سوپر شارژر و توربو شارژر (3)

توربوشارژ کردن

توربوشارژ کردن روش ویژه‌ای در سوپرشارژ کردن است که در آن از انرژی گازهای داغ خروجی برای رانش کمپرسور سوپرشارژکننده استفاده می‌شود. در این روش، انرژی‌ای که در حالت عادی به هدر می‌رود، به کار گرفته می‌شود و دیگر لزومی ندارد توان موردنیاز کمپرسور از توان ظاهری کسر شود.
اولین کسی که از انرژی گازهای خروجی موتور برای رانش کمپرسور سوپرشارژکننده استفاده کرد، آلفرد بوچی بود و قدمت این کار به سال 1909 می‌رسد اما حصول موفقیت برای او سال‌ها طول کشید (حدود سال 1925). او برای رانش توربینی که کمپرسور سوپرشارژکننده را می‌گردانید، از انرژی گازهای خروجی استفاده کرد
کمپرسور و توربین یک واحد خودکفا یعنی توربوشارژ را تشکیل می‌دهند.
کمپرسور و توربین در مجموع دستگاه مستقلی به نام توربوشارژ را تشکیل می‌دادند که به غیر از لوله‌های حاوی هوای متراکم و گازهای خروجی، هیچ ارتباط مکانیکی دیگری با موتور نداشت. اساس توربوشارژهای امروزی نیز همین گونه است.
ممکن است تصور شود پس فشاری (1) که به واسطه وجود توربین ایجاد می‌شود، مانعی برای فرایند تخلیه به شمار می‌آید و در نتیجه توان خروجی بالقوه را کاهش می‌دهد. با این حال اگر توربوشارژر آن قدر کارایی داشته باشد که افزایش فشار ایجاد شده (2) توسط آن بیشتر از فشار گازهای خروجی باشد، به فرایندهای مکش و تخلیه کمک خواهد کرد.
برخلاف تصور، این ظهور توربین گاز هواپیما (در دهه 40) بود که برداشتن گام‌های بزرگ در زمینه توربوشارژرها را امکان‌پذیر کرد، نه بالعکس. پره‌های توربین گاز و توربین توربوشارژر هر دو باید از موادی ساخته شوند که تنش‌های بزرگ را در دماهای خیلی زیاد تحمل کنند. چنین موادی را ابتدا برای توربین‌های گاز هواپیما ساختند و سپس از آن در توربوشارژرها نیز استفاده شد. سهم اصلی در ایجاد سیر افزایشی BMEP و نسبت تراکم، مربوط به ساخت این مواد و کمپرسور و توربین‌های کارآمدتر است.

خنک کردن شارژ

در یک کمپرسور، تراکم گاز با افزایش دما همراه است که به نسبت تراکم و راندمان کمپرسور بستگی دارد. هرکاری که موجب کاهش دما در منیفلد ورودی شود، چگالی هوا را افزایش می‌دهد و در نتیجه جرم هوای درون سیلندر نیز افزایش خواهد یافت. بنابراین کاهش دما، احتراق سوخت بیشتر را ممکن می‌کند و توان خروجی را نیز افزایش می‌دهد.
از آنجا که دمای هوای خروجی از کمپرسور بیشتر از دمای محیط است، از یک مبدل حرارتی ساده برای کاهش آن می‌توان استفاده کرد. این مبدل می‌تواند از نوع هوا با هوا یا هوا با آب باشد (سیستم خنک کن موتور). به علت نصب خنک کننده شارژ بین کمپرسور و موتور اغلب به آن میان‌سردساز(3) و گاهی نیز after cooler می‌گویند. (شکل 3)

