در حال حاضر، یکی از پرکاربردترین فناوری های مدرن در صنعت خودرو، توربو شارژر یا به عبارت دقیقتر، توربوشارژر است. در گذشته، خودروهای قوی و سریع معمولاً از موتورهای بزرگ با تعداد سیلندر بالا استفاده میکردند که علاوه بر حجم بزرگ، بهرهوری پایینی داشتند. یکی از جذابیتهای این خودروها، صدای قوی و خاص آنها بود، اما عملکرد نه چندان خوبی داشتند.
با پیشرفت فناوری، سیستمهای توربوشارژ به عنوان جایگزینی کارآمد و با عملکرد بهتر به موتورهای قدیمی اضافه شدند. توربوشارژ به خودرو کمک میکند تا هوای بیشتری به موتور وارد شود، که این امر منجر به افزایش ترکیب سوخت و هوا میشود. این فناوری نه تنها بهرهوری موتور را افزایش میدهد، بلکه راندمان خودرو را نیز افزایش میبخشد.
توربو شارژر دقیقا چیست ؟
توربو شارژر یکی از تکنولوژی های مورد استفاده در طراحی و تولید خودروهای سبکتر و کمحجمتر است، که در عین حال افزایش قدرت و بازدهی موتور را فراهم میکند. این دستگاه در واقع یک نوع موتور مکانیکی است که هدف اصلی آن، افزایش هوا و تزریق آن به محفظه احتراق میباشد. عملکرد اصلی توربوشارژر، افزایش فشار هوای ورودی به سیلندر و در نتیجه بهبود کارایی احتراق موتور است.
در موتورهای معمولی، هوا به محفظه احتراق از طریق حرکت پیستون ها و با استفاده از فشار جو وارد میشود. اما در برخی مواقع، فشار هوای ورودی به سیلندر ممکن است کمتر از فشار جو باشد، که این میتواند باعث کاهش کارایی احتراق گردد. توربوشارژر به این مشکلات پاسخ میدهد، زیرا از انرژی گرمایی گازهای خروجی اگزوز برای افزایش فشار هوا استفاده میکند. این فرآیند به موتور امکان میدهد تا بدون افزایش فشار جو، هوا را به سیلندر منتقل کرده و احتراق با کیفیتتری را فراهم کند.
مطلب پیشنهادی: رادیاتور ماشین چیست؟ + چه کاربردی در خنک کردن ماشین دارد؟
به طور خلاصه، توربوشارژر به عنوان یک ارتقا دهنده کارایی موتورهای درونسوز عمل میکند. این دستگاه با متراکم کردن هوای ورودی به سیلندر و افزایش حجم آن، فشار هوای وارد به سیلندر را تا دو برابر فشار جو افزایش میدهد. این بهبود در کارایی موتور میتواند بین ۲۵ تا ۴۰ درصد باشد و وابسته به نوع توربوشارژر و نوع موتور استفاده شده است.
تاریخچه پشت توربو شارژر
گوتلیب دایملر نامی است که در دنیای خودروها به طور گسترده شناخته میشود و برای هر علاقهمند به خودروها جذابیت دارد. دایملر و کارل بنز به عنوان مخترعان موتورهای احتراقی و خالقان خودروهای مدرن شناخته میشوند، و به لطف آنها، صنعت خودروسازی به اوج پیشرفت رسیده است.
یکی از فنآوریهای مهم در صنعت خودروسازی، توربوشارژر است که ایدهآل اولیه آن توسط دایملر مطرح شد. در سال ۱۸۸۵، دایملر، مهندس برجسته آلمانی، سعی کرد تا با استفاده از یک ساختار مکانیکی، هوا را فشرده کرده و به داخل سیلندر خودرو تزریق کند. اما این ایده توسط آلفرد بوچی، مهندس سوئیسی، در سال ۱۹۰۰ پیادهسازی شد. وی یک منیفولد حلزونی طراحی کرد که دارای یک توربین درون آن بود. این وسیله با اتصال به خروجی اگزوز و با استفاده از گازهای آن، توربین را چرخانده و هوای ورودی به داخل سیلندر را فشرده کرده و عملکرد خودرو را بهبود میبخشید. این نوآوری، یکی از مهمترین پیشرفتها در تاریخ صنعت خودروسازی بود و از آن زمان تاکنون، توربوشارژرها به عنوان یک قطعه کلیدی در افزایش کارایی و توان خودروها مورد استفاده قرار میگیرند.
