سیستم توربو شارژ چیست؟
فهرست مطالب:
سیستم توربو شارژ چیست؟
سیستم توربو شارژ: تکنولوژی پیشرفته افزایش عملکرد موتورهای خودرو
موتورهای خودروهای امروزی با تکنولوژیهای پیشرفتهتر و کارآمدتری نسبت به سالهای گذشته تولید میشوند. یکی از تکنولوژیهای مهم و مؤثر در افزایش عملکرد و کارایی موتورهای خودرو، سیستم توربو شارژ یا همان توربوچارج (Turbocharger) است. این تکنولوژی به تولیدکنندگان خودرو کمک میکند تا موتورهای با حجم کوچکتر، با قدرت بیشتر و مصرف سوخت کمتر را به بازار عرضه کنند.
سیستم توربو شارژ یک دستگاه است که هوای خارجی را با استفاده از یک توربین فشرده و متصل به توربو شارژر، به موتور وارد میکند. عملکرد اصلی توربو شارژ این است که هوا را با فشار بیشتری وارد موتور کند تا اکسیژن بیشتری به سیلندرها برسد. این اکسیژن اضافی به افزایش اسپرت و عملکرد موتور کمک میکند.
توربو شارژر معمولاً برای موتورهای با حجم کمتر و وزن سبکتر استفاده میشود تا قابلیت رقابت با موتورهای با حجم بالاتر را داشته باشند. توربو شارژر اولین بار در سال 1900 توسط آلفرد بوچی، یک مهندس سوئیسی، اختراع شد و در ابتدا برای موتورهای هواپیما به کار گرفته شد. بعدها شرکتهای خودروسازی نیز از این سیستم برای بهبود عملکرد خودروهای خود استفاده کردند.
عملکرد اصلی توربو شارژ
عملکرد اصلی توربو شارژ این است که با استفاده از نیروی توربین و القای اجباری، هوای بیشتری را به محفظه احتراق موتور درونسوز وارد میکند. این کار باعث میشود که سوخت بیشتری نیز در محفظه احتراق بسوزد و در نتیجه قدرت و راندمان موتور افزایش یابد. توربو شارژر معمولاً برای موتورهای با حجم کمتر و وزن سبکتر استفاده میشود تا امکان رقابت با موتورهای با حجم بالاتر را داشته باشند. توربو شارژر اولین بار در سال 1900 توسط آلفرد بوچی، یک مهندس سوئیسی، اختراع شد و در ابتدا برای موتورهای هواپیما به کار گرفته شد. بعدها شرکتهای خودروسازی نیز از این سیستم برای بهبود عملکرد خودروهای خود استفاده کردند.
توربو شارژر شامل دو بخش اصلی است: توربین و کمپرسور. توربین، هنگامی که گازهای خروجی از موتور به آن میرسند، دور میزند و انرژی جنبشی را به کمپرسور منتقل میکند. کمپرسور سپس هوای خارجی را فشردهتر کرده و به موتور میفرستد.
یک پروانه است که با گازهای خروجی اگزوز به حرکت درمیآید. این حرکت باعث چرخش یک محور مشترک با کمپرسور میشود. کمپرسور نیز یک پروانه است که هوای ورودی را جذب و فشار آن را افزایش میدهد. هوای فشرده شده سپس بهمنظور خنک شدن به یک اینترکولر (Intercooler) منتقل شده و پس از آن به منبع هوای ورودی محفظه احتراق رسیده و با سوخت ترکیب میشود
با تزریق هوای فشرده شده به محفظه احتراق، دانسیته(چگالی) هوا در آنجا افزایش پیدا میکند. همچنین، با خنک شدن هوا توسط اینترکولر، حجم آن کاهش پیدا میکند. این دو عامل باعث میشود که هوای بیشتر و سالمتری در همان حجم قابل جذب سلنیدر باشد. بنابراین، نسبت هوا به سوخت بهینهتر شده و سوخت بالاتر و کاملتر در آنجا میسوزد.
انواع سیستم طراحی توربوشارژ
توربو شارژ رها بهعنوان یکی از اجزای مهم در سیستمهای توانمندی موتورها و وسایل نقلیه عمل میکنند. این توربوها در طراحیها و سیستمهای مختلفی تولید میشوند. توربو شارژهای معمولی، توربو شارژ Twin-scroll و توربو شارژ Variable geometry سه نوع از توربو شارژهای حلزونی هستند که برای افزایش قدرت و راندمان موتور درونسوز استفاده میشوند. این سه نوع توربو شارژ از نظر طراحی و عملکرد با هم تفاوت دارند.
