در دهه ۸۰ میلادی، گوتلیب دایملر، مهندس آلمانی، تکنیک جدیدی را برای بهبود سیستم احتراق با فشرده سازی هوای ورودی به سیلندر معرفی کرد. با این اقدام، کارایی موتور به شکل قابل توجهی افزایش یافت. اختراع توربو شارژر به سال ۱۹۰۰ بازمی گردد، زمانی که آلفرد بوچی با استفاده از یک توربین در محفظه ای حلزونی شکل، موتور را قادر ساخت؛ هوای ورودی را فشرده کند و به این ترتیب راندمان را بالا ببرد.

استفاده اولیه از توربو شارژر به هواپیماهای جنگی در جنگ جهانی اول محدود بود، اما با گذر زمان و پیشرفت های تکنولوژیکی، این فن آوری به صنعت خودرو و هواپیمایی راه یافت. در سال ۱۹۶۲، جنرال موتورز اولین استفاده از توربو شارژر در خودروها را به ثبت رساند و این اقدام به عنوان نقطه عطفی در صنعت خودروسازی شناخته شد.

مجموعه توربو شیراز در این مقاله، به مبحث آشنایی با قطعات اصلی توربو شارژ پرداخته و عملکرد آن را مورد بررسی قرار داده است. همچنین، با مرور مزایا و معایب این سیستم ها، به درک بهتری از تأثیرات آن ها بر کارکرد خودروها خواهیم رسید.

معرفی توربو شارژ و نقش آن در عملکرد موتور

توربو شارژ به عنوان یک سیستم پیشرفته در موتورهای احتراق داخلی معرفی می شود که از انرژی گازهای خروجی اگزوز بهره می برد تا هوای بیشتری را به سیلندرها وارد کند. این سیستم شامل دو بخش اساسی به نام های کمپرسور و توربین است. گازهای خروچی موتور، توربین را به چرخش درمی آورند و این حرکت، باعث فعال شدن کمپرسور می شود.

کمپرسور با فشرده سازی هوا، میزان بیشتری از آن را به محفظه احتراق هدایت می کند. این فرایند، سوزاندن سوخت را بهینه کرده و قدرت و کارایی موتور را به میزان چشمگیری افزایش می دهد.

توربو شارژ نقش حیاتی در بهبود عملکرد موتورها ایفا می کند، زیرا بدون نیاز به افزایش حجم موتور، توان بیشتری تولید می کند. این ویژگی در موتورهای کوچک که فضای بیشتری برای افزایش حجم ندارند، بسیار موثر است. همچنین، توربو شارژر می تواند بهره وری سوخت را بهبود دهد، چون به موتور اجازه می دهد از هر قطره سوخت به شکل کارآمدتری استفاده کند. این تکنولوژی، به خصوص در خودروهای مدرن و موتورهای با بازده بالا بسیار محبوب است و به خودروسازان کمک می کند تا موتورهایی با قدرت بالا و مصرف سوخت کم تولید کنند.

قطعات اصلی توربو شارژ

توربو شارژ از دو قسمت اصلی یعنی توربین و کمپرسور تشکیل شده است. توربین با بهره گیری از انرژی گازهای خروجی، کمپرسور را به حرکت درمی آورد و هوای فشرده بیشتری به سیلندرهای موتور ارسال می کند، که این کار باعث افزایش قدرت و کارایی موتور می شود. برای آشنایی با قطعات اصلی توربو شارژ در ادامه با ما همراه باشید.

توربین (Turbine)

توربین جزء کلیدی در سیستم توربو شارژ است که وظیفه دارد انرژی گازهای خروجی موتور را به نیروی چرخشی تبدیل کند. این گازها هنگام عبور از توربین، باعث چرخش آن می شوند و این چرخش به کمپرسور منتقل می شود و فرآیند فشرده سازی هوا آغاز می شود.

برای مقابله با دماهای بسیار بالا، توربین از مواد مقاوم به حرارت ساخته می شود. نقش اصلی آن هدایت بهینه گازهای خروجی است تا کمپرسور بتواند هوای فشرده مورد نیاز را تولید کرده و قدرت موتور را افزایش دهد. بدون عملکرد صحیح توربین، توربو شارژ نمی تواند توان اضافی ایجاد کند، و به همین دلیل توربین مستقیماً بر کارایی کلی سیستم تأثیر می گذارد.

کمپرسور (Compressor)

کمپرسور در توربو شارژ به عنوان قلب سیستم شناخته می شود. وظیفه اصلی آن فشرده سازی هوای ورودی و ارسال آن به موتور است، که به سوختن بیشتر و تولید توان بیشتر منجر می شود.

