توربوشارژر چیست و نحوه عملکرد آن چگونه است؟

توربو شارژر چیست و نحوه عملکرد آن چگونه است؟

توربوشارژر یک دم هوا است که برای افزایش قدرت موتور ساخته شده است. با انرژی گازهای خروجی که در موتورها تلف می شود کار می کند. این انرژی تلف شده گازهای خروجی، به شکل فشار، گرما و سرعت مورد استفاده قرار می گیرد.

توربوشارژر در واقع یک دم هوا است که توسط گازهای خروجی هدایت می شود و سیلندرها را با هوای اضافی پر می کند.

از آنجایی که قدرت در موتورها به مقدار هوای وارد شده به سیلندرها و مقدار سوخت تزریق شده بستگی دارد، پر کردن بیش از حد سیلندرها باعث افزایش قدرت موتور تا تقریباً 30 تا 40 درصد می شود. توربو شارژر روی منیفولد اگزوز موتور قرار دارد و با گرفتن انرژی گازِ خروجی کار می کند.

گاز خروجی از منیفولد اگزوز، چرخ توربین توربوشارژر را می چرخاند. همچنین توربین، چرخ کمپرسور را که به همان شفت متصل است می چرخاند و کمپرسور که مانند یک فن عمل می کند هوای بیشتری را به داخل سیلندرهای موتور می راند.

این فشار هوای اضافی، سوزاندن کارآمد مقدار بیشتری از سوخت را تضمین می کند و بنابراین قدرت بیشتری در مقایسه با یک موتور معمولی به دست می آید. سرعت توربین توسط دور موتور و بار کنترل می شود.

فشار اتمسفر 1.033 کیلوگرم بر سانتی متر مربع در دمای معمولی در سطح دریا است. با این حال، فشار اتمسفر با بالا رفتن از سطح دریا کاهش می یابد (0.35 کیلوگرم بر سانتی متر مربع در 10000 متر).

سرعت توربین به ازای هر 300 متر افزایش ارتفاع از سطح دریا 1400 دور در دقیقه افزایش می یابد. سرعت توربوشارژر مورد استفاده امروزه بین 50000 تا 130000 دور در دقیقه است.

توربو به چه معناست؟

معادل دقیق توربو Super Feeding  است و در تئوری می توانیم آن را پمپ هوای گرم بنامیم. وظیفه توربو این است که به موتور اجازه دهد تا هوای جذب شده بیشتری را با کمک سوپاپ ورودی جذب کند. این هوای مکیده شده برای احتراق با فشار بالا به سیلندر فرستاده می شود. به لطف این سیستم به موتور اجازه داده می شود تا قدرت بیشتری تولید کند. در حالی که وسایل نقلیه توربوشارژر نسبت به موتورهای نسل قدیمی، قدرت بیشتری تولید می کنند، مصرف سوخت را تا حد زیادی کاهش می دهند، بنابراین عامل مهمی در صرفه جویی انرژی هستند. جدا از همه اینها، با ساختار محیط زیستی خود نیز توجه ها را به خود جلب می کنند.

ساختار و قطعات توربو شارژر

حال ببینیم توربو شارژر چیست و از چه قطعاتی تشکیل یافته است؟! توربوشارژر از سه قسمت توربین، جعبه یاتاقان و کمپرسور تشکیل شده است. در یک طرف جعبه یاتاقان یک کمپرسور و در طرف دیگر یک توربین وجود دارد. توربین و چرخ کمپرسور به یک شفت متصل هستند. بلبرینگ های جعبه یاتاقان دارای بوش هستند و با روغن موتور روغن کاری می شوند.

توربین : قسمتی است که با گاز خروجی برخورد می کند و روی منیفولد اگزوز وصل می شود و بدنه آن چدنی است. پره های توربین از ولفرام ساخته شده اند.

کمپرسور : چرخ کمپرسور از آلومینیوم ساخته شده و با مهره به شفت توربین متصل می شود. با ماشینکاری دقیق متعادل می شود و بدنه آن از آلومینیوم ساخته شده است.

جعبه یاتاقان: یاتاقان شفت توربین را فراهم می کند و محفظه توربین و محفظه کمپرسور را به هم متصل می کند. یاتاقان ها با روغن موتور تحت فشار روغن کاری شده و روغن به میل لنگ باز می گردد.

نحوه عملکرد توربو شارژر

به محض روشن شدن موتور، گازهای خروجی از منیفولد اگزوز به توربین داخل توربوشارژر فرستاده می شود. انرژی موجود در گازهای خروجی که از پره های توربین عبور می کند و از سیستم اگزوز خارج می شود شروع به چرخاندن توربین می کند. از آنجایی که پره های کمپرسور روی یک محور به توربین متصل می شوند، پره های کمپرسور نیز شروع به چرخش می کنند.