موتور مرکب

موتورهای توربوشارژ شده متداول به واسطه نبود ارتباط مکانیکی بین محور توربوشارژر و میل لنگ موتور مشخص می‌شوند. توربوشارژر دستگاهی است که آزادانه می‌گردد و انرژی را از گازهای خروجی دریافت می‌کند و از طریق جریان هوای کمپرسور انتقال می‌دهد. توان موردنیاز کمپرسور به طور طبیعی با توان خروجی موتور متعادل می‌شود. اگر این تعادل به هر علت به هم بخورد، سرعت توربوشارژر طوری تنظیم می‌شود که تعادل دوباره برقرار شود. هیچ توان خالصی از توربوشارژر گرفته نمی‌شود اما اگر در سیستمی محور توربوشارژر و میل لنگ موتور به هم متصل باشد، بین آنها توان مبادله خواهد شد. برای ایجاد افزایش فشاری که موتور را سوپرشارژ می‌کند، توربوشارژ به انرژی گازهای خروجی متکی است. گاهی اوقات بر اثر راندمان پایین سیستم توربوشارژر، مقدار این انرژی برای ایجاد افزایش فشار مناسب، کافی نیست اغلب در دورهای کم، به ویژه در موتورهای دوزمانه). در این وضعیت کمک گرفتن از میل لنگ، برای رانش کمپرسور توربوشارژر می‌تواند مفید باشد (تا حدودی مشابه سوپرشارژرهای مکانیکی). این کار مقدار افزایش فشار را بیشتر می‌کند و در نتیجه توان خروجی در دورهای کم نیز افزایش خواهد یافت. ارتباط بین موتور و توربوشارژ را می‌توان از طریق چرخ دنده برقرار کرد (شکل 4). بی‌شک چنین موتوری در دورهای کم، گشتاور خروجی جالب توجهی خواهد داشت اما این کار دو عیب دارد:
1- سرعت نوعی موتور و توربوشارژر حداقل به اندازه یک مرتبه بزرگی، با هم تفاوت دارد. نسبت چرخ دنده خیلی بزرگ، و در طرف توربوشارژ سرعت دورانی چرخ دنده بین 20000 تا 80000 دور در دقیقه خواهد بود (بسته به اندازه موتور). احتمالاً چنین چرخ دنده‌ای راندمان مناسبی نخواهد داشت و کارکرد درازمدت و مطلوب آن نیز زیر سوال است.
2- در سرعت‌های دورانی زیاد موتور، توان خروجی توربین توربوشارژر کاملاً مناسب است (و اغلب بیش از حد نیاز) لذا در هنگام گردش آزاد، سرعت دورانی توربوشارژر بیش از سرعت دورانی موتور افزایش می‌یابد. اگر از سیستم ثابت چرخ دنده استفاده شود، توربوشارژ مقید شده، سرعت آن کاهش می‌یابد و به رغم انتقال مقداری توان مفید به موتور، سرعت دورانی نسبتاً کم توربین سبب می‌شود کمپرسور سرعت دورانی لازم برای ایجاد افزایش فشار مناسب را نداشته باشد، در نتیجه مقدار مزیت حاصل را محدود می‌کند. یک راه حل برای این مسئله، استفاده از سیستم چرخ دنده‌ای است که نسبت تبدیل آن متغیر باشد اما واضح است که این کار سبب مشکلات مکانیکی خواهد شد؛ با این حال روش مذکور امتحان شده است.
به موتورهایی که در آنها محور توربوشارژر و میل لنگ با هم ارتباط دارد، موتورهای مرکب گفته می‌شود. در این موتورها توان خروجی نهایی از میل لنگ موتور گرفته می‌شود.

اصول کار توربو

اصول کار توربو بر اساس تغذیه بیشتر هوا به موتور است. برای مثال یک موتور فورد CVH1.6که در دو مدل معمولی و توربوشارژ تولید می شود. موتور معمولی 105 اسب نیرو دارد ولی موتور توربو فقط به واسطه نصب توربو 135 اسب نیرو دارد.
در این مورد با اضافه شدن توربو 30 اسب افزایش نیرو داریم. علت اینکه افزایش نیروی بیشتری نداریم این است که سطح فشرده سازی مورد استفاده کم است.
در یک موتور که به طور معمولی با فشار جو تغذیه می گردد فشار جو هوا را به میزان 14.7 پوند بر اینچ مکعب (1bar ) به درون موتور می راند.
به طور خلاصه اگر یک موتور در فشار 1اتمسفر 100 اسب نیرو داشته باشد با دو برار شدن فشار(1بار فشرده سازی در توربو) نیروی آن دو برار می شود. زیرا با این کار دو برابر هوا در سیلندر خواهیم داشت و می توانیم دو برابر سوخت بسوزانیم.
البته کارها به این سادگی هم نیست. با افزایش فشرده سازی بیشتر افزایش قدرت مورد توقع اتفاق نمی افتد زیرا در فشار بالاتر نیاز به سوخت غنی تر است و باید میزان تراکم موتور را کاهش داد و موارد دیگر...