این قطعه معمولاً در جلوی توربو شارژ قرار دارد و با استفاده از انرژی چرخشی توربین، هوا را فشرده می کند. چالش اصلی کمپرسور این است که بین جریان هوا و فشار ایجاد شده تعادل برقرار کند. اگر فشار بیش از حد باشد، ممکن است به موتور آسیب وارد شود. بنابراین، طراحی دقیق و مهندسی شده کمپرسور در بهبود کارایی توربو شارژ بسیار حائز اهمیت است.

اینترکولر (Intercooler)

اینترکولر در سیستم توربو شارژ نقش مهمی در خنک سازی هوای فشرده شده توسط کمپرسور ایفا می کند. هوای فشرده شده از کمپرسور، دمای بسیار بالایی دارد و وارد شدن آن به موتور در این شرایط می تواند کارایی موتور را کاهش دهد و حتی به آن آسیب برساند.

اینترکولر با کاهش دما و خنک کردن هوا، فرآیند احتراق را بهبود می بخشد و در نتیجه توان موتور افزایش می یابد. این قطعه به ویژه در خودروهای مسابقه ای و توربو شارژرهای با کارکرد بالا اهمیت دارد، زیرا کنترل دما برای جلوگیری از افت قدرت ضروری است.

شفت میانی (Shaft)

شفت توربین و کمپرسور قطعه ای حیاتی در سیستم توربو شارژ است که وظیفه انتقال انرژی چرخشی از توربین به کمپرسور را بر عهده دارد. این شفت باید با دقت و تعادل بالا طراحی شود، زیرا هر گونه ناهماهنگی می تواند باعث خرابی سریع توربو شارژ شود.

عملکرد این شفت با سرعت بالا و در دمای زیاد انجام می گیرد، لذا از موادی مقاوم و با کیفیت ساخته می شود. علاوه بر انتقال صحیح انرژی، هماهنگی با سیستم های روانکاری برای جلوگیری از اصطکاک و سایش بیش از حد نیز ضروری است.

شیر کنترل فشار (Wastegate)

شیر فشارشکن یا Wastegate نقش مهمی در کنترل فشار در سیستم توربو شارژ دارد. این قطعه به صورت خودکار میزان گازهای خروجی ورودی به توربین را تنظیم می کند. این تنظیمات به جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار در سیستم کمک می کند و مانع از آسیب به موتور و توربو شارژر می شود.

عملکرد مناسب شیر فشارشکن برای حفظ تعادل و کارایی سیستم ضروری است. با تنظیم دقیق، این قطعه از تولید قدرت بیش از نیاز جلوگیری کرده و طول عمر سیستم را افزایش می دهد.

بلو آف

بلو آف، یا Blow-Off Valve، سوپاپی در موتورهای توربو شارژ است که قبل از دریچه گاز قرار می گیرد. این قطعه حیاتی در هنگام رها کردن پدال گاز و بسته شدن ناگهانی دریچه گاز، از آسیب رسیدن به اتصالات و قطعات داخلی جلوگیری می کند.

بلو آف هوای اضافی را به بیرون هدایت می کند و به این ترتیب به عملکرد صحیح و کارآمد موتور توربو شارژ کمک می کند. بدون عملکرد درست این سوپاپ، ممکن است فشار اضافی به سیستم آسیب برساند.

هوزینگ (Housing)

هوزینگ یا محفظه توربو شارژ از دو بخش اصلی تشکیل شده است: هوزینگ توربین و هوزینگ کمپرسور. بخش توربین وظیفه هدایت گازهای خروجی به توربین را دارد، در حالی که بخش کمپرسور هوا را فشرده کرده و به داخل موتور می فرستد.

طراحی و متریال استفاده شده در ساخت این محفظه ها نقش مهمی در عملکرد و عمر توربو شارژر دارند. انتخاب صحیح مواد و طراحی مناسب، نه تنها به کارایی بلکه به دوام کلی سیستم نیز کمک می کند.

نحوه کار توربو شارژ

در کنار آشنایی با قطعات اصلی توربو شارژ، بهتر است نگاهی به نحوه عملکرد این سیستم بیندازیم. موتور توربو شارژ از دو پنکه متصل به یکدیگر تشکیل شده است که توسط یک شافت میله ای به هم متصل هستند، به طوری که چرخش یکی باعث چرخش دیگری می شود.

