آشنایی با توربو شارژ و مزایا و معایب آن

همراهان گرامی امداد باتری ،این روز ها در بازار خودرو بیش از هر زمان دیگری عبارت "مجهز به توربو شارژر یا توربو شارژ" در مشخصات فنی خودرو های موجود در بازار به چشم می خورد. اما اصلا عملکرد توربو چیست؟ تفاوت توربوشارژ و سوپر شارژ چیست؟ توربوشارژر چگونه کار می کند؟ و اصلا موتور های مجهز به توربوشارژر چه مزیتی دارند که انقدر در صنعت خودرو سازی پرطرفدار و گسترده شده اند؟ نکات مهم نگهداری از خودرو های مجهز به توربو شارژر چه هستند؟ در این مقاله تلاش می کنیم به طور کامل درباره توربوشارژر و نحوه عملکرد آن توضیح دهیم و سپس به سوالات متداول درباره خودرو های توربو و نکات مهم نگهداری از آن ها پاسخ دهیم.

توربو شارژر 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.

تاریخچه توربو شارژ ها

ایده ساخت توربو به بیش از یک قرن پیش بر می گردد و اولین استفاده های آن مربوط به موتور های حجیم دیزلی بودند که در کشتی ها به کار گرفته می شدند. اما در صنعت خودرو سازی اولین بار در سال 1962 دو کمپانی شورلت و الدزمبیل برای مدل های مونزا و جت فایر خود از موتور های مجهز به توربوشارژر استفاده کردند. بعدها پس از بحران نفت در دهه 70 استفاده از موتور های توربو به جهت مصرف سوخت کمتر طرفداران بیشتری پیدا کرد و کم کم خودرو های توربوشارژ پرطرفدار شدند.

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.

اجزای توربو شارژر:

• 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.

توربین

توربین توربو پس از منیفولد دود قرار گرفته و گاز های خروجی اگزوز باعث به گردش در آمدن آن می شوند. وظیفه توربین، فعال سازی کمپرسور است.

کمپرسور

کمپرسور در میان راه مسیر هوای ورودی موتور قرار گرفته و توسط توربین به چرخش در می آید. وظیفه کمپرسور، متراکم کردن هوای ورودی به موتور است.

شفت میانی

شفت میانی توربو وظیفه متصل کردن کمپرسور و توربین را دارد.

 وست گیت (Waste Gate)

وست گیت قسمتی از توربو است که وظیفه کنترل بوست تولید شده توسط آن را بر عهده دارد، وست گیت ها می توانند بر روی مجموعه توربین توربوشارژ نصب شوند ( وست گیت اینترنال) و یا به صورت خارجی (اکسترنال) بر روی اتصالات خروجی موتور(قبل از توربین توربو شارژ) نصب گردد، این قطعه به صورت مداوم به سنجش میزان بوست خروجیی توربو می پردازد و در صورتی که بوست از حد تعیین شده بالاتر رود، با باز کردن یک مسیر بای پس برای هوا، از گردش بیش از حد توربو جلو گیری می کند.

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.

عملکرد توربو چگونه چیست؟

توربوشارژ از دو بخش "توربین" و " کمپرسور" تشکیل شده که هر کدام یک پروانه دارند و توسط یک شفت به همدیگر متصل اند. 

بخش توربین توربو در سر راه خروجی اگزوز و معمولا بلافاصله پس از منیفولد دود قرار دارد و گاز های خروجی اگزوز وظیفه به چرخش درآوردن آن را دارند. با چرخیدن شفت توربو در اثر ورود گاز های اگزوز به توربین، بخش کمپرسور توربو نیز که خود در میان راه اینتیک هوای موتور قرار گرفته شروع به فعالیت می کند و هوای وارد شده را متراکم می کند. هر چقدر شدت گردش گاز های ورودی به توربین بیشتر باشد دوران شفت توربو بیشتر شده و در نتیجه هوای ورودی بیشتر متراکم می شود که این مسئله بوست توربو نامیده می شود. هوای ورودی از اینتیک پس از متراکم شدن در توربو شارژر (که افزایش دمای شدیدی را تجربه کرده) بلافاصله از طریق رانر ها به سمت "اینترکولر هدایت می شود تا کاهش دما صورت بگیرد. پس از عمل کولینگ در اینترکولر، هوای متراکم شده سرد به سمت دریچه گاز رفته و وارد موتور می شود و در آنجا با حجم بیشتری از بنزین نسبت به حالت عادی ترکیب می شود و در نتیجه راندمان موتور افزایش پیدا می کند.

