آشنایی با توربوشارژ

واژه توربوشارژ برای موتور های خودرو مورد استفاده قرار می گیرد و منظور از آن موتور هایی با وزن کمتر و قدرت و بازدهی بسیار بالاتر است. موتور های توربوسارژ امروزه در بسیاری از خودرو های امروزی به چشم می خورد و دارای مشخصات فنی بسیار قابل قبول تری هستند.

موتورهای دارای توربوشارژ(Turbocharger)، در چند سال‌ گذشته، خیلی مشهور و محبوب شده اند و کارخانه های خودروسازی کشورهای اروپایی و آسیای شرقی و آمریکایی استفاده گسترده ای از این نوع موتور، در ساخت خودروهای خود می کنند.
کارخانه های خودروسازی ایرانی هم در تعداد کمی از خودروهای جدید خود از این نوع موتورها بهره می‌برند. در این مقاله می خواهیم اصل مفهوم توربوشارژ را بررسی کنیم و ببینیم نکات مثبت و نکات منفی استفاده از چنین موتورهایی در خودروها چیست؟

تاریخچه موتورهای توربوشارژ

توربوشارژ در اصل همان کلمه توربو شارژر است اما در کشور ایران، به توربوشارژ معروف شده است. در سال ۱۸۸۵ میلادی گوتیلب دایملر که یک فرد آلمانی بود، طرحی برای بهبود کارایی و قدرت و بازدهی موتورهای احتراقی ارائه نمود. قصد اصلی این مهندس آلمانی این بود که به کمک یک وسیله مکانیکی، عمل فشرده سازی هوا را انجام دهد و به سیلندر یا همان محفظه احتراق خودرو تزریق نماید. این طرح، بعد از چندین سال، به وسیله یک مهندس مکانیک بهبود یافت و موجب اختراع موتور توربوشارژ شد. یک مهندس اهل کشور سوئیسی به نام آلفرد بوچی در سال ۱۹۰۰ میلادی، با کمک این طرح، دست به کار بزرگی زد و سیستم توربوشارژ را اختراع کرد.

در جنگ جهانی اول، یک مهندس اهل کشور فرانسه به نام آگوست راتیو، یک موتور توربو شارژ را در درون یک موتور کمپانی رنو قرار داد. این موتور قرار بود به‌ عنوان موتور‌ اصلی هواپیماهای جنگنده کار کند. بعد از گذشت چند سال از شروع استفاده از تکنولوژی توربو شارژر در صنعت هواپیما سازی، این فناوری به کارخانه های خودروسازی هم رسوخ کرد و در حدود سال ۱۹۵۰ میلادی، چند کارخانه خودروسازی در قاره اروپا و در کشور ایالات متحده آمریکا سعی کردند که از موتور توربو شارژر در ساخت اتومبیل های خود استفاده کنند که این کار با موفقیت به انجام نرسید چرا که این سیستم، مسائل و دردسرهای زیادی را در پی داشت. سرانجام یکی از مطرح ترین شرکت های موجود در دنیا، یعنی شرکت جنرال موتورز توانست بعضی از معایب این سیستم را مرتفع کند و برای بار نخست در سال ۱۹۶۲ میلادی، اولین ماشینی که به موتور توربو شارژ تجهیز شده است، را معرفی کند.

توربوشارژ چیست؟

توربوشارژ چیست؟

هدف از مطرح شدن موتور های توربوشارژ، ساخت موتورهای با وزن کمتر و قدرت و بازدهی بیشتر بود. در موتورهای توربوشارژ بین خروجی دود از اگزوز ماشین و ورودی هوای به موتور خودرو، یک توربین قرار دارد که قدرت خود را از خروجی دود اگزوز می‌گیرد. ( دودی که از منیفولد اگزوز خارج می شود) نکته اینجاست که همین امر باعث بهینه تر شدن مصرف سوخت در موتور هم می گردد چرا که از انرژی که از اگزوز خارج می شد و به هدر می رفت به نحو احسن استفاده می شود.

برای اینکه یک خودرو بنزین سوز حرکت کند، چند فرآیند بایستی در درون موتورهای احتراقی این نوع خودروها انجام گردد. فرایند مکیدن بنزین، فرایند تراکم هوا، فرآیند احتراق و در نهایت فرآیند تخلیه. انجام این فرآیند ها موجب می گردد که میل لنگ خودرو چرخیده می شود و گشتاور تولید می‌ گردد. همین گشتاور تولید شده، در نهایت باعث حرکت خودروی بنزین سوز می گردد.

