آشنایی با موتور توربو شارژ ماشین و مزایا و معایب آن

یکی از تکنولوژی‌های موجود در همه‌ی ماشین‌های اسپرت، توربو شارژ یا همان توربو شارژر است؛ اما توربو شارژ چیست و چگونه کار میکند؟ بگذارید با یک مثال این مقاله از کیان باتری را شروع کنیم. همه‌ی ما نحوه‌ی پخت کباب را از نزدیک دیده‌ایم. معمولاً برای حرارت بیشتر زغال‌ها، از باد بزن استفاده می کنند.

باد زدن است که پخت کباب را سریع‌تر می‌کند. باد زدن زغال در پخت کباب سبب رسیدن هرچه بیشتر اکسیژن به زغال‌ها می‌شود و حرارت بیشتری تولید می‌شود. جالب است بدانید که توربو شارژ دقیقاً همین کار را در موتور خودرو انجام می‌دهد!

معنی توربو شارژ در ماشبن چیست؟

توربوشارژر (Turbocharger) که معادل فارسی آن پرخوران است و در اصطلاح عامیانه توربو، سیستمی کمکی است که با هدف طراحی موتورهای سبک تر و در عین حال قدرتمندتر با راندمان بالاتر اختراع شده است. بدین منظور توربینی ساخته شد تا انرژی (تلف شده) حاصل از خروج دود از اگزوز را به صورت بهینه مورد استفاده قرار دهد.

به زبان ساده توربو شارژر یک موتور مکانیکی بوده که میزان هوای ورودی به داخل موتور را افزایش می‌دهد.  این سیستم وظیفه دمیدن هوا پر فشار به داخل سیلندرها را به عهده دارد و این کار به خروج دود نیز کمک می‌کند همچنین این کار سبب افزایش هوای موجود در سیلندر می‌شود و به دنبال آن باعث افزایش قدرت و راندمان موتور میشود.

هوای بیشتر به معنای اکسیژن بیشتر برای احتراق است و زمانی که این هوا بیشتر می‌شود، احتراق بهتر را به همراه دارد که همین امر سبب افزایش قدرت موتور نیز می‌شود.

اجزای توربو شارژر چگونه کار میکند؟

• توربو شارژ درواقع شامل دو تا پنکه‌ی کوچک است؛ که توسط یک میله‌ی مرکزی بنام شافت به یکدیگر متصل شده‌اند.
• چرخش یکی از پنکه‌ها باعث چرخش دیگری می‌شود.
• یکی از این پنکه‌ها بنام توربین سر راه گازهای گرم خارج‌شده از سیلندرها قرار دارد.
• هنگامی‌که سیلندرها گاز داغ را به بیرون می‌راند توربین می‌چرخد.
• به همراه چرخش توربین، شافت و درنهایت پنکه‌ی دوم بنام کمپرسور می‌چرخد.
• آن را در جلوی ورودی‌ها نصب می‌کنند و هنگامی‌که می‌چرخد هوا را به داخل می‌کشد و به سیلندرها هدایت می‌کند.

مراحل عملکرد موتور های توربو شارژ

1. هوای خنک وارد موتور می‌شود و به سمت کمپرسور حرکت می‌کند.
2. فن کمپرسور به مکش هوا کمک می‌کند.
3. کمپرسور هوای ورودی را فشرده می‌کند که این سبب گرم شدن آن می‌شود.
4. هوای گرم و فشرده‌شده از سمت کمپرسور در این قسمت توسط کولر خنک می‌شود.
5. هوای خنک و فشرده وارد سیلندر شده و اکسیژن اضافه، سوزاندن سوخت را سرعت می‌بخشد.
6. ازآنجاکه سیلندر سوخت بیشتری می‌سوزاند، تولید انرژی افزایش می‌یابد. افزایش تولید انرژی می‌تواند از طریق پیستون، شفت‌ها و چرخ‌دنده‌ها قدرت بیشتری به چرخ‌ها ارسال کند.
7. گازهای زائد سیلندر از طریق خروجی اگزوز خارج می‌شوند
8. گازهای خروجی داغ سبب چرخش توربین با سرعت‌بالا می‌شود.
9. توربین روی همان شافت کمپرسور سوار شده است (در اینجا به‌عنوان یک خط نارنجی کمرنگ نشان داده‌شده است)؛ بنابراین، در هنگام چرخش توربین، کمپرسور نیز می‌چرخد.
10. دود توسط اگزوز از اتومبیل خارج می‌شود اما در مقایسه باحالت بدون توربو شارژ انرژی کمتری را هدر می‌دهد.

