تحقیق حاضر به توربوشارژ و توربوشارژ كردن و سوپر شارژر كردن

سوموتورهاي درونسوز مي پردازد و اصول كار را بيان مي كند. توربوشارژ

قابليت راندن و عملكرد خودرو را تغيير مي دهد و به فرايندي گفته مي شود كه

طي آن با استفاده از انرژي گازهاي خروجي اگزوز، هوا متراكم و به داخل

سيلندر هدايت مي شود. اجزاي اصلي يك توربوشارژ شامل توربين، كمپرسور،

( و كنترلرهاست. اولين حقafter cooler( يا افتركولر )inter coolerاينتركولر )

و به نام دكتر آلفرد بوچي ثبت شده است. 1905امتياز اين دستگاه در سال

خالصJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJه:

در موتورهاي ديزل J به غير از انواع كوچك آن J توربوشارژ يكي از اجزاي الينفك

است كه موجب افزايش نسبت توان به وزن، حجم و هزينه نهايي مي شود. از

جمله مزاياي ديگر توربوشارژ كردن در موتورهاي ديزل، كاهش دودزايي و

صداست.

در گذشته تنها موتورهاي بنزيني توربوشارژ شده، موتورهاي پيستوني هواپيما و

بعد از آن خودروهاي مخصوص مسابقه بودند. با استفاده از توربوشارژ، مقدار

توان توليدي موتور هواپيما در سطح دريا تا ارتفاعات باال حفظ مي شود و امكان

استفاده از موتور كوچكتر فراهم مي آيد. توان خودروهاي مسابقه نيز با

توربوشارژ كردن به طور چشمگيري افزايش مي يابد. به عنوان مثال مي توان از

توان دريافت كرد. بعدهاKW 500 بيش از CC 1500يك موتور بنزيني با حجم

توربوشارژدر خودروهاي سواري متداول نيز به كار گرفته شد و استفاده از آن

درصد از انواع20 ميالدي حدود 80گسترش يافت؛ به طوري كه در اواخر دهه

خودروهاي اروپايي از آن بهره مي بردند و علت اصلي آن نيز افزايش هزينه

سوخت )بنزين( بود.

b كم حجم مي تواند ضمن صرفه جويي در يك موتور بنزيني توربوشارژ شده نسبتا

مصرف سوخت، توان و گشتاور باالي يك موتور داراي مكش عادي ولي با حجم

زياد را ايجاد كند. براي آشنايي هرچه بيشتر با توربوشارژ در ادامه به مفاهيم

اساسي سوپرشارژ كردن، توربوشارژ كردن، خنك كردن شارژ و موتور مركب

پرداخته مي شود.

 

سوپر شارژر و توربو شارژر:

توربوشارژر وسیله ای است که می تواند بدون آنکه وزن موتور را به مقدار قابل

توجهی افزایش دهد، قدرت موتور را بسیار باال ببرد و به همین دلیل است که از

چنین محبوبیت گسترده ای برخوردار است! در اینجا قصد داریم بفهمیم که

توربوشارژر چگونه می تواند بدون آنکه تغییر چندانی در وضعیت فیزیکی موتور

ایجاد کند، قدرت را به مقدار بسیار زیادی افزایش دهد. همچنین خواهیم دید

دریچه های خروجی، پره های سرامیکی توربین، مجراهای عبور گاز چگونه کارآیی

سوپر شارژر را بهبود می بخشند.

رد این توربوشارژر را همچنین می توان در خودروهای دیزلی بزرگ هم مشاهده

کرد. امروزه می توان خودروهای سواری زیادی را در شهر مشاهده کرد که

هر گوشه ای از آنها نصب شده است. turboعبارت

توربوشارژر وسیله ای است که می تواند بدون آنکه وزن موتور را به مقدار قابل

توجهی افزایش دهد، قدرت موتور را بسیار باال ببرد و به همین دلیل است که از

چنین محبوبیت گسترده ای برخوردار است! در اینجا قصد داریم بفهمیم که

توربوشارژر چگونه می تواند بدون آنکه تغییر چندانی در وضعیت فیزیکی موتور

ایجاد کند، قدرت را به مقدار بسیار زیادی افزایش دهد. همچنین خواهیم دید

دریچه های خروجی، پره های سرامیکی توربین، مجراهای عبور گاز چگونه کارآیی

سوپر شارژر را بهبود می بخشند.

توربوشارژر چیست؟

توربوشارژر نوعی سیستم دمنده است که هوا را با فشار زیاد به درون سیلندر

می دمد. هنگامی که پیستون در حالت عکس قرار دارد، مخلوط هوا و سوخت

)در موتور دیزلی، هوا( را به درون سیلندر می مکد. هر چه فشار هوا بیشتر

باشد مقدار مولکولهای هوا بیشتر خواهد بود، و بالتبع مخلوط هوا و سوخت

بیشتری در سیلندر جای خواهد گرفت. هر چه سوخت بیشتر باشد، قدرت ناشی

از احتراق هم بیشتر خواهد بود.

بدین ترتیب موتور مجهز به توربوشارژر قدرت بیشتری نسبت به موتور معمولی

تولید می کند. توربوشارژر به سادگی می تواند نسبت قدرت به وزن موتور را

بهبود ببخشد، یعنی با قدرت مساوی خودروی مجهز به توربو شارژر از موتوری

با وزن و حجم کمتر سود می برد، در نتیجه حجم و وزن خودرو نیز کمتر می شود

و این بدان معنی است که شتاب خودروی مجهز به توربوشارژر بیشتر است و

سریع تر به سرعت مناسب دست پیدا می کند.

