فهرست محتوا
توربوشارژرها مانند سوپرشارژرها با افزایش راندمان حجم هوای ورودی به موتور، قدرت خروجی موتورهای احتراق داخلی را افزایش می دهند. اما توربوشارژر چیست؟
توربوشارژرها مانند سوپرشارژرها برای افزایش توان خروجی موتورهای احتراق داخلی با افزایش راندمان حجمی هوای ورودی به موتور کار می کنند. اما توربوشارژر چیست؟ برای یافتن پاسخ این سوالات با مجله مستر مکانیک همراه باشید.
توربوشارژر چیست؟
توربوشارژرها توسط سیستم های محرک مکانیکی موتور تغذیه نمی شوند، در عوض از انرژی حرارتی و جنبشی پنهان در گازهای خروجی موتور استفاده می کنند که در اثر احتراق ایجاد می شود، اما توربوشارژرها نیروی خود را مستقیماً از موتور دریافت می کنند.
توربوشارژر از تیغه ای به نام توربین ساخته شده است که در مسیر خروج گازهای خروجی موتور قرار می گیرد. این تیغه به یک محور متصل است. در طرف دیگر این شفت، پدال دیگری به نام کمپرسور وجود دارد. این پره (کمپرسور) در ورودی هوا به موتور نصب می شود.
با افزایش دور موتور، سرعت باز و بسته شدن سوپاپ های ورودی به قدری افزایش می یابد که هوا نمی تواند به مقدار صحیح وارد سیلندر شود، به همین دلیل راندمان حجمی موتور بسیار کاهش می یابد و گشتاور و قدرت موتور را کاهش می دهد. . کاهش. .در موتورهایی که مجهز به سیستم توربوشارژر هستند، انرژی حرارتی موجود در گازهای خروجی موتور باعث چرخش پره های توربین و چرخش آن با سرعت بالا می شود، چرخش توربین باعث چرخش شفت میانی موتور می شود. توربین و کمپرسور چرخش کمپرسور هوای پرفشار را وارد موتور می کند. به عبارت دیگر مشکل کاهش راندمان حجمی موتور با این روش حل می شود و دیگر بازده حجمی در دورهای بالا کاهش نمی یابد.
در این میان نحوه کار سوپرشارژر متفاوت است. یک سوپرشارژر معمولی همیشه با همان دور موتور کار می کند. به عبارت دیگر، یک سوپرشارژر مستقیماً به میل لنگ متصل است و با سرعت موتور (rpm) حرکت می کند.
با افزایش سرعت چرخش میل لنگ، جریان گازهای خروجی افزایش می یابد و هوای بیشتری وارد سیلندر می شود و قدرت موتور افزایش می یابد.
وقتی ماشین خود را در جاده مستقیم با سرعت کم رانندگی می کنید و فشار زیادی به پدال گاز وارد نمی کنید، سرعت چرخش پره ها (توربین) کم است. در این مورد می توان گفت که سیستم توربوشارژر عملاً هیچ تأثیری بر عملکرد موتور ندارد. در این حالت توربوشارژر نسبتاً غیرفعال می‌شود و چون پره‌های توربین در مسیر گازهای خروجی قرار دارند، مانند پره‌های کمپرسور، کمی مانع عبور هوا به موتور می‌شوند، بنابراین نه تنها کمکی به موتور نمی‌کنند. ، به میزان بسیار کمی باعث افزایش بار موتور و افزایش مصرف سوخت می شود.اما زمانی که به قدرت بیشتری نیاز است، به عنوان مثال برای شتاب دادن به خودرو به سمت سطح شیب دار بزرگراه، سیستم توربوشارژ به سرعت وارد می شود و قدرت و گشتاور موتور را افزایش می دهد.
تاریخچه مختصری از توربو شارژ
در خصوص زمان اختراع توربوشارژر و سوپرشارژر و مراحل تکمیل و توسعه آن، نظرات زیادی صورت گرفته است که یکی از آنها به شرح زیر است:
رودولف دیزل، توسعه دهنده موتور دیزل، و گوتلیب دایملر در تلاش های اولیه برای توسعه توربوشارژرها فعال بودند. اما این مهندس سوئیسی آلفرد بوچی بود که اولین پتنت توربوشارژر را در سال 1905 دریافت کرد.
