وی جی تی (VGT) چیست؟ 5 راز عملکرد توربو شارژر هندسه متغیر

مقدمه

بسیاری از علاقه‌مندان به خودرو و تیونینگ همواره با این سوال مواجه هستند که وی جی تی (VGT) چیست و چه تاثیری بر عملکرد موتور خودرو دارد. تکنولوژی‌های به کار رفته در موتورهای احتراق داخلی روز به روز در حال پیشرفت هستند تا راندمان را افزایش و مصرف سوخت را کاهش دهند. #آدرس

یکی از این تکنولوژی‌های کلیدی، استفاده از سیستم‌های پرخوران پیشرفته است که می‌تواند هوای بیشتری را وارد سیلندرها کرده و احتراق قوی‌تری ایجاد کند. در این میان، توربوشارژر هندسه متغیر به عنوان یک راهکار مهندسی هوشمندانه، محدودیت‌های توربوهای قدیمی را برطرف کرده و تجربه‌ای متفاوت از رانندگی را ارائه می‌دهد. این سیستم با تغییر زاویه پره‌های خود، جریان گازهای خروجی را کنترل کرده و در دورهای مختلف موتور، عملکردی بهینه از خود نشان می‌دهد.

درک عمیق از تعریف وی جی تی نیازمند شناخت اجزای داخلی و نحوه تعامل آن‌ها با گازهای خروجی اگزوز است. برخلاف توربوهای معمولی که دارای یک محفظه ثابت برای عبور گاز هستند، این سیستم از پره‌های متحرکی استفاده می‌کند که مانند یک دریچه عمل کرده و سرعت برخورد گازها با توربین را تنظیم می‌کنند.

این ویژگی باعث می‌شود که توربوشارژر هندسه متغیر در دورهای پایین موتور که فشار گاز خروجی کم است، با تنگ کردن مسیر، سرعت گاز را افزایش دهد و اسپول توربو را سریع‌تر کند. همین مکانیزم ساده اما دقیق، انقلابی در صنعت خودروسازی ایجاد کرده و باعث شده تا خودروهای دیزلی و بنزینی مدرن بتوانند قدرت بسیار بالاتری را نسبت به حجم موتور خود تولید کنند و همزمان آلایندگی کمتری داشته باشند.

نحوه عملکرد پره‌های متغیر در سیستم توربو

برای اینکه دقیق‌تر بدانیم وی جی تی (VGT) چیست باید به قلب این دستگاه یعنی کارتریج و پره‌های متحرک آن نگاه کنیم. در اطراف پروانه توربین، مجموعه‌ای از پره‌های کوچک قرار گرفته‌اند که توسط یک بازویی و عملگر (Actuator) کنترل می‌شوند. این عملگر می‌تواند به صورت خلأیی یا برقی باشد و دستورات خود را مستقیماً از واحد کنترل الکترونیکی موتور (ECU) دریافت می‌کند.

زمانی که دور موتور پایین است، پره‌ها بسته می‌شوند تا فشار و سرعت گازهای خروجی افزایش یابد و توربین با سرعت بیشتری بچرخد. این عمل باعث از بین رفتن تاخیر یا لگ توربو می‌شود که یکی از بزرگترین معضلات توربوشارژرهای قدیمی بود. شناخت تفاوت توربو VGT و معمولی در همین مکانیزم تغییر زاویه پره‌ها نهفته است که انعطاف‌پذیری بی‌نظیری به موتور می‌بخشد.

با افزایش دور موتور و بالا رفتن فشار گازهای خروجی، پره‌ها باز می‌شوند تا اجازه دهند حجم بیشتری از گاز عبور کند و از ایجاد فشار بیش از حد (Back Pressure) جلوگیری شود. این فرآیند دینامیک یکی از اصلی‌ترین مزایای توربو VGT محسوب می‌شود، زیرا موتور را قادر می‌سازد در تمام بازه‌های دور موتور، از دور آرام تا ردلاین، بهترین راندمان تنفسی را داشته باشد.