توربوشارژر قدرت الزم برای فشرده کردن هوای ورودی را از کجا تأمین

می کند؟

در نوع ابتدایی توربوشارژر )که سوپر شارژر نام دارد(، قدرت مورد نیاز از میل

لنگ گرفته می شد، یعنی بخشی از توان تولیدی خودرو صرف فشرده سازی

هوای ورودی می شد. ولی در نوع پیشرفته تر که همان توربوشارژر است، از

فشار گاز خروجی اگزوز استفاده می شود. گازهای خروجی اگزوز داغ هستند و

می توان از انرژی جنبشی، سرعت و فشار آنها برای چرخاندن یک توربین

استفاده کرد. این توربین هم یک پمپ هوا را می گرداند و در نهایت، پمپ، هوا را

فشرده کرده به درون سیلندر می فرستد. توربین نصب شده در مسیر گازهای

بار30 هزار دور در دقیقه می رسد که بیش از 150خروجی گاه به سرعت

سریع تر از دور موتور اغلب خودروهای امروزی است.

دمای این توربین هم به دلیل تماس با گازهای داغ خروجی بسیار باالست. این

دو عامل موجب می شوند توربین از فناوری پیشرفته ای برخوردار باشد تا بتواند

کارآیی و دوام خود را تا مدت ها حفظ کند.

55 تا 40یک نگاه آماری: توربوشارژرهای رایج می توانند هوا را به فشار

کیلوپاسکال بیشتر از هوای محیط برسانند. از آنجایی که فشار هوای سطح دریا

100 b درصد هوای50 کیلوپاسکال است، مشخص می شود که توربوشارژر تقریبا

بیشتر وارد سیلندر می کند. بنابراین انتظار می رود که قدرت هم تا پنجاه درصد

درصد40 تا 30افزایش یابد. ولی به دلیل برخی تلفات، این افزایش قدرت بین

خواهد بود. یکی از دالیل این اتالف به این موضوع باز می گردد که کار مورد نیاز

توربوشارژر رایگان نیست. هنگامی که گاز خروجی اگزوز توربین را می چرخاند،

بدان معنی است که مقاومتی در برابر خروج گازها وجود دارد، پس پیستون باید

فشار بیشتری اعمال کند تا گاز تخلیه شود و این، بخشی از قدرت موتور را

مصرف می کند.

یکی دیگر از مزایای توربوشارژر، قابلیت بهبود کارکرد موتور در ارتفاعات

است. در ارتفاعات، فشار هوا کمتر است و در نتیجه هوای کمتری در سیلندر

وارد می شود. خودروهای معمولی در چنین ارتفاعاتی با کاهش قدرت مواجه

می شوند، ولی خودروهای مجهز به توربوشارژر علیرغم آنکه با کاهش قدرت

مواجه می شوند، ولی مقدار این کاهش به مراتب کمتر است؛ چرا که کار الزم

برای فشرده کردن گاز رقیق کمتر است!

همان طور که اشاره شد، یک توربوشارژر معمولی از یک توربین، یک میل محور

)شافت( و یک کمپرسور تشکیل شده است. مجرای گاز خروجی اگزوز معموال

به گونه ای طراحی می شود که گاز دارای بیشترین سرعت و دمای ممکن باشد.

هزار دور در دقیقه150پره های توربین با طراحی خاص می توانند به گردش

دست پیدا کنند، ولی انتقال چنین گردشی به کمپرسور کار ساده ای نیست. میل

محوری که پروانه توربین را به پره های کمپرسور متصل می کند، باید دارای

پایداری بسیار باالیی باشد. اغلب میل محورهای معمولی در چنین سرعت باالیی

منفجر می شوند، زیرا هم دمای میله بسیار باال می رود، هم اندکی جابه جایی و

عدم تعادل در نصب میل محور کافی است تا در این سرعت، میل محور به

بیرون پرتاب شود. از این رو از یاتاقانهای روغنی برای مهار میل محور در

توربوشارژر استفاده می شود. در چنین یاتاقانهایی، الیه نازکی از روغن اطراف

میل محور را می پوشاند و بدین ترتیب، هم میل محور را خنک می كند و هم

اصطکاک های احتمالی را به حداقل می رساند.

پس از انتقال قدرت به کمپرسور، پره کمپرسور به گردش در می آید. کمپرسور

همانند یک پمپ سانتریفوژ عمل می کند، بدین ترتیب که هوا را از مرکز به

گردش در می آورد و در نهایت هوای فشرده شده را از حفره تعبیه شده در

محیط خارج به بیرون می دمد.

محدودیت های توربوشارژر

الف- فشار: فشار حداکثر درون سیلندر نباید از یک مقدار مجاز بیشتر شود.

هنگامی که مخلوط هوا و سوخت در سیلندر یک خودروی بنزینی متراکم می

شود، دمای آن نیز همراه با فشار افزایش خواهد یافت. فشار بیش از اندازه به

دیواره های سیلندر، سرسیلندر و حتی پیستون و میل لنگ موجب کاهش عمر

مفید آنها می شود.

