توربوشارژر موتور خودرو: انقلابی در عملکرد و کارایی
یکی از مهمترین اختراعات و نوآوری ها در صنعت خودرو تولید توربوشارژر موتور خودرو می باشد.بیاری از خودروهایی که در حال حاضر تولید می شود از این فن آوری استفاده می کنند. این وسیله باعث افزایش کارایی موتور و سوخت مصرفی می شود. ما در این مقاله درباره توربو خودرو ،تاریخچه ساخت،چگونگی عملکرد، مزایا و معایب و انواع آن توضیحاتی جامعی بیان شده است.
تاریخچه توربوشارژر
در سال 1905 شخصی به نام آلفرد بوچی که اهل کشور سوئیس بود اولین طرح توربوشارژ را ارائه کرد. او وسیله ای ساخت با گازهای خروجی اگزوز کار می کرد . به این شکل که گاز های خروجی اگزوز باعث چرخیدن یک توربین می شد که این توربین هم یک کمپرسور را به حرکت در می آورد و این کمپرسور هوای بیشتری به موتور انتقال می داد.
اولین استفاده از توربو شارژ ها برای موتورهای هواپیما استفاده می شد. مخصوصا برای هواپیماها در جنگ جهانی دوم که در ارتفاع بالا می خواستند پرواز کنند که هوا رقیق تر است کاربرد داشت . اولین خودرویی که از توربوشارژ استفاده کرد ف خودرو الدزموبیل جت فایر 215 بود که در سال 1962 انجام شد. استفاده گسترده در خودروهای مسافرتی ، درسال 1970 به علت بالا رفتن قیمت نفت اتفاق افتاد. با بالا رفتن قیمت نفت خودروسازان به دنبال ساخت موتورهای کوچکتر و پر قدرت تر بودند تا مصرف را کاهش دهند.
اصول عملکرد توربوشارژر
در واقع توربوشارژها یک قطعه مکانیکی است که با گازهای خروجی اگزوز کار می کند . این وسیله فشار هوای ورودی را به موتور افزایش می دهد. این افزایش فشار هوا باعث می شود تا هوای بیشتری به سیلندر برسد و احتراق بهتر صورت بگیرد . این عمل باعث افزایش قدرت موتور با همان حجم سیلندر می باشد.
اجزای اصلی توربوشارژر
در زیر اجزای اصلی توربوشارژ بیان شده است:
- توربین: قسمتی از توربوشارژ که توسط گازهای خروجی اگزوز به حرکت در می آید.
- کمپرسور: این قسمت توسط یک شفت به توربین متصل می باشد و وظیفه آن فشرده کردن هوا می باشد.
- هوزینگ توربین و کمپرسور: پوسته ای که دو قطعه توربین و کمپرسور در آن قرار می گیرند و مسیر های حرکت هوا و گاز در آن تعبیه شده است.
- شفت مرکزی:. در واقع میله یا محوری که دو قطعه کمپرسور و توربین را به هم اتصال می دهد و به سرعت به چرخش در می آید که گاهی این چرخش به 250000 دور در دقیقه هم می رسد.
- بیرینگ‌ها: همان یاتاقانها هستند که باعث می شوند تا شفت به راحتی با کمترین اصطکاک چرخش کند.
- واستگیت: (Wastegate) برای اینکه فشار از یک حدی بالاتر نرود یک دریچه ای تعبیه شده است که فشار را تنظیم می کند که به آن واستگیت می گویند.
- اینترکولر (Intercooler): این قطعه باعث خنک شدن هوای فشرده شده تا باعث افزایش چگالی شود.
چرخه عملکرد توربوشارژر
در زیر طرز کار توربوشارژر گفته شده است:
- ابتدا گازهای حاصل از احتراق از سیلندر خارج شده و وارد هوزینگ توربین می شود.
- این گازها با عث چرخش توربین می شود..
- توربین که می چرخد توسط شفت باعث می شود تا کمپرسور هم فعال شود.
- با فعال شدن کمپرسور هوای محیط گرفته شده و فشرده می شود.
- توسط اینترکولر هوای فشرده که داغ است خنک می شود..
- پس هوای خنک شده و فشرده وارد محفظه احتراق می شود.
