توربو شارژر (Turbocharger)
توربو شارژر وسیله‌ای بسیار بسیار مؤثر در تقویت خودرو است.
این وسیله توسط گازهای خروجی اگزوز کار کرده و به‌وسیله‌یک کمپرسور باعث
به وجود آمدن فشار هوای بسیار زیاد برای شارژ هوای موردنیاز موتور می‌شود؛ که به این فشار اصطلاحاً بوست گفته می‌شود.
البته باید دقت کرد که چه مقدار بوست موردنیاز ما است. مقالات زیادی درباره نحوه‌ی عملکرد توربو شارژر وجود دارد
ولی در اینجا ما فقط به معرفی این قطعه بسنده کرده و چندین نمونه از این سیستم معجزه‌آسا را به نمایش می‌گذاریم.
از جمله شرکت‌های معروف در این زمینه می‌توان به TOMEI ،HKS ،TURBONETIC و GARRETT اشاره کرد.
این توربوهای نمایش داده شده دارای سیستم و عملکرد ساده‌ای بوده
و هر کدام از دور خاصی به بعد عملکرد واقعی خودشان را نشان می‌دهند.
برای رفع این نقیصه از توربوهای VNT می‌توان استفاده کرد. همان‌طور که در شکل زیر می‌بینید
این توربوها در هر دوری از موتور دارای عملکرد مناسبی هستند.
تاریخچه‌ی توربو شارژر
در ۱۸۸۵میلادی گوتلیب دایملر، مهندس نامدار آلمانی اولین ایده‌ها را برای تقویت موتورهای
احتراق داخلی مطرح کرد. ایده‌ی دایملر استفاده از یک مکانیزم چرخ دنده‌ای برای فشرده کردن هوا و تزریق
آن به درون سیلندر بود؛ اما حقیقت آن است که اولین باری که اصطلاح TurboCharger در لغت‌نامه‌ی صنعتی دنیا مطرح شد،
نام «آلفرد بوچی» مهندسی سوئیسی پشت آن قرار گرفت.
بوچی سرمهندس بخش دیزل کمپانی بزرگ Sulzer بود. او ایده‌اش را در قالب یک طرح اختراعی در سال ۱۹۰۵ به ثبت رساند.
طرح بوچی، واقعا هوشمندانه بود. آنچه او ساخت، شامل یک منیفولد حلزونی بود که درون آن یک توربین تعبیه می‌شد
. این سازه به محل گازهای خروجی اگزوز متصل می‌شد و میزان تراکم هوای قابل اشتعال درون سیلندر را بیشتر می‌کرد.
به‌عبارت ساده‌تر توربوشارژر کمپرسوری بود که هوای فشرده را به درون سیلندرها می‌فشرد.
اگرچه ایده‌ی بوچی در ظاهر ساده بود ولی برای اجرایی کردن آن زمان زیادی صرف شد؛
یعنی چیزی حدود ۲۰ سال طول کشید تا توربو شارژر به مرحله‌ی سوددهی برسد.
طی جنگ جهانی اول یک مهندس فرانسوی به اسم «آگوست راتیو» توانست یک توربو شارژ را درون یک موتور کمپانی رنو بگنجاند.
این موتور قرار بود به‌عنوان پیشرانه‌ی اصلی هواپیمای جنگنده استفاده شود.
در ۱۹۱۸ کمپانی جنرال الکتریک تولید انبوه موتورهای توربو شارژر برای هواپیماهای جنگنده را آغاز کرد.
اولین استفاده از این موتورهای تقویت‌شده روی هواپیماهای معمولی در سال ۱۹۲۰ و توسط کمپانی Napier صورت گرفت.
ارتش آمریکا رکورددار اولین استفاده از توربو شارژر در کشتی‌های جنگی در خلال جنگ جهانی دوم بود.
داستان استفاده از توربو شارژر در موتور خودروها، به‌اندازه‌ی تاریخ پیدایش آن پر و پیمان نیست.
در دهه‌ی ۵۰ تلاش‌های بسیاری از سوی آلمانی‌ها و آمریکایی‌ها برای تعبیه‌ی یک پیشرانه توربو درون
یک خودرو صورت گرفت؛ اما هر بار به دلیل افزایش شدید دمای بلوک پیشرانه و ذوب شدن آن، پروژه متوقف می‌شد.
افزایش ناگهانی دور موتور معضلات متعددی را در بخش انتقال قدرت به‌وجود می‌آورد.
در واقع، اغلب خودروسازان هنوز نتوانسته بودند قدرت بی حد و اندازه‌ی توربوها را در مقیاس یک خودرو کنترل کنند.