افزایش دما اثری به مراتب بدتر دارد. اگر دما از حد مشخصی باالتر رود،

مخلوط هوا و سوخت می توانند پیش از زدن جرقه دچار احتراق شوند. بدین

ترتیب نه تنها چرخه منظم موتور دچار اخالل می شود، بلکه ضربه ناشی از

احتراق می تواند آسیب های جدی به موتور وارد آورد. از این رو برخی با کاهش

دادن نسبت تراکم سیلندر، حداکثر فشار و دما را در محدوده مجاز نگه

می دارند. البته برخی دیگر سوختی با اکتان باالتر را برای موتور پیشنهاد

می كنند.

ب- زمان تأخیر: یکی از مهم ترین مشکالت توربوشارژر این است که نمی توانند

افزایش قدرت را به طور ناگهانی اعمال کنند. هنگامی که به پدال گاز فشار

b یک ثانیه طول می کشد تا توربین به سرعت الزم دست پیدا کند می آورید، حدودا

و افزایش قدرت اعمال شود. بنابراین افزایش قدرت با کمی تأخیر حاصل

می شود. یکی از روش های کاستن این زمان تأخیر، پایین آوردن اینرسی قطعات

b از طریق سبک کردن قطعات بدست می آید؛ بدین ترتیب است که معموال

توربین و پمپ سریع تر شتاب می گیرند و قدرت سریع تر اعمال می شود.

ج- اندازه توربوشارژر: اندازه توربوشارژر هم مزایا و معایبی به همراه دارد. هر

چه توربوشارژر کوچکتر باشد، زمان تأخیر کمتری دارد و سریع تر قدرت را

اعمال می کند، ولی در سرعت های بسیار باال که باید حجم زیادی هوا را وارد

سیلندر کند، کم توان و گاه خطرناک ظاهر می شود. در مقابل، توربوشارژر

بزرگ می تواند به خوبی از عهده پمپ کردن حجم زیاد هوا برآید، ولی زمان

تأخیر آن بیشتر خواهد بود

خوشبختانه راه حل های جالبی برای مقابله با این مشکالت پیشنهاد شده است

که به برخی از آنها اشاره می کنیم:

(wastegate- دریچه اگزوز )

بسیاری از خودروهای توربوشارژردار از یک یا چند دریچه کمکی در مجرای

اگزوز سود می برند که آنها را قادر می سازد از توربوشارژرهای کوچک استفاده

کنند. هنگامی که سرعت خودرو بسیار باال می رود و بالتبع حجم گاز اگزوز

افزایش می یابد، این خطر وجود دارد که توربین با سرعت بسیار باالتری بگردد.

از این شرایط این دریچه ها باز شده و بخشی از اگزوز بدون آنکه از توربین

عبور کند، از موتور خارج می شود. به این ترتیب سرعت دوران توربین در

سرعت های باال هم در حد مجاز باقی می ماند.

- یاتاقانهای ساچمه ای

در این یاتاقانها، از ساچمه های بسیار پیشرفته ای استفاده شده که از مواد بسیار

پیشرفته و با فناوری فرا دقیق ساخته شده اند.

این یاتاقانها موجب می شوند میل محور با اصطکاک کمتری نسبت به یاتاقانهای

روغنی که در اغلب نمونه ها استفاده می شود، بگردد؛ ضمن آنکه موجب می

شود از میل محورهای کوچکتر و سبکتری هم بتوان استفاده کرد. این چنین میل

محور سریع تر شتاب می گیرد و زمان تأخیر کاهش می یابد.

- پره های سرامیکی توربین

سرامیک، دسته ای از مواد هستند که استحکام خوبی دارند و به مراتب از فلز

هم ابعاد خود سبک ترند. استفاده از این پره ها به جای پره های فلزی دو مزیت

دارد، نخست آنکه با سبک تر کردن توربین، زمان تأخیر را کاهش می دهد و دوم،

چون بر همکنش با مواد خورنده درون اگزوز ندارد، شکل خود را برای مدت ها

حفظ می کند و مانند پره فلزی خورده نمی شود.

- خنک کننده داخلی

هنگامی که توربوشارژر هوا را فشرده می کند، خواه نا خواه دمای هوا نیز

افزایش می یابد. این افزایش دما جدای از تأثیر مخرب بر حداکثر فشار درون

سیلندر، موجب می شود مولکولهای هوا کمتر از آن مقداری باشند که در

طراحی خودرو در نظر گرفته شده است. لذا از یک خنک کننده استفاده

می شود تا بدون افت محسوس فشار هوا، دمای آن به مقدار قابل توجهی

کاهش یابد. بدین ترتیب می توان با اطمینان خاطر و بدون نگران بودن از پیش

شعله، فشار مخلوط هوا و سوخت را به حداکثر رساند.

سوپر شارژر

سوپر شارژرها كمپرسورهایی هستند كه توان مورد نیاز خود را برای فشردن

هوا از موتور می گیرند . و توربو شارژر ها، همان سوپر شارژر هایی هستند كه

نیروی محركه خود را از دودهای خروجی از اگزوز می گیرند .

سه نوع سوپر شارژر وجود دارد :

• نوع دمنده ای

• نوع گریز از مركز

• نوع مارپیچی

كه همگی آنها قدرت رانشی خود را بطریقی از میل لنگ موتور می گیرند

بطوریكه سرعت باالتر موتور ، باعث سریع تر چرخیدن آنها می شود

دور در دقیقه و نوع سوم یا گریز از مركز15000دو نوع اول با سرعتی معادل

دور در دقیقه می چرخد . 40000با سرعتی معادل

مقایسه توربو شارژر و سوپر شارژر

زمان در سرویس قرار گرفتن : سوپرشارژرها بالفاصله بعد از روشن نمودن و

چرخش موتور، در سرویس قرار می گیرند و هوای فشرده را در اختیار موتور

قرار می دهند هر چند این میزان تقویت اولیه برای موتور، خیلی اندك است ولی

بتدریج با دور گرفتن موتور افزایش می یابد و حاصل آن افزایش آرام و

یكنواخت توان موتور است .