 موتور توربو بهتره یا تنفس طبیعی

سیستم توربوشارژ در واقع یک مکنده پر قدرت هوا به سمت موتور است، این سیستم فشار هوا به سمت موتور را افزایش داده و با بالا بردن غلظت اکسیژن، قدرت انفجار و دمای موتور خودرو شما را نیز افزایش داده و باعث مصرف سوخت بهینه آن می‌شود.

موتورهای بدون توربوشارژر

به موتورهایی که توربوشارژ نداشته باشند موتور معمولی می‌گویند که در آنها مکش هوا با حرکت پیستون‌ها در داخل سیلندر به وجود می‌آید و هوای داخل سیلندر با فشار جو تامین می‌شود. گاهی اوقات نیز ممکن است فشار هوای ورودی به سیلندرها به فشار جو نرسد و از آن کمتر باشد.

توربوشارژر هوای ورودی به محفظه احتراق را زیاد می‌کند و فشار آن را دو برابر نسبت به فشار جو افزایش می‌دهد که باعث افزایش قدرت و گشتاور می‌شود.

متراکم کردن هوا در توربوشارژ

متراکم کردن گاز به انرژی زیادی احتیاج دارد و برای انجام آن باید از قدرت موتور استفاده کرد تا هوا متراکم و وارد سیلندر شود. توربوشارژ به شکلی طراحی شده است که برای متراکم کردن هوا از انرژی گازهای خروجی اگزوز استفاده می‌کند به همین دلیل در مسیر گازهای خروجی یک پره قرار داده شده است که گازهای خروجی آن را می‌چرخانند.

افزایش قدرت ماشین با توربو شارژ

یکی از راه‌های افزایش سرعت ماشین اضافه کردن سیلندرهای بیشتر است. به همین دلیل است که اتومبیل‌های اسپرت پرسرعت معمولاً به‌جای چهار یا شش سیلندر در یک خودروی معمولی خانوادگی، هشت یا دوازده سیلندر دارند.

گزینه دیگر استفاده از توربو شارژ است که در هر ثانیه مقدار بیشتری هوا به سیلندرها وارد می‌شود تا بتوانند سوخت را با سرعت بیشتری بسوزانند. یک توربو شارژر، کیت ساده نسبتاً ارزان و اضافی است که می‌تواند از همان موتور قدرت بیشتری کسب کند.

مقاله پیشنهادی: حجم موتور چیست و چه رابطه ای با قدرت خودرو دارد؟

مزایا توربو شارژها

• استفاده همه‌جانبه از توربو شارژ در موتورهای بنزینی وهم دیزلی.
• استفاده در هر نوع وسیله‌ی نقلیه (ماشین، کامیون، کشتی یا اتوبوس).
• قدرت بیشتر برای حجم موتور یکسان.
• کاهش آلودگی ناشی از سوخت بهتر.
• تولید انرژی بیشتر بدون تغییر وزن موتور.
• تا ده درصد در مصرف سوخت صرفه‌جویی می‌شود.
• جلوگیری از هدر رفت انرژی

معایب موتور توربو شارژ

• تأخیر اولیه در شروع کار توربو.
• مهندسی سخت و پیچیده‌ی موتور.
• بالا بودن هزینه‌ی تعمیر نگهداری موتور.
• حساس شدن نسبت به تعویض‌های دوره‌ای.
• کاهش عمر قطعات به دلیل بالا رفتن دما.

نهایت قدرت توربو شارژ

هرچه توربوشارژ بزرگتر باشد، قدرت موتور نیز بیشتر می‌شود. ازنظر تئوری شما می‌توانید توربو شارژ خود را تقویت کنید و تا موتور شما قدرتمندتر شود؛ اما درنهایت به محدودیتی خواهید رسید. سیلندرها تنها گنجایش مقدار مشخصی از سوخت و هوا را دارند.

هم‌چنین اندازه‌ی دریچه‌ی ورودی و خروجی هوا هم مشخص است و به میزان خاصی می‌تواند هوا را وارد و خارج کنند؛ و این باعث می‌شود انرژی لازم برای توربو شارژ محدود شود. به‌عبارت‌دیگر، عوامل محدودکننده دیگری نیز وجود دارند که باید آن‌ها را نیز در نظر بگیرید. شما نمی توانید به سادگی راه خود را برای شارژ بی نهایت توربو پیدا کنید.