چگونگی رفع مشکل توربو شارژر ها

خوب یکی از معایب توربو شارزر ها همیشه محدود بودن بازه کاریشون بوده چرا؟
خوب چون اون دور ایده الی که توربو تو اون بهینه کار میکنه بازه خاصیه یا در دور پایین یا میانا یا بالاو معمولا بنا به احتیاج از گزینه مورد نظر استفاده میکنند که معمولا دور بالا به کار میره و همیشه شتاب کم ماشین های مجهز به توربو مورد اعتراض اما
در نسل جدی موتور های دیزلی مرسدس بنز این نقض با یه ابتکار کوچک حل شده

توسط یه شیر دود خروجی هدایت میشه به دو توربو که دو دورهای مختلف تنظیم شده اند به اینگونه که در دور پایین گازهای خروجی به توربین 1 و با بالا رفتن تدریجی به سمت توربین 2 هدایت میشند که هر کدوم برای بازه خاصی طراحی شده اند
و اگه از حد مجاز در نظر گرفته دور بالاتر بره شیر مقداری از دود رو به مسیر فرعی هدایت میکنه که باعث انهدام سیستم نشه
حالا اینکه چرا توربو ها این مشکل رو دارند یعنی برای دور های خاصی طراحی شدند سادستپره ی توربین سرعت بسیار بالایی دارد حدود 100 تا 300 هزار دور بر دقیقه دقیقا درس خوندید 300000 دور بر دقیق که طراحی چنین پره ای عملا بسیار سخته اونایی که در دور بالا کار میکنند وزن و متریال محکم تر و سنگین تری دارند و در دور های پایین کارایی ندارند و اونهایی که در دورهای پایین کار میکنند با بالا رفتن دور منهدم شده و متلاشی میشند

نمودار زیر نیز نشاندهنده همین موضوع است

توربو شارژر و سوپر شارژر

رد این توربوشارژر را همچنین می توان در خودروهای دیزلی بزرگ هم مشاهده کرد. امروزه می‌توان خودروهای سواری زیادی را در شهر مشاهده کرد که عبارت turbo هر گوشه‌ای از آنها نصب شده است.
توربوشارژر وسیله‌ای است که می‌تواند بدون آنکه وزن موتور را به مقدار قابل توجهی افزایش دهد، قدرت موتور را بسیار بالا ببرد و به همین دلیل است که از چنین محبوبیت گسترده‌ای برخوردار است! در اینجا قصد داریم بفهمیم که توربوشارژر چگونه می‌تواند بدون آنکه تغییر چندانی در وضعیت فیزیکی موتور ایجاد کند، قدرت را به مقدار بسیار زیادی افزایش دهد. همچنین خواهیم دید دریچه‌های خروجی، پره‌های 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 می‌دمد. هنگامی که پیستون در حالت عکس قرار دارد، مخلوط هوا و سوخت (در موتور دیزلی، هوا) را به درون سیلندر می‌مکد. 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 می‌کند. توربوشارژر به سادگی می‌تواند 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 می‌برد، در نتیجه حجم و وزن خودرو نیز کمتر می‌شود و این بدان معنی است که شتاب خودروی مجهز به توربوشارژر بیشتر است و سریع‌تر به سرعت مناسب دست پیدا می‌کند.
توربوشارژر قدرت لازم برای فشرده کردن هوای ورودی را از کجا تأمین می‌کند؟ در نوع ابتدایی توربوشارژر (که سوپر شارژر نام دارد)، قدرت مورد نیاز از میل لنگ گرفته می‌شد، یعنی بخشی از توان تولیدی خودرو صرف فشرده سازی هوای ورودی می شد. ولی در نوع پیشرفته‌تر که همان توربوشارژر است، از فشار گاز خروجی اگزوز استفاده می‌شود. گازهای خروجی اگزوز داغ هستند و می‌توان از انرژی جنبشی، سرعت و فشار آنها برای چرخاندن یک توربین استفاده کرد. این توربین هم یک پمپ هوا را می‌گرداند و در نهایت، پمپ، هوا را فشرده کرده به درون سیلندر می‌فرستد. توربین نصب شده در مسیر گازهای خروجی گاه به سرعت 150 هزار دور در دقیقه می رسد که بیش از 30 بار سریع‌تر از دور موتور اغلب خودروهای امروزی است.
دمای این توربین هم به دلیل تماس با گازهای داغ خروجی بسیار بالاست. این دو عامل موجب می‌شوند توربین از فناوری پیشرفته‌ای برخوردار باشد تا بتواند کارآیی و دوام خود را تا مدت ها حفظ کند.
یک نگاه آماری: توربوشارژرهای رایج می‌توانند هوا را به فشار 40 تا 55 کیلوپاسکال بیشتر از هوای محیط برسانند. از آنجایی که فشار هوای سطح دریا 100 کیلوپاسکال است، مشخص می‌شود که توربوشارژر تقریباً 50 درصد هوای بیشتر وارد سیلندر می‌کند. بنابراین انتظار می‌رود که قدرت هم تا پنجاه درصد افزایش یابد. ولی به دلیل برخی تلفات، این افزایش قدرت بین 30 تا 40 درصد خواهد بود. یکی از دلایل این اتلاف به این موضوع باز می‌گردد که کار مورد نیاز توربوشارژر رایگان نیست. هنگامی که گاز خروجی اگزوز توربین را می‌چرخاند، 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 می‌کند.
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 می‌شود. خودروهای معمولی در چنین ارتفاعاتی با کاهش قدرت مواجه می‌شوند، ولی خودروهای مجهز به توربوشارژر علیرغم آنکه با کاهش قدرت مواجه می‌شوند، ولی مقدار این کاهش به مراتب کمتر است؛ چرا که کار لازم 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 معمولا به گونه ای طراحی می‌شود که گاز دارای بیشترین سرعت و دمای ممکن باشد. پره‌های توربین با طراحی خاص می‌توانند به گردش 150 هزار دور در دقیقه دست پیدا کنند، ولی انتقال چنین گردشی به کمپرسور کار ساده‌ای نیست. میل محوری که پروانه توربین را به پره‌های کمپرسور متصل می‌کند، باید دارای پایداری بسیار بالایی باشد. اغلب میل محورهای معمولی در چنین سرعت بالایی منفجر می‌شوند، زیرا هم دمای میله بسیار بالا می‌رود، هم اندکی جابه‌جایی 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 می‌شود. در چنین یاتاقانهایی، لایه نازکی از روغن اطراف میل محور را می‌پوشاند و بدین ترتیب، هم میل محور را خنک می‌کند و هم اصطکاک‌های احتمالی را به حداقل می‌رساند.
پس از انتقال قدرت به کمپرسور، پره کمپرسور به گردش در می‌آید. کمپرسور همانند یک پمپ سانتریفوژ عمل می‌کند، بدین ترتیب که هوا را از مرکز به گردش در می‌آورد و در نهایت هوای فشرده شده را از حفره تعبیه شده در محیط خارج به بیرون می‌دمد.