اگر این پره‌ها وجود نداشتند، توربو یا در دور پایین ناکارآمد بود و یا در دور بالا باعث خفگی موتور می‌شد. بنابراین، توربوشارژر هندسه متغیر با تطبیق دادن خود با شرایط لحظه‌ای موتور، نمودار گشتاور را صاف و یکنواخت می‌کند و راننده در هر لحظه که پدال گاز را فشار دهد، قدرت لازم را در اختیار خواهد داشت.

بررسی تفاوت‌های ساختاری توربوهای ثابت و متغیر

هنگام مقایسه سیستم‌های پرخوران، تفاوت توربو VGT و معمولی بسیار چشمگیر است و تاثیر مستقیمی بر رفتار خودرو در جاده دارد. توربوهای معمولی یا فیکس (Fixed Geometry)، دارای هوزینگ اگزوز با ابعاد ثابتی هستند که برای یک بازه دور موتور خاص طراحی شده‌اند. این یعنی مهندسان مجبورند بین عملکرد خوب در دور پایین یا قدرت بالا در دور موتور زیاد، یکی را انتخاب کنند. اما وقتی صحبت از تعریف وی جی تی می‌شود متوجه می‌شویم که این سیستم این مصالحه را از بین برده است. در توربوی VGT، نسبت A/R (نسبت مساحت به شعاع) به صورت لحظه‌ای تغییر می‌کند و توربو می‌تواند در آن واحد هم مانند یک توربوی کوچک عمل کند و هم مانند یک توربوی بزرگ.

دیگر تفاوت توربو VGT و معمولی در پیچیدگی قطعات و هزینه تولید آن‌ها است. توربوهای معمولی ساختار ساده‌تری دارند و قطعات متحرک کمتری در معرض حرارت مستقیم اگزوز قرار می‌گیرند، که این موضوع استهلاک آن‌ها را در شرایط سخت کمتر می‌کند. در مقابل، توربوشارژر هندسه متغیر دارای قطعات ظریف و حساسی درون هوزینگ اگزوز است که باید تحمل حرارت‌های بسیار بالا (گاهی تا 900 درجه سانتی‌گراد) را داشته باشند.

همین موضوع باعث می‌شود که نگهداری و تعمیر توربو وی جی تی نیازمند دقت و تخصص بیشتری باشد. با این حال، عملکرد برتری که این سیستم ارائه می‌دهد، خودروسازان را مجاب کرده است که علی‌رغم هزینه بالاتر، از این تکنولوژی در اکثر خودروهای دیزلی مدرن و بسیاری از خودروهای بنزینی اسپرت استفاده کنند [دوره آموزش تعمیر توربو].

چرا خودروسازان به سمت VGT می‌روند

استفاده گسترده از این تکنولوژی بی‌دلیل نیست و مزایای توربو VGT باعث شده تا استانداردهای جدیدی در صنعت خودرو تعریف شود. اولین و مهم‌ترین مزیت، کاهش چشمگیر “توربو لگ” است. در خودروهای مجهز به این سیستم، گشتاور ماکزیمم در دور موتورهای بسیار پایین‌تری در دسترس راننده قرار می‌گیرد که شتاب اولیه فوق‌العاده‌ای را فراهم می‌کند. این ویژگی به خصوص در رانندگی شهری که نیاز به تغییرات مداوم سرعت است، بسیار محسوس خواهد بود. کسانی که تعریف وی جی تی را می‌دانند به خوبی آگاهند که این سیستم همچنین به کاهش مصرف سوخت کمک شایانی می‌کند، زیرا با بهینه‌سازی نسبت هوا به سوخت در تمامی شرایط، از هدررفت انرژی جلوگیری کرده و احتراق کامل‌تری را رقم می‌زند.

