کاری که توربوشارژ با موتور ماشین میکند شبیه به کاریست که بادبزن با زغال کباب میکند. به این صورت که هرچه اکسیژن بیشتری به زغال برسد بیشتر برافروخته و داغ تر میشود. در موتور ماشین هم با افزایش هوای ورودی به داخل موتور میتوان به راندمان بالاتری دست یافت. از خودروهای ایرانی مجهز به این سیستم میتوان از دناپلاس توربو و شاهین سایپا نام برد.
ماشین توربو شارژ یعنی چه؟
توربو شارژ یا به عبارت صحیح تر “توربو سوپر شارژر” که معادل فارسی آن پرخوران است، یک دستگاه توربینی است که با متراکم کردن هوای ورودی موتور باعث می شود بتوانیم با ثابت نگه داشتن حجم موتور، هوا و در ازای آن بنزین بیشتری را وارد محفظه احتراق سیلندر کرده و در نهایت به بازدهی بالاتری دست پیدا کنیم.
به بیان ساده تر این سیستم با کمک گرفتن از گازهای خروجی اگزوز خودرو، به مکش هوای تازه برای استفاده در محفظه احتراق کمک میکند. هوای بیشتر یعنی رسیدن اکسیژن بیشتر به محفظه احتراق خودرو و همین موضوع باعث احتراق بهتر و افزایش قدرت و راندمان موتور ماشین میشود.
به خودروهایی که مجهز به این سیستم هستند ماشین توربوشارژ میگویند و به موتورهای فاقد توربو، اتمسفر یا تنفس طبیعی می گویند که کار مکش هوا در آنها با حرکت پیستون در داخل سیلندر و فشار هوای جو تامین میشود.
توربوشارژ ماشین چگونه کار میکند؟
توربوشارژ درواقع از دو پنکه کوچک تشکیل شده که توسط یک میله مرکزی به نام شافت به یکدیگر متصل شده اند و چرخش یکی از پنکه ها باعث چرخش دیگری میشود.
یکی از این پنکه ها به نام توربین سر راه خروجی گازهای گرم ناشی از احتراق درون موتور خودرو قرار میگیرد و هنگام خروج گازهای خروجی توربین شروع به چرخیدن میکند. به همراه چرخش توربین، شفت و درنهایت پنکه دوم به نام کمپرسور که وظیفه مکش هوای تازه را دارد شروع به چرخیدن میکند. به این ترتیب هوای تازه با چرخیدن کمپرسور فشرده شده و پس از عبور از خنک کننده یا همان اینترکولر وارد محفظه احتراق خودرو میشود.
هر چقدر شدت گردش گاز های ورودی به توربین بیشتر باشد دوران شفت توربو بیشتر شده و در نتیجه هوای ورودی بیشتر متراکم می شود که این مسئله بوست توربو نامیده می شود. هوای ورودی از اینتیک پس از متراکم شدن در توربوشارژر (که افزایش دمای شدیدی را تجربه کرده) بلافاصله از طریق رانر ها به سمت خنک کننده هوا یا همان (اینترکولر) هدایت می شود تا کاهش دما صورت بگیرد. پس از عمل کولینگ در اینترکولر، هوای متراکم شده سرد به سمت دریچه گاز رفته و وارد موتور می شود و در آنجا با حجم بیشتری از بنزین نسبت به حالت عادی ترکیب می شود و در نتیجه راندمان موتور افزایش پیدا می کند.
مزایای موتورهای توربوشارژ
- کاهش گازهای سمی خروجی
- دست یابی به قدرت بالاتر
- کاهش مصرف سوخت
- افزایش راندمان موتور بدون افزایش وزن خودرو
- قابل استفاده در انواع خودرو
- قابل استفاده در موتورهای بنزینی و دیزلی
- جلوگیری از اتلاف انرژی
موتور های مجهز به توربو مزایای مختلفی دارند که باعث شده در صنعت خودرو سازی امروز بسیار پر طرفدار شوند. موتور های توربو با حجم کم، قدرت و گشتاور مشابه یک موتور تنفس طبیعی حجیم تر از خودشان تولید می کنند اما از سوی دیگر مصرف سوخت و آلایندگی آن ها از یک موتور تنفس طبیعی حجیم کمتر است و در نتیجه می توان گفت که موتور های توربو راندمان بالاتر و مصرف انرژی کمتری دارند.