تلاش‌های او منجر به تولید اولین موتور دیزلی موفق توربوشارژ در سال 1915 شد. اما تا دهه 1950 بود که توربوشارژرها در تعداد زیادی برای کامیون‌های تجاری با موتور دیزلی و خودروهای خارج از جاده مورد استفاده قرار گرفتند.
مهندس شرکت جنرال الکتریک، سنفورد ماس، آزمایش‌های مرتبط با موتور را بر روی موتور هواپیما انجام داد تا مزایای توربوشارژ برای موتورهای هواپیما در ارتفاع بالا را نشان دهد. تحت هدایت او، اولین هواپیمای توربوشارژر، یک هواپیمای لاپر، در سال 1920 آزمایش شد و در نهایت از 40000 پا فراتر رفت.هواپیماهای نظامی قابل توجه جنگ جهانی دوم از توربوشارژرها برای انجام پروازهای فوق العاده در ارتفاع بالا استفاده می کردند. به عنوان مثال، B-17، B-29، و P-38 مجهز به توربوشارژر بودند و صدها ماموریت را برای نیروهای متفقین انجام دادند. بمب افکن B-36 پس از جنگ جهانی دوم نیز دارای موتورهای رفت و برگشتی توربوشارژ بود.
در اواسط دهه 60، توربوشارژرها برای مدت کوتاهی در شورولت کوروت و اولدزموبیل جت فایر ظاهر شدند. اما این برنامه ها به دلیل نقص هایی که در آن زمان وجود داشت موفقیت چشمگیری نداشتند.
در دهه 1970، توربوشارژ در تعدادی از خودروهای مسابقه فرمول 1 ظاهر شد و BMW یک خودروی جاده ای توربوشارژ به نام Turbo 2002 را معرفی کرد. دیگر سازندگان اروپایی، به ویژه پورشه و ساب، در این دوره با توربوشارژرها آزمایش کردند.
مشکلی به نام Turbo Lag یا Turbo Lag
عیب اصلی توربوشارژرها به اصطلاح تاخیر توربو است. این مشکل ناشی از اینرسی قسمت های دوار توربوشارژر است، در هر شرایطی که نیاز به نیرو باشد، این اینرسی در برابر شتاب توربین و پروانه مقاومت کرده و باعث تاخیر در افزایش توان مورد نظر موتور می شود.اولین خودروهایی که مجهز به سیستم توربوشارژر بودند چنین مشکلی داشتند و به خصوص در مواقع اضطراری که نیاز به شتاب زیاد بود این عیب آزاردهنده و نامطلوب بود و این عیب آنقدر محسوس بود که بسیاری از خریداران خودرو از خرید خودرو خودداری می کردند. با سیستم توربوشارژر قبلاً از آن اجتناب می کردند، اما مشکلات تاخیر توربو به مرور زمان و با تغییر در ساختار و مکانیسم سیستم توربوشارژر حل شده است.
انواع توربوشارژر
تک توربو
سیستم هایی که به سیستم توربو یا تک توربو معروف هستند، ساختار ساده تری نسبت به سایرین دارند و در بین انواع مختلف، مقرون به صرفه ترین و ارزان ترین هستند و حجم کمی را به خود اختصاص می دهند.
امروزه بسیاری از خودروها از جمله بیشتر خودروهای رنو به این نوع توربوشارژر مجهز هستند.
توربو دوقلو
اگر روی موتورهایی با حجم موتور بالا سیستم توربوشارژر نصب شود مشکلات زیادی ایجاد می کند زیرا پره های توربین، پره های کمپرسور و شفت بین آنها باید ابعاد بزرگ و وزن زیادی داشته باشند. برای حل این مشکل مهندسان نوع دیگری از سیستم توربوشارژر به نام توربو دوقلو را ساخته اند که می تواند بر روی موتورهای V شکل نصب شود.موتورهای V شکل با تعداد سیلندرهای زیاد مانند V-6 و V-8 در صورت مجهز بودن به این سیستم (دو توربو) عملکرد بهتری خواهند داشت و مشکلات کمتری خواهند داشت. از آنجایی که هر توربو وظیفه دارد بازده حجمی نیمی از سیلندرهای موتور را افزایش دهد، عملکرد بهتری خواهد داشت و راندمان بالاتری خواهند داشت. توربوهای کوچکتر جرم کمتری دارند و سریعتر شتاب می گیرند و به حداقل رساندن تاخیر توربو کمک می کنند.
