توربوشارژر چیست؟

توربوشارژر یک دستگاه مکانیکی است که هدف اصلی آن افزایش میزان هوای وارد به موتور خودرو و در نتیجه افزایش ترکیب هوا و سوخت در اتاق احتراق است. این دستگاه از انرژی گازهای خروجی از موتور (گاز‌های خنثی‌شده) برای چرخاندن توربین استفاده می‌کند. توربین، کمپرسوری را که هوا را می‌فشرد و به موتور می‌فرستد، می‌چرخاند. با این عمل، میزان هوای فشرده وارد موتور افزایش می‌یابد که منجر به افزایش حجم ترکیب سوخت و هوا می‌شود. این فرآیند باعث افزایش توان موتور خودرو و عملکرد بهتر آن می‌شود.

کارکرد توربوشارژر در خودروها چگونه است؟

موتورهای خودرو بر اساس اصول احتراق داخلی عمل می‌کنند و در هر سیلندر، انفجارهای کنترل‌شده اتفاق می‌افتد. این انفجارها برای وقوع به سوخت، هوا و حرارت نیاز دارند و با افزایش یکی از این عوامل، قدرت انفجار افزایش می‌یابد که در نتیجه منجر به تولید توان بیشتر می‌شود.

موتورهای با حجم بزرگتر (مانند موتورهای 6.2 لیتری) مقدار بیشتری سوخت در هر چرخه احتراق مصرف می‌کنند و توان بیشتری تولید می‌کنند. با این حال، یک معضل اینجا پدید می‌آید: موتورهای بزرگ به میزان بیشتری سوخت مصرف می‌کنند و هزینه بنزین یا گازوئیل بیشتری باید پرداخت کرد.

یک توربوشارژر با جذب هوای بیشتر به داخل موتور، میزان سوخت تزریقی را نیز افزایش می‌دهد. این افزایش در ترکیب با هوا منجر به افزایش قدرت انفجار می‌شود و توان بیشتری تولید می‌کند. یکی از ویژگی‌های جالب توربوشارژر این است که همیشه فعال نیست؛ به عبارت دیگر، تنها در بازه‌های خاصی از دورهای موتوری کار می‌کند و با افزایش دور موتور، عملکرد آن را افزایش می‌دهد.

این به این معناست که در صورتی که پدال گاز را به آرامی فشار دهید، توربوشارژر فعال نخواهد شد یا به آرامی فعال می‌شود. این خاصیت باعث می‌شود موتورهای با توربوشارژر، در شرایط معمولی از نظر مصرف سوخت بهبود یافته راحت‌تر باشند نسبت به موتورهای با حجم بزرگ که همیشه مصرف سوخت بالایی دارند.

به علاوه، یکی از ویژگی‌های هوشمندانه توربوشارژر این است که برای چرخاندن به نیروی اضافی احتیاجی ندارد؛ به عبارت دیگر، با استفاده از گازهای خروجی موتور که در غیر این صورت بی‌کار می‌شوند، چرخش توربین ایجاد می‌شود. این توربین، پره‌های فنی مانند توربوشارژر را با سرعت بالا (280000 دور در دقیقه یا بیشتر) می‌چرخاند و هوا را جذب کرده و به داخل موتور می‌فرست.

هدف از تولید توربو شارژر ها چه بود؟

هدف اصلی از تولید توربوشارژرها در صنعت خودروسازی، همانطور که پیشتر گفتیم ، بهبود عملکرد موتورهای احتراق داخلی و افزایش توان آنها بدون نیاز به و افزایش حجم فیزیکی موتور است. به این معنی که موتورهای احتراق داخلی با حفظ اندازه کوچک موتور و بهبود کارایی سوخت و کاهش آلاینده‌ها کار می‌ کنند.

توربوشارژر از چه زمان استفاده شدند؟

در ابتدا، توربوشارژها برای موتورهای اسکاندیناوی نیروی دریانی در دهه 1920 تا 1930 توسعه داده شدند تا افزایش کارایی موتورها در ارتفاعات بلند (که با کاهش فشار هوا، عملکرد موتورها نیز کاهش می‌یابد) و دریافت توان بیشتر در شرایط دشوار ممکن باشد.