انواع توربو شارژرها

همه توربو شارژ ها به یک طریق عمل می کنند اما چگونگی ورود گازهای خروجی به داخل توربین متفاوت می باشد سه نوع توربوشارژ وجود دارد این سه نوع عبارتند از نوع حلزونی ساده و نوع  حلزونی با افزایش سرعت و نوع ضربانی هستند.

• توربوشارژ 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.

• توربوشارژ حلزونی فزاینده 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.

• توربوشارژر 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.

• توربو شارژ الکتریکی

استفاده از یک موتوربرقی قدرتمند تقریباً تمام نقاط ضعف یک توربو شارژ را از بین می‌برد. تأخیر توربو کاملاً برطرف شده است. زمانی که دودهای ناشی از سوختن کافی نیست موتور برقی می‌تواند این کار را انجام دهد. پیشرفت های اخیر در صنعت توربو به معرفی توربو با کمپرسورهای برقی می پردازد. این موتوربرقی انرژی لازم برای راه اندازی اولیه ی کمپرسورها را فراهم می کند و البته این سیستم هم بسیار پیچیده و گران قیمت است.

در موتور ماشین‌هایی ازجمله BMW و همچنین بوگاتی سیستمی تحت عنوان چهار توربو (Quad Turbo) استفاده می‌شود.

BMW در سال 2012 یک اتومبیلی با سه توربو معرفی کرد که هرکدام از این سه توربو در گشتاورهای خاصی شروع به کار می‌کردند و با افزایش گشتاور به تعداد توربو ها افزوده می‌شود

موتور سوپر شارژ چیست؟

یک سوپر شارژر بسیار شبیه به یک توربو شارژر است. اما به‌جای اینکه توربین توسط گازهای اگزوز حرکت کند، از میل‌لنگ چرخان اتومبیل استفاده می‌شود.

این معمولاً یک نقطه‌ضعف است: درجایی که یک توربو شارژر از طریق انرژی زائد در اگزوز استفاده می‌شود، یک سوپر شارژر درواقع انرژی خود را از منبع تغذیه اتومبیل (میل‌لنگ) سرقت می‌کند که عموماً بی‌فایده است.

نکات نگهداری و رانندگی با موتور مجهز به توربوشارژر

رانندگی با خودروهای مجهز به سیستم توربوشارژر نیازمند به رعایت کردن نکاتی است که راننده می‌بایست آنها را رعایت کند تا سیستم توربوشارژر با مشکل مواجه نشود.

1- استفاده از سوخت مناسب

شاید به گوشتان خورده باشد که در موتور توربوشارژ باید از بنزین سوپر استفاده کرد. در صورت استفاده از بنزین معمولی چه مشکلی پیش می‌آید؟

در موتور توربوشارژ، مرحله مکش و انفجار از اهمیت ویژه ای برخوردار است چرا که دمای هوای ورودی به سیلندر به دلیل گذشتن از توربو بیشتر از موتورهای تنفس طبیعی است و در صورت استفاده از بنزین معمولی با اکتان پایین امکان ایجاد ضربه (ناک) بدلیل خودسوزی ترکیب هوا و سوخت قبل از جرقه زدن شمع وجود دارد. این انفجار معمولا قبل از به حداکثر رسیدن تراکم صورت گرفته و باعث می‌گردد ضربه شدیدی به پیستون‌ها و دیگر قطعات موتور وارد گردد.

خودسوزی ترکیب هوا و سوخت به این دلیل است که بنزین با اکتان پایین در مقابل حرارت از مقاومت کمتری برخوردار است که موجب افزایش احتمال خودسوزی ترکیب هوا و بنزین می‌شود. به همین دلیل در ایران استفاده از بنزین سوپر که عدد اکتان بالاتری دارد برای موتور توربوشارژ مناسب است.

2- روغن موتور مناسب

استفاده از روغن موتور مناسب و تعویض به موقع آن در افزایش عمر موتور توربوشارژ تاثیر چشمگیری دارد. توربوهای اولیه فقط با روغن موتور خنک می‌شدند ولی توربوهای امروزی علاوه بر روغن با سیال خنک کننده نیز خنک می‌شوند. روغن‌های سینتتیک بهترین گزینه هستند زیرا در دماهای بالا به خوبی از توربو محافظت می‌کنند.

با توجه به اینکه روغن کارکرده نمی‌تواند به درستی از توربو محافظت کند هیچ وقت روغن را دیرتر از موعد تعیین شده تعویض نکنید.