اما در مقابل توربو شارژر ها نقطه ضعفی دارند كه آن را تاخیر در واكنش

نشان دادن می نامند. چون لختی كه توربو شارژرها در آغاز كار دارند و باید ابتدا

( باعث می شود كهspool upدودهای خروجی داغ تولید شوند تا دور بگیرند )

مدتی طول بكشد تا هوا را برای فرستادن به موتور فشرده كنند و بنابراین تا

دور موتور باال نرفته است نمی توانند هوا را به شكل دلخواه فشرده كنند.

( معموالwide open throttle =wotدر حالتی كه دریچه هوای ورودی آنها باز باشد )

یك افزایش ناگهانی در قدرت توربو شارژر پدید می آید. این موضوع در دورهای

صورت می گیرد و در این حالت اگر شما خودرویی را كه توربوrpm 3000حدود

شارژر دارد رانده باشید، ضربه هایی را كه وارد می شود حس خواهید كرد.

البته این امكان وجود دارد كه توربو شارژرها را در اندازه ای ساخت كه واكنش

b موتور های دیزلی وجود دارد كه توربو شارژرهای اولیه آنها سریع تر باشد . مثال

دور در دقیقه1700-2000آنان به اندازه ای كوچك است كه دور آن به

می رسد. عیب عمده ای كه این نوع توربوشارژرها دارند این است كه توانهای

باالیی را نمی توان از آنها گرفت.

افت توان غیر قابل اجتناب

سوپرشارژرها بعلت اینكه نیروی خود را از موتور می گیرند باعث می شوند كه

بخشی از توان تولید شده توسط موتور را مصرف كنند این افت توان غیر قابل

اسب بخار هم تجاوز كند البته این سوپر شارژرها50اجتناب می تواند حتی از

بیش از آنچه انرژی مصرف می كنند به توان موتور اضافه می كنند . ولی توربو

شارژرها بعلت اینكه هیچگونه انرژی را از موتور مصرف نمی كنند ولی با ایجاد

مانع در جریان دودهای خروجی از موتور و افزایش فشار پس زدن سبب

می شوند بخشی از توان موتور بطور غیر مستقیم كاسته شود . چون در این

حالت پیستون باید انرژی بیشتری را برای بیرون راندن دودهای خروجی از

سیلندر صرف كند ولی از طرف دیگر استفاده از توربو شارژر باعث می شود كه

هوای فشرده با فشار وارد سیلندر شود و همین موضوع باعث محكم به پائین

b گفته شد خنثی رفتن پیستون و دادن انرژی به آن می شود كه با انرژی كه قبال

می شود. بهر حال استفاده از توربو شارژر بعلت اینكه توانی برای كار كردن از

موتور نمی گیرد و باعث باال رفتن توان موتور می شود معمول تر از سوپر

شارژر است.

تولید حرارت

هنگامیكه هوای ورودی خنك تر باشد متراكم تر و چگال تر است كه بدین مفهوم

است كه اكسیژن بیشتری در واحد حجم به موتور می رسد . اكسیژن بیشتر به

مفهوم توان بیشتر است سوپر شارژرهای دمنده ای از این جهت كه تولید گرما

می كنند مطلوب نیستند این گرمای تولید شده حاصل ناكافی بودن تراكم هوای

ورودی است و از این روی توربوشارژرها كارآیی بیشتری نسبت به سوپر

شارژرها دارند .

سوپر شارژرهای گریز از مركز می توانند از این جهت بهتر از توربو شارژرها

باشند و قابلیت انعطاف بیشتری را از خود بروز دهند. با قرار دادن لوله هوای

ورودی به موتور در نزدیكی دودهای خروجی می توان هوای ورودی به موتور را

گرمتر كرد . سوپر شارژرهای گریز از مركزی كه خوب طراحی شده باشند

می توانند این گرما را از طریق نصب خنك كننده كاهش دهند .

قابلیت اطمینان

مردم اغلب می گویند كه سوپر شارژرها نسبت به توربو شارژرها قابلیت

اطمینان بیشتری دارند و این بدان علت است كه توربو شارژرها در حرارت باال

كار می كنند و توسط روغن روانكاری می شوند و هر گاه قبل از خنك شدن آنها

موتور خودرو را خاموش كنند این روغن در معرض حرارت قرار می گیرد و

باعث كوتاه شدن عمر كاری توربو شارژر می شود. اما با تعمیر و نگهداری و

مراقبت های الزم از توربو شارژر می توان بر این مشكل هم فائق آمد.

میزان تقویت

از نظر حداكثر توان مطلق تولیدی استفاده از توربو شارژر امكان باالتری برای

b در تقویت قدرت موتور ارائه می دهد تا استفاده از سوپر شارژر . مثال

تراكتورهایی كه جهت كشش مورد استفاده قرار می گیرند، استفاده از سه

توربو شارژر بصورت سری باعث می شود كه سطح تقویت هوای ورودی

تولید كند !psi 200فشاری معادل

نتیجه گیری : توربو شارژر یا سوپر شارژر ؟

اظهار نظر در مورد اینكه استفاده از كدامیك )توربو شارژر یا سوپر شارژر(

بهتر است كاری مشكل است .