انواع توربو شارژ:

توربو سینگل اسکرول

سینگل اسکرول نوع عادی توربوشارژ است که به طور معمول در انواع خودرو ها استفاده می شود.  در این مدل توربو ها یک کانال ورودی گاز اگزوز از منیفولد دود به توربین توربو وجود دارد.

توربو تویین اسکرول

درباره این نوع از توربوشارژر ها به طور کامل در مقاله ای مجزا با عنوان "تویین اسکرول توربو" توضیح داده ایم. اما به طور خلاصه تویین اسکرول توربو ها دو کانال مجزا برای گاز های اگزوز سیلندر های مختلف دارند که باعث می شود گاز های اگزوز با نظم و سرعت بیشتری وارد توربین شوند. این مدل طراحی سبب می شود تا توربو لگ در دور های پایین کاهش بسیار محسوسی پیدا کند.

تفاوت توربو شارژ و سوپر شارژ

توربو شارژر ها و سوپر شارژر ها هر دو کار یکسان با نتیجه مشابهی را انجام می دهند اما نحوه عملکرد و رفتار آن ها متفاوت است. همان طور که گفتیم توربوشارژر قوای محرکه خود را از طریق گاز های خروجی اگزوز تامین می کند اما سوپر شارژر که از طریق یک تسمه به میل لنگ متصل است، نیروی خود را مستقیما از موتور دریافت می کند. به همین علت، راندمان موتور های مجهز به سوپر شارژر اندکی پایین تر و مصرف سوخت آن ها کمی بیشتر از توربو ها است. اما از سوی دیگر، در موتور های سوپر شارژ دیگر اثری از پدیده توربو لگ نیست و شتاب گیری به صورت پیوسته و یکنواخت انجام می شود.

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.

نکات نگهداری از توربو شارژر ها

تا اینجای کار نحوه عملکرد یک توربو شارژر و مزایا و معایب موتور های مجهز به توربوشارژر را گفتیم؛ اما نحوه نگهداری از خودرو های توربو چگونه است؟

برای اینکه خودروی مجهز به موتور توربو شارژر ما همیشه در حداکثر بازدهی باشد و عمر مفید بالایی را تجربه کند نیاز است تا نقاط ضعف آن را شناخته و در جهت تقویت آن ها اقدام کنیم.

همانطور که اشاره شد، موتور های توربو حساسیت بالایی به بنزین دارند و بهتر است در آن ها از بنزین سوپر استفاده کنیم یا اگر بنزین سوپر در دسترس نبود، استفاده از اکتان بوستر ها واجب است.

روغن موتور نیز دیگر نکته حساسی است که نیاز به توجه دارد؛ لازم است روغن موتور همیشه به موقع و در بازه کیلومتری که در دفترچه خودرو پیشنهاد شده تعویض شود. همچنین باید توجه کرد که روغن موتور استفاده ما حتما از گرید و استاندارد پیشنهادی دفترچه خودرو تبعیت کند تا آسیبی به موتور و مجموعه توربوشارژر وارد نشود.

بجز استفاده از روغن و بنزین با کیفیت، نکات دیگری نیز وجود دارند که رعایت کردن آن ها باعث می شود تا عمر مفید موتور توربو شارژ بشدت افزایش یابد. به عنوان مثال، بهتر است در شروع حرکت تا زمان گرم شدن خودرو از گاز دادن به طوری که توربو شروع به تولید بوست کند خودداری شود. همچنین بهتر است در هنگام رانندگی مدت زمان طولانی و مداوم تخته گاز نباشیم و به توربو فرصت استراحت دهیم. و در نهایت، زمانی که قصد خاموش کردن خودرو را داریم چند دقیقه ای در حالت سکون منتظر بمانیم تا دمای توربو پایین بیاید و سپس اقدام به خاموش کردن موتور کنیم.

سخن نهایی

خودرو های توربو، حال و آینده صنعت خودرو سازی جهان هستند و تعدادشان در بازار روز به روز بیشتر خواهد شد. بنابراین شایسته است تا دانش فنی خود را از توربو شارژر ها بالا ببریم، نحوه عملکرد آن ها یاد بگیریم، نقاط قوت و ضعف آن ها را بشناسیم و نکات استفاده از آن ها را به خاطر بسپاریم تا بتوانیم از خودرو توربوی خود با دقت بیشتری نگهداری کنیم و راندمان و عمر مفید آن را افزایش دهیم و حداکثر لذت و استفاده از آن ها را ببریم. در غیر این صورت، با نگهداری بد و بی توجهی به آن ها، توربو شارژر ها در دراز مدت به جز خرابی و ایجاد هزینه های سنگین برای تعمیرات موتور و مجموعه توربو آورده ای برای ما نخواهند داشت.