1. خانه
  2. مقالات
  3. مقالات
  4. توربو شارژ ماشین چیست و چطور کار می کند؟

توربو شارژ ماشین چیست و چطور کار می کند؟

21 شهریور 1401
  • 0

ایده ساخت توربوشارژ (Turbocharger) یا پرخوران به بیش از یک قرن پیش بر می گردد و اولین استفاده های آن مربوط به موتور های حجیم دیزلی بودند که در کشتی ها به کار گرفته می شدند. اما در صنعت خودرو سازی اولین بار در سال 1962 دو کمپانی شورلت و الدزمبیل برای مدل های مونزا و جت فایر خود از موتور های مجهز به توربوشارژر استفاده کردند. بعدها پس از بحران نفت در دهه 70 استفاده از موتور های توربو شارژ به جهت مصرف سوخت کمتر طرفداران بیشتری پیدا کرد و کم کم خودرو های توربو پرطرفدار شدند.

توربوشارژر یا به عبارت صحیح تر "توربو سوپر شارژر"، 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 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. 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.

 

 

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.

توربوشارژ (6).jpg

 

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 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

  • 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.

02.webp

 

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.

 

what-is-a-blow-off-valve.jpg

 

عملکرد توربو چگونه چیست؟

 

توربوشارژ (3).jpg

 

توربوشارژ از دو بخش "توربین" و " کمپرسور" تشکیل شده که هر کدام یک پروانه دارند و توسط یک شفت به همدیگر متصل اند. بخش توربین توربو در سر راه خروجی اگزوز و معمولا بلافاصله پس از منیفولد دود قرار دارد و گاز های خروجی اگزوز وظیفه به چرخش درآوردن آن را دارند. با چرخیدن شفت توربو در اثر ورود گاز های اگزوز به توربین، بخش کمپرسور توربو نیز که خود در میان راه اینتیک هوای موتور قرار گرفته شروع به فعالیت می کند و هوای وارد شده را متراکم می کند. 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 "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.

 

توربوشارژ (4).jpg

 

انواع توربوشارژ:

  • 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

درباره این نوع از توربوشارژر ها به طور کامل در مقاله ای مجزا با عنوان "تویین اسکرول توربو" توضیح داده ایم. 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.

hdNwj1o16schUL6OrV4Yy2vemMRsTgnZ6hMP9Nbw.jpg

 

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.

 

توربوشارژ (5).jpg

 

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.

 

جمع بندی

خودروهای توربوشارژ، حال و آینده صنعت خودرو سازی جهان هستند و تعدادشان در بازار روز به روز بیشتر خواهد شد. بنابراین شایسته است تا دانش فنی خود را از توربو شارژر ها بالا ببریم، نحوه عملکرد آن ها یاد بگیریم، نقاط قوت و ضعف آن ها را بشناسیم و نکات استفاده از آن ها را به خاطر بسپاریم تا بتوانیم از خودرو توربوی خود با دقت بیشتری نگهداری کنیم و راندمان و عمر مفید آن را افزایش دهیم و حداکثر لذت و استفاده از آن ها را ببریم. در غیر این صورت، با نگهداری بد و بی توجهی به آن ها، توربو شارژر ها در دراز مدت به جز خرابی و ایجاد هزینه های سنگین برای تعمیرات موتور و مجموعه توربو آورده ای برای ما نخواهند داشت.

 

منبع car.ir



نظرات