نکته دیگری که در مورد موتور های توربو وجود دارد نمودار گشتاور خطی آن ها است؛ در موتور های تنفس طبیعی، گشتاور موتور در یک نمودار سینوسی تا قله بالا رفته و سپس شروع به کاهش می کند اما در موتور های مجهز به توربو، نمودار گشتاور به صورت خطی است و حداکثر گشتاور تولیدی موتور به جای یک نقطه در یک بازه به دست می آید که باعث افزایش قدرت در هنگام رانندگی می شود.
به طور مثال در عکس زیر، نمودار دو موتور 4G63T (راست) و 4G63 (چپ) میتسوبیشی را مشاهده می کنید که اولی توربو و دومی تنفس طبیعی است. علاوه بر افزایش 118 اسب بخاری توان و 134 نیوتون متری گشتاور در یک موتور یکسان که مجموعه توربوشارژر عامل آن بوده، نمودار گشتاور (خط نارنجی رنگ) خطی موتور مجهز به توربو شارژر را در برابر نمودار سینوسی موتور تنفس طبیعی مشاهده می کنید.
معایب استفاده از توربوشارژها
- تاخیر اولیه در شروع کار
- حساس نسبت به سرویسهای دوره‌ای
- بالا بودن هزینه تعمیر و نگهداری
- مهندسی سخت و پیچیده
- کاهش عمر قطعات به دلیل دمای بالا
موتور های مجهز به سیستم توربوشارژر به دلیل ورود هوای متراکم به محفظه سیلندر حساسیت بالایی در مقابل بنزین دارند و در صورت استفاده از بنزین بی کیفیت یا بنزین با اکتان پایین در آن ها، پدیده ناک زدن موتور اتفاق می افتد. از سوی دیگر به علت حرارت بیشتر و افزایش تنش در موتور، حساسیت به روغن نیز در این موتور ها بالاتر است و در صورت استفاده نشدن از روغن با کیفیت، استهلاک قطعات بشدت افزایش می یابد. همچنین موتور های توربو در مجموع استهلاک بیشتری نسبت به موتور های تنفس طبیعی دارند که بخشی از آن به علت فشار زیاد وارد شده به موتور و بخشی دیگر به علت مهندسی پیچیده تر قطعات این موتور ها و مجموعه توربو است.
در هنگام رانندگی نیز پدیده توربو لگ می تواند به عنوان یک نکته منفی در خودرو های توربو تلقی شود. توربو لگ در واقع عبارت است از تاخیر اولیه هنگام شتاب گیری در زمانی که ما پدال گاز را فشار داده ایم اما توربو هنوز شروع به تولید بوست نکرده است.
اجزای تشکیل دهنده توربوشارژر
یک سیستم توربوشارژ از چهار قسمت اصلی تشکیل شده که عبارتند از: توربین، کمپرسور، شفت میانی و وست گیت که در ادامه با کار هرکدام از این قسمت ها آشنا میشوید.
توربین
توربین توربو پس از منیفولد دود قرار گرفته و گاز های خروجی اگزوز باعث به گردش در آمدن آن می شوند. وظیفه توربین، فعال سازی کمپرسور است.
کمپرسور
کمپرسور در میان راه مسیر هوای ورودی موتور قرار گرفته و توسط توربین به چرخش در می آید. وظیفه کمپرسور، متراکم کردن هوای ورودی به موتور است.
شفت میانی
شفت میانی توربو وظیفه متصل کردن کمپرسور و توربین را دارد.
وست گیت (Waste Gate)
وست گیت قسمتی از توربو است که وظیفه کنترل بوست تولید شده توسط آن را بر عهده دارد، وست گیت ها می توانند بر روی مجموعه توربین توربو نصب شوند ( وست گیت اینترنال) و یا به صورت خارجی (اکسترنال) بر روی اتصالات خروجی موتور(قبل از توربین توربو شارژ) نصب گردد، این قطعه به صورت مداوم به سنجش میزان بوست خروجیی توربو می پردازد و در صورتی که بوست از حد تعیین شده بالاتر رود، با باز کردن یک مسیر بای پس برای هوا، از گردش بیش از حد توربو جلو گیری می کند.