سرانجام در ابتدای دهه‌ی ۶۰ یعنی درست در ۱۹۶۲ بود که کمپانی
جنرال موتورز آمریکا اولین خودروی دنیا که مجهز به پیشرانه توربوشارژ بود را معرفی کرد.
این خودرو توسط کمپانی اولدزموبیل از زیرمجموعه‌های GM به اسم Jetfire عرضه شده بود.
بعدها دیگر زیرمجموعه‌ی جنرال موتورز یعنی شورولت نیز از آن روی مدل Monza استفاده کرد.
حداقل ۱۰ سال طول کشید تا این فناوری توسط خودروسازان آلمانی کاربردی شود.
کمپانی ب‌ام‌و در ۱۹۷۳ بود که برای اولین‌بار از یک خودرو توربو شارژر در اروپا پرده‌برداری کرد.
توربو شارژر چطور کار می‌کند؟
پیش‌تر گفتیم که مکانیزم توربو در حقیقت فشرده کردن هوا برای احتراق قوی‌تر پیشرانه است.
با افزایش حجم هوا یا همان اکسیژن در داخل سیلندر، بعد از جرقه‌زنی شمع انفجار قوی‌تری رخ می‌دهد
که باعث بالا رفتن توان پیشرانه می‌شود.
توربو شارژر در واقع یک نوع مکنده‌ی پرقدرت هواست که جریان هوای ورودی به سیلندر را فشرده می‌کند
و باعث می‌شود تا هوای بیشتری به سیلندرها وارد شود. توربوشارژر نسبت قدرت به وزن پیشرانه را افزایش می‌دهد.
توربین متصل به توربو شارژر با سرعت دورانی حدودا ۳۰ برابر بیشتر از حالت عادی دوران پیشرانه به چرخش درمی‌آید.
گاهی توربوشارژرها می‌توانند چرخشی معادل ۲۵۰ هزار دور در دقیقه را تحمل کنند.
حال سؤال این است که پروسه‌ی فنی و مهندسی توربو شارژر به چه صورت است.
توربوشارژرها از دو قسمت اصلی توربین که هوای ورودی از گازهای خروجی را با فناوری سانتریفیوژ با سرعت بالا به چرخش درمی‌آوردند.
بخش دیگر، کمپرسور یا فشرده‌کننده‌ی هواست که یک سر آن به توربین‌ها و سر دیگر آن به منیفولد ورودی به سیلندر متصل است.
هر دو بخش توربین و کمپرسور متحرک هستند. بر اساس مشاهدات فیزیکی هرچه توربین بزرگ‌تر باشد،
میزان هوای فشرده و در واقع میزان تقویت بیشتر خواهد بود.
بزرگ بودن توربین‌ها کارایی آنها را در دور موتورهایی پایین به مشکل می‌اندازد.
مدل‌های کوچکتر در دور موتورهای پایین عملکرد بهتری دارند ولی هرگز به قدرت نمونه‌ی بزرگ‌تر نیستند.
بنابراین پیدا کردن یک سایز مناسب بر حسب توانایی‌های موتور استاندارد یک هنر مهندسی است.
انواع توربو شارژر
۱. توربو شارژر حلزونی ساده
در این مدل گازهای خروجی تنها از یک مسیر حلزونی حرکت و توربین را می‌چرخانند،
سپس توربین را ترک می‌کنند، وارد اگزوز شده و خارج می‌شوند. مسیر حلزونی
یک معبر مارپیچ درون پوسته‌ی توربین است که مقطع آن ثابت نیست و کاهش می‌یابد.
این تغییر باعث ثابت نگه داشتن سرعت گازها در برخورد با توربین می‌شود.
محور متحرک کمپرسور به همراه توربین روی یک شفت نصب شده است.
پره‌های کمپرسور دارای انحنا هستند و تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز، هوا را فشرده می‌کند.
هوای فشرده‌شده با سرعت زیاد و فشار کم از سردکننده عبور می‌کند
و وارد قسمت حلزونی پوسته‌ی کمپرسور می‌شود. این کار باعث کاهش دما برای جلوگیری
از احتراق سوخت به‌وسیله‌ی دمای هوا و افزایش فشار هوا پیش از ورود به موتور خودرو خواهد شد.
۲. توربو شارژر حلزونی با افزاینده‌ی سرعت
این نوع دارای یک حلزون و یک افزاینده‌ی سرعت (پره‌های ثابت روی پوسته‌ی توربین)
یا دو حلزون و دو مجرای مستقل است. گازهای خروجی وارد منیفولد و از آنجا وارد حلزون‌ها می‌شوند
. اما به‌جای آنکه مستقیما وارد چرخه‌ی توربین شوند، از روی پره‌های ثابت عبور می‌کنند
و با زاویه‌ی مناسب و با انرژی بالاتر با پره‌های توربین برخورد می‌کنند.
