توربو شارژر چیست؟ انواع مختلف و مزایای استفاده از توربو شارژر

توربو شارژر نوعی سیستم کمکی است که راندمان خودرو را افزایش می دهد

توربو شارژر چیست و چگونه عمل می کند؟ 

توربو شارژر چیست؟

توربو شارژر نوعی سیستم کمکی است که در انواع خودرو ها قابلیت نصب شدن دارد. روند کارایی توربو شارژر بدین جهت است که در داخل محفظه احتراق هوا را تزریق می کند و راندمان و کارایی موتور درون سوز را افزایش می دهد.

از واژه ی توربو شارژر در زبان فارسی با عنوان پرخوران یاد می شود.

در موتور خودرو هایی که مجهز به « ECU» هستند، از توربو شارژر های متحرک استفاده می شود. در این قبیل توربو ها سوپاپ های مغناطیسی فرمان باز و بسته شدن پره های توربو را صادر می کنند. از مزایای توربوهای متحرک می توان به کاهش مصرف سوخت و راندمان بالای خودرو در سرعت پایین موتور اشاره کرد.

تاریخچه ی توربو شارژر

کمپانی های سازنده ی اتومبیل در گذشته گمان می کردند خودروهایی که از موتوری حجیم و سیلندر های متعدد تشکیل شده باشند، قدرتمند هستند. درحالی که کارایی این قبیل اتومبیل ها بسیار کم بود و میزان مصرف سوخت آن ها بسیار بالا بود. 

پس از شکل گیری بحران نفت در خاورمیانه، قیمت بنزین اوج گرفت. این روند خسارت بزرگی را به صنعت تولید کننده ی ماشین وارد کرد. در نتیجه مدیران و مهندسان برای تغییر استراتژی تولید خودرو اقدام کردند.

در سال 1885 گوتیلب دایملر ایده ای را در خصوص تقویت موتور های دیزلی و احتراقی مطرح کرد. چند سال بعد مهندسی مکانیکی در سوئیس به نام آلفرد بوچی سیستم توربور شارژر را اختراع کرد. او به منظور ساخت موتور با وزن و ابعاد کوچک و قدرت بالا موفق به ساخت توربینی شد که انرژی خروجی از دود اگزوز را به شکلی بهینه مصرف کند.

در دهه ی 1920 میلادی برای نخستین بار سیستم توربو شارژر در موتور های 12 سیلندری خورجینی هواپیما نصب شد. سپس در دهه ی 1960 یعنی در اوایل قرن 20 خودرو هایی از قبیل الدزموبیل جت فایر و شورولت کورویر مونزا به فناوری توربو مجهز شدند.

احتراق اتومبیل

با روشن شدن اتومبیل های مجهز به موتور احتراقی، فرایند های مکش، تراکم، احتراق و تخلیه میل لنگ خودرو را به حرکت در می آورند و سبب حرکت ماشین می گردند. 

کارکرد موتور بدین جهت است که سوخت به وسیله ی انژکتور با فشار بسیار زیادی به سمت بالا حرکت می کند و با ورود به محفظه ی احتراق با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می گردد. درحقیقت تلفیق هوا با سوخت امری ضروری است و در صورت عدم ترکیب، فرایند احتراق صورت نمی گیرد.

این فرایند تا زمانی که شتاب خودرو کم است، تداخلی ایجاد نمی کند اما با افزایش سرعت خودرو، میزان سوخت ورودی به سیلندر نیز بیشتر می شود. در طی این فرایند میزان باز و بسته شدن سوپاپ هوا به قدری زیاد است که مانع ورود هوا به داخل سیلندر موتور می شود. لذا خودرو قابلیت جبران هوا را از دست می دهد.

کمپانی های خودرو سازی به منظور جبران کمبود هوا در سیلندر و کاهش آسیب های احتمالی حجم موتور ها را افزایش دادند. بهره گیری از موتورهای حجیم معایب متعددی از قبیل راندمان پایین، افزایش آلایندگی و مصرف سوخت را به وجود آورد.

