توربو شارژ چیست، چه مزایا و معایبی دارد؟ - مجله تار و سه تار

به گزارش ، در سال 1885 میلادی یک مهندس آلمانی به نام گوتلیب دایملر ایده ای را برای تقویت موتور های احتراقی مطرح نمود، وی در نظر داشت که از طریق یک ساختار مکانیکی، هوا را فشرده نموده و آن را به داخل سیلندر خودرو تزریق کند. پس از گذشت چندین سال از طرح این ایده، آلفرد بوچی مهندس مکانیک سوئیسی در سال 1900 میلادی سیستمی به نام توربو شارژر را اختراع کرد. وسیله ساخته شده از طریق وی از یک منیفولد حلزونی تشکیل می شد که درون آن یک توربین قرار گرفته بود که با اتصال به خروجی اگزوز و با استفاده از گاز های آن توربین چرخانده می شد و با عملی شبیه به یک کمپرسور، تراکم هوای ورودی به داخل سیلندر را افزایش می داد.

معادل نام توربو شارژ در فارسی پرخوران است که با هدف طراحی موتور های سبک تر با حجم کمتر و در عین حال قدرتمند تر و با راندمان بالاتر اختراع شد. در نظر بگیرید که یک خودرو در دنده چهار در حال حرکت در یک جاده مسطح با سرعتی حدود 70 کیلومتر در ساعت است؛ دور موتور در این شرایط حدود 2000 دور در دقیقه بوده و در این شرایط میل لنگ در هر ثانیه حدود 34 دور می چرخد. از آنجا که در حال بحث در مورد موتور های چهار زمانه هستیم و دور میل سوپاپ نصف دور میل لنگ است و یا به عبارتی دیگر سرعت چرخش میل سوپاپ نصف سرعت چرخش میل لنگ است لذا سوپاپ دود در هر ثانیه حدود 17 بار باز و بسته می شود. با توجه به اینکه هوا در اثر خلا نسبی که در اثر پائین رفتن پیستون در سیلندر، وارد سیلندر می شود لذا راندمان موتور مناسب است، زیرا هوا به اندازه مناسب وارد سیلندر می شود.

حال اگر راننده قصد افزایش سرعت خودرو را داشته باشد، می بایست پدال گاز را فشار دهد، چنانچه دور موتور به حدود 4500 دور در دقیقه افزایش یابد، میل لنگ در ثانیه 75 دور خواهد چرخید، در این حالت سوپاپ هوا حدود 38 بار در هر ثانیه باز و بسته می شود، در این حالت سرعت باز و بسته شدن سوپاپ های هوا آنقدر زیاد است که هوا نمی تواند به اندازه کافی و به اندازه مورد احتیاج وارد سیلندر شود و در این حالت راندمان موتور به شدت کاهش می یابد. به عبارت دیگر مسئله ای که در این دور موجب کاهش کارائی موتور می شود، کاهش حجم هوای ورودی به داخل سیلندر است؛ در واقع می توان با افزایش فشار سوخت و افزایش زمان پاشش سوخت، سوخت بیشتری وارد سیلندر نمود، ولی افزایش اندازه هوای ورودی به داخل سیلندر کار بسیار مشکل و دشواری است.

سیستم توربوشارژر در واقع این کار را انجام می دهد و هوا علاوه بر اینکه در اثر خلاء نسبی به داخل سیلندر راه پیدا می نماید، بوسیله سیستم توربوشارژر هم به داخل سیلندر تزریق می شود و همانطور که با اعداد و ارقام نشان داده شد، این کار صرفا ضروری است در دور های بالا انجام شود؛ به عبارت دیگر سیستم توربوشارژر در دور های پائین به کار گرفته نشده بلکه در دور های بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

برای متراکم کردن هوای ورودی به داخل سیلندر احتیاج به صرف انرژی بالائی است، زیرا مطابق قوانین فیزیک متراکم نمودن یک گاز کار بسیار سختی است و احتیاج به انرژی بالائی دارد و برای انجام این کار باید اندازهی از انرژی و گشتاور فراوری شده از طریق موتور را صرف عملیات تراکم هوا و راهنمایی آن به داخل سیلندر کرد.

طراح سیستم توربوشارژر برای انجام این کار از انرژی نهفته در گاز های خروجی اگزوز استفاده نموده است، به عبارت دیگر در سیستم توربوشارژر از انرژی گرمائی خروجی موتور استفاده شده است که از اگزوز خودرو خارج شده و تلف می شود. بدین منظور یک پره در جهت گاز های خروجی اگزوز قرار گرفته و جریان خروجی اگزوز که دارای انرژی بسیار بالائی است، این پره را می چرخاند، نام این پره توربین است، شفت متصل به این پره (توربین) با پره دیگری متصل است که در جهت هوای ورودی به داخل موتور قرار گرفته است، این پره کمپرسور نام دارد. در دور های پائین، انرژی موجود در گاز های خروجی و سرعت خروج گاز های سوخته شده در اثر احتراق زیاد نیست، ولی با این حال پره های توربین را می چرخاند و این چرخش از طریق شفت متصل به آن به کمپرسور منتقل می شود، اما سرعت چرخش آن در حدی نیست که تغییر محسوسی در فرایند ورود هوا به داخل سیلندر ایجاد کند.