در این نوع توربو شارژر کمپرسور همانند حلزونی ساده عمل می‌کند.
۳. توربو شارژر ضربانی
در این سیستم از ضربات دودهای خروجی خارج شده از سیلندر استفاده می‌شود.
این امر افزایش سرعت توربو شارژر را در پی دارد. منیفولد ضربانی دارای مسیری مستقلی از هر سیلندر است
که در انتها به دو کانال اصلی جداگانه تبدیل می‌شود، این دو کانال به دو کانال روی پوسته‌ی توربین می‌پیوندند.
منیفولد ضربانی دارای مقطع نسبتا کوچکی است تا از ضربات بهره‌ی بیشتری ببرد.
چراکه در منیفولد دود بزرگ‌تر، اتلاف انرژی بالاتر است. شکل منیفولد ضربانی به‌گونه‌ای طراحی شده
تا از جریان گازهای آزاد (بدون ضربه) نیز به‌خوبی گازهای توده‌ای (همراه با ضربه) استفاده کند.
این ویژگی در حین شتاب‌گیری باعث افزایش سرعت و تداوم رسیدن انرژی گازهای خروجی به توربین،
افزایش میزان اکسیژن و در نتیجه افزایش قدرت موتور خودرو می‌شود.
معایب توربو شارژ
موتور های دارای سیستم توربوشارژ یا پرخوران در سال های گذشته محبوب شدند
ولی این سیستم جدید هم ایراداتی دارد. این موتور ها نمی‌توانند همزمان هم قدرتمند و هم کم مصرف باشند.
با ورود سیستم توربوشارژ به عرصه خودروسازی، پیشرانه خودروها کوچکتر شد و بر اساس
گفته کمپانی ها مصرف سوخت خودروها را به شدت کاهش داد ولی اگر خودرو توربوشارژ داشته باشید
شاید متوجه شده باشید که اعداد اعلام شده برای مصرف سوخت از طرف کمپانی
با آنچه که در واقعیت اتفاق می‌افتد چندان تطابق ندارد ولی چه چیزی موجب این امر می‌شود.
واقعیت این جا است که سیستم توربوشارژ می‌تواند موجب کاهش مصرف سوخت خودرو
یا افزایش قدرت شود ولی نکته اصلی اینجا است که این دو مورد همزمان با هم رخ نمی‌دهد.
اگر توجه کرده باشید در خودروهای اسپرت جدید، اغلب از توربوشارژر استفاده می‌شود.
این عمل به این علت است که توربوشارژ می‌تواند تا اندازه زیادی راندمان پیشرانه را افزایش دهد ولی این امر چگونه اتفاق می افتد؟
در پیشرانه های تنفس طبیعی، میزان معینی از هوا و سوخت در سیلندرها با هم ترکیب می‌شوند
و با کمک شمع خودرو احتراق در آن محفظه رخ می‌دهد. به خاطر اینکه فشار
خیلی زیادی در محفظه احتراق وجود دارد، دمای این قسمت ممکن است
بالا برود و آن وقت است که هوا و سوخت بدون نیاز به شمع خود به خود مشتعل می‌شود و می‌سوزد.
همین عمل می‌تواند موجب پدیده ای به نام “ناک” (Knock) شود که علامت آن شنیدن صدای تق تق درون پیشرانه است،
به ویژه وقتی که پا را تا انتها بر روی پدال گاز قرار می‌دهیم.
توربوشارژ طراحی شده تا از بروز پدیده ناک پیشگیری کند.
این سیستم با تزریق میزان بیشتری از سوخت باعث می‌شود تا دمای محفظه احتراق کم شده و ناک انجام نگیرد
ولی نکته اینجاست که در این ساز و کار سوخت بیشتری مصرف می‌شود؛
پس در این حالت خودرو شما به هیچ عنوان در مصرف سوخت صرفه نمی‌کند
ولی اگر توربوشارژ بخواهد مصرف سوخت را پایین بیاورد، با تزریق میزان بیشتری از هوا به درون. سیلندر
دمای آن را پایین می‌آورد که البته این امر به خاطر عدم وجود سوخت کافی برای ترکیب
، به همان اندازه که مصرف را کم می‌کند، قدرت خودرو شما را هم کاهش می‌دهد.
بنابراین موتور های توربوشارژ به خوبی آن چه که در تبلیغات آن ذکر می‌کنند نیست،
گرچه یک سیستم بسیار کارآمد برای افزایش قدرت یا کاهش مصرف سوخت است.
توربو شارژر (Turbocharger).توربو شارژر (Turbocharger).توربو شارژر (Turbocharger).توربو شارژر (Turbocharger).