همان طور که می دانید آلایندگی ها هوای محیط زیست را آلوده می سازند. با اجرای قوانین سخت گیرانه ای که برای جلوگیری از آلایندگی به تصویب رسید، خودرو سازان به فکر ابداع سیستم توربو شارژر افتادند.

سیستم توربو شارژر در کنار اینکه فضای زیادی را در موتور خودرو اشغال نمی کند، مانند مکشی عمل می کند که هوای خروجی از اگزوز را متراکم می سازد و قدرت راندمان اتومبیل را چندین برابر می کند.

اجزای تشکیل دهنده ی توربو شارژر

توربو شارژر شامل کمپرسور و توربین میشود

در سیستم توربو شارژر از کمپرسور و توربین بهره گرفته می شود. این قطعات بر روی شفت قرار می گیرند. در ابتدا گاز های حاصل از احتراق موجب چرخش توربین ها می شود و هوای مورد نیاز سیلندر تامین می گردد. با حرکت توربین، کمپرسور نیز شروع به چرخیدن با سرعت بسیار بالایی می کند.

توربو شارژر دارای روتوری است که از طرفی به توربین و از طرفی دیگر به کمپرسور متصل است. همچنین در مرکز توربین و کمپرسور محور دواری قرار دارد. در داخل محور روغنی به منظور خنک کاری، روغن کاری و یاتاقان در جریان است.

نحوه ی راندمان و کارکرد توربو شارژر

در روند کارکرد موتور معمولی خودرو با حرکت پیستون ها داخل سیلندر هوا به وجود می آید. توربو شارژر با افزایش هوای ورودی به محفظه احتراق فشار هوا را دو برابر می کند. بدین جهت موجب افزایش قدرت موتور می گردد.

درواقع توربو شارژر با فرایندی مکانیکی میزان هوای خروجی از اگزوز را افزایش می دهد. توربو متشکل از دو قطعه ی توربین و کمپرسور است که با هماهنگی و کارکرد همزمان میزان فشار هوای ورودی به محفظه سیلندر را بالا می برد.

توربین در بخش خروجی موتور اتومبیل قرار دارد در صورتی که کمپرسور در قسمت ورودی هوای موتور متصل می شود. با فعالیت موتور جریان هوا از اگزوز خودرو خارج می شود و پروانه های توربین را به حرکت در می آورد. در طی این فرایند، با چرخش توربین، کمپرسور نیز شروع به حرکت می کند.

با آغاز چرخش کمپرسور در کنار توربین هوای بیشتری در داخل موتور پمپاژ می شود. این هوا با سوخت ترکیب می گردد و زمینه ی افزایش کارایی موتور را فراهم می سازد.

دمای هوای احتراق شده بسیار بالا است. این هوای داغ با ورود به سیلندر و فشرده شدن توسط پیستون ها داغ تر می شود.

سیستم خنک کننده در توربو شارژر

در مواردی پس از شکل گیری احتراق سوخت به وسیله ی های گرم به داخل سیلندر نفوذ می یابد و احتراق زود رس یا خود سوزی شکل می گیرد. این روند به پیشرانه ی اتومبیل آسیب وارد می کند. لذا به منظور جلوگیری از تداخل آسیب های احتمالی به پیشرانه و سایر قطعات موتور خودرو از نوعی سیستم خنک کننده به نام اینتر کولر بهره گرفته می شود.

در تولید سیستم های خنک کننده از عنصر آلومینیوم بهره گرفته می شود. درحقیقت هوا پس از متراکم شدن در کمپرسور از سیستم خنک کننده جریان می یابد و دمای آن را به طرز چشمگیری کاهش می دهد. پس از این روند، هوا با دمای مناسب وارد سیلندر می گردد و فرایند احتراق با قدرت و به بهترین نحو شکل می گیرد.