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 می‌شود.
افزایش دما اثری به مراتب بدتر دارد. اگر دما از حد مشخصی بالاتر رود، مخلوط هوا و سوخت می‌توانند پیش از زدن جرقه دچار احتراق شوند. بدین ترتیب نه تنها چرخه منظم موتور دچار اخلال می‌شود، بلکه ضربه ناشی از احتراق می‌تواند آسیب‌های جدی به موتور وارد آورد. از این رو برخی با کاهش دادن نسبت تراکم سیلندر، حداکثر فشار و دما را در محدوده مجاز نگه می‌دارند. البته برخی دیگر سوختی با اکتان بالاتر را برای موتور پیشنهاد می‌کنند.
ب- زمان تأخیر: یکی از مهم‌ترین مشکلات توربوشارژر این است که نمی‌توانند افزایش قدرت را به طور ناگهانی اعمال کنند. هنگامی که به پدال گاز فشار می‌آورید، حدوداً یک ثانیه طول می‌کشد تا توربین به سرعت لازم دست پیدا کند و افزایش قدرت اعمال شود. بنابراین افزایش قدرت با کمی تأخیر حاصل می‌شود. یکی از روش‌های کاستن این زمان تأخیر، پایین آوردن اینرسی قطعات است که معمولاً از طریق سبک کردن قطعات بدست می‌آید؛ بدین ترتیب توربین و پمپ سریع تر شتاب می‌گیرند 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 می‌کند، ولی در سرعت های بسیار بالا که باید حجم زیادی هوا را وارد سیلندر کند، کم توان و گاه خطرناک ظاهر می‌شود. در مقابل، توربوشارژر بزرگ می‌تواند به خوبی از عهده پمپ کردن حجم زیاد هوا برآید، ولی زمان تأخیر آن بیشتر خواهد بود
خوشبختانه راه‌حل‌های جالبی برای مقابله با این مشکلات پیشنهاد شده است که به برخی از آنها اشاره می‌کنیم:

- دریچه اگزوز (wastegate)

