سوپر شارژر و توربو شارژر (2)

شناخت بیشتر توربو شارژر:

یک توربو شارژر از دو قسمت اصلی تشکیل شده است: توربین و کمپرسور که توسط یک شفت به یکدیگر متصل اند توربو شارژر در حقیقت توربینی است که به وسیله گازهای اگزوز به حرکت در آمده و یک کمپسور گریزاز مرکز را که توسط یک شفت به آن اتصال یافته 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
توربو شارژر در واقع همان سوپر شارز کردن یعنی تغذیه موتور با هوای از بیش کمپرس شده . نیروی این کمپرس اساسا می تواند از دو راه تامیت شود از طریق چرخ دنده که در ایت حالت سوپر شارژ مکانیکی نامیده می شود و دیگری استفاده از انرژی ذخیره شده در گاز های اگزوز حاصل از احتراق در موتور است که در این حالت به توربوشارژر معروف است.

مزایای توربو شارژر ها:

با صرفه نظر از افزایش توان خودرو کمک توربو شارژر به موتور در ارتفاعات است با توجه به اینکه در ارتفاعات غلظت هوا کم است به موتور کمک می کند تا دچار کاهش قدرت نشود در ارتفاعات برای هر مکش پیستون جرم کمتری از هوا را به داخل سیلندر می کشد حتی با پرشدن سیلندر از سوخت به علت کمبود اکسیژن احتراق کامل صورت نمی گیرد بنا براین توربو شارژر این کمبود را جبران کرده و موتوربا شرایط عادی کار می کند

معایب توربو شارژر:

یکی از عمده ترین مشکلات توربو شارژر ها کندی یا تنبلی توربو می باشد . مثلا هنگامی مه راننده پا را روی پدال گاز فشار می دهد توربو بلافاصله عمل نکرده و تا زمانی که توربو به دور مناسب برسد چند ثانیه ای زمان لازم بوده سپس خودرو به طور کند شده و به شرایط عادی بر میگردد برای رفع این معضل از کاهش اینرسی قطعات توربو استفاده می کنند و از پره های سرامیکی
در توربین که سبک تر از پره های استیل است استفاده می کنند
هدف از کار توربو شارژر فرستادن بیشتر مولکول هوا به سیلندر است نه بیشتر کردن فشار هوای ورودی به موتور افزایش فشار هوا در توربو شارژر ها تا حدودی ناشی از افزایش دمای هوای کمپرس شده قبل از ورود به موتور اصل بنابرایت استفاده از اینتر کولر برای پایین آوردن دمای هوا و متراکم کردن آن بسیار موثر خواهد بود اینتر کولر در حقیقت یک وسیله جانبی است شبیه به رادیاتور که بعد از کمپرس قرار داشته و هوا پس از عبور از کمپرسور از داخل گذرگاه های آبندی شده که هوای خنک جریان دارد عبور می کند و با انتقال حرارت خنک می شود و در فشار معین تعداد مولکول هایش افزایش می یابد
مطمئنا یک خودرو در صورت دارا بودن توربوشارژر می تواند قدرت و سرعت خود را به رخ همگان بکشاند.

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.
اما افزایش دما اثری به مراتب بدتر دارد. اگر دما از حد مشخصی بالاتر رود، مخلوط هوا و سوخت می توانند پیش از زدن جرقه دچار احتراق شوند. بدین ترتیب نه تنها چرخه منظم موتور دچار اخلال می شود، که 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 بالاتر را برای موتور پیشهاد می دهند.
ب- زمان تأخیر:
یکی از مهم ترین مشکلات توربوشارژر این است که نمی توانند افزایش قدرت را به طور ناگهانی اعمال کنند. هنگامی که به پدال گاز فشار می آورید، حدودا یک ثانیه طول می کشد تا توربین به سرعت لازم دست پیدا کند 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 است که معمولاً از طریق سبک کردن قطعات بدست می آید؛ بدین ترتیب 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 بالا 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 مشکلات پیشنهاد شده است که به برخی از آنها اشاره می کنیم.
- دریچه اگزوز (wastegate)
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 بالا می رود و بالتبع حجم گاز اگزوز افزایش می یابد، این خطر وجود دارد که توربین با سرعت بسیار بالاتری بگردد. از این دریچه ها باز می شوند و بخشی از اگزوز بدون آنکه از توربین عبور کند، از موتور خارج می شود. این چنین سرعت دوران توربین در سرعت های بالا 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 بتوان 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 خوزنده درون اگزوز ندارد، شکل خود را برای مدت ها حفظ می کند و مانند پره فلزی خورده نمی شود.
- خنک کننده داخلی (intercooler)
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.