همانطور که پره های کمپرسور هوا را از مرکز می گیرند و به محیط اطراف می دهند، افزایش فشار در منیفولد ورودی رخ می دهد. هنگامی که سوخت بیشتری به مخلوط هوا و سوخت اضافه می شود، انرژی بیشتری به گازهای خروجی اگزوز داده می شود. با توجه به افزایش انرژی در گازهای خروجی، سرعت چرخش توربین افزایش می یابد و سرعت چرخش پره های کمپرسور نیز افزایش می یابد. افزایش سرعت چرخش کمپرسور هوای بیشتری را به موتور می رساند.

هنگامی که بار موتور افزایش می یابد، سرعت توربین و پره های کمپرسور افزایش می یابد زیرا گازهای خروجی انرژی بیشتری به دست می آورند.

پره های کمپرسور هوای کمتری را به موتور می فرستند زیرا انرژی گازهای خروجی با کاهش بار موتور یا کاهش دور موتور، کاهش می یابد.

اصل کار توربو چیست؟

از نظر ساختار توربو از یک پمپ مکانیکی تشکیل شده است. مطابق با عملکرد سیستم، هوای مکیده شده، فن کمپرسور را در توربو می چرخاند. در عین حال، گازهای سوزانده شده به منیفولد اگزوز عامل دیگری است که از چرخش سریع فن توربو پشتیبانی می کند. قسمتی که گازهای سوخته را کنترل می کند، قسمتی به نام توربین داخل توربو است. نام قطعه تنظیم کننده هوای تمیز و فشار کمپرسور است. منطق اصلی کار سیستم بر پایه تزریق مخلوط هوا و سوخت به داخل سیلندر با فشار بسیار بالا است. هر چه فشار را بیشتر کنید، کیفیت احتراق بالاتر است. احتراق بالا به معنای عملکرد بالا است.

اگرچه توربو قطعه ای نیست که زیاد خراب شود، اما در صورت خرابی می تواند هزینه زیادی به همراه داشته باشد. یکی از رایج ترین خرابی ها در توربو کمبود روغن در توربو است. کیفیت روغن مورد استفاده در حین کار، به دلیل ساختار توربو از اهمیت بالایی برخوردار است. جدای از این، شکستن پره های هوای توربو یا سوراخ شدن و فرسودگی شیلنگ های هوا به عنوان اصلی ترین و رایج ترین نقص های این قطعات شناخته می شوند.

فناوری زمان متغیر توربو (VTG)

در توربوهای متغیر با زمان، گازهای خروجی پرفشار به لطف پره های هدایت کننده (فلپ) به پروانه های توربین در ارتباط با قدرت دورانی موتور هدایت می شوند. به عبارت دیگر، به لطف فلپ ها، فشار داخل توربین کاهش و افزایش می یابد. به عنوان مثال، فلپ ها در دورهای پایین موتور بسته می شوند و گازهای خروجی در فشار بالا به مرکز پروانه توربین هدایت می شوند.

بنابراین فشار توربو در سرعت های پایین افزایش می یابد و گشتاور بالایی به دست می آید. با افزایش دور موتور، فلپ ها باز می شوند و این بار به گازهای خروجی اجازه می دهد تا در مرکز تیغه توربین به سمت بیرون منفجر شوند. بنابراین فشار توربو به لطف فلپ های زمان متغیر افزایش می یابد و عملکرد مطلوب در کنار مصرف سوخت بالا از توربو به دست می آید.

فناوری در توربوهای زمان متغیر (VTG) بسیار بالا است و تنظیم زمان در حال حاضر توسط سنسورهای کنترل شده با خلاء انجام می شود. با این حال، در آینده تلاش هایی برای اطمینان از کنترل کامل تایمرها به صورت الکترونیکی انجام می شود. امروزه فناوری VTG که برای اولین بار در خودروهای سواری مورد استفاده قرار می گیرد، با موفقیت در دیزل های سنگین جدید استفاده می شود و نتایج بسیار خوبی می دهد.

جمع بندی

توربوشارژر بسته به پارامترهای ECU در خودروهای نسل جدید کار می کند. از سوپاپ ها و سنسورها برای اندازه گیری فشار توربو استفاده می شود تا با توجه به سرعت موتور و سایر پارامترها، موتور تحت فشار قرار نگیرد.

توربوشارژر از توربین، کمپرسور و جعبه یاتاقان تشکیل شده است. قسمت توربین به منیفولد اگزوز متصل است. از طرف دیگر کمپرسور هوا را جذب کرده و تحت فشار به موتور می فرستد. با عبور گازهای داغی که از اگزوز موتور خارج می شود، کمپرسور انتهای شفتی که قسمت توربین به آن متصل است را می چرخاند و اطمینان حاصل می کند که هوای ورودی به سیلندر موتور با فشار و چگالی بالا ارسال می شود.

با اسپرت تازان همراه باشید …