مهم ترین مزیت سوپر شارژر این است كه زمان واكنش نشان دادن آن كم

است و به سرعت در سرویس قرار می گیرد )البته غیر از نوع گریز از مركز

آن ( و استفاده از آن هم ساده است.

از آن طرف عمده ترین مزیت توربو شارژر ، كارایی باالی آن و تولید حداكثر

توان است .

این دیگر بستگی به نظر خریداران خودرو دارد كه تصمیم بگیرند كدام نوع را

برای وسیله خود انتخاب كنند

توربو شارژر چيست؟ )توضيح كامل(

یکی از مطمئن ترین راهها برای افزایش توان موتور ها، افزایش مقدار هوا و

سوختی است که در سیلندرآنها می سوزد.برای این منظور افزودن تعداد

سیلندرها یا بزرگ کردن هر یک از سیلندرها یکی از روش هاست اما در بعضی

مواقع امکان این کار وجود ندارد. یک راه برای افزایش قدرت موتور که ساده

تر و با صرفه تر نیز هست استفاده از توربو شارژردر موتوراست که بدون نیاز

به تغییر در حجم و وزن موتورتوان آن را افزایش می دهد.درخودروهای پر

سرعت مسابقه ای و سوپر اسپرت حتی خودروهای خانوادگی و سدان های پر

قدرت نیز برای افزایش توان موتور از توربوشارژر استفاده می شود.

همه چيز درباره توربو شارژر

توربوشارژرها

هنگامي که مردم در مورد خودروهاي مسابقه اي و يا خودروهاي ورزشي با

کيفيت صحبت مي کنند ) و از آن جمله است خودروهاي فرمول يک(، خواه نا

خواه صحبت از توربوشارژر هم به ميان مي آيد. رد اين توربوشارژر را همچنين

مي توان در خودروهاي ديزلي بزرگ هم مشاهده کرد.

تازه گي ها مي توان خودروهاي سواري زيادي را در شهر مشاهده کرد که

هر گوشه اي از آنها نصب شده است. turboعبارت

توربوشارژر وسيله اي است که مي تواند بدون آنکه وزن موتور را به مقدار

قابل توجهي افزايش دهد، قدرت موتور را بسيار باال ببرد و به همين دليل است

که از چنين محبوبيت گسترده اي برخوردار است!

در اينجا قصد داريم بفهميم که توربوشارژر چگونه مي تواند بدون آنکه تغيير

چنداني در وضعيت فيزيکي موتور ايجاد کند، قدرت را به مقدار بسيار زيادي

افزايش دهد. هم چنين خواهيم ديد دريچه هاي خروجي، پره هاي سراميکي

توربين، مجراهاي عبور گاز چگونه کارآيي سوپر شارژر را بهبود مي بخشند.

توربوشارژر چيست؟

توربوشارژر نوعي سيستم دمنده است که هوا را با فشار زياد به درون سيلندر

مي دمد. همان طور که مي دانيد، هنگامي که پيستون در حالت عکسش قرار

دارد، مخلوط هوا و سوخت )در موتور ديزلي، هوا( را به درون سيلندر مي مکد.

هر چه فشار هوا بيشتر باشد مقدار مولکولهاي هوا بيشتر خواهد بود، و باتبع

مخلوط هوا و سوخت بيشتري در سيلندر جاي خواهد گرفت. هر چه سوخت

بيشتر باشد، قدرت ناشي از احتراق هم بيشتر خواهد بود.

بدين ترتيب موتور مجهز به توربوشارژر قدرت بيشتري نسبت به موتور معمولي

توليد مي کند. توربوشارژر به سادگي مي تواند نسبت قدرت به وزن موتور را

بهبود ببخشد، يعني با قدرت مساوي، خودروي مجهز به توربو شارژر از موتوري

با وزن و حجم کمتر سود مي برد، در نتيجه حجم و وزن خودرو نيز کمتر مي

شود و اين بدان معني است که شتاب خودروي مجهز به توربوشارژر بيشتر

است و سريع تر به سرعت مناسب دست پيدا مي کند.

اما توربوشارژر قدرت الزم براي فشرده کردن هواي ورودي را از کجا تأمين

مي کند؟ در نوع ابتدايي توربوشارژر )که سوپر شارژر نام دارد(، قدرت مورد

نياز از ميل لنگ گرفته مي شد، يعني بخشي از توان توليدي خودرو صرف

فشرده سازي هواي ورودي مي شد. ولي در نوع پيشرفته تر که همان

توربوشارژر است، از فشار گاز خروجي اگزوز استفاده مي شود. گازهاي

خروجي اگزوز داغ هستند و مي توان از انرژي جنبشي، سرعت و فشار آنها

براي چرخاندن يک توربين استفاده کرد. اين توربين هم يک پمپ هوا را مي

گرداند و در نهايت، پمپ، هوا را فشرده کرده به درون سيلندر مي فرستد.

هزار دور در150توربين نصب شده در مسير گازهاي خروجي گاه به سرعت

بار سريع ر از دور موتور اغلب خودروهاي30دقيقه مي رسد که بيش از

امروزي است. دماي اين توربين هم به دليل تماس با گازهاي داغ خروجي بسيار

باالست. اين دو عامل موجب مي شوند توربين از فناوري پيشرفته اي برخوردار

باشد تا بتواند کارآيي و دوام خود را تا مدت ها حفظ کند.