در دهه‌های بعدی، با توسعه خودروهای اسپرت و مسابقه‌های مختلف، توربوشارژها در خودروهای عمومی نیز مورد استفاده قرار گرفتند. این تکنولوژی امکان افزایش توان موتورها را بدون افزایش حجم و وزن آنها می‌دهد.

در دهه‌های اخیر، با پیشرفت تکنولوژی و بهبود مهندسی، توربوشارژرها به یکی از اجزاء اساسی در خودروهای مدرن تبدیل شده‌اند. از خودروهای خانوادگی تا خودروهای مسابقه‌ای، از خودروهای سواری تا خودروهای معتبر و لوکس، توربوشارژرها به عنوان راهی برای بهبود عملکرد، افزایش کارایی سوخت و حفظ محیط زیست استفاده می‌شوند.

توربوشارژر از چه اجزایی تشکیل شده است؟

توربوشارژر یک دستگاه پیچیده است که از چندین اجزاء مختلف تشکیل شده است تا بتواند هوا را فشرده کند و به موتور ارسال کند. این اجزاء عبارتند از:

توربین:

توربین بخشی از توربوشارژر است که به واسطه جریان گازهای خروجی موتور چرخش می‌کند. این گازها از انفجار سوخت و هوا در موتور به دست آمده و باعث چرخش توربین می‌شوند.

کمپرسور:

کمپرسور قسمتی است که به واسطه چرخش توربین هوا را جذب کرده و آن را فشرده می‌کند. این هوای فشرده‌شده به موتور ارسال می‌شود تا با سوخت ترکیب شود و انفجار ایجاد کند.

محفظه توربو:

محفظه‌ای که توربین و کمپرسور در آن قرار دارند. این محفظه هوا را به طور اصولی جهت جذب و فشرده‌سازی به توربین و کمپرسور هدایت می‌کند.

سیستم روغن‌ریزی:

توربوشارژر نیاز به روغن برای مزایای خنثی‌سازی حرارت و روانی کردن قطعات دارد. سیستم روغن‌ریزی از یک پمپ روغن، خطوط روغن و یک مبدل حرارتی تشکیل شده است.

شیشه‌های سرخود:

این شیشه‌ها از جنس مقاوم در برابر حرارت و فشار ساخته می‌شوند و بین توربین و کمپرسور قرار می‌گیرند. این شیشه‌ها به منظور جدا کردن محفظه‌های توربین و کمپرسور از هم به‌کار می‌روند.

سیستم کنترل:

توربوشارژر به یک سیستم کنترل نیاز دارد تا میزان فشار و سرعت گازهای خروجی و همچنین سرعت چرخش توربین و کمپرسور را تنظیم کند. این سیستم کنترل معمولاً با استفاده از الگوریتم‌های پیچیده و حسگرهای متعدد انجام می‌شود.

این اجزاء به همراه یک سری اتصالات، لوله‌ها، و برخی قطعات کوچک‌تر دیگر، به تشکیل توربوشارژر می‌پردازند. این دستگاه‌ها با پیچیدگی طراحی و ساخت خود، به خودروها امکان افزایش توان و کارایی بدون نیاز به افزایش اندازه موتور را می‌دهند.

طراحی توربوشارژر و عملکرد آن:

توربوشارژر به منیفولد اگزوز موتور وصل شده است. اگزوز سیلندرها توربین را می چرخاند که مانند موتور توربین گاز عمل می کند . توربین توسط یک شفت به کمپرسور متصل می شود که بین فیلتر هوا و منیفولد ورودی قرار دارد. کمپرسور هوای ورودی پیستون را تحت فشار قرار می دهد.

اگزوز سیلندرها از پره های توربین عبور می کند و باعث چرخش توربین می شود. هرچه اگزوز بیشتری از تیغه ها عبور کند، سریعتر می چرخند.