 در موتورهای احتراقی، بنزین به وسیله پمپ بنزین موجود در خودرو به طرف انژکتور ماشین حرکت می کند. این حرکت، با فشار بالا صورت می پذیرد. انژکتور هم این بنزین را در محفظه احتراق می پاشد و این بنزین پاشیده شده در محفظه احتراق با اکسیژن موجود در هوا تلفیق شده و باعث احتراق می شود.

می دانید که برای انجام هر نوع عمل احتراقی، وجود اکسیژن ضروری می باشد؛ به همین دلیل در تمام خودروهای بنزین سوز، راهکاری برای وارد شدن هوا به داخل محفظه احتراق یا همان سیلندر خودرو اندیشیده شده است. (ورودی هوایی که احتمالا بر روی موتور خودروی خود مشاهده کرده اید به همین منظور است) اما باید به این نکته دقت کنید که اکسیژن و بنزین باید با یک نسبت مشخصی نسبت به هم در محفظه احتراق خودرو وجود داشته باشند.

در صورتی که اکسیژن موجود در سیلندر، به نسبت بنزین موجود در سیلندر، کمتر باشد، هم از قدرت موتور خودرو کاسته می شود و هم مصرف بنزین موتور خودرو افزایش پیدا می کند و از طرف دیگر خودرو، آلودگی بیشتری تولید خواهد کرد.

توربو شارژ برای چکار لازم است؟

وقتی دور موتور پایین است معمولاً نسبت اکسیژن و بنزین موجود در سیلندر خودرو متناسب است؛ ولی وقتی دور موتور خودرو بالا می رود، بنزین زیادتری به محفظه احتراق خودرو وارد می شود اما اکسیژن موجود در آن ، به همان مقدار قبلی باقی می ماند. در واقع در موتورهای عادی، افزودن میزان اکسیژن موجود در محفظه احتراق خودرو، کار سختی است. همین مسئله و مشکل باعث شد که مهندسان به فکر پیدا کردن راهی برای افزایش اکسیژن موجود در محفظه احتراق خودرو بیافتند.

 اولین راهکاری که برای اضافه کردن اکسیژن موجود در سیلندر خودرو در دورهای بالای موتور به ذهن مهندسان رسید، زیادتر کردن حجم موتور بود؛ ولی زیاد کردن حجم موتور، مصرف بنزین ماشین را افزایش می دهد و همچنین آلودگی زیادی را تولید می‌ کند.

 در سال های اخیر، کشورهای دنیا خصوصا کشورهای صنعتی مانند کشور آلمان، ایالات متحده آمریکا، کره جنوبی، کشور ژاپن و … با دو معضل بسیار جدی مواجه بوده اند.

معضل اول، آلودگی هوا و معضل دوم کمبود و گرانی انرژی خصوصا بنزین. حکومت‌ها و دولت‌های موجود در دنیا به دنبال کاهش مصرف بنزین در کشور خود هستند چرا که کمبود و پایان یافتن منابع نفت خام، یک مسئله جدی در دنیای امروزی است و در واقع چند سال دیگر، همه چاه های نفت دنیا، خالی از نفت خواهند شد. در نتیجه هر طرحی که مصرف بنزین را افزایش دهد، پیشاپیش طرح شکست خورده ای است. از طرف دیگر مسئله آلودگی هوا هم مسئله ای بسیار مهمی است. به همین دو دلیل، شرکت های خودروسازی، طرح افزایش حجم موتور را کاملاً کنار گذاشتند و یا بهتر بگوییم از طرف دولت های خود، مجبور به کنار گذاشتن این طرح ها شدند.

راه حل این مشکل، چاره ای نبود به جز توربوشارژ کردن موتور های خودرو.

چگونه توربو شارژ کار می کند؟

کلمه توربوشارژ در فارسی به معنی پرخوران است. هدف از مطرح شدن موتور های توربو شارژ هم چیزی نبود جز ساختن یک سری موتور با وزن و حجم کم کم تر ولی قدرتمندتر و با بازدهی بیشتر.

