توربوشارژر چگونه کار می‌کند و چه مزایایی دارد؟

مقدمه

در دنیای مدرن خودروها، یکی از چالش‌های اصلی مهندسان خودروسازی، افزایش راندمان موتور و تقویت قدرت خروجی بدون نیاز به افزایش حجم موتور است. یکی از راهکارهای مؤثر در این زمینه، استفاده از توربوشارژر است. این سیستم با استفاده از انرژی گازهای خروجی موتور، هوای بیشتری را به داخل سیلندرها هدایت می‌کند و این امر موجب احتراق بهینه‌تر و تولید قدرت بیشتر می‌شود. توربوشارژرها نه تنها قدرت موتور را افزایش می‌دهند، بلکه در کاهش مصرف سوخت نیز تأثیر زیادی دارند، زیرا اجازه می‌دهند از موتورهای کوچک‌تر با قدرت بالاتر استفاده شود. در این پست وبلاگ آموزشی، قصد داریم عملکرد توربوشارژر، اجزای آن و مزایای آن برای خودروها را بررسی کنیم.

همچنین بخوانید: بررسی تویوتا GR سوپرا 2023

توربو شارژ چیست؟

توربوشارژر مانند یک دمنده قوی عمل می‌کند که هوای بیشتری را با فشار بالا به داخل سیلندرهای موتور هدایت می‌کند. این فرآیند باعث تأمین اکسیژن بیشتر برای احتراق سوخت شده و در نتیجه عملکرد موتور را بهبود می‌بخشد. یکی از نقش‌های مهم توربوشارژر، کمک به خروج دودهای باقی‌مانده از محفظه احتراق است که این کار موجب افزایش کارایی و کاهش آلاینده‌های مضر می‌شود.از دیگر مزایای استفاده از توربوشارژر می‌توان به افزایش قدرت و شتاب موتور، بهینه‌سازی عملکرد سیلندرها، بهبود راندمان کلی موتور و امکان کاهش حجم پیشرانه بدون افت توان اشاره کرد. این فناوری همچنین دمای داخلی موتور را افزایش می‌دهد که می‌تواند تأثیراتی بر عملکرد آن داشته باشد.

وظیفه اصلی توربوشارژر، افزایش توان موتور از طریق فشرده‌سازی هوا و بهبود احتراق است. با این حال، نگهداری صحیح از این قطعه برای عملکرد بهینه آن بسیار مهم است. در برخی موارد، عوامل بیرونی مانند کیفیت نامناسب سوخت، فیلتر هوای آلوده یا رانندگی نامناسب می‌توانند مشکلاتی در عملکرد آن ایجاد کنند. از این رو، رعایت توصیه‌های سازندگان و سرویس‌های دوره‌ای می‌تواند به افزایش طول عمر و کارایی توربوشارژر کمک کند.

همچنین بخوانید: معرفی تویوتا وایلدلندر 2024 و مقایسه آن با تویوتا راوفور

نحوه عملکرد توربو شارژ در خودرو

هنگامی که سوخت در سیلندر احتراق پیدا می‌کند و گازهای خروجی با فشار از موتور خارج می‌شوند، پره‌های توربین توربوشارژر به حرکت درمی‌آیند. از آنجایی که این پره‌ها مستقیماً به تیغه‌های کمپرسور متصل هستند، چرخش آن‌ها باعث به حرکت درآمدن کمپرسور نیز می‌شود. کمپرسور وظیفه دارد هوای بیشتری را از محیط جذب کرده و آن را با فشار بالا به داخل موتور هدایت کند.

این فرآیند باعث افزایش میزان اکسیژن در سیلندرها شده و در نتیجه، احتراق سوخت با کارایی بیشتری انجام می‌شود. هرچه اکسیژن بیشتری در محفظه احتراق وجود داشته باشد، سوخت با کیفیت بهتری می‌سوزد و انرژی بیشتری تولید می‌شود. این انرژی اضافی نه‌تنها موجب افزایش توان و شتاب خودرو می‌شود، بلکه به بهینه‌سازی عملکرد موتور و کاهش مصرف سوخت نیز کمک می‌کند. بنابراین، توربوشارژر نقش کلیدی در بهبود راندمان و قدرت خودرو ایفا کرده و عملکرد موتور را بهینه‌تر می‌کند.