بسیاری از خودروهای توربوشارژردار از یک یا چند دریچه کمکی در مجرای اگزوز سود می‌برند که آنها را قادر می‌سازد از توربوشارژرهای کوچک استفاده کنند. هنگامی که سرعت خودرو بسیار بالا می‌رود و بالتبع حجم گاز اگزوز افزایش می‌یابد، این خطر وجود دارد که توربین با سرعت بسیار بالاتری بگردد. از این شرایط این دریچه‌ها باز شده و بخشی از اگزوز بدون آنکه از توربین عبور کند، از موتور خارج می‌شود. به این ترتیب سرعت دوران توربین در سرعت‌های بالا هم در حد مجاز باقی می‌ماند.

- یاتاقانهای ساچمه‌ای

در این یاتاقانها، از ساچمه‌های بسیار پیشرفته‌ای استفاده شده که از مواد بسیار پیشرفته و با فناوری فرا دقیق ساخته شده‌اند.
این یاتاقانها موجب می‌شوند میل محور با اصطکاک کمتری نسبت به یاتاقانهای روغنی که در اغلب نمونه‌ها استفاده می‌شود، بگردد؛ ضمن آنکه موجب می شود از میل محورهای کوچکتر و سبکتری هم بتوان استفاده کرد. این چنین میل محور سریع‌تر شتاب می‌گیرد و زمان تأخیر کاهش می‌یابد.

- پره‌های سرامیکی توربین

سرامیک، دسته‌ای از مواد هستند که استحکام خوبی دارند و به مراتب از فلز هم ابعاد خود سبک‌ترند. استفاده از این پره‌ها به جای پره‌های فلزی دو مزیت دارد، نخست آنکه با سبک‌تر کردن توربین، زمان تأخیر را کاهش می‌دهد و دوم، چون بر همکنش با مواد خورنده درون اگزوز ندارد، شکل خود را برای مدت‌ها حفظ می‌کند و مانند پره فلزی خورده نمی‌شود.

- خنک کننده داخلی

هنگامی که توربوشارژر هوا را فشرده می‌کند، خواه نا خواه دمای هوا نیز افزایش می‌یابد. این افزایش دما جدای از تأثیر مخرب بر حداکثر فشار درون سیلندر، موجب می‌شود مولکولهای هوا کمتر از آن مقداری باشند که در طراحی خودرو در نظر گرفته شده است. لذا از یک خنک کننده استفاده می‌شود تا بدون افت محسوس فشار هوا، دمای آن به مقدار قابل توجهی کاهش یابد. بدین ترتیب می‌توان با اطمینان خاطر و بدون نگران بودن از پیش شعله، فشار مخلوط هوا و سوخت را به حداکثر رساند.

سوپر شارژر

سوپر شارژرها کمپرسورهایی هستند که توان مورد نیاز خود را برای فشردن هوا از موتور می‌گیرند . و توربو شارژر ها، همان سوپر شارژر هایی هستند که نیروی محرکه خود را از دودهای خروجی از اگزوز می‌گیرند .
سه نوع سوپر شارژر وجود دارد :
• نوع دمنده ای
• نوع گریز از مرکز
• نوع مارپیچی
که همگی آنها قدرت رانشی خود را بطریقی از میل لنگ موتور می‌گیرند بطوریکه سرعت بالاتر موتور ، باعث سریع‌تر چرخیدن آنها می‌شود
دو نوع اول با سرعتی معادل 15000 دور در دقیقه و نوع سوم یا گریز از مرکز با سرعتی معادل 40000 دور در دقیقه می‌چرخد .