- این هوای فشرده که اکسیژن بیشتری دارد احتراق سوخت را بهتر کرده و قدرت موتور را افزایش می دهد.
مزایای استفاده از توربوشارژر
به کار بردن این وسیله مزیت هایی دارد که در زیر عنوان شده است.
افزایش قدرت موتور
مهمترین مزیت آن افزایش قدرت موتور با همان حجم سیلندر می باشد. استفاده از توربو شارژ می تواند تا 50 درصد قدرت بیشتری نسبت به موتورهای تنفس طبیعی با همان حجم سیلندر تولید کند.
بهبود مصرف سوخت
با استفاده از توربو شارژرها ،خودروسازان می توانند موتورهای کوچکتری با قدرت بالاتر تولید کنند .این خودروها که با موتورهای کوچک تولید می شوند در حالت معمولی سوخت کمتری مصرف می کنند و هنگامی که نیاز به قدرت بیشتر باشد توربوشز وارعمی شود.
کاهش آلایندگی
با آزمایشات و بررسی هایی که انجام شده میزان آلایندگی موتورهای دارای توربوشارژ کمتر از موتورهای تنفس طبیعی با همان قدرت موتور می باشد.
عملکرد بهتر در ارتفاعات بالا
باتوجه ب اینکه در ارتفاعات بالا هوا رقیق تر می شود موتورهای تنفس طبیعی دچار افت قدرت موتور می شوند.این قضیه برای موتورهای دارای توربوشارژ اتفاق نمی افتد.
بهبود گشتاور در دورهای پایین
در ماشین های جدید که از توربوشارژهای مدرن استفاده می کنند در دورهای پائین هم دارای گشتاور بالا بوده و باعث افزایش شتاب گیری می شود.
محدودیت‌ها و معایب توربوشارژر
این وسیله همانطور که دارای مزایا می باشد دارای معایب و محدودیت هایی می باشد که در زیر بیان شده است.
تأخیر توربو (Turbo Lag)
از بزرگترین ایرادات توربوشارژها تاخیر در عملکرد می باشد .به این صورت که شما پدال گاز را تا انتها فشار می دهید زمانی طول می کشد تا توربین به سرعت کافی برسد .فشار هوا بالا رود. در توربوشارژهای مدرن و جدید این تاخیر بسیار کمتر شده است.
پیچیدگی و هزینه بیشتر
با توجه به نصب توربوشارژر بر روی خودرو ، موتور خودرو دارای پیچیدگی هایی می شود که هزینه تعمیر و نگ فزپا همچنین توربوشارژر نیاز به روغن کاری و خنک شدن دارد.
فشار و دمای بالاتر
همانطور که گفته شد موتورهایی که دارای توربوشارژر می باشد در دماهای بالاتری کار می کنند که این دمای بالاتر باعث می شود تا سرعت فرسودگی قطعات افزایش یابد. همچنین برای تولید موتورها باید از مواد مقاوم تر استفاده کرد.
حساسیت به کیفیت سوخت و روغن
با توجه به اینکه توربوشارژها به سوخت و روغن حساس می باشند .باید از سوخت و روغن مناسب استفاده کرد در غیر اینصورت باعث خرابی توربوشارژر می شود.
انواع سیستم‌های توربوشارژ
توربوشارزرها دارای چندین سیستم می باشد که در زیر گفته شده است.
توربوشارژر تک‌ورودی (Single-Entry Turbocharger)
بیشترین و کاربردی ترین نوع توربوشارژرها که دارای یک ورودی برای گاز خروجی اگزوز می باشد.
توربوشارژر دوقلو (Twin-Turbo)
این سیستم که از دو توربوشارزر به صورت موازی استفاده می شود.این سیستم برای موتورهای 6 و8 سیلندر استفاده می شود.. این سیستم باعث افزایش قدرت موتور و کاهش تاخیر می شود.
توربوشارژر پشت سر هم (Sequential Turbocharging)
در این سیستم هم از دو توربوشارزر استفاده می شود که به صورت سری بسته می شود. یک توربوشارژر کوچک که برای دورهای پایین استفاده می شود و یک توربوشارژر بزرگتر که برای دورهای بالا استفاده می شود.