در این حالت (دور موتور پائین)، توربین و کمپرسور می چرخند، ولی عملا تاثیری در افزایش راندمان حجم ورودی هوا به داخل سیلندر ندارند، وقتی دور موتور بالا می رود، انرژی حاصل از خروج گاز های حاصل از احتراق به اندازه چشم گیری افزایش می یابد، این انرژی به پره هائی که در جهت اگزوز وجود دارد منتقل شده و آنرا به سرعت تحت تاثیر قرار می دهد و در نهایت موجب چرخش کمپرسور می شود. سرعت بسیار زیاد کمپرسور که در جهت هوای ورودی به موتور واقع شده است، موجب فشرده شدن هوا شده و این هوای فشرده شده به داخل سیلندر تزریق می شود، همانطوری که قبلا هم اشاره شد در دور بالای موتور، سرعت باز و بست شدن سوپاپ های هوا آنقدر زیاد است که در موتورهائی که فاقد سیستم توربوشارژر هستند فرصت کمی برای ورود هوا به داخل سیلندر در اثر ایجاد خلاء نسبی وجود دارد؛ ولی در موتورهائی که دارای سیستم توربوشارژر هستند، از آنجا که هوای فشرده شده در پشت سوپاپ هوا وجود دارد، به محض اینکه سوپاپ باز می شود، هوا با فشار بالا به داخل سیلندر تزریق می شود، سیستم پاشش این نوع موتور ها DGI و یا پاشش مستقیم نام دارد و بنزین با فشار بالا به داخل سیلندر تزریق می شود. اندازه فشار بنزین در ریل سوخت در موتور های فاقد سیستم توربوشارژر حدود 3.5 بار است، ولی اندازه فشار سوخت در ریل سوخت در موتورهائی که مجهز به سیستم توربوشارژر هستند، تا حدود 80 بار و بالاتر هم هم می رسد، به سادگی می توان تفاوت اندازه هوای موجود در سیلندر را در یک موتور مجهز به توربوشارژر و یک موتور فاقد سیستم توربوشارژر احساس نمود.

استفاده همه جانبه از توربو شارژ در موتور های بنزینی وهم دیزلی.

استفاده در هر نوع وسیله نقلیه (ماشین، کامیون، کشتی یا اتوبوس).

قدرت بیشتر برای حجم موتور یکسان.

کاهش آلودگی ناشی از سوخت بهتر.

فراوری انرژی بیشتر بدون تغییر وزن موتور.

تا ده درصد در مصرف سوخت صرفه جویی می شود.

مهندسی سخت و پیچیده موتور.

بالا بودن هزینه تعمیر نگهداری موتور.

حساس شدن نسبت به تعویض های دوره ای.

کاهش عمر قطعات به علت بالا رفتن دما.

تأخیر اولیه در آغاز کار توربو.

رانندگی با خودرو های مجهز به سیستم توربوشارژر احتیاجمند به رعایت کردن نکاتی است که راننده می بایست آن ها را رعایت کند تا سیستم توربوشارژر با مشکل روبرو نشود، یکی از مهمترین نکات این است که راننده وقتی خودرو را روشن می نماید، نباید پدال گاز را بطور ناگهانی فشار دهد بلکه باید مدت کوتاهی صبر کند تا روغن موتور گرم شده و به دمای کاری برسد تا بتواند عملیات روغن کاری قسمت های مختلف موتور و بعلاوه شفت سیستم توربوشارژر را به درستی انجام دهد، چنانچه راننده به محض روشن کردن موتور، آغاز به حرکت با دور بالا نماید، عملیات روغن کاری شفت توربوشارژر با کیفیت بالا انجام نشده و آسیب می بیند که هزینه های زیادی را در پی خواهد داشت.

نکته دیگری که باید در مورد خودرو های مجهز به سیستم توربوشارژر رعایت شود، زمان خاموش کردن موتور است، چنانچه راننده جهتی طولانی را با دور موتور بالا پشت سر گذاشته باشد، وقتی به مقصد رسید، نباید بطور ناگهانی موتور را خاموش کند، زیرا در این شرایط قطعا گرانروی و یا ویسکوزیته موتور کاهش یافته و کیفیت روغن کاری کاهش یافته است، در این حالت راننده می بایست چند دقیقه صبر کند تا دمای موتور و در پی آن دمای روغن کاهش یابد و عملیات روانکاری و خنک کاری شفت توربوشارژر به درستی انجام گیرد و بعد از آن راننده مبادرت به خاموش کردن موتور کند.

برخی از رانندگان عادت دارند که در هنگام خاموش کردن موتور، چند بار پدال گاز را فشار دهند و سپس موتور را خاموش نمایند، این کار در سیستم های مجهز به توربوشارژر کار درستی نیست و آسیب تماشا شفت آنرا در پی دارد. وقتی راننده بطور ناگهانی پدال گاز را فشار می دهد، سیستم توربوشارژر به کار می افتد و خاموش کردن موتور در این شرایط موجب می شود که در لحظات آخر خاموش شدن موتور، شفت توربوشارژر به درستی روغن کاری نشود و موجب آسیب تماشا آن شود.

منبع: تسنیم