توربو شارژ در خودرو چه مزایا و معایبی دارد؟

تیتر20 - در سال 1885 میلادی یک مهندس آلمانی به نام گوتلیب دایملر ایده ای را برای تقویت موتورهای احتراقی مطرح کرد، وی در نظر داشت که به وسیله یک ساختار مکانیکی، هوا را فشرده کرده و آن را به داخل سیلندر خودرو تزریق نماید. پس از گذشت چندین سال از طرح این ایده، آلفرد بوچی مهندس مکانیک سوئیسی در سال 1900 میلادی سیستمی به نام توربو شارژر را اختراع کرد. 

وسیله ساخته شده توسط وی از یک منیفولد حلزونی تشکیل می‌شد که درون آن یک توربین قرار گرفته بود که با اتصال به خروجی اگزوز و با استفاده از گازهای آن توربین چرخانده می‌شد و با عملی شبیه به یک کمپرسور، تراکم هوای ورودی به داخل سیلندر را افزایش می‌داد. معادل نام توربو شارژ در فارسی پرخوران است که با هدف طراحی موتورهای سبک تر با حجم کمتر و در عین حال قدرتمند تر و با راندمان بالاتر اختراع شد. در نظر بگیرید که یک خودرو در دنده چهار در حال حرکت در یک جاده مسطح با سرعتی حدود 70 کیلومتر در ساعت است؛ دور موتور در این وضعیت حدود 2000 دور در دقیقه بوده و در این وضعیت میل لنگ در هر ثانیه حدود 34 دور می‌چرخد.  از آنجا که در حال بحث در خصوص موتورهای چهار زمانه هستیم و دور میل سوپاپ نصف دور میل لنگ است و یا به عبارتی دیگر سرعت چرخش میل سوپاپ نصف سرعت چرخش میل لنگ است لذا سوپاپ دود در هر ثانیه حدود 17 بار باز و بسته می‌شود. با توجه به اینکه هوا در اثر خلا نسبی که در اثر پائین رفتن پیستون در سیلندر، وارد سیلندر می‌شود لذا راندمان موتور مناسب است زیرا هوا به مقدار مناسب وارد سیلندر می‌شود. حال اگر راننده قصد افزایش سرعت خودرو را داشته باشد، می‌بایست پدال گاز را فشار دهد، چنانچه دور موتور به حدود 4500 دور در دقیقه افزایش یابد، میل لنگ در ثانیه 75 دور خواهد چرخید، در این حالت سوپاپ هوا حدود 38 بار در هر ثانیه باز و بسته می‌شود، در این حالت سرعت باز و بسته شدن سوپاپ های هوا آنقدر زیاد است که هوا نمی‌تواند به اندازه کافی و به مقدار مورد نیاز وارد سیلندر شود و در این حالت راندمان موتور به شدت کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر مشکلی که در این دور موجب کاهش کارائی موتور می‌شود، کاهش حجم هوای ورودی به داخل سیلندر است؛ در واقع می توان با افزایش فشار سوخت و افزایش زمان پاشش سوخت، سوخت بیشتری وارد سیلندر نمود ولی افزایش میزان هوای ورودی به داخل سیلندر کار بسیار مشکل و دشواری است. 