مقایسه توربو شارژر و سوپر شارژر

زمان در سرویس قرار گرفتن : سوپرشارژرها بلافاصله بعد از روشن نمودن و چرخش موتور، در سرویس قرار می‌گیرند و هوای فشرده را در اختیار موتور قرار می‌دهند هر چند این میزان تقویت اولیه برای موتور، خیلی اندک است ولی بتدریج با دور گرفتن موتور افزایش می‌یابد و حاصل آن افزایش آرام و یکنواخت توان موتور است .
اما در مقابل توربو شارژر ها نقطه ضعفی دارند که آن را تاخیر در واکنش نشان دادن می‌نامند. چون لختی که توربو شارژرها در آغاز کار دارند و باید ابتدا دودهای خروجی داغ تولید شوند تا دور بگیرند (spool up) باعث می‌شود که مدتی طول بکشد تا هوا را برای فرستادن به موتور فشرده کنند و بنابراین تا دور موتور بالا نرفته است نمی‌توانند هوا را به شکل دلخواه فشرده کنند.
در حالتی که دریچه هوای ورودی آنها باز باشد (wide open throttle =wot) معمولا یک افزایش ناگهانی در قدرت توربو شارژر پدید می‌آید. این موضوع در دورهای حدود rpm 3000 صورت می‌گیرد و در این حالت اگر شما خودرویی را که توربو شارژر دارد رانده باشید، ضربه‌هایی را که وارد می‌شود حس خواهید کرد.
البته این امکان وجود دارد که توربو شارژرها را در اندازه‌ای ساخت که واکنش اولیه آنها سریع‌تر باشد . مثلاً موتور های دیزلی وجود دارد که توربو شارژرهای آنان به اندازه‌ای کوچک است که دور آن به 2000-1700 دور در دقیقه می‌رسد. عیب عمده‌ای که این نوع توربوشارژرها دارند این است که توانهای بالایی را نمی‌توان از آنها گرفت.

افت توان غیر قابل اجتناب

سوپرشارژرها بعلت اینکه نیروی خود را از موتور می‌گیرند باعث می‌شوند که بخشی از توان تولید شده توسط موتور را مصرف کنند این افت توان غیر قابل اجتناب می‌تواند حتی از 50 اسب بخار هم تجاوز کند البته این سوپر شارژرها بیش از آنچه انرژی مصرف می‌کنند به توان موتور اضافه می‌کنند . ولی توربو شارژرها بعلت اینکه هیچگونه انرژی را از موتور مصرف نمی‌کنند ولی با ایجاد مانع در جریان دودهای خروجی از موتور و افزایش فشار پس زدن سبب می‌شوند بخشی از توان موتور بطور غیر مستقیم کاسته شود . چون در این حالت پیستون باید انرژی بیشتری را برای بیرون راندن دودهای خروجی از سیلندر صرف کند ولی از طرف دیگر استفاده از توربو شارژر باعث می‌شود که هوای فشرده با فشار وارد سیلندر شود و همین موضوع باعث محکم به پائین رفتن پیستون و دادن انرژی به آن می شود که با انرژی که قبلاً گفته شد خنثی می‌شود. بهر حال استفاده از توربو شارژر بعلت اینکه توانی برای کار کردن از موتور نمی‌گیرد و باعث بالا رفتن توان موتور می‌شود معمول تر از سوپر شارژر است.

تولید حرارت

هنگامیکه هوای ورودی خنک‌تر باشد متراکم‌تر و چگال‌تر است که بدین مفهوم است که اکسیژن بیشتری در واحد حجم به موتور می‌رسد . اکسیژن بیشتر به مفهوم توان بیشتر است سوپر شارژرهای دمنده‌ای از این جهت که تولید گرما می‌کنند مطلوب نیستند این گرمای تولید شده حاصل ناکافی بودن تراکم هوای ورودی است و از این روی توربوشارژرها کارآیی بیشتری نسبت به سوپر شارژرها دارند .
سوپر شارژرهای گریز از مرکز می‌توانند 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 نزدیکی دودهای خروجی می‌توان هوای ورودی به موتور را گرمتر کرد . سوپر شارژرهای گریز از مرکزی که خوب طراحی شده باشند می‌توانند این گرما را از طریق نصب خنک کننده کاهش دهند .

قابلیت اطمینان

مردم اغلب می‌گویند که سوپر شارژرها نسبت به توربو شارژرها قابلیت اطمینان بیشتری دارند و این بدان علت است که توربو شارژرها در حرارت بالا کار می‌کنند و توسط روغن روانکاری می‌شوند و هر گاه قبل از خنک شدن آنها موتور خودرو را خاموش کنند این روغن در معرض حرارت قرار می‌گیرد و باعث کوتاه شدن عمر کاری توربو شارژر می‌شود. اما با تعمیر و نگهداری و مراقبت‌های لازم از توربو شارژر می توان بر این مشکل هم فائق آمد.

میزان تقویت

از نظر حداکثر توان مطلق تولیدی استفاده از توربو شارژر امکان بالاتری برای تقویت قدرت موتور ارائه می‌دهد تا استفاده از سوپر شارژر . مثلاً در تراکتورهایی که جهت کشش مورد استفاده قرار می‌گیرند، استفاده از سه توربو شارژر بصورت سری باعث می‌شود که سطح تقویت هوای ورودی فشاری معادل psi 200 تولید کند !