یکی دیگر از مزایای توربو VGT توانایی آن در عمل کردن به عنوان ترمز موتور (Engine Brake) است، به خصوص در خودروهای سنگین و دیزلی. با بستن پره‌ها در زمانی که راننده پای خود را از روی گاز برمی‌دارد، فشار معکوسی در اگزوز ایجاد می‌شود که به کاهش سرعت خودرو کمک می‌کند.

علاوه بر این، کنترل دقیق بوست توربو باعث می‌شود که دیگر نیازی به قطعه‌ای به نام “ویست‌گیت” (Wastegate) نباشد، زیرا خود پره‌ها وظیفه کنترل فشار را بر عهده دارند. این حذف قطعات اضافی و تجمیع وظایف، نشان‌دهنده هوشمندی توربوشارژر هندسه متغیر است. البته برای بهره‌برداری طولانی مدت از این مزایا، باید نسبت به سرویس‌های دوره‌ای حساس بود تا نیاز به تعمیر توربو وی جی تی به تعویق بیفتد.

چالش‌های نگهداری و خرابی‌های رایج

هر سیستم پیشرفته‌ای نیاز به مراقبت دارد و تعمیر توربو وی جی تی یکی از دغدغه‌های مالکان این نوع خودروهاست. اصلی‌ترین دشمن این توربوها، دوده و کربن حاصل از احتراق است. از آنجایی که مکانیزم پره‌های متغیر دقیقاً در مسیر خروج دود قرار دارد، تجمع دوده می‌تواند باعث گیر کردن پره‌ها (Sticking Vanes) شود.

اگر پره‌ها در حالت بسته گیر کنند، در دور بالا فشار بیش از حد به موتور می‌آید و اگر در حالت باز گیر کنند، خودرو در دور پایین دچار افت توان شدید می‌شود. درک اینکه وی جی تی (VGT) چیست به ما کمک می‌کند تا بدانیم چرا رانندگی مداوم با دور پایین و عدم فشار آوردن به موتور، می‌تواند باعث تسریع فرآیند گرفتگی پره‌ها شود، زیرا دوده فرصت انباشته شدن پیدا می‌کند.

موضوع بعدی در مبحث تعمیر توربو وی جی تی مربوط به سیستم کنترل‌کننده یا اکچویتور آن است. خرابی‌های الکترونیکی در اکچویتورهای برقی یا نشتی در شلنگ‌های وکیوم اکچویتورهای خلأیی، می‌تواند عملکرد کل سیستم را مختل کند. همچنین کیفیت روغن موتور تاثیر مستقیمی بر عمر این قطعه دارد. روغن نامرغوب نمی‌تواند شفت توربو را به درستی خنک‌کاری و روانکاری کند و باعث لقی شفت و برخورد پره‌ها با بدنه می‌شود. در چنین شرایطی، تفاوت توربو VGT و معمولی در هزینه‌های تعمیرات خود را نشان می‌دهد، چرا که تنظیم و کالیبراسیون مجدد پره‌های متغیر نیازمند دستگاه‌های تخصصی و دانش فنی بالاست و هر مکانیکی قادر به انجام صحیح آن نیست [اصول عملکرد و مبانی فنی توربو شارژ].

کاربرد گسترده در موتورهای دیزلی و بنزینی

شاید جالب باشد بدانید که توربوشارژر هندسه متغیر ابتدا بیشتر در موتورهای دیزلی مورد استفاده قرار می‌گرفت. دلیل این امر دمای پایین‌تر گازهای خروجی در موتورهای دیزل نسبت به بنزینی بود که فشار حرارتی کمتری به پره‌های ظریف متحرک وارد می‌کرد. اما با پیشرفت متالورژی و استفاده از آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت بالا مانند اینکونل، امروزه شاهد استفاده از این تکنولوژی در سوپراسپرت‌های بنزینی مانند پورشه نیز هستیم. این گسترش کاربرد نشان می‌دهد که صنعت خودرو به خوبی درک کرده است که وی جی تی (VGT) چیست و چه پتانسیل عظیمی برای ارتقای راندمان دارد. در موتورهای دیزلی، این سیستم نقشی حیاتی در پاس کردن استانداردهای آلایندگی یورو ایفا می‌کند.