اجزای تشکیل دهنده توربو شارژ

یکی از ویژگی‌های اساسی قطعات موتور توربوشارژر، مقاومت آن‌ها در برابر دمای بسیار بالاست. در ادامه، به شرح اجزای مختلف این سیستم پرداخته و تأثیر هر یک بر عملکرد پیشرانه خودرو را توضیح خواهیم داد. توجه داشته باشید که خرابی هر یک از این قطعات می‌تواند به طور مستقیم بر عملکرد موتور و قدرت خودرو تأثیر بگذارد.

• هوزینگ
• هوزینگ، به عنوان محفظه‌ای کامل، نقش محافظت از سایر قطعات توربوشارژر را بر عهده دارد. این قطعه از اجزای داخلی محافظت کرده و از ورود گرد و غبار یا آسیب‌های دیگر به آن‌ها جلوگیری می‌کند.
• تیغه‌های چرخان
  پره‌های کمپرسور یا تیغه‌های چرخان، با هدف فشرده‌سازی هوای ورودی به موتور، به کار می‌روند. این تیغه‌ها باید با موتور هماهنگ و سازگار باشند، به طوری که ویژگی‌هایی مثل طراحی، اندازه، شکل و شدت تزریق هوا تأثیر زیادی در عملکرد کمپرسور و قدرت توربین دارند.
• یاتاقان‌ها
  یاتاقان‌ها در محفظه توربوشارژر قرار دارند و وظیفه دارند تا چرخش پره‌ها را تسهیل کنند. در برخی از خودروها، از بلبرینگ‌ها به جای یاتاقان‌ها استفاده می‌شود و این قطعه در سیستم نقشی ندارد. نکته مهم این است که یاتاقان‌ها باید با کمک روغن موجود در موتور روانکاری شوند تا عملکرد بهینه داشته باشند.
• بلبرینگ‌های محور اتصال‌دهنده
  بلبرینگ‌ها وظیفه دارند نیروهایی که به محور اتصال‌دهنده وارد می‌شود را تحمل کنند و از حرکت روان محور و اجزای آن اطمینان حاصل کنند.
• محور اتصال‌دهنده
  این محور، پره‌های کمپرسور و توربین را که در بین یاتاقان‌ها و بلبرینگ‌ها قرار دارند به هم متصل می‌کند و اطمینان می‌دهد که این دو بخش به درستی کار کنند.
• آب‌بند
  آب‌بند به منظور جلوگیری از نشت روغن به بیرون از سیستم و به خصوص کمپرسور طراحی شده است. این قطعه سیستم را به طور مؤثری آب‌بندی کرده و عملکرد آن را در شرایط مختلف حفظ می‌کند.

موتور توربو شارژ چیست؟

جالب است بدانید که در زبان فارسی، سیستم توربوشارژر با عنوان «سیستم پرخوران موتور» شناخته می‌شود. هدف اصلی طراحی موتور توربوشارژر، فشرده‌سازی هوای ورودی به موتور است. این فرآیند باعث می‌شود حجم بیشتری از هوا وارد محفظه احتراق شود بدون اینکه نیازی به افزایش حجم محفظه باشد. در نتیجه، موتور می‌تواند هوای بیشتری را با سوخت مخلوط کند و پس از احتراق، قدرت بیشتری تولید کند.

سیستم توربوشارژر از سه بخش اصلی تشکیل شده است. بخش اول کمپرسور است که به منیفولد ورودی هوا متصل می‌شود و مسئول فشرده‌سازی هوا است. حالا سوال این است که کمپرسور قدرت خود را از کجا می‌گیرد؟ کمپرسور از طریق یک شفت به بخش دوم، یعنی توربین متصل است. گازهای خروجی از اگزوز موتور به سمت توربین هدایت می‌شوند. این توربین به‌صورت سانتریفیوژ طراحی شده و قادر است با سرعت بسیار بالا، حتی تا ۳۰ برابر سرعت چرخش موتور، بچرخد. چرخش توربین، شفت را به حرکت در می‌آورد و این حرکت به کمپرسور منتقل می‌شود. در نهایت، کمپرسور هوای ورودی را فشرده می‌کند و عملکرد موتور بهبود می‌یابد.

یکی از چالش‌های اصلی این سیستم، حرارت بالای تولیدی است که می‌تواند به دمایی تا ۱۳۰ درجه سلسیوس برسد. این دما می‌تواند خطر آسیب به قطعات داخلی موتور را افزایش دهد. همچنین، با افزایش دما، چگالی هوا کاهش می‌یابد که ممکن است ترکیب سوخت و هوا را مختل کند و بر عملکرد موتور تأثیر بگذارد. برای جلوگیری از این مشکلات، از اینترکولر در بین کمپرسور و توربین استفاده می‌شود. اینترکولر مانند رادیاتور عمل می‌کند و دمای هوای خروجی از کمپرسور را تا حدود ۶۰ درجه سلسیوس کاهش می‌دهد. این کار باعث بهبود کارایی سیستم و جلوگیری از آسیب‌های ناشی از دمای بالا می‌شود.