در ادامه به مقایسه این سه نوع توربو شارژ میپردازیم:
- توربو شارژهای معمولی یا Single Turbo:
فقط یک توربین دارند که هم به منبع گاز خروجی و هم به منبع هوای ورودی متصل است. این نوع توربو شارژ ساده و کمهزینه است، اما دیر به کار میافتد و پدیده لگ (lag) یا تأخیر در عملکرد توربین را به وجود میآورد. لگ یعنی زمانی که فشار گاز خروجی برای چرخاندن توربین کافی نباشد و در نتیجه قدرت موتور کاهش یابد. برای جبران این مشکل، باید از توربینهای بزرگتر استفاده کنید که باعث میشود لگ بیشتر شود. بنابراین، این نوع توربو شارژ مناسب برای دورهای بالای موتور است. - توربو شارژ Twin-scroll:
یک توربین با دو منفذ دارد که هر منفذ به نصف سلنیدرهای موتور خدمت میکند. این نوع توربو شارژ باعث جداسازی گازهای خروجی میشود و لگ را کم میکند. زیرا گازهای خروجی با فاصله زمانی به توربین میرسند و در نتیجه فشار بالاتر و پایدارتری را ایجاد میکنند. این نوع توربو شارژ ساده و کارآمد است، اما بستگی به آرایش سلنیدرهای موتور دارد. برای استفاده از این نوع توربو شارژ، باید سلنیدرها بهصورت جفت باشند، یعنی دو سیلندر در یکزمان گاز خروجی دهند. بنابراین، این نوع توربو شارژ مناسب برای دورهای پایین و متوسط موتور است. - توربو شارژ Variable geometry:
یک توربین با پرههای قابلتغییر زاویه دارد. با تغییر زاویه پرهها، مقدار گاز خروجی کنترل میشود و در نتیجه لگ کمتر میشود. زیرا در دورهای پایین، پرهها بهصورت عمود قرار میگیرند و باعث افزایش فشار گاز خروجی میشوند و در دورهای بالا، پرهها بهصورت موازی قرار میگیرند و باعث کاهش فشار گاز خروجی میشوند. این نوع توربو شارژ پاسخگو و با کارایی بالاتر است، اما پیچیده و گرانقیمت است. بنابراین، این نوع توربو شارژ مناسب برای همه دورهای موتور است.
مزایای سیستم توربو شارژ
چهار مورد از مزایای اصلی سیستم توربوشارژ عبارتند از:
1.افزایش توان موتور:
توربو شارژ به موتور اجازه میدهد بیشترین قدرت را از سوخت استخراج کند. این افزایش توان بهویژه در موتورهای با حجم کوچک بسیار مؤثر است. با استفاده از توربو شارژ، مقدار هوا و سوختی که در محفظه احتراق موتور وارد میشود، افزایش پیدا میکند. این باعث میشود که قدرت و گشتاور موتور بالاتر رود و در نتیجه خودرو امکان شتاب بیشتر و سرعت بالاتر را داشته باشد.
2.کاهش مصرف سوخت:
با افزایش فشار هوا و بهبود احتراق، مصرف سوخت موتور بهطور قابلتوجهی کاهش مییابد. این امر به معنای کاهش مخرجهای سوختی برای راننده است. با استفاده از توربو شارژ، موتور با حجم کمتر و وزن سبکتر میتواند همان قدرت یک موتور با حجم بالاتر را داشته باشد. به این معنا که برای تولید همان قدرت، مصرف سوخت کمتری نیاز است. بنابراین، توربو شارژ باعث صرفهجویی در هزینه سوخت و در نتیجه کاهش آلایندگی محیط زیست میشود.
3.بهبود عملکرد:
توربو شارژ به موتور افزایش شتاب و توان در سرعتهای پایین و میانی میدهد، که در رانندگی روزمره بسیار مفید است. بنابراین با استفاده از توربو شارژ، عملکرد موتور در شرایط مختلف بهبود مییابد. بهعنوان مثال، در ارتفاعات بالا که فشار هوا کم است، توربو شارژ با فشرده کردن هوا، جبران کمبود هوا را انجام میدهد و باعث حفظ قدرت موتور میشود. همچنین، در دمای بالا که افزایش حجم هوا رخ میدهد، توربو شارژ با خنک کردن هوا، افزایش حجم هوا را جبران میکند و باعث حفظ راندمان موتور میشود.
4.کاهش آلودگی محیط زیست:
با استفاده از توربو شارژ، سوخت بهصورت بهینه و کامل در محفظه احتراق میسوزد و در نتیجه گازهای خروجی کمتر و تمیزتر خواهند بود. بنابراین، توربو شارژ باعث کاهش آلایندههای هوا مانند گاز دیاکسید کربن، گاز مونوکسید کربن، گاز نیتروژن اکسید و ذرات جامد (PM) میشود.
چالشها و محدودیتها
اگرچه توربوشارژ دارای مزایای زیادی است، اما نیاز به تعمیر و نگهداری دقیق دارد و این یکی از جوانبی است که باید در نظر گرفته شود. همچنین در موتورهای با توربوشارژ، ممکن است مشکلاتی نظیر ناپایداری در عملکرد موتور در دماهای بالا یا در شرایط استفادههای سنگین به وجود آید. از طرفی، نصب توربو شارژر ممکن است به هزینه اضافی برای خریدار منجر شود.
در کل، سیستم توربوشارژ یک فناوری حیاتی برای بهبود عملکرد موتورهای خودروهاست. با توجه به اهمیت روزافزون مسائل مرتبط با مصرف سوخت و آلودگی هوا، احتمالاً در آینده توسعه و بهبود این فناوری ادامه خواهد یافت.
نتیجهگیری
سیستم توربوشارژ با افزایش توان و بهرهوری موتورها، بهبود عملکرد خودروها را ارتقا میدهد. با این حال، این سیستم نقاط ضعفی نیز دارد که باید در نظر گرفته شوند. با توجه به تلاشهای مستمر در توسعه فناوری توربوشارژ، انتظار میرود که مشکلات و نقاط ضعف آن در آینده کاهش یابد و عملکرد خودروها بهبود پیدا کند.
بیشتر بخوانید:
• سیستم سوخت رسانی خودرو چیست؟
• فهرست خدمات مکانیکی خودرو چیست؟
• روغن پیشنهادی برای خودروی شما چیست؟
• راه های کاهش مصرف سوخت خودرو چیست
• استارت نخوردن خودرو