در واقع سیستم توربوشارژ باعث بیشتر شدن اکسیژن موجود در محفظه احتراق در مواقع مورد نیاز می شود. منظور از مواقع مورد نیاز یعنی در زمانی که راننده خودرو، پای خود را روی پدال گاز می گذارد. یعنی در خودروهای دارای موتور توربوشارژ، در دورهای پایین موتور، سیستم توربو شارژ خودرو کار نمی کند و فقط وقتی دور موتور خودرو بالا می رود، سیستم توربوشارژ خودرو شروع به کار می‌کند و باعث می‌شود که اکسیژن به داخل محفظه احتراق خودرو تزریق گردد.

در موتورهای عادی، به منظور متراکم کردن هوایی که در داخل سیلندر خودرو وجود دارد، انرژی زیادی صرف می شود؛ چرا که متراکم کردن یک گاز، عمل بسیار سختی است و انرژی زیادی می طلبد. جهت انجام این کار، می بایستی میزان زیادی از انرژی و گشتاوری که موتور خودرو تولید می کند را صرف متراکم کردن هوا و هدایت کردن هوای متراکم شده، به داخل سیلندر یا محفظه احتراق ماشین کرد.

سیستم موتورتوربو شارژ به نحوی طراحی شده است که تراکم بخشی هوا را به وسیله انرژی موجود در گازهایی که از اگزوز ماشین خارج می شوند، انجام می دهد. در واقع طراح موتور توربو شارژ دست به کار بزرگی زده است و از انرژی که قرار بود با خارج شدن از اگزوز خودرو هدر برود، برای متراکم کردن هوا استفاده کرده است. به بیان ساده تر توربو شارژر، انرژی گرمایی که از اگزوز ماشین خارج می شود را باز استفاده می کند.

جزئیات کار سیستم موتور توربوشارژ

جزئیات کار سیستم موتور توربوشارژ

یک پره خروجی در اگزوز ماشین جای گرفته است که توربین نام دارد. شفتی که به این پره وصل است به یک پره دیگری که در مسیر اکسیژن ورودی به محفظه احتراق موتور است، اتصال دارد. نام پره ورودی به محفظه احتراق موتور، کمپرسور است. وقتی دور موتور خودرو پایین است انرژی که از اگزوز خودرو خارج می شود، خیلی زیاد نیست و در نتیجه اتفاق خاصی نمی‌افتد. در واقع در دور موتور پایین توربین و کمپرسور هر دو در حال چرخش هستند ولی چرخش آنها با سرعت پایینی صورت می‌پذیرد و هوای خاصی وارد محفظه احتراق خودرو نمی‌شود.

زمانی که دور موتور خودرو زیاد می شود، گاز زیادی از اگزوز خودرو خارج می شود و انرژی که از گازهای خروجی از اگزوز تولید می شود هم افزایش می یابد. همین انرژی، پره ای که به اگزوز خودرو وصل است را با سرعت بیشتری می چرخاند. چرخیدن با سرعت زیاد پره توربین، باعث چرخیدن با سرعت زیاد پره کمپرسور می شود.

سرعت زیاد کمپرسور هم، باعث فشرده شدن هوای ورودی به محفظه احتراق موتور شده و در واقع این هوای فشرده شده به داخل محفظه احتراق خودرو تزریق می گردد و تناسب خوبی بین میزان اکسیژن موجود در محفظه احتراق و همچنین بنزین موجود در محفظه احتراق ایجاد می شود.

در واقع با فشار زیادی که راننده با پای خود بر روی پدال گاز می آورد، دور موتور خودرو بالا می ‌رود و میزان پاشش سوخت به درون محفظه احتراق نیز افزایش پیدا می‌کند. از طرف دیگر با همین گاز دادن زیاد راننده، میزان انرژی خارج شده از اگزوز خودرو نیز زیاد می شود و به تبع آن میزان هوای وارد شده به درون محفظه احتراق هم افزایش می یابد. به همین سادگی، مشکل عدم تناسب میزان بنزین و میزان هوای موجود در محفظه احتراق در دورهای بالای موتور برطرف می‌شود و در نتیجه بنزین کمتری هدر می رود (بازدهی بالاتر می رود) و میزان آلودگی هوا کاهش پیدا می کند.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.