوخت بیشتر مخلوط شده و در نتیجه کارایی موتور را افزایش می‌دهد.
البته با توجه به دمای بسیار بالاتر هوای خروجی از سامانه اگزوز، در بسیاری از موتورهای توربو از یک سامانه خنک‌کننده کمکی به نام اینترکولر (Intercooler) نیز استفاده شده که با کاهش دمای هوا، مانع از بالا رفتن دمای کلی موتور و توربوشارژر و آسیب رسیدن به این سامانه و احتراق زود هنگام سوخت در سیلندر می‌گردد.
این وسیله از دو توربین که توسط یک شفت به هم متصل شده‌اند، ساخته شده‌است. یک توربین مستقیماً متصل به منیفولد دود است و توربین دیگری به وسیله لولهٔ رابط به منیفولد هوا متصل است. چون هوای ایجاد شده به‌شدت داغ می‌باشد، پیش از ورود به سیلندر جهت احتراق، در اثر ترکیب با بنزین پای یک توربوشارژر برقی یا یک سوپرشارژر دیگر را نیز به وسط می‌کشند.
بدین صورت که، این توربوشارژر و سوپرشارژر در دور موتور پایین مورد استفاده قرار می‌گیرند و دو توربوشارژر دیگر، هر دو هم‌زمان در دور موتور بالا با قدرت هرچه بیشتر به یاری موتور خودرو آمده و نیروی بسیاری تولید می‌کنند. البته توربوشارژر چون از خروجی موتور نیرو می‌گیرد پس در نتیجه خود مانعی در برابر خروج دود می‌شود و بدین منظور برای خارج شدن هرچه بهتر دود از هِدر دود استفاده می‌کنند.
هدر متشکل از چند لوله با ابعاد و آلیاژ خاص است که بر روی منیفولد دود نصب می‌شود. لازم است ذکر شود که قطعات تشکیل دهنده موتورهای دارای توربوشارژر شامل پیستون، شاتون، میل لنگ، ترموستات و.. دارای آلیاژ (مقاوم) متفاوتی می‌باشند.
البته گونه دیگری تیونینگ تحت عنوان توربواکسپندر نیز به شکل محدودتر برای افزایش قدرت موتور استفاده می‌گردد که سازوکار آن خنک کردن هوای پیش از ورود به موتور است که باعث متراکم شدن هوا و ورود اکسیژن بیشتر به موتور می‌شود که نمونه‌های بلو کر از گونه‌های همین گونه از تیونینگ هستند.
مزایای به‌کارگیری توربوشارژر:
- قدرت موتور به طرز قابل توجهی زیاد می‌شود و می‌توان از موتورهای با حجم کوچک، قدرت‌های بالایی گرفت.
- مصرف سوخت کاهش پیدا می‌کند.
دلیل عامیانه اش این است که چون قدرت موتور افزایش پیدا کرده پس لازم نیست زیاد تخته گاز رانندگی کرد و رانندگی در دورهای پایین باعث کاهش مصرف سوخت می‌شود.
- راندمان توربوشارژر از سوپرشارژر بیشتر است، چون انرژی مورد نیاز خود را از گازهای خروجی از موتور می‌گیرد نه خود موتور و در نتیجه هیچ اتلاف انرژی وجود ندارد.
- به‌کارگیری توربو شارژر باعث کاهش آلایندگی می‌شود.
برای مثال سمند سورن و دناپلاس+ توربوشارژ استاندارد D مصرف آلایندگی را دارد.
معایب به‌کارگیری توربوشارژر:
۱- در توربوشارژرها زمانی طول می‌کشد تا سرعت چرخش توربینِ توربوشارژر به جایی برسد تا بتواند بوستِ قابل استفاده برای پیشرانه تولید کند.
این موضوع سبب ایجاد تأخیر توربو می‌شود و این مسئله در سوپرشارژرها وجود ندارد.
۲- یک عیب دیگر این است که این بوست در دور موتورهای محدودی در اختیار راننده قرار می‌گیرد و از آغاز حرکت در دسترس نیست.
مثلا توربوشارژر خودرو سورن در دور حدود ۲۲۰۰ وارد مدار می‌شود.
البته خودروسازان در توربوهای به روز، این دور را پایین‌تر هم آورده‌اند.
۳- از دیگر معایب توربوشارژر دمای بالای آن‌ها است.
منبع تأمین انرژی، گازهای داغ خروجی از موتور است که از اینتر کولر برای خنک کردن این هوا استفاده می‌شود.
ولی در هر حال در دمای نسبتاً بیشتری نسبت به سوپرشارژرها کار می‌کنند.
توانایی‌های موتور توربو:
موتور توربو یا مجهز به سامانه توربوشارژر قدرت بیشتری از نمونه بدون به‌کارگیری این سامانه تولید نموده و در نتیجه مصرف سوخت کمتری نسبت به توان و اسب بخار تولید شده خواهد داشت. قدرت بیشتر موجب افزایش قابلیت‌های دینامیکی خودرو شده و شتاب‌گیری و سرعت خودرو را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. اکنون این موتورها عمومیت بیشتری پیدا کرده و به دلیل خواص دوگانه خود، بسیاری از خودروسازان معتبر جهان دست به به‌کارگیری آن در پیشرانه خودروهای تولیدی خود زده‌اند.