يک نگاه آماري

کيلوپاسکال بيشتر از55 تا 40توربوشارژرهاي رايج مي توانند هوا را به فشار

کيلوپاسکال100هواي محيط برسانند. از آنجايي که فشار هواي سطح دريا

b % هواي بيشتر وارد سيلندر50است، مشخص مي شود که توربوشارژر تقريبا

مي کند. بنابراين انتظار مي رود که قدرت هم تا پنجاه درصد افزايش يابد. ولي

درصد خواهد بود. 40 تا 30به دليل برخي تلفات، اين افزايش قدرت بين

يکي از داليل اين اتالف به اين موضوع باز مي گردد که کار مورد نياز

توربوشارژر رايگان نيست. هنگامي که گاز خروجي اگزوز توربين را مي

چرخاند، بدان معني است که مقاومتي در برابر خروج گازها وجود دارد، پس

پيستون بايد فشار بيشتري اعمال کند تا گاز تخليه شود و اين، بخشي از قدرت

موتور را مصرف مي کند.

يکي ديگر از مزاياي توربوشارژر، قابليت بهبود کارکرد موتور در ارتفاعات

است. در ارتفاعات، فشار هوا کمتر است و در نتيجه هواي کمتري در سيلندر

وارد مي شود. خودروهاي معمولي در چنين ارتفاعاتي با کاهش قدرت مواجه

مي شوند، ولي خودروهاي مجهز به توربوشارژر عليرغم آنکه با کاهش قدرت

مواجه مي شوند، ولي مقدار اين کاهش به مراتب کمتر است؛ چرا که کار الزم

براي فشرده کردن گاز رقيق کمتر است!

پره، ميل محور، پره

همان طور که اشاره شد، يک توربوشارژر معمولي از يک توربين، يک ميل محور

)شافت( و يک کمپرسور تشکيل شده است. مجراي گاز خروجي اگزوز معموال

به گونه اي طراحي مي شود که گاز داراي بيشترين سرعت و دماي ممکن

هزار دور در150باشد. پره هاي توربين با طراحي خاص مي توانند به گردش

دقيقه دست پيدا کنند، ولي انتقال چنين گردشي به کمپرسور کار ساده اي

نيست.

ميل محوري که پروانه توربين را به پره هاي کمپرسور متصل مي کند، بايد

داراي پايداري بسيار بااليي باشد. اغلب ميل محورهاي معمولي در چنين سرعت

بااليي منفجر مي شوند، زيرا هم دماي ميله بسيار باال مي رود، هم اندکي ناجابه

جايي و عدم تعادل در نصب ميل محور کافي است تا در اين سرعت، ميل محور

به يرون پرتاب شود. از اين رو از ياتاقانهاي روغني براي مهار ميل محور در

توربوشارژر استفاده مي شود.

در چنين ياتاقانهايي، اليه نازکي از روغن اطراف ميل محور را مي پوشاند و

بدين ترتيب، هم ميل محور را خنک مي کند و هم اصطکاک هاي احتمالي را به

حداقل مي رساند.

پس از انتقال قدرت به کمپرسور، پره کمپرسور به گردش در مي آيد. کمپرسور

همانند يک پمپ سانتريفوژ عمل مي کند، بدين ترتيب که هوا را از مرکز به

گردش در مي آورد و در نهايت هواي فشرده شده را از حفره تعبيه شده در

محيط خارج به بيرون ميدمد.

ساختار توربو شارژر:

قسمت اصلی تشکیل شده است: توربین و کمپرسور)که2یک توربو شارژر از

توسط یک شفت به هم متصل اند(.برای آشنایی با توربو شارژر، ابتدا باید واژه

سوپر شارژر را تعریف کرد.سوپر شارژر یعنی تغذیه موتور با هوای از پیش

کمپرس شده.یعنی هوای محیط مکیده و کمپرس شده و سپس به موتور

فرستاده می شود.کمپرسور به طرق مختلفی به حرکت در می آیداز جمله از

طریق چرخ دنده که در این حالت سوپرشارژر مکانیکی نامیده می شود. روش

دیگر به حرکت در آوردن کمپرسور استفاده از انرژی ذخیره شده در گازهای

اگزوز حاصل از احتراق در موتور است که در این حالت به آن توربو شارژر می

گویند.

پس توربو شارژر در حقیقت توربینی است که بوسیله گازهای اگزوز به حرکت

در آمده و یک کمپرسور گریز از مرکز را که توسط یک شفت به آن وصل شده

است را می چرخاند.کمپرسور نیز هوا را از مرکز تیغه هایش به داخل کشیده و

توسط پره های خود، در حین چرخش به بیرون پرتاب می کند.کمپرسور معموال

بین صافی و منیفولد هوای ورودی به موتور قراردارد.در حالی که توربین بین

منیفولد هوای خروجی وانباره اگزوز قرار می گیرد.تمامی گازهای خروجی

موتور )گازهای اگزوز( از محفظه توربین می گذرد و انبساط این گازهای تحت

فشار بر پره های توربین عمل می کند و موجب حرکت دورانی آنها می شود.

این گازها پس از گذشتن از توربین وارد اتمسفر می شوند.توربین صدای حاصل

از گازهای اگزوز را نیز خفه می کند و به این ترتیب در اکثر موارد نیازی به

استفاده از انباره اگزوز نیست.

