نگاهی به مشخصات خودروهای جدید که یکی از پیشرانه‌ی تنفس طبیعی و دیگری از پیشرانه‌ی توربوشارژر استفاده می‌کند، بیشتر شما را با ارزش توربوشارژر آشنا خواهد کرد. برای مثال هیوندای توسان با داشتن پیشرانه‌ای چهار سیلندر و ۲.۴ لیتری قدرتی معادل ۱۷۷ اسب بخار و گشتاور حدود ۲۲۸ نیوتون‌متر تولید می‌کند؛ اما یک مرسدس بنز C200 با داشتن پیشرانه‌ای کوچکتر با ۱.۸ لیتر حجم قدرت و گشتاور ۱۸۴ و ۲۷۰ نیوتون متر در اختیار راننده قرار می‌دهد؛ ضمن این که مصرف سوخت کمتری دارد. اصلی‌ترین دلیل دستیابی پیشرانه‌ی مرسدس بنز به عملکرد بهتر در استفاده‌ی این خودرو از سیستم پرخوران است. با استفاده از سیستم‌های پرخوران می‌توان پیشرانه‌هایی کوچک‌تر، سبک‌تر و کم‌مصرف‌تر تولید کرد.

تاریخچه‌ی توربوشارژرها

نخستین استفاده از سیستم‌های پرخوران به اواخر قرن ۱۹ بازمی‌گردد؛ در سال ۱۸۸۵ گوتلیب دایملر مهندس آلمانی ایده‌ای مبنی بر استفاده از یک پمپ مکانیکی برای تزریق هوا به پیشرانه‌های احتراق داخلی داشت. اما اختراع توربوشارژر به شکلی که امروزه می‌شناسیم، توسط مخترع سوئیسی، آلفرد بوشی انجام شد. البته سال‌های زیادی طول کشید تا این سیستم بتواند به‌صورت عمده و عملی مورد استفاده قرار گیرد. در سال ۱۹۱۸ یکی از مهندسان شرکت جنرال الکتریک به نام سانفورد الکساندر ماس اقدام به نصب سیستم توربوشارژر روی یک پیشرانه‌ی ۱۲ سیلندر کرد. این پیشرانه با نام لیبرتی دارای ۲۷ لیتر حجم بود و برای استفاده در تانک و هواپیماهای جنگ جهانی اول طراحی شده بود. الکساندر ماس این پیشرانه را برای آزمایش به کوه‌ پایکس پیک در کلرادو برد. در ارتفاع حدود ۵۵۰۰ متری از سطح دریا، فشار هوا تقریبا نصف فشار هوای سطح دریا است. از لحاظ تئوری این یعنی یک پیشرانه‌ی احتراقی در چنین ارتفاعی نصف حالت عادی قدرت خواهد داشت. نتایج آزمایشات وی نشان داد که پیشرانه‌ی توربوشارژردار در ارتفاعات بالا افت بسیار کمتری نسبت به پیشرانه‌های اتمسفریک یا تنفس طبیعی دارند. همان‌طور که واضع است هر چقدر ارتفاع از سطح دریا افزایش یابد به دلیل رقیق‌تر شدن هوا میزان چگالی آن کاهش‌ می‌یابد و پیشرانه‌های احتراقی دچار افت توان می‌شوند.

نحوه‌ی عملکرد توربوشارژرها

توربوشارژر در حقیقت یک توربین است که هوا را فشرده می‌کند و به داخل محفظه‌ی احتراق می‌فرستد. سوپرشارژر و توربوشارژر هر دو همین کار را انجام می‌دهند و تفاوت آن‌ها تنها در نحوه‌ی تأمین نیروی مورد نیازشان است. سوپرشارژرها نیروی مورد نیاز خود را مستقیما از میل لنگ خودرو دریافت می‌کنند که می‌تواند با استفاده از تسمه باشد، اما توربوشارژر نیروی مورد نیاز خود را از گازهای خروجی اگزوز تأمین می‌کند. مزیت سوپرشارژرها در این است که چون مستقیما به میل‌لنگ متصل هستند، دیگر تأخیری در عملکرد آن‌ها وجود ندارد و از ابتدای گاز دادن راننده، وارد عمل می‌شوند. اما توربوشارژر برای چرخش نیاز به انتقال انرژی گازهای اگزوز به توربین دارد تا آن را به چرخش دربیاورند. بنابراین لازم است پیشرانه کمی دور بگیرد تا توربوشارژرها بتوانند کار خود را انجام دهند. این قضیه سبب تأخیر زمانی در عملکرد توربو می‌شود که اصطلاحا به آن لگ (Lag) گفته می‌شود. اما عملکرد این سیستم چگونه است؟

می‌دانیم در یک پیشرانه‌ی تنفس طبیعی (اتمسفریک) هنگامی که پیشرانه در حال مکش هوا است ،تنها نیرویی که هوا را به داخل سیلندر می‌کشاند، فشار اتمسفر است (دقیقا همانند پر کردن یک سرنگ). توربوشارژرها با اعمال نیروی اضافی به هوای ورودی و پمپ کردن هوای فشرده به داخل محفظه‌ی احتراق، سبب ورود اکسیژن بیشتری به سیلندر می‌شوند و پیستون در یک کورس خود می‌تواند اکسیژن بیشتری به داخل سیلندر مکش کند و مسلم است که اکسیژن بیشتر به معنای احتراقی کامل‌تر و قدرتمند‌تر است. همین عامل سبب افزایش قدرت پیشرانه‌های توربوشارژردار است.