در انتهای دیگر شافتی که توربین به آن متصل است، کمپرسور هوا را به داخل سیلندرها پمپ می کند. کمپرسور نوعی پمپ گریز از مرکز است – هوا را در مرکز تیغه های خود می کشد و در حین چرخش آن را به بیرون پرتاب می کند.

در واقع کمپرسور و توربین اجزا مهم این سیستم هستند این دو بخش با همکاری در تأمین هوا فشرده شده به موتور و افزایش توان اتاق احتراق، عملکرد موتور را بهبود می‌بخشند

کمپرسور

جذب هوا :
هوای خارجی از اطراف خودرو توسط کمپرسور جذب می‌شود. این هوا به سمت کمپرسور هدایت می‌شود.
فشرده‌سازی:
در کمپرسور، هوا تحت فشار بالا فشرده می‌شود. این عمل باعث افزایش تراکم هوا و افزایش مقدار هوای موجود در اتاق احتراق می‌شود.

توربین:

جریان گازهای خروجی موتور:
پس از انفجار سوخت و هوا در اتاق احتراق، گازهای خروجی تولید شده به سمت توربین هدایت می‌شوند.
چرخش توربین:
جریان گازهای خروجی باعث چرخش توربین می‌شود. این چرخش توربین انرژی مکانیکی را ایجاد می‌کند.
انتقال انرژی:
انرژی مکانیکی ایجاد شده توسط چرخش توربین به کمپرسور منتقل می‌شود. این انرژی مکانیکی به کمپرسور کمک می‌کند هوای بیشتری را فشرده کند.

در نهایت، هوای فشرده شده توسط کمپرسور به موتور ارسال می‌شود. همچنین، توربوشارژرها معمولاً با سیستم‌های کنترل الکترونیکی همراه هستند که میزان فشار و تراکم هوا را تنظیم می‌کنند تا ترکیب سوخت و هوا بهینه‌تر و با توجه به شرایط مختلف رانندگی باشد.

به طور کلی، توربوشارژرها با ایجاد تراکم هوا و افزایش ترکیب سوخت و هوا در اتاق احتراق، توان و کارایی موتورها را افزایش می‌دهند.

انواع توربوشارژر :

تک توربینی (Single Turbochargers)
دو توربینی (Twin Turbochargers)
توربوشارژرهای سریال (Sequential Turbochargers)
توربوشارژرهای متغیر (Variable Geometry Turbochargers – VGT)
توربوشارژرهای الکتریکی (Electric Turbochargers)

مزایای استفاده از توربو شارژر:

به طور کلی، توربوشارژر به علت افزایش توان، بهره‌وری سوختی بهتر، بهبود عملکرد و کاهش آلاینده‌ها از مزایای مهمی برخوردار هستند.

افزایش توان:

استفاده از توربوشارژر به موتور امکان افزایش توان بدون افزایش حجم فیزیکی موتور را می‌دهد. این افزایش توان به خصوص در موتورهای کوچک و با حجم کمتر بسیار مفید است.

افزایش گشتاور:

توربوشارژر با افزایش تراکم هوا و به تبع آن افزایش ترکیب سوخت و هوا، باعث افزایش گشتاور موتور می‌شود. این امر بهبود قدرت تسریع و کارایی خودرو را افزایش می‌دهد.

افزایش کارایی سوختی:

میزان هوای موجود در اتاق احتراق افزایش می‌یابد و این امر بهبود در کارایی سوختی خودرو دارد. با ترکیب دقیق و بهینه‌تر سوخت و هوا، مصرف سوخت کاهش می‌یابد و اقتصادی‌تر می‌شود.

فشرده‌سازی هوا:

باعث افزایش ترکیب سوخت و هوا و در نتیجه افزایش قدرت انفجار و توان موتور می‌شود.

بهبود عملکرد در ارتفاعات:

در ارتفاعات بالا، که فشار هوا کمتر است، به موتور امکان افزایش تراکم هوا و ترکیب سوخت و هوا را ایجاد می‌کند و از کاهش توان موتور می‌کند.