فشرده تر می8psi تا 6به طور معمول توربو شارژها فشار هوا را به اندازه

در سطح دریاست با این روشpsi 14.7کنند.از آنجا که فشار معمولی اتمسفر

درصد بیشتر هوا وارد موتور خواهد شد و افزایش بازدهی واقعی نیز50حدودا

درصد است.40تا 30بین

یکی از مزایای توربو شارژرها کمکی است که در ارتفاعات و مناطق مرتفع به

موتور می کنند.موتورهای معمولی در ارتفاعات دچار کاهش شدید قدرت می

شوند. زیرا برای هر مکش پیستون جرم کمتری از هوا را به داخل سیلندر می

کشد و حتی در صورت افزایش مقدار سوخت پاشیدهشده به داخل سیلندر نیز

به علت فقدان اکسیژن کافی ، احتراق کامل صورت نمی گیرد.بنابراین مساله

رقیق بودن هوا موجب کم شدن قدرت موتور در این نقاط می شود که توربو

شارژرها با کمپرس کردن و افزایش جرم هوای ورودی به موتور، این نقیصه را

جبران می کنند

نحوه عملکرد توربوشارژر:

یک توربوشارژر از یک کمپرسور گریز از مرکز و یک توربین گازی تشکیل شده

است که توربین گازی توسط پیچ به مانیفولد دود متصل می شود و گازهای

خروجی از موتور باعث چرخش توربین گاز شده و به سبب آن کمپرسور که

توسط یک شفت به توربین گازی متصل است شروع به چرخش نموده و هوای

محیط را مکش کرده و سپس آن را متراکم کرده و به طرف موتور می فرستد

و هوای ورودی بیشتر به موتور به معنی سوخت بیشتر به داخل موتور و هوا و

سوخت بیشتر به معنی انرژی و قدرت خروجی موتور می باشد. سرعت

b چرخش توربین با توجه به استفاده توربوشاررژ می تواند متفاوت باشد و اکثرا

دارای سرعتهای چرخش باال هستند به همین دلیل باید از یاتاقانهای مخصوصی

b استفاده گردد که بتواند نیروی حاصل از چرخش شقت را تحمل کند که معموال

( استفاده می شود. در یاتاقانهای سیال بینfluid bearingاز یاتاقانهای سیال )

شفت و یاتاقان یک الیه روغن قرار دارد که روغن فوق دو وظیفه مهم بر عهده

دارد:

- باعث خنک شدن شفت و سایر قسمتهای توربوشارژر می شود ۱

- باعث از بین رفتن اصطکاک بین شفت و یاتاقان هنگام چرخش می شود.۲

نکاتی در مورد طراحی یک توربوشارژر:

- تقویت بیش از اندازه: اگر فشار تولیدی توربوشارژر خیلی زیاد باشد همان۱

طور که می دانید این امر باعث باال رفتن درجه حرارت هوای ورودی به موتور

شده و در نتیجه سوخت قبل از آن که توسط شمع محترق شود دچار

( می گویند که برایKnockingخودسوزی شده که به پدیده فوق ضربه )

جلوگیری از پدیده فوق می بایست از بنزین با درجه اکتان باالتر استفاده نموده

و یا نسبت تراکم موتور را کاهش دهیم.

(: یکی از مشکالت توربوشارژر آن می باشد که توربوشارژرهاLag- پس افت )۲

نمی توانند یک قدرت فوری را زمانی که شما پدال گاز را فشار می دهید، ایجاد

نمایند و مدت زمانی طول می کشد تا توربین گاز چرخیده و هوای متراکم شده

را به داخل موتور بفرستد. به همین خاطر شما در اول حرکت خودروی خود

احساس یک حرکت ناگهانی به طرف جلو می کنید. دلیل این موضوع نیروی

اینرسی )واماندگی( قسمت چرخنده توربین گاز می باشد. اما می توانیم با

تمهیداتی نیروی اینرسی را کاهش داده تا توربین گاز بتواند در مدت زمان

کوتاهی شتاب گرفته و دیگر پدیده پس افت ایجاد نشود، که در زیر به مواردی

اشاره می کنیم:

الف( استفاده از توربوشارژرهای کوچک به جای توربوشارژرهای بزرگ: یکی از

راههای که می توانیم نیروی اینرسی توربین گاز را کاهش دهیم آن است که از

توربوشارژرهای کوچک استفاده نمائیم زیرا توربوشارژرهای کوچک سریعتر

شتاب گرفته و در دور پائین موتور تقویت بهتری ایجاد می نمایند اما نمی توانند

تقویت بیشتری را در دورهای باالی موتور که ما نیاز به وارد نمودن حجم

بیشتری از هوا به موتور هستیم را تولید کنند و نیابد دور توربین گاز در آنها خیلی

باال رود. در جاهائی که ما نیاز به شتاب باال در توربین گاز و مقدار بیشتری از

هوای ورودی به موتور داریم می توانیم از دو توربو شارژر کوچک که به صورت

مجزا از یکدیگر می باشند، استفاده نمائیم که شرکتهای خودروسازی همچون

تویوتا، آئودی، مزدا این نوع توربوشارژر را در برخی از تولیدات خود به کار برده

( نیزTwin Turbochargerاند. به توربوشارژرهای فوق توربوشارژرهای دوقلو )

می گویند.

ب( استفاده از توربین گاز با پره های سرامیکی: همان طور که می دانید توربین

گاز با پره های سرامیکی سبکتر از توربین گاز با پره های فوالدی هستند در

نتیجه این امر باعث می شود که توربین گاز سریعتر تاب گرفته و نیروی

اینرسی کاهش یابد.