توربو شارژر یا سوپر شارژر ؟

اظهار نظر در مورد اینکه استفاده از کدامیک (توربو شارژر یا سوپر شارژر) بهتر است کاری مشکل است .
مهم‌ترین مزیت سوپر شارژر این است که زمان واکنش نشان دادن آن کم است و به سرعت در سرویس قرار می‌گیرد (البته غیر از نوع گریز از مرکز آن ) و استفاده از آن هم ساده است.
از آن طرف عمده‌ترین مزیت توربو شارژر ، کارایی بالای آن و تولید حداکثر توان است .
این دیگر بستگی به نظر خریداران خودرو دارد که تصمیم بگیرند کدام نوع را برای وسیله خود انتخاب کنند .

چه تفاوتى بین سوپر شارژر و توربو شارژر وجود دارد ؟

اجازه بدهید ابتدا از شباهت ها شروع کنیم.هر دوى توربو و سوپر شارژر سیستمهای القاء اجبارى نامیده مى شوند وهستند.انها جریان هوا را فشرده مى کنند وبه داخل موتور مى فرستند(براى توصیف جریان هوا در یک موتور عادى به "موتور خودرو چگونه کار مى کند" مراجعه کنید).مزیت فشرده کردن هوا این است که موتور مقدار بیشترى هوا را وارد سیلندر مى کند.وارد شدن هواى بیشتر به معنای سوخت بیشتر در سیلندر است بنابراین شما قدرت بیشترى نیز در هر انفجار از هر سیلندر بدست مى آورید.وجود توربو/ سوپر شارژر در موتور باعث تولید نیروی بیشترى نسبت به حالتى که موتور بدون شارژر است مى شود.میزان تقویت توربو/سوپر شارژر به اندازه 6تا 8 پوند بر اینچ مربع(psi) است.مى دانیم که فشار نرمال اتمسفر در سطح آزاد دریا 14.7 psi است.در نتیجه در مى یابیم که توربو/سوپر شارژر به اندازه 50% هوای بیشتر به داخل موتور و سیلندر مى فرستند.بنابراین شما انتظار 50% نیروى بیشتر نسبت به حالت عادى دارید.اما کاملا نیز به این مقدار نمى رسد بلکه بین 30 تا40 % بهبود مى یابد.تفاوت اساسی بین توربو/سوپر شارژر در محل تامین انرژى شان است .همان انرژى که باعث فشرده شدن هوا مى شود.در سوپر شارژرتامین انرژى توسط یک تسمه که به طور مستقیم به موتور متصل است انجام مى شود.مانند پمپ آب وژنراتورها در موتور خودرو که به همین صورت انرژى خود را بدست مى آورند. در توربو شارژر این انرژى توسط گازهای خروجی از اگزوز تامین مى شود.این گازها با سرعت و فشارى که دارند توربین را به حرکت در مىاورند ودر نتیجه توربین هم کمپرسور را به حرکت در مىاورد که باعث فشرده کردن هوا مى شود.
توربو شارژر کارایى بالاتری نسبت به سوپر شارژرها دارد.زیرا از انرژى تلف شده و گازهای خروجی برای تامین انرژى خود استفاده مى کند.ولی توربو شارژر باعث مى شود که مقداری فشار برگشتى درسیستم اگزوز ایجاد شود که این فشار برگشتى مى تواند باعث کاهش کارایى توربو شارژر تا زمانى که موتور در دور بالا کار مى کند شود.نصب کردن سوپر شارژر ها راحت تر است ولى تمام مى شود.

سوپر شارژر ها چگونه کار می کنند ؟

از زمان اختراع موتور احتراق داخلی، مهندسان خودرو، عاشقان سرعت و طراحان خودرو های مسابقه در حال جست و جوی راه ها یی برای افزایش قدرت آن بوده اند. یک راه برای افزودن قدرت ساختن یک موتور بزرگ تر است. اما موتور های بزرگ تر که سنگین تر و ساخت و نگهداری آنها گران تر است همیشه بهتر نیستند.