مهم ترین مزیت توربو شارژر صرفه جویی در مصرف سوخت خودرو است

مزیت های استفاده از توربو شارژر

• کاهش آلایندگی و ایجاد آلودگی در هوا

• عدم تخلیه انرژی

• سبک

• قابلیت نصب در تمامی خودرو ها

• افزایش راندمان و قدرت موتور

مهمترین مزیت بهره گیری از توربوشارژر

صرفه جویی در مصرف سوخت

توربو شارژر قدرت موتور خودرو را افزایش می دهد لذا برای راندمان بهتر و بیشتر نیازی به فشردن پدال گاز تا انتها نیست. درنتیجه رانندگی در دور های پایین از مصرف سوخت به طرز چشمگیری می کاهد.

معایب استفاده از توربو شارژر

• کاهش طول عمر و بازدهی قطعات خودرو: منبع تأمین کننده ی انرژی برای کارکرد توربو گاز های داغ خروجی از موتور است که به دلیل درجه حرارت بالا طول عمر قطعات دیگر اتومبیل را کاهش می دهد.

• هزینه تعمیر بالا

• بروز اختلالات در کارکرد خودرو در صورت تعویض توربو

• تاخیر اولیه در شروع کار

انواع مختلف توربو شارژر

در توربو شارژر حلزونی با کاهش سرعت خروجی گاز انرژی توربو تأمین میشود

توربو شارژر ضربانی

توربوی ضربانی برای آغاز کاربه نوعی منیفولد دود از نوع ضربانی نیاز دارد و دود مورد نیاز آن از طریق سیلندر تأمین می شود.

توربو شارژر حلزونی

در توربو شارژر حلزونی گاز های خروجی اگزوز در مسیری حلزونی شکل نفوذ می یابند و سبب چرخش توربین می شوند. این روند سرعت خروجی گاز ها را کاهش می دهد و انرژی مورد نیاز توربو شارژر تامین می گردد.

نوعی توربوشارژر حلزونی طراحی شده است که دارای یک حلزون و یک فزاینده ی سرعت است. عملکرد این نوع توربو به گونه ای است که مانند دیگر توربوها گازهای احتراقی به منیفولد و حلزون جریان می یابند اما قبل از ورود به توربین، برای تنظیم زاویه و انرژی از پرده های ثابت عبور می کنند.

تفاوت توربو شارژر و سوپر شارژر

روند عملکرد سوپر شارژر و توربوشارژر به شکل مکانیکی صورت می گیرد. درواقع هر دو سیستم هوای ورودی به موتور را فشرده می کنند.

راندمان توربو شارژر به جهت اینکه انرژی مورد نیاز خود را مستقیما از گاز های خروجی موتور اتومبیل جذب می کند، بسیار بیشتر از سوپرشارژر است.

در حالی که سوپرشارژر نیروی مورد نیاز خود را برای فشرده سازی هوا از موتور خودرو دریافت می کند. در نتیجه سوخت بیشتری را مصرف می کند. همچنین، این سیستم به وسیله ی یک تسمه به میل لنگ متصل است. 

نکات حائز اهمیت در خصوص رانندگی با خودرو مجهز به توربو شارژر

برای تداوم کارآیی سیستم توربو شارژر، از رانندگی های هیجانی خودداری کنید

به منظور تداوم کارایی سیستم توربو در اتومبیل ها رعایت کردن قواعد و ضوابطی ضروری است. یکی از برجسته ترین این نکات آن است که پس از استارت زدن و روشن شدن خودرو، روغن موتور سرد است. لذا می بایست از فشردن ناگهانی پدال گاز به منظور عدم وارد شدن آسیب به شفت توربو خودداری شود.

از دیگر نکات رانندگی با خودروی مجهز به توربو شارژ می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• عدم رانندگی های هیجانی

• بهره گیری از روغن موتور مناسب 

• تعویض روغن موتور در زمان های مناسب

• توقف خودرو پس از طی کردن مسافت طولانی

• عدم فشردن بی مورد پدال گاز

• بهره گیری از دنده به طریق درست

گردآوری: بخش خودرو بیتوته