توربوشارژ قدرت و راندمان موتور را افزایش می دهد

تصور کنید یک موتور خودرو با قدرت غرش می کند و عملکرد چشمگیری را ارائه می دهد در حالی که مصرف سوخت به طرز شگفت انگیزی کم است. این شاهکار قابل توجه اغلب با یک نوآوری فناوری کلیدی امکان پذیر می شود: توربوشارژ. اما توربوشارژ دقیقاً چیست و چگونه عملکرد موتور را به طرز چشمگیری افزایش می دهد؟

یک توربوشارژر که معمولاً به عنوان توربو شناخته می شود، یک سیستم القای اجباری است که با وارد کردن هوای اضافی به محفظه احتراق، راندمان و توان خروجی موتور را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. در مقایسه با موتورهای تنفس طبیعی، موتورهای توربوشارژ از توانایی کمپرسور خود برای وارد کردن هوای بیشتر - و مقدار متناظری سوخت بیشتر - به محفظه احتراق بهره می برند و از محدودیت های فشار اتمسفر به تنهایی فراتر می روند.

برای درک کامل نحوه عملکرد توربوشارژ، ضروری است که ابتدا عملکرد موتورهای تنفس طبیعی را بررسی کنید. در این موتورهای معمولی، فرآیند ورودی به خلاء ایجاد شده توسط حرکت رو به پایین پیستون ها متکی است، با فشار اتمسفر که هوا را به داخل سیلندرها می راند - شبیه به نحوه کشیده شدن مایع به داخل سرنگ. هدف اصلی توربوشارژر افزایش راندمان موتور با افزایش تراکم هوای ورودی است، در نتیجه امکان تولید توان بیشتر با هر چرخه موتور فراهم می شود.

قلب یک توربوشارژر در کمپرسور آن نهفته است. این جزء هوای محیط را می کشد و آن را به فشارهایی بالاتر از سطح اتمسفر فشرده می کند و سپس هوای تحت فشار را به منیفولد ورودی می رساند. این فرآیند به طور موثر موتور را با سوخت بیشتر تغذیه می کند و امکان احتراق بیشتر و در نتیجه تولید توان بیشتر را فراهم می کند.

به طرز چشمگیری، انرژی که کمپرسور را به حرکت در می آورد، از خود موتور نمی آید، بلکه از انرژی جنبشی موجود در گازهای خروجی موتور می آید. توربوشارژرها به طور هوشمندانه این انرژی در غیر این صورت هدر رفته را بازیافت می کنند و آن را به قدرت افزایش دهنده عملکرد تبدیل می کنند. گازهای خروجی، توربین را می چرخانند که به نوبه خود کمپرسور هم محور را به حرکت در می آورد و یک سیستم تبدیل انرژی کارآمد ایجاد می کند.

توربوشارژرها اهدافی فراتر از افزایش توان خروجی موتور دارند. آنها همچنین می توانند راندمان سوخت را به طور قابل توجهی بدون افزایش قدرت بهبود بخشند. این استراتژی بر جمع آوری انرژی از گازهای خروجی و هدایت مجدد آن به سمت ورودی موتور متمرکز است. با استفاده از این انرژی که در غیر این صورت از دست می رود برای بهبود کیفیت ورودی هوا، توربوشارژرها احتراق کامل تر سوخت را قبل از شروع فاز خروجی تضمین می کنند و در نتیجه انتشار مضر کاهش یافته و مصرف سوخت بهبود می یابد.

یک سیستم توربوشارژ استاندارد از چندین جزء حیاتی تشکیل شده است:

• توربین: در سمت خروجی قرار دارد، این جزء توسط گازهای خروجی موتور هدایت می شود. طراحی پره های آن برای تبدیل کارآمد انرژی جنبشی گاز خروجی به انرژی چرخشی بسیار مهم است.
• کمپرسور: در سمت ورودی قرار دارد و از طریق یک شفت مشترک به توربین متصل است. با چرخش توربین، کمپرسور نیز می چرخد و هوا را می کشد و فشرده می کند.
• محفظه مرکزی: پیوند ساختاری بین توربین و کمپرسور، حاوی سیستم یاتاقان است که امکان چرخش روان و پرسرعت را فراهم می کند. روغن کاری مناسب برای این جزء برای به حداقل رساندن اصطکاک و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد حیاتی است.
• خنک کننده میانی: هوای فشرده را خنک می کند. فشرده سازی به طور طبیعی هوا را گرم می کند و چگالی آن را کاهش می دهد و راندمان شارژ موتور را به خطر می اندازد. خنک کننده میانی با کاهش دمای هوای ورودی، این موضوع را خنثی می کند، در نتیجه چگالی هوا را افزایش می دهد و عملکرد موتور را بیشتر بهبود می بخشد.
• Wastegate: حداکثر فشار بوست را کنترل می کند. هنگامی که فشار از سطوح از پیش تعیین شده فراتر رود، wastegate باز می شود تا مقداری از گاز خروجی را از توربین منحرف کند، سرعت چرخش را محدود می کند و از افزایش بیش از حد که می تواند به موتور آسیب برساند جلوگیری می کند.
• شیر تخلیه (شیر انحرافی): فشار اضافی را هنگام بسته شدن ناگهانی دریچه گاز آزاد می کند. در طول بسته شدن سریع دریچه گاز، این شیر با کاهش فشار ایجاد شده در منیفولد ورودی از افزایش کمپرسور جلوگیری می کند.

فرآیند توربوشارژ این دنباله را دنبال می کند:

1. گازهای خروجی موتور، چرخش توربین را به حرکت در می آورند
2. توربین، کمپرسور هم محور را می چرخاند که هوا را می کشد و فشرده می کند
3. هوای فشرده از خنک کننده میانی برای خنک شدن عبور می کند
4. هوای خنک شده و با چگالی بالا وارد منیفولد ورودی و در نهایت سیلندرها می شود
5. Wastegate و شیر تخلیه برای تنظیم فشار بوست و محافظت از سیستم توربوشارژر با هم کار می کنند

فناوری توربوشارژ مزایای متعددی را ارائه می دهد:

• افزایش توان خروجی: به طور قابل توجهی قدرت و گشتاور موتور را بدون افزایش حجم افزایش می دهد
• بهبود مصرف سوخت: با بازیافت انرژی خروجی، راندمان احتراق را افزایش می دهد و مصرف سوخت را کاهش می دهد
• کاهش انتشار: احتراق کامل تر، انتشار مضر خروجی را کاهش می دهد
• عملکرد در ارتفاع بالا: قدرت موتور را در محیط های هوای رقیق حفظ می کند، جایی که موتورهای تنفس طبیعی دچار افت عملکرد می شوند

با این حال، توربوشارژ چالش های خاصی را نیز ارائه می دهد:

• تاخیر توربو: تاخیر کوتاه در تحویل قدرت زیرا توربین به سرعت بهینه می رسد
• هزینه های نگهداری بالاتر: شرایط عملیاتی سخت، نیاز به سرویس دهی مکرر و تعویض قطعات دارد
• افزایش دمای موتور: به سیستم های خنک کننده قوی تری برای مدیریت گرمای اضافی نیاز دارد
• پیچیدگی طراحی: سیستم های مهندسی و کنترل پیچیده، نیاز به تخصص تخصصی دارند

با پیشرفت فناوری خودرو، توربوشارژ همچنان در حال تکامل است. روندهای نوظهور عبارتند از:

• توربوشارژ الکتریکی: شامل موتورهای الکتریکی برای از بین بردن تاخیر توربو و بهبود پاسخگویی است
• سیستم های دو توربو: از دو توربوشارژر برای افزایش عملکرد و راندمان استفاده می کند
• توربوشارژرهای هندسه متغیر (VGT): زوایای پره های توربین را برای بهینه سازی راندمان در سرعت های مختلف موتور تنظیم می کند
• سیستم های خنک کننده پیشرفته: راه حل های خنک کننده نوآورانه را برای بهبود قابلیت اطمینان و عملکرد پیاده سازی می کند

توربوشارژ خود را به عنوان یک فناوری موتور متحول کننده تثبیت کرده است و نقش محوری در افزایش قدرت، راندمان و عملکرد زیست محیطی ایفا می کند. با نوآوری های مداوم، توربوشارژ همچنان به شکل دادن به آینده مهندسی خودرو ادامه خواهد داد و وسایلی نقلیه ای را ارائه می دهد که قدرتمندتر، کارآمدتر و لذت بخش تر برای رانندگی هستند.