فوررد رنجر با یک سوپر شارژر زیر کاپوت

یک راه دیگر برای افزودن قدرت کارآمد تر کردن موتور های به اندازه ی معمولی است. می توان این کار را با دمیدن هوای بیشتر به درون اتاقک احتراق انجام داد. با هوای بیشتر همچنین می توان سوخت بیشتری اضافه کرد. سوخت بیشتر به انفجار بزرگ تر و افزایش توان می انجامد. به کار گرفتن یک سوپر شارژر یک راه به درد بخور برای به دست آوردن هوای دمیده شده ی پر فشار است. در این مقاله ما توضیح خواهیم داد که سوپر شارژر ها چه هستند، چگونه کار می کنند و چگونه با توربو شارژر ها مقایسه می شوند.

اصول سوپر شارژر ها

سوپر شارژر به هر وسیله ای گفته می شود که فشار هوای مکیده شده را به بیش از فشار جو می رساند. توربو شارژر ها هم این کار را انجام می دهند. در واقع کلمه ی توربو شارژر کوتاه شدهی کلمه ی توربو سوپر شارژر، اسم رسمی خود است.

یک سوپر شارژر دو پیچی

تفاوت بین این دو سیستم، منبع انرژی آن ها است. توربو شارژر ها توان خود را از توربینی می گیرند که به وسیله ی جریان جرمی اگزوز به حرکت در می آید. ولی سوپر شارژر ها به وسیله ی تسمه یا زنجیر به صورت مکانیکی از طریق میل لنگ نیرو می گیرند.
یک موتور معمولی 4 زمانه یک زمان را صرف فرآیند مکش می کند. این فرآیند 3 مرحله دارد:
1. پیستون به سمت پایین حرکت می کند.
2. حرکت پیستون به سمت پایین خلاء ایجاد می کند.
3. هوا در فشار جو به درون اتاق احتراق مکیده می شود.
همین که هوا به درون موتور کشیده می شود، می بایست با سوخت ترکیب شود تا ترکیب هوا و سوخت را تشکیل دهد. بسته ای از انرژی پتانسیل که می تواند به وسیله ی یک فرآیند شیمیایی به نام احتراق به انرژی جنبشی مفید تبدیل شود. شمع، واکنش شیمیایی را با مشتعل کردن سوخت آغاز می کند. وقتی که سوخت بسوزد، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. نیروی این انفجار که بالای سرسیلندر متمرکز می شود. پیستون را به پایین می راند و حرکت رفت و برگشتی ایجاد می کند که آن هم اخر کار به چرخ ها منتقل می شود.

موتور ساده به علاوه ی سوپر شارژر

اضافه کردن سوخت بیشتر به مخلوط سوخت و هوا انفجار قوی تری ایجاد می کند. اما ما نمی توانیم به سادگی سوخت بیشتری به داخل موتور پمپ کنیم، زیرا مقدار معینی از اکسیژن برای سوزاندن مقدار سوخت داده شده لازم است. ترکیب شیمیایی صحیح ـ 14 بخش هوا با یک بخش سوخت ـ برای کارکرد بهینه یک موتور لازم است. کلام آخر این که برای وارد کردن سوخت بیشتر باید هوای بیشتری وارد کرد.
این کار یک سوپر شارژر است. سوپر شارژر ها بدون ایجاد کردن خلاء با فشرده کردن هوا در فشاری بالا تر از فشار جو، مکش را افزایش می دهند. این کار هوای بیشتری را به درون موتور می فرستد و موتور را تقویت می کند. با توجه به هوای اضافه تر، سوخت بیشتری به مخلوط هوا و سوخت افزوده می شود و قدرت موتور افزایش می یابد.
سوپرشارژینگ به طور متوسط 46 درصد به قدرت موتور و 31 درصد به گشتاور اضافه می کند. در ارتفاع های بالا که عملکرد موتور به خاطر چگالی و فشار کم هوا افت می کند، سوپر شارژر هوا را با فشار بیشتر به موتور می دهد که موتور بتواند به صورت بهینه ای کار کند.
برخلاف توربو شارژر ها که از گاز های اگزوز که از احتراق به دست آمده، برای به کار انداختن کمپرسور استفاده می کنند، سوپر شارژر ها قدرت خود را مستقیما از میل لنگ می گیرند. بیشتر آن ها با یک تسمه به حرکت در می آیند که ان تسمه به دور یک قرقره می پیچد که آن قرقره به یک چرخ دنده ی محرک متصل است. چرخ دنده ی محرک به نوبه ی خود چرخ دنده کمپرسور را می چرخاند. روتور کمپرسور در طرح های مختلفی عرضه می شود، اما وظیفه ی ان به درون کشیدن هواست، هوا را فشرده می کند و به منیفولد ورودی می فرستد.

ادامه دارد ....