توربو شارژرها چگونه کار می کنند؟

وقتی مردم درباره ی اتومبیل های مسابقه یا اتومبیل های ورزشی با سرعت بالا صحبت می کنند،موضوع توربوشارژرها ظاهر می شود ،توربوشارژرها در موتورهای دیزل بزرگ هم وجود دارند،یک توربوشارژر به طور عمده قدرت موتور را بدون افزایش وزن آن زیاد می کند که مزیت بزرگی است و توربوشارژرها را مهم می کند

در این مقاله یاد می گیریم که چطور توربوشارژر قدرت خروجی موتور را افزایش می دهد،همچنین یاد می گیریم پره های سرامیکی و یاطاقان های ساچمه ای چطور به توربوشارژر کمک می کنند تا وظیفه اش را بهتر انجام دهد
توربوشارژرها یک نوع سیستم مکش هوا هستند که جریان هوای ورودی به موتور را فشرده می کنند،مزیت این سیستم این است که به موتور اجازه می دهد هوای بیشتری به سیلندر وارد کند و هوای بیشتر به معنی سوخت بیشتر است،بنابر این انرژی بیشتری از هر انفجار به دست می آید،یک موتور با توربو شارژر در کل قذرت بیشتری از یک موتور مشابه بدون تورربوشارژر دارد،یعنی توربوشارژر نسبت قدرت به وزن موتور را افزایش می دهد
برای رسیدن به این تقویت فشار،توربوشارژر از جریان خروجی اگزوز برای چرخاندن یک توربین استفاده می کند که خود یک پمپ هوا را می چرخاند،توربین در توربوشارژر با سرعتی بالغ بر 150?000 دور در دقیقه می چرخد که 30 برابر سریع تر از دور موتور است،چون تئربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی بالاست

اصول

راه قطعی برای بدست آوردن قدرت بیشتر از موتور افزایش مقدار هوا و سوختی است که می سوزد،یک راه برای انجام این کار اضافه کردن یا بزرگتر کردن سیلندرهاست،بعضی مواقع این تغییرات شدنی نیست،یک توربوشارژر ساده تر است

توربوشارژرها با فشرده کردن هوا به موتور اجازه می دهند سوخت و هوای بیشتری بسوزاند،فشار نسبی ایجاد شده توسط توربوشارژر بین 6تا 8 پوند بر اینچ مربع است،از آن جایی که فشار جو در سطح دریا 7/14 پوند بر اینچ مربع است می توانید بفهمید که حدود 50? هوای بیشتری وارد موتور می شود،بنابراین می توان انتظار داشت 50? قدرت بیشتری بدست آید،اما توربوشارژر کاملا ایده آل نیست و بین 30 تا 40 درصد بهبود در قدرت موتور مشاهده می شود
یکی از دلایل عدم کارایی این است که انرژی چرخاندن توربین از اگزوز گرفته می شود و وجود یک توربین در اگزوز مقاومت در برابر خروج دود را افزایش می دهد،و این یعنی در مرحله ی خروج دود،موتور باید دود را با فشار بیشتری خارج کند در نتیجه کمی از قدرت سیلندری که در مرحله ی انفجار قرار دارد کاسته می شود