با این حال، طراحی و نصب دو توربو پیچیده تر از اجرای یک توربو است. لوله‌کشی پیچیده‌تر، اینترکولر اضافی و کنترل‌های پیچیده‌تر سیستم، وزن و هزینه این سیستم را در مقایسه با یک توربو منفرد افزایش میدهد. محدودیت های فضا نیز عامل دیگری در پیچیدگی سیستم های توربو دوقلو در نظر گرفته می شود.
جابجایی توربو دوقلو
توربوشارژر دوقلو دارای یک محفظه تقویت کننده با ورودی برای هر یک از دو سیلندر جفت شده است. هر بخش ورودی و پروانه مربوطه می تواند کوچکتر از یک توربو معمولی باشد.
جریان اگزوز که به هر بخش از بوستر هدایت می شود با سرعت بیشتری وارد می شود و باعث می شود که در صورت نیاز به نیرو، توربو سریعتر بچرخد.طراحی پروانه و پوشش پیچیده تر است. پیچیدگی بالا در اینجا باعث افزایش هزینه و وزن کلی سیستم می شود. نیاز به فضای روی سیستم نیز بیشتر است. این نوع توربو معمولاً به موتورهای چهار سیلندر خطی یا V-6 محدود می شود.
هندسه متغیر توربو (VGT)
توربو هندسه متغیر مجموعه ای از پره های هندسی قابل تنظیم در ورودی توربین را در خود جای داده است. این پره ها که توسط PCM موتور (ماژول کنترل موتور) کنترل می شوند، ناحیه ورودی توربو را تنظیم می کنند و در دورهای پایین موتور آن ناحیه را کاهش می دهند.
در دور موتور بالا، پره ها باز می شوند تا سطح ورودی اگزوز افزایش یابد. این اجازه می دهد تا سرعت اگزوز بهینه برای دور موتور کم و زیاد حرکت کند، بنابراین تاخیر توربو به حداقل می رسد.
افزایش پیچیدگی و هزینه دو نقطه ضعف اصلی این سیستم است. البته مدل های توسعه یافته از این سیستم تا حد زیادی یکی از نقاط ضعف این کاسه است.
Twin Scroll Turbo متغیر
این نوع سیستم توربوشارژر تمام مزایای مدل توئین توربو را دارد، اما عملکرد آن کمی با توربو هندسه متغیر متفاوت است.ویژگی هندسه متغیر در لوله اگزوز یافت می شود. جریان خروجی اگزوز به هر سیم پیچ توسط یک پره قابل تنظیم کنترل می شود. در سرعت های پایین موتور، این پره تمام جریان را تنها به یکی از دو درگاه ورودی مارپیچی هدایت می کند. این باعث می شود جریان کم با سرعت بیشتری وارد پروانه شود و سرعت پروانه را افزایش دهد.
با افزایش RPM موتور و افزایش جریان اگزوز، پره متغیر باز می شود تا جریان بیشتری به ورودی سیم پیچ دوم بدهد. در دورهای موتور بالا، تمام جریان به هر دو ورودی مارپیچی دوتایی هدایت می شود.
افزایش پیچیدگی، هزینه و وزن برای این نوع سیستم. به همین دلیل، این سطح از پیچیدگی فقط در خودروهایی استفاده می شود که قیمت خرید بالاتری دارند.
توربو برقی
در این توربوها، یک موتور الکتریکی نیز می تواند برای هر یک از تنظیمات توربو فوق اعمال شود و به آنها کمک کند.