استفاده از این سیستم در خودروهای بنزینی چالش‌برانگیزتر است اما مزایای توربو VGT در این موتورها نیز غیرقابل انکار است. موتورهای بنزینی بازه دور موتور وسیع‌تری دارند و کنترل دقیق جریان هوا در آن‌ها می‌تواند منجر به تولید قدرت‌های خیره‌کننده‌ای شود. یکی از نکاتی که باعث می‌شود تفاوت توربو VGT و معمولی در موتورهای بنزینی برجسته شود، واکنش پدال گاز (Throttle Response) است. در توربوهای متغیر، تاخیر بین فشردن پدال و شتاب‌گیری به حداقل می‌رسد که حس رانندگی اسپرت و هیجان‌انگیزی را منتقل می‌کند.

اگر شما هم به مباحث فنی و نگهداری تخصصی توربو علاقه دارید، پیشنهاد می‌کنیم صفحه اینستاگرام turboshiraz@ را دنبال کنید تا اطلاعات به‌روزتری دریافت نمایید. البته فراموش نکنید که پیچیدگی این سیستم‌ها باعث می‌شود تعمیر توربو وی جی تی در موتورهای بنزینی نیز نیازمند تخصص بسیار بالایی باشد [دوره آموزش تعمیر توربو].

جمع بندی

در این مقاله به طور جامع بررسی کردیم که وی جی تی (VGT) چیست و چگونه با تغییر هندسه داخلی خود، محدودیت‌های سیستم‌های پرخوران قدیمی را کنار زده است. تکنولوژی توربوشارژر هندسه متغیر با تنظیم دقیق جریان گازهای اگزوز، گشتاور بالا در دور پایین و قدرت حداکثری در دور بالا را به صورت همزمان فراهم می‌کند. ما همچنین به بررسی دقیق تفاوت توربو VGT و معمولی پرداختیم و دیدیم که چگونه مدل‌های متغیر با حذف “لگ توربو”، رانندگی نرم‌تر و پاسخ‌گو‌تری را ارائه می‌دهند. این ویژگی‌ها باعث شده تا این نوع توربو به استانداردی در بسیاری از خودروهای مدرن تبدیل شود [تفاوت توربو شارژ، سوپر شارژ و توئین توربو].

با وجود تمام مزایای توربو VGT مانند کاهش مصرف سوخت و افزایش راندمان، نباید از حساسیت‌های نگهداری آن غافل شد. تجمع دوده و مشکلات ناشی از روغن بی‌کیفیت می‌تواند منجر به خرابی پره‌های متحرک شود و شما را نیازمند تعمیر توربو وی جی تی کند که معمولاً پرهزینه‌تر و پیچیده‌تر از توربوهای ثابت است. با این حال، اگر سرویس‌های دوره‌ای به موقع انجام شود و رانندگی اصولی رعایت گردد، این سیستم عمر طولانی و عملکردی قابل اطمینان خواهد داشت. شناخت کامل بر تعریف وی جی تی به شما کمک می‌کند تا قدر این شاهکار مهندسی را بیشتر بدانید و با مراقبت صحیح، از رانندگی با خودروی توربوشارژ خود لذت ببرید.

محمد بهمنی (مدیر مجموعه)

از سال 1389 بصورت تخصصی در زمینه تعمیرات و تولید توربوشارژ فعالیت می‌کنم و تا کنون تجربه تعمیرات و بازسازی بیش از 5000 توربوشارژ را در داخل ایران دارم و هر روزه به دنبال کسب علم جدید در حوزه خودم هستم. #دیگر مقالات