در ارتفاعات

توربوشارژرها در ارتفاعات که چگالی هوا کم است به موتور کمک می کنند،موتورهای معمولی در ارتفاعات با کاهش قدرت مواجه می شوند چون موتور جرم کمتری از هوا را دریافت می کند،یک موتور با توربوشارژر ممکن است با کاهش قدرت روبرو شود اما این کاهش قدرت خیلی کمتر است چون هوای رقیق تر راحت تر پمپ می شود
خودروهای قدیمی با کاربراتور به صورت خودکار مقدار سوخت را افزایش می دهند تا مناسب افزایش هوای ورودی شود،خودروهای مدرن با انژکتور نیز این کار را انجام می دهند،سیستم انژکتور بر مبنای سنسورهای اکسیژن در اگزوز کار می کنند تا نعیین کنند که نسبت سوخت و هوا درست است یا نه بنابراین در این سیستم نیز اگر توربوشارژر اضافه شود مقدار سوخت ورودی خود به خود افزایش می یابد
اگر یک توربوشارژر با فشار بالا به یک خودروی انژکتوری اضافه شود ممکن است کنترل کننده ی انژکتور اجازه ی ورود سوخت زیاد را ندهد ویا پمپ بنزین و تزریق کننده ها توانلیی رساندن این مقدار سوخت را نداشته باشند،در این حالت باید تغییرات دیگری اجرا شود تا بتوان از توربوشارژر استفاده کرد

چگونه کار می کند؟

توربوشارژر به خروجی اگزوز موتور متصل شده است،گازهای خروجی از سیلندر توربین را می چرخانند که شبیه یک توربین گازی است،توربین توسط یک محور به کمپرسور که بین ف_*ل_ن*__ر هوا و لوله های ورودی هوا واقع شده متصل می شود،کمپرسور هوای ورودی به پیستون را فشرده می کند

گازهای خروجی از بین پره های توربین عبور می کنند و آن را می چرخانند،هر چه گازهای بیشتری خارج شود توربین سریع تر می چرخد

در طرف دیگر محوری که به توربین متصل است کمپرسور هوا را به سیلندر ها پمپ می کند،کمپرسور یک پمپ از نوع گریز از مرکز است که هوا را از مرکز پره ها می کشد و به بیرون پمپ می کند

برای رسیدن به سرعت 150?000 دور در دقیقه محور توربین باید به دقت پشتیبانی شود،اکثر یاطاقان در این سرعت خراب می شوند بنابراین بیشتر توربوشارژرها از یاطاقان های مایع استفاده می کنند،این نوع یاطاقان محور را روی لایه ی نازکی از روغن که به طور پیوسته به دور محور پمپ می شود نگه می دارد،این نوع یاطاقان دو مزیت دارد،یک اینکه محور و سایر قسمت های توربوشارژر را خنک نگه می دارد،دوم اینکه محور بدون اصطکاک چندانی می چرخد

تقویت فشار بیش از اندازه

با هوای فشرده ای که توسط توربوشارژر به سیلندر پمپ می شود و فشرده شدن بیشتر توشط حرکت پیستون خطر ضربه زدن موتور وجود دارد چون وقتی شما هوا را فشرده می کنید دمای آن افزایش می یابد این دما ممکن است آنقدر افزایش یابد که سوخت قبل از جرقه زدن شمع ها و در زمان نا مناسب بسوزد که این باعث کوبش موتور می شود،خودرو های دارای توربوشارژر اغلب باید از سوختی با درجه اکتان بالاتر استفاده کنند تا موتور ضربه نزند،اگر فشار واقعا بالا باشد باید نسبت تراکم موتور کاهش یابد تا کوبش نداشته باشد...