کاهش انتشارات آلاینده:

با افزایش کارایی سوختی و بهبود احتراق در موتورانتشارات آلاینده‌ها کمتر می‌شود.

استفاده از موتور‌های کوچکتر:

با استفاده از توربوشارژر ، می‌توان موتورهای کوچکتر و فشرده‌تر با توان و کارایی بالا طراحی کرد. این امر به کاهش وزن خودرو و بهبود دینامیک رانندگی کمک می‌کند.

افزایش عمر مفید موتور:

به واسطه بهینه‌سازی فرآیند احتراق و ترکیب سوخت و هوا، به افزایش عمر مفید موتور کمک می‌ کنند.

معایب توربو شارژر:

استفاده از توربوشارژرها در خودروها همراه با مزایا بسیاری است، اما همچنین معایبی نیز دارد که باید به آن‌ها توجه شود. در زیر به برخی از معایب اشاره می‌کنم:

تاخیر در پاسخگویی (توربو لگ):

معمولاً توربوشارژرها نیاز به زمانی برای رسیدن به سرعت چرخش و تولید فشار مناسب دارند. این تاخیر معروف به “توربو لگ”، ممکن است در برخی مواقع، به ویژه در تسریع ناگهانی، به کاهش کارایی و جذابیت رانندگی منجر شود.

افزایش حرارت:

توربوشارژرها گرمای زیادی تولید می‌کنند، که ممکن است به افزایش دمای موتور منتج شود. این افزایش دما ممکن است به محدودیت توان موتور و حتی خرابی‌های ناشی از حرارت منجر شود.

نیاز به سیستم‌ خنک کننده و روغن‌رسانی مؤثرتر:

استفاده از توربوشارژرها نیاز به سیستم‌ خنک کننده و روغن‌رسانی مؤثرتر دارد. برای جلوگیری از افزایش حرارت و خرابی‌های زودرس توربوشارژر، نیاز به تغییرات در این سیستم‌ها ممکن است وجود داشته باشد.

سیستم‌های کنترل پیچیده‌تر:

استفاده از توربوشارژرها نیازمند سیستم‌های کنترل پیچیده‌تر و پیشرفته‌تر است. این سیستم‌ها برای تنظیم و مدیریت بهینه ترکیب سوخت و هوا و کنترل دما و فشار هوا مورد نیاز هستند.

هزینه نصب و تعمیر:

نصب و تعمیر توربوشارژرها به‌طور معمول هزینه‌برتر از موتورهای بدون توربوشارژر دارد. این ممکن است هزینه‌های مالی بیشتری برای نگهداری و تعمیر خودرو ایجاد کند.

نگهداری دقیقتر:

توربوشارژرها نیاز به نگهداری دقیقتری دارند و ممکن است نیاز به تعویض و تعمیر مرتب داشته باشند.

توربو شارژر در کجا نصب می‌شود؟

توربوشارژرها در خودروها به عنوان یکی از اجزای مهم موتور، به نقطه‌ای در سیستم تغذیه سوخت همراه با سیستم تعویض هوا و احتراق نصب می‌شوند. مکان نصب توربوشارژر در واقع به نوع موتور، تنظیمات طراحی خودرو، ویژگی‌های مکانیکی و سیستم تعویض هوا مرتبط است. اما به طور کلی، توربوشارژرها در یکی از دو موقعیت زیر نصب می‌شوند:

دریچه ورودی هوا (Air Inlet):

برخی توربوشارژرها در قسمت دریچه ورودی هوا قرار می‌گیرند. در این حالت، هوای جذب شده از محیط توسط توربوشارژر به سمت موتور هدایت می‌شود. این موقعیت معمولاً در موتورهایی با طراحی مخروطی و دسترسی آسان به دریچه ورودی هوا استفاده می‌شود.