این موتور که توسط PCM کنترل می شود، در مواقع لزوم سرعت توربو را افزایش می دهد و در زمانی که سرعت موتور و جریان اگزوز کم است، عملکرد توربو را افزایش می دهد. این به طور موثر تاخیر توربو را از بین می برد.
موتور الکتریکی مورد استفاده برای این کاربرد باید دارای طراحی باشد که بتواند دماهای بسیار بالای مربوط به توربوشارژر را تحمل کند.و در اینجا نیز افزایش هزینه، وزن و پیچیدگی یکی از معایب این سیستم است.
دوام موتور و توربو
خودروهای توربوشارژ اولیه از مشکلات دوام موتور رنج می بردند. شایان ذکر است قطعاتی که بیشترین آسیب را دیده اند سوپاپ های اگزوز و همچنین نشیمنگاه های آنها (Seats) بوده که این قطعات به دلیل دمای بالای ناشی از جریان گازهای خروجی زود هنگام سوخته و شکسته شده اند.
یکی از مشکلاتی که باعث افزایش دما و تشدید آسیب در مقایسه با موتورهای غیر توربو می شود این است که به دلیل وجود پره های توربین در مسیر گازهای خروجی، حرارت قطعات مربوطه به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. تغییر و توسعه مواد عناصر مورد استفاده در تولید سوپاپ ها و نشیمنگاه های آنها و همچنین استفاده از سدیم برای خنک سازی سوپاپ ها و قطعات مربوطه، این ضعف خاص را در این موتورها بسیار کاهش داده است.
دوام قطعات مربوط به توربوشارژر به ویژه شفت بین توربین و کمپرسور نیز به دلیل سیستم روانکاری ضعیف و عدم وجود روغن سازگار با سیستم توربوشارژر بسیار کم بوده که باعث از کار افتادن این قطعات شده و آسیب خواهند دید. خیلی سریع روغن های موجود در آن زمان باعث ایجاد رسوبات کربن سخت (به نام کک) روی یاتاقان های محور توربین شدند.عملکرد ضعیف به دلیل این مشکل منجر به نیاز به حذف و تعمیر مکرر توربو می شود.
ادغام تزریق مستقیم سوخت در موتورهای خودرو (سیستم GDI) نیز کمک زیادی به تکامل توربو کرده است. برخی از مدل های خودروهای توربوشارژ امروزی به قدری پیشرفته هستند که می توانند با سوخت معمولی (با اکتان کم) به خوبی کار کنند و تنها با کاهش اندکی در گشتاور و قدرت (به دلیل استفاده از بنزین بی کیفیت) کار کنند. زمانبندی متغیر سوپاپ (VVT) نیز عملکرد و راندمان سوخت را برای این موتورها بهبود بخشیده است.
امروزه تقریباً هر شرکت خودروسازی یک یا چند مدل خودرو با یک و اغلب دو توربوشارژر ارائه می دهد. نصب سیستم توربوشارژ روی موتورها به طراحان و سازندگان این امکان را می دهد که موتورهایی با حجم و تعداد سیلندر کمتر طراحی کنند. امروزه موتورهای سه سیلندر 900 سی سی مجهز به سیستم توربوشارژ در خودروهایی نصب می شوند که گشتاور و قدرت بسیار بالایی تولید می کنند.
شکی نیست که توربوشارژر همچنان در بسیاری از موتورهای خودروهای آینده دیده خواهد شد.
مستر مکانیک این تضمین را میدهد که همانند روز اول از خودروی خود نهایت لذت را ببرید
Like The First Day
برای رفع مشکل خودروی خود و یا انجام سرویس های دوره ای و یا هماهنگی جهت ارسال خودروبر رایگان در تمامی نقاط تهران، با کارشناسان مستر مکانیک تماس بگیرید
راه های ارتباطی با مستر مکانیک
آدرس بخش تعمیرات خودرو : تهران، اتوبان نواب شمال به جنوب، بالای پل 9 دی، تقاطع خیابان قزوین، ابتدای هلال احمر، پشت ایستگاه اتوبوس کشاورز، پلاک 485
آدرس بخش صافکاری مدرن ، دیتیلینگ و تیونیگ خودرو : تهران ، آجودانیه ، مجتمع خودرویی الماس