ملاحظات طراحی

یکی از مشکلات اصلی توربوشارژرها این است که وقتی پدال گاز را فشار می دهید بلافاصله قدرت موتور را تقویت نمی کنند و چند ثانیه ای طول می کشد تا توربین به سرعت مورد نظر برسد.این باعث می شود وقتی گاز می دهید تاخیری را احساس کنید.در ضمن وقتی توربو شارژر حرکت کرد خیزشی در خودرو ایجاد می شود.
یک راه برای کم کردن تاخیر توربوشارژر کم کردن اینرسی دورانی اجزای چرخنده ی آن است.اساسا به کمک کم کردن وزن آن.این باعث می شود توربین و کمپرسور سریع تر سرعت بگیرند و زود تر تقویت کنند.یک راه مسلم برای کاهش اینرسی کوچکتر کردن توربوشارژر است.یک توربوشارژر کوچکتر زودتر و در دور موتورهای پایین تر عمل تقویت را انجام می دهد اما نمی تواند در دور موتورهای بالاتر که حجم زیادی از هوا به موتور می رود تقویت زیادی انجام دهد.همچنین خطر چرخش بسیار سریع در دور موتورهای بالا که گازهای خروجی زیادی از توربین می گذرد نیز وجود دارد.
یک توربوشارژر بزرگ می تواند در دور موتورهای بالا تقویت زیادی انجام دهد اما به خاطر زمان زیادی که برای شتاب گرفتن توربین و کمپرسور سنگین تر آن لازم است تاخیر زیادی دارد.خوشبختانه چندین ایده برای غلبه بر این چالش وجود دارد.
بیشتر توربوشارژر ها یک دریچه ی هدر دارند که اجازه می دهد از توربوشارژرها ی کوچکتری برای کاهش تاخیر استفاده شود،در حالی که نمی گذارد در دور موتور های خیلی بالا خیلی سریع بچرخد.دریچه هدر سوپاپی است که اجازه می دهد گازهای اگزوز از گذرگاه جنبی از کنار پره های توربین عبور کند.
دریچه هدر فشار را حس می کند و اگر فشار خیلی زیاد شود که نشانه چرخش زیاد توربین است،مقداری از گازهای اگزوز را از کنار پره های توربین خارج می کند تا سرعت چرخش کمتر شود.
بعضی توربوشارژر ها از یاتاقان های ساچمه ای بجای یاتاقان های روغنی استفاده می کنند،اما اینها یاتاقان های ساچمه ای معمولی نیستند بلکه یاتاقان های فوق دقیقی هستند که از مواد پیشرفته ای ساخته شده اند تا در سرعت و دمای توربو شارژر کار کنند.این یاتاقان ها به محور توربین اجازه می دهند با اصطکاک کمتری نسبت به یاتاقان های روغنی بچرخند،همچنین اجازه می دهند از محور کوچکتر و سبک تری استفاده شود که این باعث کاهش تاخیر می شود.
پره های سرامیکی توربین از پره های فولادی سبک تر اند که این باز هم باعث می شود توربین زودتر شتاب گرفته و زمان تاخیر کمتر شود.
بعضی موتور ها از دو توربوشارژر در دو اندازه استفاده می کنند.توربو شارژر کوچکتر زودتر می چرخد و تاخیر را کم می کند در حالی که بزرگتر در دور موتور های بالا تر تقویت فشار بیشتری ایجاد می کند.
وقتی هوا فشرده شود،گرم می شود و وقتی گرم شود منبسط می شود.بنا بر این بخشی از تقویت فشار توربوشارژر ناشی از گرم شدن هوا قبل از ورود به موتور است،برای افزایش قدرت موتور باید مولکول های بیشتری وارد سیلندر شوند نه لزوما فشار بیشتر.