دریچه خروجی گازهای احتراق (Exhaust Outlet):

توربوشارژرهای دیگر در قسمت دریچه خروجی گازهای احتراق نصب می‌شوند. این توربوها از انرژی گازهای خروجی احتراق استفاده کرده و با چرخش توربین انرژی مکانیکی را تولید می‌کنند. این مدل توربوشارژرها در موتورهایی با سیستم احتراق توربوشارژه (Turbocharged) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در هر دو موقعیت، توربوشارژرها نیازمند سیستم‌های خنک کننده (برای جلوگیری از افزایش حرارت) و سیستم‌های روغن‌رسانی مناسب هستند. همچنین، نصب و تنظیمات توربوشارژر به موارد فنی دقیقی اعم از فشار هوا، تراکم، دمای سیستم و غیره نیاز دارد تا عملکرد بهینه این تکنولوژی را فراهم کند.

ایا توربو شارژر ها همیشه در حال کار کردن هستند؟

نه، توربوشارژرها همیشه در حال کار نیستند. این دستگاه‌ها با توجه به شرایط موتور و نیاز به توربوشارژ، به صورت خودکار تنظیم می‌شوند. به عبارت دیگر، توربوشارژرها فقط زمانی کار می‌کنند که نیاز به تقویت ترکیب سوخت و هوا برای افزایش توان موتور وجود دارد.

زمان‌های فعالیت توربوشارژر به شرایط موتور و نیازهای رانندگی بستگی دارد. در موتورهای با توربوشارژر، این دستگاه به طور معمول در دورهای موتوری با بار بالا و درخواست بیشتر توان (مانند تسریع شدید) به کار می‌رود. در حالت‌های سبک‌تر رانندگی که نیاز به توان کمتری دارند، توربوشارژر ممکن است غیرفعال باشد یا با سرعت کمتری چرخش کند.

بعضی از توربوشارژرها به یک سیستم کنترل متصل هستند که با استفاده از حسگرها، داده‌های مختلفی از جمله فشار هوا، دما، سرعت موتور و… را اندازه‌گیری و بر اساس آن‌ها تنظیمات مناسب برای توربوشارژر انجام می‌دهد. این سیستم کنترل به موتور امکان مدیریت بهتر ترکیب سوخت و هوا را می‌دهد تا توان و کارایی بهینه از توربوشارژر به‌دست آید.

ایا تمام خودرو های جدید دارای توربو شارژر هستند؟

خیر تمام خودروهای جدید که تولید می‌شوند دارای توربوشارژر نیستند. استفاده از توربوشارژر وابسته به نوع و مدل خودرو، نوع موتور، بازار مقصد خودرو، اهداف طراحی و سیاست‌های سازندگان است.

اما در کل توربوشارژرها به‌طور گسترده در خودروهای اسپرت و عملکرد بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا این تکنولوژی امکان افزایش توان موتور را بدون افزایش حجم فیزیکی موتور فراهم می‌کند. اما در خودروهای خانوادگی، اقتصادی و شهری نیز از توربوشارژرها استفاده می‌شود تا مصرف سوخت را بهبود داده و توان موتور را افزایش دهد

بنابراین، هر خودروساز در تصمیم‌گیری برای استفاده یا عدم استفاده از توربوشارژر، به مجموعه متغیرهای مختلف توجه می‌کند.

ایا توربو شارژر ها قابلیت نصب بر روی تمامی خودرو ها را دارد؟

توربوشارژرها به طور عمده قابلیت نصب بر روی اکثر خودروها را دارند، اما نه بر روی تمامی خودروها. نصب توربوشارژر بر روی یک خودرو به عوامل متعددی وابسته است که در زیر به آن‌ها اشاره می‌شود:

نوع موتور:

توربوشارژرها به ویژه در موتورهای با حجم کوچک و فشرده‌سازی بالا موثرتر هستند. از آن‌جا که توربوشارژر با افزایش فشار هوا و تراکم آن کار می‌کند، موتورهایی با فشرده‌سازی بالا توانایی بهره‌برداری بهتری از توربوشارژر را دارند.