گاز داغ تولیدشده توسط سیلندرها از طریق خروجی ها به توربین هدایت می شود و باعث چرخش آن می گردد. این چرخش توربین پنکه ای در مسیر خود را به حرکت درمی آورد. سپس شفت متصل به کمپرسور نیز شروع به چرخش می کند. کمپرسور در ورودی موتور قرار دارد و با مکش هوا و فشرده سازی آن، هوای فشرده را به داخل سیلندرها می فرستد.

توربو شارژرها در دورهای بالا کارایی بیشتری دارند زیرا با ایجاد خلا نسبی، هوای بیشتری را به داخل سیلندر می کشانند. با این حال، در دورهای پایین ممکن است عملکرد مناسبی نداشته باشند. به همین دلیل توربو شارژرها در موتورهایی که نیاز به قدرت بالا و کارایی بهینه در سرعت های زیاد دارند، مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع موتور توربو شارژ

انواع موتورهای توربو شارژ تنوع زیادی دارند و هر کدام برای نیازهای خاصی طراحی شده اند. این موتورها به بهبود عملکرد و افزایش کارایی سوخت کمک می کنند. در ادامه، انواع مختلف آنها را معرفی می کنیم:

• موتور تک توربو
• موتور جفت توربو
• موتور جفت توربو اسکرول
• توربو شارژ برقی

موتور تک توربو

موتورهای تک توربو از معمول ترین نوع موتورهای توربو شارژ هستند. این نوع موتور با طراحی ساده و هزینه کمتر، گزینه مناسبی برای بسیاری از کاربردها می باشد. مزیت اصلی آنها افزایش راندمان در موتورهای کوچک است، اما ممکن است در موتورهای بزرگ تر تاخیر قابل توجهی داشته باشند.

موتور جفت توربو

موتورهای جفت توربو دارای دو توربو شارژر هستند و به عنوان توربو دوقلو نیز شناخته می شوند. این طراحی به بهبود عملکرد در محدوده های مختلف گشتاور کمک می کند. موتورهای جفت توربو معمولاً در موتورهای ۶ و ۸ سیلندر استفاده می شوند و به دو دسته جفت توربو موازی و جفت توربو متوالی تقسیم می شوند.

موتور جفت توربو اسکرول

در این نوع موتور، سیلندرها بین دو توربو شارژر تقسیم می شوند. این طراحی باعث افزایش پیچیدگی موتورها می شود و هوای ورودی به سیلندرها فشرده تر و پاک تر می گردد. به عنوان مثال، در یک موتور ۴ سیلندری، توربوی اول سیلندرهای ۱ و ۲ و توربوی دوم سیلندرهای ۳ و ۴ را تقویت می کند.

توربو شارژ برقی

با پیشرفت تکنولوژی، توربو شارژ برقی معرفی شد که مشکلات مربوط به تاخیر در توربو شارژهای سنتی را به طور کامل رفع می کند. این سیستم با راه اندازی کمپرسور به صورت برقی، عملکرد سریع تری دارد، اما هزینه و پیچیدگی آن نیز بیشتر است.

مزایای توربو شارژ

توربو شارژرها به افزایش کارایی موتور و بهبود مصرف سوخت کمک می کنند. این دستگاه ها با فشرده سازی هوای ورودی به موتور، توان بیشتری ایجاد می کنند که مزایای فراوانی به همراه دارد:

• به کارگیری توربو شارژر در موتورهای بنزینی و دیزلی
• استفاده در خودروها، کامیون ها و اتوبوس ها
• کاهش میزان آلودگی سوختی
• افزایش قدرت و عملکرد موتور
• صرفه جویی تا ۱۰ درصد در مصرف سوخت

معایب توربو شارژ

با وجود فواید گسترده توربو شارژرها، آگاهی از معایب آنها نیز ضروری است. از جمله این معایب می توان به هزینه بالای تعمیر و نگهداری اشاره کرد. ساختار پیچیده این سیستم ها نیز می تواند سبب کاهش طول عمر قطعات موتور شود. علاوه بر این، تاخیر در عملکرد موتور توربو شارژ مشکل دیگری است که باید مدنظر قرار گیرد.

سخن پایانی

همون طور که مطالعه کردید تحقیق و “آشنایی با قطعات اصلی توربو شارژ”، در هنگام خرید اتومبیل لازم و ضروری است. توربو شارژرها با افزایش کارایی موتور و کاهش مصرف سوخت، گزینه ای جذاب برای بسیاری از وسایل نقلیه هستند. با این حال، قبل از استفاده از توربو شارژ، به هزینه ها و نیازهای نگهداری دقت کنید. اگر به عملکرد بهینه موتور اهمیت می دهید، خرید واشر توربو شارژ شاهین و خرید مکمل سوخت می تواند به شما کمک زیادی کند.