یک سرد کننده میانی یا خنک کننده هوا جزئی اضافی است که بعضی مواقع شبیه رادیاتور است و هوا از داخل و خارج آن عبور می کند.هوای ورودی به موتور از گذرگاه داخل خنک کننده عبور می کند در حالی که هوای خنک تر از خارج توسط پروانه موتور به پره های خنک کننده دمیده می شود.
خنک کننده میانی قدرت موتور را افزایش می دهد زیرا هوای فشرده خارج شده از کمپرسور را پیش از ورود به موتور خنک می کند این بدان معنی است که اگر توربوشارژر در فشار 7 psi کار کند خنک کننده میانی هوای خنک تر با این فشار را وارد موتور می کند که چگال تر بوده و مولکول های بیشتری نسبت به هوای گرم دارد.

و اما سوپرشارژر:

سوپرشارژ کردن اتوموبیل با مجبور کردن موتور به تنفس بیشتر نیروی بیشتری ایجاد می کند درست مانند توربوشارژر ها که با نیروی اگزوز کار می کنند.
تفاوت سوپرشارژ و توربوشارژ فقط در این است که کمپرسور سوپرشارژر مستغیماً با نیروی موتور کار می کند و توربوشارژر نیروی خود را از گازهای خروجی می گیرد. تصویر, یک موتور RV6 ساخت فولکس واگن را نشان می دهد که یک سوپرشارژر بر روی آن سوار شده
در این مورد یک کمپرسور گریز از مرکز است درست مانند توربو اما به وسیله یک تسمه کمکی به حرکت در می آید.
اکثر کمپرسورهای سوپرشارژر مدل "چرخشی" راست گرد هستند.
البته موتوری که در بالا آمده است اندکی نا متعارف است زیرا در آن از یک کوپرسور توربو استفاده شده است ولی چون نیروی خود را مستقیماً از موتور می گیرد سوپرشارژر است.
سوپرشارژر در مقابل توربوشارژر دارای اشکالاتی است. سوپرشارژر نیروی مورد نیاز خود را از موتور می گیرد پس اندکی کاهش نیرو خواهیم داشت ولی توربو نیروی خود را از گازهای اگزوز می گیرد.
البته سوپرشارژ محاسنی نیز دارد. واماندگی ندارد و هوای فشرده همیشه موجود است! با توربوشارژ شما باید صبر کنید تا دور موتور بالا رود و گازهای خروجی به میزان لازم برای گردش توربو تولید شود اما سوپرشارژ در هر دور موتوری گردش کرده و کار خود را انجام می دهد.
برای موتورهای بسیار پر قدرت مثل اتوموبیل های کورسی 5000اسبی تنها گزینه سوپرشارژ است. آنها دارای 0تا300 مایل 4ثانیه ای هستند و توربو فرصت کافی برای فشارده سازی نخواهد یافت.
توربوشارژرها یک نوع سیستم مکش هوا هستند که جریان هوای ورودی به موتور را فشرده می کنند،مزیت این سیستم این است که به موتور اجازه می دهد هوای بیشتری به سیلندر وارد کند و هوای بیشتر به معنی سوخت بیشتر است،بنابر این انرژی بیشتری از هر انفجار به دست می آید،یک موتور با توربو شارژر در کل قذرت بیشتری از یک موتور مشابه بدون تورربوشارژر دارد،یعنی توربوشارژر نسبت قدرت به وزن موتور را افزایش می دهد
برای رسیدن به این تقویت فشار،توربوشارژر از جریان خروجی اگزوز برای چرخاندن یک توربین استفاده می کند که خود یک پمپ هوا را می چرخاند،توربین در توربوشارژر با سرعتی بالغ بر 150?000 دور در دقیقه می چرخد که 30 برابر سریع تر از دور موتور است،چون تئربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی بالاست

اصول

راه قطعی برای بدست آوردن قدرت بیشتر از موتور افزایش مقدار هوا و سوختی است که می سوزد،یک راه برای انجام این کار اضافه کردن یا بزرگتر کردن سیلندرهاست،بعضی مواقع این تغییرات شدنی نیست،یک توربوشارژر ساده تر است