همچنین بخوانید: همه چیز درباره گیربکس CVT و مقایسه آن با گیربکس معمولی

بررسی مزایا و معایب توربو شارژ در خودرو

مزایا

• افزایش قدرت موتور

  توربوشارژر با فشرده‌سازی هوای ورودی به موتور، امکان احتراق بیشتر سوخت و در نتیجه تولید توان بالاتر را فراهم می‌کند. این امر به خودرو کمک می‌کند که قدرت بیشتری با موتور کوچکتر تولید کند.

• بهینه‌سازی مصرف سوخت

  با استفاده از توربوشارژر، خودرو می‌تواند از موتورهای با حجم کوچکتر بهره ببرد و بدون افزایش مصرف سوخت، قدرت و شتاب بیشتری به دست آورد.

• کاهش حجم موتور

  توربوشارژر به خودی خود نیاز به استفاده از موتورهای بزرگتر را از بین می‌برد، زیرا این سیستم می‌تواند قدرت بیشتری از یک موتور کوچک‌تر استخراج کند.

• افزایش شتاب و عملکرد بهتر

  موتورهای توربوشارژر در مقایسه با موتورهای معمولی، شتاب و عملکرد بهتری دارند و از این جهت برای رانندگی‌های پرسرعت و خودروهای اسپرت بسیار مناسب هستند.

• کاهش آلایندگی

  با بهبود احتراق سوخت، توربوشارژر می‌تواند کمک کند تا گازهای مضر کمتری از اگزوز موتور به بیرون منتشر شود، که به کاهش آلودگی هوا کمک می‌کند.

معایب

• آسیب‌پذیری در برابر دما

  سیستم توربوشارژر می‌تواند دمای بسیار بالایی ایجاد کند، که ممکن است به قطعات داخلی موتور آسیب برساند. این امر نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده مانند اینترکولر دارد.

• نیاز به نگهداری بیشتر

  توربوشارژر به نگهداری منظم نیاز دارد. روغن‌کاری صحیح و مراقبت از قطعات سیستم مانند کمپرسور و توربین می‌تواند هزینه‌های نگهداری را افزایش دهد.

• افزایش فشار به موتور

  به دلیل فشرده‌سازی هوای ورودی به موتور، توربوشارژر می‌تواند فشار اضافی به موتور وارد کند و در صورت عدم مراقبت، موجب آسیب به قطعات موتور شود.

• هزینه‌های اولیه بالا

  ترکیب توربوشارژر با موتور می‌تواند هزینه خرید اولیه خودرو را افزایش دهد، زیرا این سیستم نیاز به طراحی و نصب خاصی دارد.

• تاخیر زمان در پاسخ

  در برخی سیستم‌های توربوشارژر، زمانی که راننده پدال گاز را فشار می‌دهد، ممکن است یک تأخیر جزئی در پاسخ‌دهی موتور وجود داشته باشد. این مسئله به عنوان “لاتنسی توربو” شناخته می‌شود و به علت زمان لازم برای چرخش توربین و تولید فشار است.

سخن پایانی

توربوشارژر به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های موتورهای امروزی، توانسته است تغییرات قابل توجهی در افزایش قدرت و بهینه‌سازی عملکرد خودروها ایجاد کند. این سیستم با استفاده از گازهای خروجی از موتور برای فشرده‌سازی هوای ورودی، موجب افزایش اکسیژن در محفظه احتراق شده و به تبع آن، توان بیشتری تولید می‌کند. مزایای توربوشارژر، شامل افزایش قدرت، کاهش مصرف سوخت و بهبود شتاب، آن را به یکی از انتخاب‌های محبوب در صنعت خودروسازی تبدیل کرده است. با این حال، برای دستیابی به بهترین عملکرد، نیاز به نگهداری منظم و مراقبت از سیستم توربوشارژر نیز اهمیت زیادی دارد. در نهایت، توربوشارژر گزینه‌ای هوشمندانه برای کسانی است که به دنبال قدرت بیشتر و راندمان بهتر در خودروهای خود هستند.