3- فیلتر هوا، روغن و سوخت

همیشه از فیلتر هوای مرغوب استفاده کنید و به موقع آن را تعویض کنید زیرا در غیر این صورت هوای فیلتر نشده به سمت پره‌های کمپرسور هدایت می‌شود و باعث آسیب رسیدن به آنها می‌شود. قبل از قرار دادن فیلتر نو حتما محفظه فیلتر را تمیز کنید تا ذرات ریزی که در این قسمت جمع شده است وارد مسیر ورودی هوا نشود.

تعویض به موقع فیلتر روغن نیز از آلوده شدن روغن جلوگیری می‌کند و باعث افزایش عمر بلبرینگ‌های شفت توربو می‌شود. تعویض فیلتر سوخت را نیز فراموش نکنید زیرا گرفتگی آن باعث می‌شود نسبت سوخت و هوا از حالت تنظیم خارج شود.

4- سریعا شتابگیری نکنید!

در مواقعی که به شتابگیری سریع نیاز ندارید و در حال رانندگی عادی هستید کمترین فشار ممکن را به موتور وارد کنید. به عبارت دیگر با کمترین میزان فشار روی پدال گاز سرعت خود را حفظ کنید و بوست توربو را در پایین ترین حالت ممکن نگه دارید.

5- گرم کردن موتور هنگام روشن کردن

یکی از مهمترین نکات این است که راننده وقتی خودرو را روشن می‌کند، 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 همچنین شفت سیستم توربوشارژر را به درستی انجام دهد.

چرا که دمای موتور پایین است و بدلیل غلظت بیشتر روغن، از میزان روان کنندگی آن کاسته خواهد شد. اما اگر حدود 1 دقیقه پس از روشن کردن خودرو چند دقیقه با دنده پایین حرکت نمایید به موتور فرصت گرم شدن را داده و روغن با کیفیت بهتری به مکان توربو شارژ خواهد رسید.

چنانچه راننده به محض روشن کردن موتور، شروع به حرکت با دور بالا نماید، عملیات روغن کاری شفت توربوشارژر با کیفیت بالا انجام نشده و آسیب می‌بیند که هزینه های زیادی را به دنبال خواهد داشت.

6- نکته بعد از رانندگی‌های طولانی

نکته دیگری که باید در خصوص خودروهای مجهز به سیستم توربوشارژر رعایت شود، زمان خاموش کردن موتور است، چنانچه راننده مسیری طولانی را با دور موتور بالا پشت سر گذاشته باشد، وقتی به مقصد رسید، نباید بطور ناگهانی موتور را خاموش کند.

توجه داشته باشید وقتی که با سرعت زیاد در حال رانندگی هستید سیستم توربو شارژ با تمام توان خود کار می‌کند و به همین دلیل درجه حرارت در قطعات مکانیکی در نهایت خود قرار دارد. در نتیجه بهتر است پس از مسافت‌های طولانی اگر قصد توقف دارید، حدود 30 ثانیه خودرو را بصورت درجا روشن گذاشته تا درجه حرارت به حد نرمال برسد و سپس موتور را خاموش کنید.

7- نحوه خاموش کردن ماشین توربو

بسیاری از رانندگان عادت دارند که پیش از خاموش کردن موتور چند گاز متوالی داده و سپس موتور را خاموش می‌کنند. اما باید بدانید که این عمل در خودروهای توربو بسیار مهلک است چرا که گاز دادن باعث در مدار قرار گرفتن توربو شارژ می‌گردد و قطعات دوار آن به چرخش درخواهند آمد اما به محض اینکه موتور را خاموش می‌کنید سیستم روانکاری از کارافتاده و روغن به محل توربو نخواهد رسید و موجب چرخش توربو بدون روغن خواهد شد.

8- استفاده از دنده مناسب

در صورتی که خودروی شما مجهز به گیربکس دنده ای یا گیربکس اتوماتیک با قابلیت تعویض دستی دنده‌ها است، اگر هنگام سبقت گرفتن یا بالا رفتن از سربالایی از دنده سنگینتر استفاده کنید باعث می‌شود فشار بسیار کمتری به توربو وارد شود و کل سنگینی کار برروی توربوشارژ نباشد.

زیرا وقتی از دنده سنگینتر استفاده می‌کنید خودرو سریعتر شتاب می‌گیرد و مدت زمانی که توربو در حالت بوست کامل کار می‌کند کاهش می‌یابد.

در انتها لازم به یادآوری است که همه خودروها که مجهز به سیستم توربوشارژر هستند نسبت به سرویس های دوره ای خیلی حساس بوده و می بایست برای انجام سرویس های دوره ای، در زمان و کیلومتر تعیین شده به شبکه خدمات پس از فروش مراجعه و از قطعات اصلی استفاده نمایند.