مکان توربوشارژر در خودرو

توربوشارژرها با فشرده کردن هوا به موتور اجازه می دهند سوخت و هوای بیشتری بسوزاند،فشار نسبی ایجاد شده توسط توربوشارژر بین 6تا 8 پوند بر اینچ مربع است،از آن جایی که فشار جو در سطح دریا 7/14 پوند بر اینچ مربع است می توانید بفهمید که حدود 50? هوای بیشتری وارد موتور می شود،بنابراین می توان انتظار داشت 50? قدرت بیشتری بدست آید،اما توربوشارژر کاملا ایده آل نیست و بین 30 تا 40 درصد بهبود در قدرت موتور مشاهده می شود
یکی از دلایل عدم کارایی این است که انرژی چرخاندن توربین از اگزوز گرفته می شود و وجود یک توربین در اگزوز مقاومت در برابر خروج دود را افزایش می دهد،و این یعنی در مرحله ی خروج دود،موتور باید دود را با فشار بیشتری خارج کند در نتیجه کمی از قدرت سیلندری که در مرحله ی انفجار قرار دارد کاسته می شود

در ارتفاعات

توربوشارژرها در ارتفاعات که چگالی هوا کم است به موتور کمک می کنند،موتورهای معمولی در ارتفاعات با کاهش قدرت مواجه می شوند چون موتور جرم کمتری از هوا را دریافت می کند،یک موتور با توربوشارژر ممکن است با کاهش قدرت روبرو شود اما این کاهش قدرت خیلی کمتر است چون هوای رقیق تر راحت تر پمپ می شود
خودروهای قدیمی با کاربراتور به صورت خودکار مقدار سوخت را افزایش می دهند تا مناسب افزایش هوای ورودی شود،خودروهای مدرن با انژکتور نیز این کار را انجام می دهند،سیستم انژکتور بر مبنای سنسورهای اکسیژن در اگزوز کار می کنند تا نعیین کنند که نسبت سوخت و هوا درست است یا نه بنابراین در این سیستم نیز اگر توربوشارژر اضافه شود مقدار سوخت ورودی خود به خود افزایش می یابد
اگر یک توربوشارژر با فشار بالا به یک خودروی انژکتوری اضافه شود ممکن است کنترل کننده ی انژکتور اجازه ی ورود سوخت زیاد را ندهد ویا پمپ بنزین و تزریق کننده ها توانلیی رساندن این مقدار سوخت را نداشته باشند،در این حالت باید تغییرات دیگری اجرا شود تا بتوان از توربوشارژر استفاده کرد

توربوشارژر چگونه کار می کند؟

توربوشارژر به خروجی اگزوز موتور متصل شده است،گازهای خروجی از سیلندر توربین را می چرخانند که شبیه یک توربین گازی است،توربین توسط یک محور به کمپرسور که بین ف_*ل_ن*__ر هوا و لوله های ورودی هوا واقع شده متصل می شود،کمپرسور هوای ورودی به پیستون را فشرده می کند
گازهای خروجی از بین پره های توربین عبور می کنند و آن را می چرخانند،هر چه گازهای بیشتری خارج شود توربین سریع تر می چرخد درون یک توربوشارژر
در طرف دیگر محوری که به توربین متصل است کمپرسور هوا را به سیلندر ها پمپ می کند،کمپرسور یک پمپ از نوع گریز از مرکز است که هوا را از مرکز پره ها می کشد و به بیرون پمپ می کند

پره های کمپرسور

برای رسیدن به سرعت 150?000 دور در دقیقه محور توربین باید به دقت پشتیبانی شود،اکثر یاطاقان در این سرعت خراب می شوند بنابراین بیشتر توربوشارژرها از یاطاقان های مایع استفاده می کنند،این نوع یاطاقان محور را روی لایه ی نازکی از روغن که به طور پیوسته به دور محور پمپ می شود نگه می دارد،این نوع یاطاقان دو مزیت دارد،یک اینکه محور و سایر قسمت های توربوشارژر را خنک نگه می دارد،دوم اینکه محور بدون اصطکاک چندانی می چرخد