اولین ماشین با توربو شارژ
اولدزموبیل، یکی از زیرشاخههای بزرگ شرکت جنرال موتورز آمریکا، در دهه ۱۹۶۰ با مدلی به نام F85 کاتلس جتفایر (Jetfire) به صورت انبوه از تکنولوژی توربو شارژ استفاده کرد. این خودرو آمریکایی از یک پیشرانه V8 بسیار کوچک با حجم ۳.۵ لیتر استفاده میکرد و توانایی تولید ۲۱۵ اسب بخار و گشتاور ۴۰۰ نیوتون-متر را داشت. این نسخه با توربوشارژر، یک بهبود ۳۰ درصدی در گشتاور تولیدی نسبت به نسخههای غیر توربو داشت و میتوانست در کمتر از ۱۰ ثانیه به سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت برسد، که دو برابر سریعتر از ضعیفترین مدلهای این برند در آن دوران بودند.
اجزای داخلی توربو شارژ
توربو شارژ ساختار نسبتاً سادهای دارد و از دو بخش اصلی تشکیل شده است:
توربین: این بخش شامل پوسته، محفظه، پرههای ثابت و پرههای متحرک است. توربین با گازهای خروجی اگزوز انرژی حرکتی خود را تأمین میکند.
کمپرسور:: این بخش وظیفه تأمینکننده هوای متراکم برای سیلندرها را دارد. کمپرسور نزدیک به سیلندرها قرار دارد و هوای متراکمتر را به موتور میرساند.
هر دو این قطعات روی یک محور دوار (روتر) سوار شدهاند که دارای یک پوسته است و بین پوسته و محور اصلی مجرایی برای روغنکاری و خنککاری وجود دارد. برای عملکرد بهینه، محل نصب توربوشارژر بسیار مهم و حائز اهمیت است. توربین توربو شارژ در نزدیکی اگزوز نصب میشود و از طریق گازهای خروجی اگزوز انرژی حرکتی خود را تأمین میکند. هنگامی که دور موتور و سرعت خودرو افزایش مییابد، توربوشارژر وارد مدار میشود و با حرکت توربین، هوا را متراکم کرده و به سیلندرها میرساند. توربوشارژر نیاز به فشار بالاتری از گازهای خروجی اگزوز دارد تا بتواند بهطور مؤثر کار کند. در دورهای پایین موتور، که این فشار زیاد نیست، پرهها به حرکت در نمیآیند و تأثیر چندانی در افزایش تراکم هوای ورودی به سیلندرها ندارند.
در نتیجه، توربو شارژ با بالارفتن دور موتور و سرعت خودرو، وارد مدار میشود و تاثیر قابلملاحظهای در بهبود عملکرد موتور دارد.
ترتیب عملکرد توربو شارژر
با توجه به هماهنگی اجزای سیستم توربوشارژ، مراحل عملکرد این سیستم به شرح زیر است:
1. هوای خنک وارد پیشرانه میشود و به سمت کمپرسور حرکت میکند.
2. فن کمپرسور هوای بیشتری را مکش کرده و به داخل کمپرسور هدایت میکند.
3. هوای واردی به کمپرسور فشرده میشود و در این فرآیند گرم میشود.
4. کولر هوای گرم و فشرده را خنک کرده و خنکتر به مرحله بعدی ارسال میکند.
5. هوای خنک و فشرده وارد سیلندر میشود و اکسیژن اضافی موجود در آن فرایند احتراق سوخت را تسریع میکند.
6. ورود سوخت بیشتر به سیلندر، انرژی بیشتری تولید میکند. این انرژی اضافی از طریق شفتها، پیستون و چرخدندهها به چرخها منتقل میشود.
7. گازهای اضافی سیلندر از خروجی اگزوز به بیرون دفع میشوند.
8. این گازها با سرعت بالا توربین را میچرخانند.
9. توربین، همراه با چرخش خود، کمپرسور را نیز به حرکت در میآورد زیرا توربین و کمپرسور بر روی یک شفت مشترک نصب شدهاند.
10. در حالت توربوشارژ، دود از طریق سیستم اگزوز خارج میشود، اما در مقایسه با سیستمهای بدون توربوشارژ، انرژی کمتری اتلاف میشود.
مطالب پیشنهادی: نقد و بررسی جامع Land Cruiser 2023
انواع سیستم های توربوشارژ
توربوشارژر، همچون بسیاری از سیستمهای دیگری که در خودروها استفاده میشود، انواع مختلفی دارد. اگرچه هدف نهایی همگی آنها یعنی افزایش کارایی موتور یکسان است، اما روش انجام این کار در هر نوع متفاوت است. انواع مختلف توربو شارژ به شرح زیر است:
- حلزونی
در این مدل، توربین در انتهای یک مسیر حلزونی درون پوستهی خود قرار دارد، و گازهای خروجی از موتور پس از عبور از این مسیر به توربین میرسند. پس از عبور از توربین، گازها از اگزوز خارج میشوند. این مسیر حلزونی درون پوستهی توربین قرار دارد و مقطع آن نیز تغییر میکند. به این معنی که سطح مقطع معبر حلزونی به سمت توربین کاهش مییابد که باعث افزایش فشار هوا و حرکت سریعتر پرههای توربین میشود. این ویژگی باعث میشود که سرعت گازها ثابت نگه داشته شود.