توربوشارژرها از دو بخش تشکیل شده‌اند که یکی توربین و دیگر کمپرسور است. گازهای خروجی از اگزوز که دارای سرعت زیادی هستند با توربین برخورد می‌کنند و آن را به چرخش درمی‌آورند از آنجایی که توربین و کمپرسور هم‌محور هستند، با چرخش توربین کمپرسور نیز به چرخش درمی‌آید و شروع به پمپ کردن هوا به داخل سیلندر‌ها می‌کند. در شکل زیر یک توربوشارژر برش خورده را مشاهده می‌کنید که توربین و کمپرسور آن هم‌محور هستند.

توربین توربوشارژر با دور بسیار بالایی گردش می‌کند که می‌تواند به ۲۰۰ هزار دور بر دقیقه نیز برسد. یکی از مهمترین عوامل مهم در عملکرد یک توربوشارژر اندازه‌ی توربین است. اگر سایز توربین بزرگ باشد، می تواند بوست یا فشار هوای بیشتری تولید کند؛ اما ایراد آن این است که در دورهای پایین کارایی مناسبی ندارد؛ اما توربین کوچک‌تر می تواند دور بیشتری بگیرد و در دورهای پایین نیز فورا وارد عمل شود و تأخیر کمتری دارد، اما در دورهای بالا کارایی آن افت می‌کند. پس بسیار مهم است که خودروساز بر اساس نیاز و نوع پیشرانه سایز توربین مناسب را برای خودرو انتخاب کند. نوع پره‌های مورد استفاده در کمپرسور نیز از نوع گریز از مرکز است تا بتواند فشار بیشتری تولید کند.

نگهداری از خودروهای دارای سیستم توربوشارژر

توربوشارژر‌ها قدرت و گشتاور بیشتر را در کنار مصرف سوخت کمتر در اختیار شما قرار می‌دهند. اما این قابلیت‌ها هزینه‌هایی به جز قیمت بیشتر پیشرانه نیز دارند که همان مسئله‌ی سرویس و نگهداری توربوشارژر‌ها است. خودروی مجهز به توربوشارژر نیاز به توجه بیشتری نسبت به یک خودروی معمولی دارد. با توجه به دمای بالاتر این پیشرانه‌ها و همچنین قدرت بالاترشان، نیاز است حتما از روغن موتور مرغوب در این خودروها استفاده کنید. روغن موتور مرغوب و اصلی برای یک خودروی توربوشارژر بسیار حیاتی است؛ چون خود سیستم توبوشارژر نیز با روغن موتور، روغن‌کاری می‌شود و با توجه به دقت بالای اجزای توربوشارژرها باید حتما روغن مرغوب به کار گرفته شود. دمای بالاتر پیشرانه‌های مجهز به توربوشارژر نیز عاملی است که با توجه به آن باید همواره مراقب سطح روغن این‌گونه پیشرانه‌ها بود تا اگر از میزان روغن کاسته شده باشد، دوباره روغن به موتور اضافه کرد. همچنین فیلتر روغن نیز باید همیشه در زمان تعیین‌شده توسط کمپانی و با هر بار تعویض روغن، تعویض شود و کوچک‌ترین اغماضی در خصوص آن می‌تواند خرابی پیشرانه‌ی خودرو و مجموعه‌ی توربوشارژر را به دنبال داشته باشد.

در مبحث رانندگی نیز خودروی توربوشارژردار نیاز به دقت و رعایت بیشتری دارد. برای مثال هنگامی که پیشرانه گرم است و مدت‌زمانی با خودرو رانندگی کرده‌اید، در صورت توقف نباید فورا پیشرانه را خاموش کنید، بلکه باید حدود سه الی چهار دقیقه صبر کرد تا دمای پیشرانه‌ به حالت عادی برگردد و سپس خودرو را خاموش کرد. اگر هنگام گرم بودن پیشرانه، آن را ناگهان خاموش کنید؛ این کار سبب متوقف شدن اویل پمپ (پمپ روغن) خودرو و در نتیجه توقف روغن‌کاری توربو می‌شود. با توجه به دمای بسیار بالای توربوشارژر وقتی روغن در این مجراهای بسیار داغ از حرکت بازمی‌ایستد، می‌سوزد و تبدیل به روغن سوخته می‌شود. سوختن روغن می‌تواند به‌مرور باعث جرم‌گرفتگی مجراها شود و در عملیات روغن‌کاری اختلال ایجاد کند.

هر آنچه درباره توربوشارژ نیاز دارید را در فایل زیر در قالب پاور پوینت به اشتراک بگذارید