سیستم توربوشارژر در واقع این کار را انجام می‌دهد و هوا علاوه بر اینکه در اثر خلاء نسبی به داخل سیلندر راه پیدا می‌کند، بوسیله سیستم توربوشارژر نیز به داخل سیلندر تزریق می‌شود و همانطور که با اعداد و ارقام نشان داده شد، این کار صرفا لازم است در دورهای بالا انجام شود؛ به عبارت دیگر سیستم توربوشارژر در دورهای پائین به کار گرفته نشده بلکه در دورهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای متراکم کردن هوای ورودی به داخل سیلندر نیاز به صرف انرژی بالائی است زیرا مطابق قوانین فیزیک متراکم نمودن یک گاز کار بسیار سختی است و نیاز به انرژی بالائی دارد و برای انجام این کار باید مقداری از انرژی و گشتاور تولید شده توسط موتور را صرف عملیات تراکم هوا و هدایت آن به داخل سیلندر کرد. طراح سیستم توربوشارژر برای انجام این کار از انرژی نهفته در گازهای خروجی اگزوز استفاده کرده است، به عبارت دیگر در سیستم توربوشارژر از انرژی گرمائی خروجی موتور استفاده شده است که از اگزوز خودرو خارج شده و تلف می‌گردد. بدین منظور یک پره در مسیر گازهای خروجی اگزوز قرار گرفته و جریان خروجی اگزوز که دارای انرژی بسیار بالائی است، این پره را می چرخاند، نام این پره توربین است، شفت متصل به این پره(توربین) با پره دیگری متصل است که در مسیر هوای ورودی به داخل موتور قرار گرفته است، این پره کمپرسور نام دارد. در دورهای پائین، انرژی موجود در گازهای خروجی و سرعت خروج گازهای سوخته شده در اثر احتراق زیاد نیست ولی با این حال پره های توربین را می‌چرخاند و این چرخش توسط شفت متصل به آن به کمپرسور منتقل می‌شود اما سرعت چرخش آن در حدی نیست که تغییر محسوسی در روند ورود هوا به داخل سیلندر ایجاد کند.  در این حالت (دور موتور پائین)، توربین و کمپرسور می‌چرخند ولی عملا تاثیری در افزایش راندمان حجم ورودی هوا به داخل سیلندر ندارند، وقتی دور موتور بالا می‌رود، انرژی حاصل از خروج گازهای حاصل از احتراق به میزان چشم گیری افزایش می‌یابد، این انرژی به پره هائی که در مسیر اگزوز وجود دارد منتقل شده و آنرا به سرعت تحت تاثیر قرار می‌دهد و در نهایت موجب چرخش کمپرسور می‌شود. سرعت بسیار زیاد کمپرسور که در مسیر هوای ورودی به موتور قرار دارد، موجب فشرده شدن هوا شده و این هوای فشرده شده به داخل سیلندر تزریق می‌شود، همانطوری که قبلا نیز اشاره شد در دور بالای موتور، سرعت باز و بست شدن سوپاپ های هوا آنقدر زیاد است که در موتورهائی که فاقد سیستم توربوشارژر هستند فرصت کمی برای ورود هوا به داخل سیلندر در اثر ایجاد خلاء نسبی وجود دارد؛  ولی در موتورهائی که دارای سیستم توربوشارژر هستند، از آنجا که هوای فشرده شده در پشت سوپاپ هوا وجود دارد، به محض اینکه سوپاپ باز می‌شود، هوا با فشار بالا به داخل سیلندر تزریق می‌شود، سیستم پاشش این نوع موتورها DGI و یا پاشش مستقیم نام دارد و بنزین با فشار بالا به داخل سیلندر تزریق می‌شود. میزان فشار بنزین در ریل سوخت در موتورهای فاقد سیستم توربوشارژر حدود 3.5 بار است ولی میزان فشار سوخت در ریل سوخت در موتورهائی که مجهز به سیستم توربوشارژر هستند، تا حدود 80 بار و بالاتر هم نیز می‌رسد، به سادگی می توان تفاوت میزان هوای موجود در سیلندر را در یک موتور مجهز به توربوشارژر و یک موتور فاقد سیستم توربوشارژر احساس نمود. 

مزایا توربو شارژرها

 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.   معایب توربو شارژرها 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. تأخیر اولیه در شروع کار توربو. 

نکات مهم در رانندگی با موتور مجهز به توربوشارژر رانندگی با خودروهای مجهز به سیستم توربوشارژر نیازمند به رعایت کردن نکاتی است که راننده می‌بایست آنها را رعایت کند تا سیستم توربوشارژر با مشکل مواجه نشود، یکی از مهمترین نکات این است که راننده وقتی خودرو را روشن می‌کند، نباید پدال گاز را بطور ناگهانی فشار دهد بلکه باید مدت کوتاهی صبر کند تا روغن موتور گرم شده و به دمای کاری برسد تا بتواند عملیات روغن کاری قسمت های مختلف موتور و همچنین شفت سیستم توربوشارژر را به درستی انجام دهد، چنانچه راننده به محض روشن کردن موتور، شروع به حرکت با دور بالا نماید، عملیات روغن کاری شفت توربوشارژر با کیفیت بالا انجام نشده و آسیب می‌بیند که هزینه های زیادی را به دنبال خواهد داشت. نکته دیگری که باید در خصوص خودروهای مجهز به سیستم توربوشارژر رعایت شود، زمان خاموش کردن موتور است، چنانچه راننده مسیری طولانی را با دور موتور بالا پشت سر گذاشته باشد، وقتی به مقصد رسید، نباید بطور ناگهانی موتور را خاموش کند زیرا در این وضعیت قطعا گرانروی و یا ویسکوزیته موتور کاهش یافته و کیفیت روغن کاری کاهش یافته است، در این حالت راننده می بایست چند دقیقه صبر کند تا دمای موتور و به دنبال آن دمای روغن کاهش یابد و عملیات روانکاری و خنک کاری شفت توربوشارژر به درستی انجام گیرد و بعد از آن راننده مبادرت به خاموش کردن موتور کند. بعضی از رانندگان عادت دارند که در هنگام خاموش کردن موتور، چند بار پدال گاز را فشار دهند و سپس موتور را خاموش کنند، این کار در سیستم های مجهز به توربوشارژر کار درستی نیست و آسیب دیدن شفت آنرا به دنبال دارد. وقتی راننده بطور ناگهانی پدال گاز را فشار می‌دهد، سیستم توربوشارژر به کار می افتد و خاموش کردن موتور در این وضعیت موجب می‌شود که در لحظات آخر خاموش شدن موتور، شفت توربوشارژر به درستی روغن کاری نشود و موجب آسیب دیدن آن شود./تسنیم