- ضربانی
این سیستم نیاز به یک منیفولد دود ضربانی دارد که ضربات گازهای خروجی را به توربین فراهم میکند. این ضربات انرژی موردنیاز برای توربین هستند و از منیفولد ضربانی به طور مستقل از هر سیلندری تأمین میشوند. خروجیهای منیفولد ضربانی به دو کانال اصلی میرسند که این کانالها به معابر توربوشارژر متصل هستند. منیفولد ضربانی مقطع به نسبت کوکی دارد تا از ضربات بهرهی بیشتری ببرد. طراحی منیفولد ضربانی به گونهای است که همچنان از جریان گازهای آزاد (بدون ضربه) و گازهای تودهای (همراه با ضربه) بهخوبی استفاده کند. این ویژگی در حین شتابدهی باعث افزایش سرعت و ادامه تأمین انرژی به توربین میشود، افزایش میزان اکسیژن و در نتیجه افزایش قدرت موتور خودرو را ایجاد میکند.
مزایای استفاده از توربو شارژر چیست؟
1.کاهش صدای موتور
در سیستم توربوشارژ، هوا از طریق شفتها و سایر قطعات فیلتر میشود، که این فرآیند باعث کاهش صدای موتور میشود. هرچند این فرایند همراه با تصفیه هوا انجام میشود، اما صدای موتور بهطور قابل ملاحظهای کمتر میشود. بهطور کلی میتوان گفت که پیشرانههای توربوشارژ دارای صدای کمتری هستند.
2. مصرف کمتر انرژی
سیستمهای توربوشارژ، با مصرف کمتر انرژی نسبت به موتورهای تنفس طبیعی، قدرت بیشتری تولید میکنند. این فناوری به امکان استفاده از موتورهای کوچکتر و سبکتر با کارایی بالاتر اجازه میدهد.
3. گشتاور بالا
موتورهای توربوشارژ بسیار کوچک، توانایی تولید گشتاور بسیار بالا را دارند، به خصوص اگر محدوده دور آنها کاهش یابد. این ویژگی نشان دهنده قدرت بالای این موتورهاست، که در سرعتهای مختلف، از پایین تا بالا، عملکرد برتری از موتورهای با تنفس طبیعی دارند.
4. قدرت بیشتر
توربوشارژ واقعاً یک نماد از قدرت بینظیر است. میتوان گفت که این سیستمها نسبت به موتورهای تنفس طبیعی یک تفاوت به شدت محسوس دارند، زیرا هر ضربه پیستون در این سیستمها، نسبت به موتورهای با تنفس طبیعی، قدرت فراوانی ایجاد میکند. این ویژگی منحصر به فرد موتورهای توربوشارژ باعث شده تا در خودروهای امروزی بیشتر به کار گرفته شوند.
استفاده از توربو شارژ چه معایبی دارد ؟
1. تأخیر در پاسخ عملکرد توربو شارژر
هنگامی که در خودروهای توربوشارژ پدال گاز را فشار میدهید، اغلب تأخیر کوتاهی در دریافت پاسخ از خودرو تجربه میکنید. این اتفاق معمولاً در زمانی روی میدهد که خودرو با دور موتور کمی حرکت میکند و راننده قصد دارد سرعت خودرو را افزایش دهد. اما در این مواقع، واکنش موتور به فشار دادن پدال گاز کندتر از انتظار راننده است، که به این پدیده تأخیر توربو یا لگ تأخیر معروف است.
2. هزینه تعمیر بالا
سیستمهای توربوشارژ، به دلیل پیچیدگی بالایی که دارند و تعداد زیادی از اجزا و قطعات مختلفی که در آنها وجود دارد، تشخیص مشکلات و عیوب آنها نسبت به مدلهای معمولی بسیار دشوارتر است. این موضوع باعث میشود که در صورت بروز خرابی در موتور، تعمیر و بازسازی آن هزینههای بسیار بالایی داشته باشد.
مطالب پیشنهادی: مشخصات فنی توسان 2023
کلام آخر
در این مقاله از مجله خودرو کار مگز، سعی شده است تا به بررسی عمیق ساختار و عملکرد موتورهای توربوشارژ پرداخته شود. در ابتدا، تعریفی جامع از مفهوم توربوشارژ ارائه شده و در ادامه، نحوه عملکرد این تکنولوژی بهطور دقیق شرح داده شده است. همچنین، مانند سایر سیستمها، مزایا و معایبی که در استفاده از توربوشارژ وجود دارند، بهصورت کامل بررسی شدهاند. امیدواریم که مطالعه این نوشته به شما کمک کند تا به درک عمیقی از مفهوم توربو شارژر و همچنین مزایا و معایب آن برسید.