تقویت فشار بیش از اندازه

با هوای فشرده ای که توسط توربوشارژر به سیلندر پمپ می شود و فشرده شدن بیشتر توشط حرکت پیستون خطر ضربه زدن موتور وجود دارد چون وقتی شما هوا را فشرده می کنید دمای آن افزایش می یابد این دما ممکن است آنقدر افزایش یابد که سوخت قبل از جرقه زدن شمع ها و در زمان نا مناسب بسوزد که این باعث کوبش موتور می شود،خودرو های دارای توربوشارژر اغلب باید از سوختی با درجه اکتان بالاتر استفاده کنند تا موتور ضربه نزند،اگر فشار واقعا بالا باشد باید نسبت تراکم موتور کاهش یابد تا کوبش نداشته باشد
یکی از مشکلات اصلی توربوشارژرها این است که وقتی پدال گاز را فشار می دهید بلافاصله قدرت موتور را تقویت نمی کنند و چند ثانیه ای طول می کشد تا توربین به سرعت مورد نظر برسد.این باعث می شود وقتی گاز می دهید تاخیری را احساس کنید.در ضمن وقتی توربو شارژر حرکت کرد خیزشی در خودرو ایجاد می شود.
یک راه برای کم کردن تاخیر توربوشارژر کم کردن اینرسی دورانی اجزای چرخنده ی آن است.اساسا به کمک کم کردن وزن آن.این باعث می شود توربین و کمپرسور سریع تر سرعت بگیرند و زود تر تقویت کنند.یک راه مسلم برای کاهش اینرسی کوچکتر کردن توربوشارژر است.یک توربوشارژر کوچکتر زودتر و در دور موتورهای پایین تر عمل تقویت را انجام می دهد اما نمی تواند در دور موتورهای بالاتر که حجم زیادی از هوا به موتور می رود تقویت زیادی انجام دهد.همچنین خطر چرخش بسیار سریع در دور موتورهای بالا که گازهای خروجی زیادی از توربین می گذرد نیز وجود دارد.
یک توربوشارژر بزرگ می تواند در دور موتورهای بالا تقویت زیادی انجام دهد اما به خاطر زمان زیادی که برای شتاب گرفتن توربین و کمپرسور سنگین تر آن لازم است تاخیر زیادی دارد.خوشبختانه چندین ایده برای غلبه بر این چالش وجود دارد.
بیشتر توربوشارژر ها یک دریچه ی هدر دارند که اجازه می دهد از توربوشارژرها ی کوچکتری برای کاهش تاخیر استفاده شود،در حالی که نمی گذارد در دور موتور های خیلی بالا خیلی سریع بچرخد.دریچه هدر سوپاپی است که اجازه می دهد گازهای اگزوز از گذرگاه جنبی از کنار پره های توربین عبور کند.
دریچه هدر فشار را حس می کند و اگر فشار خیلی زیاد شود که نشانه چرخش زیاد توربین است،مقداری از گازهای اگزوز را از کنار پره های توربین خارج می کند تا سرعت چرخش کمتر شود.
بعضی توربوشارژر ها از یاتاقان های ساچمه ای بجای یاتاقان های روغنی استفاده می کنند،اما اینها یاتاقان های ساچمه ای معمولی نیستند بلکه یاتاقان های فوق دقیقی هستند که از مواد پیشرفته ای ساخته شده اند تا در سرعت و دمای توربو شارژر کار کنند.این یاتاقان ها به محور توربین اجازه می دهند با اصطکاک کمتری نسبت به یاتاقان های روغنی بچرخند،همچنین اجازه می دهند از محور کوچکتر و سبک تری استفاده شود که این باعث کاهش تاخیر می شود.
پره های سرامیکی توربین از پره های فولادی سبک تر اند که این باز هم باعث می شود توربین زودتر شتاب گرفته و زمان تاخیر کمتر شود.
بعضی موتور ها از دو توربوشارژر در دو اندازه استفاده می کنند.توربو شارژر کوچکتر زودتر می چرخد و تاخیر را کم می کند در حالی که بزرگتر در دور موتور های بالا تر تقویت فشار بیشتری ایجاد می کند.
وقتی هوا فشرده شود،گرم می شود و وقتی گرم شود منبسط می شود.بنا بر این بخشی از تقویت فشار توربوشارژر ناشی از گرم شدن هوا قبل از ورود به موتور است،برای افزایش قدرت موتور باید مولکول های بیشتری وارد سیلندر شوند نه لزوما فشار بیشتر.
یک سرد کننده میانی یا خنک کننده هوا جزئی اضافی است که بعضی مواقع شبیه رادیاتور است و هوا از داخل و خارج آن عبور می کند.هوای ورودی به موتور از گذرگاه داخل خنک کننده عبور می کند در حالی که هوای خنک تر از خارج توسط پروانه موتور به پره های خنک کننده دمیده می شود.
خنک کننده میانی قدرت موتور را افزایش می دهد زیرا هوای فشرده خارج شده از کمپرسور را پیش از ورود به موتور خنک می کند این بدان معنی است که اگر توربوشارژر در فشار 7 psi کار کند خنک کننده میانی هوای خنک تر با این فشار را وارد موتور می کند که چگال تر بوده و مولکول های بیشتری نسبت به هوای گرم دارد.