بلوآف (BOV: Blow Off Valve)
بلو آف یا همان BOV یک سوپاپ است که در مسیر اینتیک قبل از دریچه گاز قرار می گیرد. هنگامی که راننده پس از شتاب گیری پدال گاز را رها می کند، دریچه گاز بسته شده و فشار هوای تولید شده توسط توربو که در مسیر وجود دارد می تواند باعث آسیب رسیدن به اتصالات، دریچه گاز و یا پره های توبو شود، وظیفه بلوآف، جلوگیری از این اتفاق است به این صورت که با بسته شدن دریچه گاز، فشار هوای اضافی را به بیرون هدایت می کند، صدای جذاب خودروهای توربو نیز مربوط به عملکرد همین قطعه می شود.
انواع سیستم توربوشارژ
در کل دونوع سیستم توربوشارژ موتور ماشین به نام های توربو سینگل اسکرول و توربو تویین اسکرول وجود دارد.
توربو سینگل اسکرول
سینگل اسکرول نوع عادی توربوشارژ است که به طور معمول در انواع خودرو ها استفاده می شود. در این مدل توربو ها یک کانال ورودی گاز اگزوز از منیفولد دود به توربین توربو وجود دارد.
توربو تویین اسکرول
اما به طور خلاصه تویین اسکرول توربو ها دو کانال مجزا برای گاز های اگزوز سیلندر های مختلف دارند که باعث می شود گاز های اگزوز با نظم و سرعت بیشتری وارد توربین شوند. این مدل طراحی سبب می شود تا توربو لگ در دور های پایین کاهش بسیار محسوسی پیدا کند.
تفاوت توربو شارژ و سوپر شارژ
توربوشارژر ها و سوپر شارژر ها هر دو کار یکسان با نتیجه مشابهی را انجام می دهند اما نحوه عملکرد و رفتار آن ها متفاوت است. همان طور که گفتیم توربوشارژر قوای محرکه خود را از طریق گاز های خروجی اگزوز تامین می کند اما سوپر شارژر که از طریق یک تسمه به میل لنگ متصل است، نیروی خود را مستقیما از موتور دریافت می کند. به همین علت، راندمان موتور های مجهز به سوپر شارژر اندکی پایین تر و مصرف سوخت آن ها کمی بیشتر از توربو ها است. اما از سوی دیگر، در موتور های سوپر شارژ دیگر اثری از پدیده توربو لگ نیست و شتاب گیری به صورت پیوسته و یکنواخت انجام می شود.
نکات نگهداری از توربو شارژر ها
تا اینجای کار نحوه عملکرد یک توربو شارژر و مزایا و معایب موتور های مجهز به توربوشارژر را گفتیم؛ اما نحوه نگهداری از خودرو های توربو چگونه است؟
برای اینکه خودروی مجهز به موتور توربوشارژر ما همیشه در حداکثر بازدهی باشد و عمر مفید بالایی را تجربه کند نیاز است تا نقاط ضعف آن را شناخته و در جهت تقویت آن ها اقدام کنیم.
همانطور که اشاره شد، موتور های توربو حساسیت بالایی به بنزین دارند و بهتر است در آن ها از بنزین سوپر استفاده کنیم یا اگر بنزین سوپر در دسترس نبود، استفاده از اکتان بوستر ها واجب است.
روغن موتور نیز دیگر نکته حساسی است که نیاز به توجه دارد؛ لازم است روغن موتور همیشه به موقع و در بازه کیلومتری که در دفترچه خودرو پیشنهاد شده تعویض شود. همچنین باید توجه کرد که روغن موتور استفاده ما حتما از گرید و استاندارد پیشنهادی دفترچه خودرو تبعیت کند تا آسیبی به موتور و مجموعه توربوشارژر وارد نشود.
بجز استفاده از روغن و بنزین با کیفیت، نکات دیگری نیز وجود دارند که رعایت کردن آن ها باعث می شود تا عمر مفید موتور توربو شارژ بشدت افزایش یابد. به عنوان مثال، بهتر است در شروع حرکت تا زمان گرم شدن خودرو از گاز دادن به طوری که توربو شروع به تولید بوست کند خودداری شود. همچنین بهتر است در هنگام رانندگی مدت زمان طولانی و مداوم تخته گاز نباشیم و به توربو فرصت استراحت دهیم. و در نهایت، زمانی که قصد خاموش کردن خودرو را داریم چند دقیقه ای در حالت سکون منتظر بمانیم تا دمای توربو پایین بیاید و سپس اقدام به خاموش کردن موتور کنیم.
منبع: car