توربوشارژر با هندسه متغیر (Variable Geometry Turbocharger – VGT)
این نوع سیستم از توربوشارژرها دارای پره های متحرک است که قابلیت تغییر زاویه خود را دارند.این سیستم باعث می شود تا محدوده کارایی در دورهای مختلف افزایش یافته و همچنین تاخیر کاهش پیدا کند.
تویین‌اسکرول توربوشارژر (Twin-Scroll Turbocharger)
این توربو شارژر دارای دو ورودی برای گازهای خروجی اگزوز می باشد که باعث افزایش پاسخ دهی و کاهش تاخیر می شود.
الکتریک توربوشارژر (Electric Turbocharger)
این توبوشارژر از یک موتور الکتریکی استفاده می کند که در دورهای پایین مورد استفاده قرار می گیرد.تا تاخیر در دورهای پایین کاهش پیدا کند.
نگهداری و عیب‌یابی توربوشارژر
برای اینکه توربوشارژر شما طول عمر بیشتری داشته باشد رعایت نکات زیر ضروری می باشد.
- گرم کردن مناسب موتور: قبل از اینکه بخواهید با دور موتور بالا استفاده کنید بزارید تا روغن و موتور به دمای مناسب برسد.
- خنک کردن قبل از خاموش کردن: قبل از خاموش کردن ماشین بعد از رانندگی سنگین ، اجازه دهید تا ماشین مقداری کار کند تا توربو خنک شود.
- تعویض منظم روغن و فیلتر: رغن و فیلتر روغن در زمان مناسب تعویض شود .
- استفاده از روغن موتور با کیفیت: از روغن موتور با کیفیت و همچنین مناسب استفاده شود..
- بررسی منظم نشتی‌ها: با بررسی منظم از عدم نشتی روغن وهوا در توربوشارزر اطمینان حاصل نمایید.
علائم خرابی توربوشارژر
در صورتی که توربوشارژر خراب شود علائم زیر بروز می کند:
- قدرت موتور کاهش پیدا می کند.
- از اگزوز خودرو دود آبی یا سیاه خارج می شود.
- صدایی مانند سوت ایجاد می شود
- روغن بیش از حد مصرف می شود
- روشن شدن چراغ چک
- مصرف سوخت افزایش می یابد.
آینده توربوشارژرها
با توجه به مسائل محیط زیستی مانند آلایندگی ها و همچنین مصرف سوخت باعث شده تا توربوشارژها نقش مهمی در آینده خودروها ایفا کنند.
ترکیب با سیستم‌های هیبریدی
استفاده از توربوشارژر در موتورهای الکتریکی خودروهای هیبریدی باعث می شود تا از مزایای هر دو سیستم فناوری استفاده شود.
توربوشارژرهای با بازیابی انرژی
توربوشارژرهایی که قابلیت جدیدی دارند که می توانند انرژی حرارتی حاصل از احتراق را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.
ادغام با سیستم‌های پیشرانه الکتریکی
به کار بردن توربوشارژرهایی که از باتری خودروهای برقی استفاده می کنند و یا با موتور احتراقی کوچک می توانند کار کنند.
بهبود مواد و طراحی
ساخت توربوشارژرهایی که از مواد سبکتر و همچنین مقاوم تر در برابر حرارت استفاده کرد و استفاده از طراحی های بهتر برای افزایش کارایی.
نکته:
برای شستن وتمیز کردن انژکتور برای افزایش کارایی توربوشارژر از اسپری انژکتورشور کلیپر استفاده نمایید.
نتیجه‌گیری
با توجه به توضیحاتی که در این مقاله داده شد، ساخت توربوشارژرها یک تحول عظیمی در تولید خودروها به وجود آورد که شامل مصرفه سوخت و همچنین کمتر آلودگی تولید می کنند و افزایش قدرت در موتورهای کوچک و کم حجم تر را موجب شده است.
همانطور که گفته شد توربوشارژرها دارای محدودیت و معایبی می باشد که با پیشرفت تکنولوژی این موارد به حداقل رسیده است .امروزه بیشتر خودروهای جدید از این فناوری در موتورهای خود استفاده می کنند.
در نتیجه متوجه شدیم توربوشارژرها با استفاده از انرژی اتلافی حاصل از احتراق ،عملکرد موتور را افزایش داده بدون اینکه مصرف سوخت افزایش یابد.
About The Author