( به جای یاتاقانهای سیالی: برخیBall Bearingج( استفاده از یاتاقانهای توپی )

از توربوشارژرها از یاتاقانهای توپی به جای یاتاقانهای سیالی استفاده می کنند

که یاتاقانهای فوق بسیار دقیق و از مواد پیشرفته و خاصی ساخته شده اند تا

بتوانند سرعت و حرارت شفت را کنترل نمایند. یاتاقانهای توپی باعث می شوند

که شفت با اصطکاک کمتری بچرخد و همچنین این نوع یاتاقانها به ما اجازه می

دهد تا از شفتهای کوچکتر و سبکتر استفاده نمائیم که امر فوق باعث می شود

تا توربین گاز با شتاب بیشتری چرخیده و نیروی اینرسی آن کاهش یابد.

(: برخی ازSequential Turbochargerد( استفاده از توربوشارژرهای ترتیبی )

موتورها از دو توربوشارژر با اندازه مختلف استفاده می کنند که توربوشارژر

کوچکتر در دور پائین موتور تا پس افت را کاهش دهد استفاده دارد اما توربو

شارژر بزرگتر در دورهای باالتر موتور که نیاز به تقویت و حجم بیشتری از هوا

استفاده535d مدل 5داریم کاربرد دارد. این نوع توربوشارژر در ب.ام.و سری

شده است.

توربوشارژ و نیتروس

توربو با اجبار موتور به تنفس بیشتر و سوراندن سوخت بیشتر نیروی بیشتر

تولید می کند. توربو با نیرو گازهای خروجی کار می کند. توربو وسیله ای

کاربردی هست اما یکی دو مشکل عمده دارد.

اگر توربین به اندازه کافی کوچک باشد که در دور پایین موتور به چرخش در آید

در دور باال به یک مانع تبدیل می شود که حداکثر قدرت را محدود می کند. زیرا

اگر موتر موفق به خروج گاز های حاصل از سوخت نشود.....!

اگر توربین به اندازه کافی بزرگ باشد که در برابر حداکثر قدرت منطقی مانع

( در دورهای پایین روبرو می شویم.lagنباشد آنگاه با مشکلی به نام واماندگی)

به این علت که موتور در دور پایین گاز زیادی تولید نمی کند که توربین بزرگ را

با سرعت مناسب به چرخش در آورد که فشار تولید شود. اما اگر بتوانید توربو

را در دور پایین موتر به گردش با دور مناسب وادار کنید خود توربو فشار الزم

برای تحریک بیشتر تولید خواهد کرد!حال اگر ما مقدار بسیار کمی نیتروس را

b تولید نیرو خواهد کرد! و حتی درwotدر دریچه سوخت) (تزریق کنیم موتور فورا

دور های پایین توربو شارژ سرعت می گیرد به علت گاز خروجی تولید شده!

اکنون یک سنسور کوچک در ورودی سوخت افزایش فشار را متوجه شده و

تزریق نیتروس را خاموش می کند. اکنون محرک خودبه خود پیش میرود. در

عمل مقدار بسیار کمی نیتروس مصرف می گردد. نتیجه یک سیستم توربو

بدون وامانگی هست حتی اگر از توربیهای عظیم استفاده شود.

انواع گوناگونی سیستم های تزریق نیتروس وتوربوشارژرهای عظیم برای کار

باهمدیگر تولید می شود

یکی از مطمئن ترین راهها برای افزایش توان موتور ها، افزایش مقدار هوا و

سوختی است که در سیلندرآنها می سوزد.برای این منظور افزودن تعداد

سیلندرها یا بزرگ کردن هر یک از سیلندرها یکی از روش هاست اما در بعضی

مواقع امکان این کار وجود ندارد. یک راه برای افزایش قدرت موتور که ساده

تر و با صرفه تر نیز هست استفاده از توربو شارژردر موتوراست که بدون نیاز

به تغییر در حجم و وزن موتورتوان آن را افزایش می دهد.درخودروهای پر

سرعت مسابقه ای و سوپر اسپرت حتی خودروهای خانوادگی و سدان های پر

قدرت نیز برای افزایش توان موتور از توربوشارژر استفاده می شود.

( در خودروهای مسابقه ای: Anti-Lagاستفاده از ضد پس افت )

(: Waste Gateمکانیزم کنترل توربین گاز )

Wasteبسیاری از توربوشارژر خودروها یک سوپاپ بایپس یا گذرگاه فرعی)

Gateدارد که باعث می شود در توربوشارژرهای کوچک میزان چرخش آنها از )

حد مجازی تجاوز نکند. در واقع سوپاپ بایپس فشار داخل توربین گاز را حس

کرده و اگر فشار آن باال باشد سوپاپ فوق باز شده و مقداری از گاز را به

خارج از محفظه توربین گاز هدایت می کند تا این که فشار به میزان مطلوبی

برسد.

(: همان طور که می دانید زمانی که هوا فشرده میInter Coolerکولر داخلی )

شود آن گرم شده و منبسط می شود اما هدف از استفاده توربوشارژرها

افزایش میزان چگالی ورودی به موتور )تعداد بیشتری از مولکولهای هوا( می

باشد. به همین خاطر از کولرهای داخی استفاده می کنند تا هوای فشرده

خروجی از کمپرسور را خنکتر کند تا میزان چگالی آن افزایش یابد.