سوپرشارژ کردن

وارد کردن هوا (ویا مخلوط هوا و سوخت) به درون سیلندر موتور، با چگالی‌ای بیشتر از چگالی هوای محیط را سوپرشارژ کردن گویند. با این کار می‌توان مقدار سوخت را متناسب با مقدار هوا افزایش داد که در نتیجه توان خروجی نیز افزایش می‌یابد. هدف اصلی از این کار، افزایش توان خروجی موتور است نه راندمان ولی ممکن است راندمان نیز بهبود یابد.
به علت وجود هوای بیشتر، امکان احتراق سوخت افزایش می‌یابد. (حجم یکسان ولی چگالی بیشتر). موتور سوپرشارژ شده توان خروجی بیشتر و حداکثر فشار سیلندر بالاتری دارد. اگر موتور برای سوپرشارژ شدن طراحی نشده باشد، نمی‌تواند این حداکثر فشار بالا و تنش‌های وارده را تحمل کند. با کاهش نسبت تراکم، حجم آزاد افزایش و حداکثر فشار کاهش می‌یابد. می‌توان نسبت تراکم را طوری انتخاب کرد که حداکثر فشار موتور سوپرشارژ شده با حداکثر فشار موتور دارای مکش عادی برابر شود اما باز هم می‌توان خروجی موتور سوپرشارژ شده بیشتر خواهد بود.
باید توجه کرد تمام توانی که از دور موتور به دست می‌آید به محور خروجی انتقال نمی‌یابد بلکه مقداری از آن در یاتاقان‌ها، رینگ‌ها، پیستون و غیره به صورت اصطکاک تلف می‌شود و مقداری از آن نیز صرف گرداندن میل سوپاپ و پمپ روغن و آب می‌شود. علاوه بر این‌ها مقداری کار باید صرف متراکم کردن هوای محیط شود.
توان لازم برای این کار را می‌توان از میل لنگ گرفت که طریقه‌ای متداول برای سوپرشارژ کردن به صورت مکانیکی است
علاوه بر تلفات اصطکاکی، توان لازم برای گردش کمپرسور نیز از توان ظاهری باید کسر شود. با سوپرشارژ کردن مکانیکی به سادگی می‌شود توان خروجی حاصل را به قدری افزایش داد که حتی پس از جذب مقداری از آن توسط کمپرسور و تلفات اصطکاکی، خالص توان خروجی بیشتر از حالت غیر سوپرشارژ شده باشد.
ادامه دارد .....