ساختار موتور:

ساختار موتور نیز تأثیر زیادی بر نصب توربوشارژر دارد. موتورهایی که برای تحمل فشار و دماهای بالا طراحی نشده‌اند، ممکن است نیاز به تغییرات و تقویت داشته باشند تا بتوان توربوشارژر را به‌صورت ایمن نصب کرد.

سیستم سوخت‌رسانی:

توربوشارژر می‌تواند نیاز به تغییرات در سیستم سوخت‌رسانی داشته باشد. افزایش ترکیب سوخت و هوا توسط توربوشارژر ممکن است نیاز به تنظیمات جدید در تزریق سوخت داشته باشد.

سیستم خنک کننده:

توربوشارژرها گرما تولید می‌کنند و نیاز به سیستم خنک کننده مناسبی دارند تا از افزایش حرارت جلوگیری شود

تغییرات ساختاری: نصب توربوشارژر ممکن است نیاز به تغییرات در ساختار خودرو (مانند فضای موتور، اجزاء مکانیکی و الکتریکی) داشته باشد

بنابراین، اگرچه بسیاری از خودروها قابلیت نصب توربوشارژر را دارند، اما نیاز به انجام مطالعات و مشاوره با تکنیسین‌های ماهر در خودروسازی دارید تا ببینید آیا خودروی شما مناسب برای نصب توربوشارژر است یا خیر.

تفاوت توربوشارژر های قدیمیتر و جدید چیست؟

به طور کلی، توربوشارژرهای جدیدتر با استفاده از پیشرفت‌های علمی و تکنولوژی‌های مدرن، به کارایی و عملکرد بهتری دست یافته‌اند که می‌توان بهبود‌های محسوسی را نسبت به مدل های قدیمی‌تر مشاهده کرد.

در زیر به برخی ازویژگی های توربو شارژر های جدید اشاره می‌کنیم:

طراحی و ساخت:

توربوشارژرهای جدیدتر با استفاده از فناوری‌های پیشرفته‌تر و مهندسی دقیق‌تر ساخته می‌شوند. طراحی‌ها بهبود یافته و بهینه‌تر شده و از مواد ساخت با کیفیت‌تر استفاده می‌کنند.

کارایی:

توربوشارژرهای جدید به علت طراحی بهتر، کارایی بالاتری دارند. این کارایی بالا به معنای افزایش توان خروجی موتور با حفظ یا کاهش حجم و وزن توربوشارژر است.

فشار و تراکم:

توربوشارژرهای جدیدتر می‌توانند فشار و تراکم هوا را به طور فزاینده‌ای افزایش دهند. این باعث بالا رفتن ترکیب سوخت و هوا در اتاق احتراق و افزایش توان موتور می‌شود.

تکنولوژی روز:

توربوشارژرهای جدید از فناوری‌های پیشرفته‌تری مانند توربین‌های کربن کرمید و بلبرینگ‌های کرومی سخت استفاده می‌کنند که عمر مفید طولانی‌تر و کارکرد بهتری دارند.

مدیریت حرارت:

توربوشارژرهای جدید با بهره‌گیری از سیستم‌های مدیریت حرارت بهتر، تاثیر حرارتی روی اجزاء را به حداقل می‌رسانند که به عمر مفید و کارایی توربوشارژر کمک می‌کند.

کنترل الکترونیکی:

نسل جدید توربو ها با سیستم‌های کنترل الکترونیکی پیشرفته‌تر همراه هستند که به موتور امکان مدیریت بهتر و دقیق‌تر ترکیب سوخت و هوا را در تمام دورهای موتوری می‌دهد.

راندمان سوخت:

توربوشارژرهای جدید بهبودهایی در راندمان سوخت دارند و می‌توانند با کمترین مصرف سوخت، توان بیشتری تولید کنند.

مقالات پیشنهادی:

منیفولد چیست؟

سیستم انتقال قدرت خودرو

منابع:

پشتیبانی

ایمیل