به دلیل تولید نیروی بیشتر، این قابلیت وجود داشته که موتورهای کوچک‌تری با توانایی مشابه طراحی و ساخته شوند. موتور کوچک‌تر با حجم موتور پایین‌تر نیز با کاهش وزن، شتاب خودرو را افزایش داده و رانندگی لذت بخش‌تری را برای راننده و سرنشینان رقم می‌زنند. اما در کنار افزایش توانایی‌های حرکتی، به همان دلایل مصرف سوخت نیز کاهش یافته و توانایی پیمودن مسافتی بیشتر را با میزان سوخت یکسان به خودرو می‌دهند.
در واقع به‌کارگیری توربوشارژر یا موتور توربو خودروی شما را به دو پیشرانه مجازی با عملکرد متفاوت مجهز خواهد کرد؛
- یک پیشرانه کوچک و کم مصرف برای رانندگی در خیابان‌ها عادی و جابجایی‌های روزمره
- یک موتور قدرتمند برای به‌کارگیری حداکثر توانایی‌ها و سبقت گرفتن سریع و شتابگیری‌های ناگهانی
انواع سیستم طراحی توربوشارژر:
توربوشارژر نیز مانند بسیاری سیستم‌های دیگر که در خودروها شاهد هستیم انواع مختلفی دارند. هرچند کارایی نهایی آن‌ها مشترک است و همه انواع یک وظیفه دارند. اما نحوه انجام این وظیفه در آن‌ها متفاوت است. انواع توربوشارژر به شرح زیر است:
۱. توربوشارژر حلزونی
در این مدل، توربین در انتهای یک مسیر حلزونی قرار دارد و گازهای خروجی از موتور پس از عبور از این مسیر به توربین رسیده بعد از عبور از توربین از اگزوز خارج می‌شوند. این مسیر حلزونی درون پوسته توربین است و مقطع آن نیز ثابت نیست. به این معنی که سطح مقطع معبر حلزونی به‌سمت توربین کاهش می‌یابد که خود منجر به افزایش فشار هوا و حرکت سریعتر پره‌های توربین می‌شود. همین سبب ثابت نگه داشتن سرعت گازها می‌شود.
۲. توربوشارژر حلزونی فزاینده سرعت
این نوع از توربو شارژرها برخلاف توربوشارژر حلزونی ساده دارای دو معبر عبور هوا هستند. به‌این ترتیب که در آن‌ها شاهد یک حلزون و یک فزاینده سرعت هستیم که در دو مجرای مختلف قرار دارند. گازهای حاصل از احتراق ابتدا به منیفولد دود و سپس حلزون وارد می‌شوند اما قبل از وارد شدن به توربین، از روی پرده‌های ثابت فزاینده سرعت که روی پوسته توربین هستند، عبور می‌کنند تا با انرژی و زاویه متناسب به توربین برخورد کنند.
۳. توربوشارژر ضربانی
این سیستم نیاز به منیفولد دود ضربانی دارد. درواقع ضربات گازهای خروجی از منیفولد تأمین‌کننده انرژی موردنیاز توربین هستند. منیفولد ضربانی دارای خروجی مستقل از هر سیلندر است. این خروجی‌ها در انتها به دو کانال اصلی اما جدا از هم می‌رسند که کانال‌ها نیز به معابر توربوشارژر متصل هستند.
منیفولد ضربانی دارای مقطع نسبتا کوچکی است تا از ضربات بهره‌ی بیشتری ببرد. چراکه هرچه منیفولد دود بزرگ‌تر، اتلاف انرژی بالاتر است. شکل منیفولد ضربانی به‌گونه‌ای طراحی شده تا از جریان گازهای آزاد (بدون ضربه) نیز به‌خوبی گازهای توده‌ای (همراه با ضربه) استفاده کند. این ویژگی در حین شتاب‌گیری باعث افزایش سرعت و تداوم رسیدن انرژی گازهای خروجی به توربین، افزایش میزان اکسیژن و در نتیجه افزایش قدرت موتور خودرو می‌شود.
نکاتی درباره نگهداری توربوشارژ:
استفاده از هر سیستمی در خودرو نیاز به برخی مراقبت‌ها و توجهات ویژه دارد. درخصوص توربوشارژر این موارد توصیه می‌شود.
- هنگام رانندگی با خودروی مجهز به توربوشارژر باید به استفاده از دنده مناسب دقت بیشتر داشت.
- درصورت ورود توربوشارژر به مدار باید نسبت به خاموش کردن صحیح خودرو دقت کرد.
- در صورت حرکت طولانی‌مدت با خودروی مجهز به توربوشارژر توقف چند ثانیه‌ای و درجا کارکردن خودرو توصیه می‌شود.
- اجازه دهیم تا خودرو به‌خوبی و طی روندی مناسب گرم شود و برای ورود سریعتر توربوشارژر به مدار از گاز دادن بیهوده به موتور پرهیز کنیم.
- سیستم توربوشارژر به کیفیت سوخت حساس است و باید نسبت به این نکته دقیق بود. توربوشارژر نسبت به کیفیت و زمان تعویض روغن موتور آن حساس است و باید نسبت به آن دقیق بود.
- توجه به زمان تعویض فیلتر سوخت و فیلتر هوا نیز در خودروهای مجهز به این سیستم توصیه می‌شود.
در این مطلب با توربوشارژر و کاربردهای آن آشنا شدیم. به یاد داشته باشید اگر خودرویتان مجهز به توربوشارژر است، از رانندگی هیجانی با آن خودداری کنید تا از سلامت کارکرد موتور توربوشارژر خود مطمئن شوید و از دردسرهای معمول این سیستم‌ها دور باشید.
تهیه، تدوین و ترحمه: تیم زاورمگ
منابع: Auto.howstuffworks.com – Wayback Machine – karnameh.com- wikipedia.org
بدون دیدگاه