اکثریت خودرو‌های موجود در بازار ایران امروزه با قطعه‌ای به نام توربوشارژر تجهیز شده‌اند. به همین دلیل مصرف‌کنندگان تمایل دارند بدانند توربوشارژر چیست و نحوه عملکرد آن چگونه است. در این گزارش به بررسی کارکرد توربوشارژر، نقاط قوت و ضعف آن و همچنین نکات مهم نگهداری پرداخته شده است.
توربوشارژر چیست؟
توربوشارژر که به فارسی پرخوران نیز نامیده می‌شود، قدرت و خروجی موتور را افزایش می‌دهد. خودرو‌هایی که با توربوشارژر مجهز باشند سریع‌تر و پرشتاب‌تر عمل می‌کنند. نصب توربوشارژر بر روی خودرو‌ها، بازده‌ی فنی موتور‌های درون‌سوز را بهبود می‌بخشد. در واقع این سیستم به خودروسازان امکان می‌دهد تا از موتور‌های کوچک، توانی در حد موتور‌های بزرگ به دست آورند.
تاریخچه توربوشارژر
گوتلیب دایملر، مخترع موتور‌های درون‌سوز و خودرو‌های مدرن، ایده اولیه توربوشارژر را مطرح کرد. این مهندس آلمانی در سال ۱۸۸۵ می‌لادی تلاش کرد تا به وسیله یک ساختار مکانیکی، هوا را فشرده و به داخل سیلندر ماشین تزریق کند. ایده او در سال ۱۹۰۰ توسط آلفرد بوچی، مهندس سوئیسی، اجرایی شد و توربوشارژر وارد صنعت خودرو‌سازی گردید.
وسیلۀ ساخته‌شده توسط بوچی شامل یک منیفولد حلزونی و یک توربین در داخل آن بود. توربوشارژر با اتصال به خروجی اگزوز و بهره‌گیری از گاز‌های توربین، چرخانده می‌شد و با عملکردی مشابه یک کمپرسور، تراکم هوای ورودی به داخل سیلندر را افزایش می‌داد.
کارکرد توربوشارژر و کاربرد آن
برای پاسخ دقیق به سوال توربوشارژر چیست؟ باید کارکرد این قطعه را بررسی کنیم. توربوشارژر با هدف طراحی خودرو‌های سبک‌تر، کم‌حجم‌تر و در عین حال نیرومند‌تر و پرثمر‌تر به کار می‌رود. این سیستم مکانیکی هوای بیش‌تری را به محفظه احتراق تزریق کرده و در نتیجه راندمان موتور را بالا می‌برد. توربوشارژر سختی هوای ورودی به سیلندر را افزایش می‌دهد که منجر به احتراق باکیفیت‌تر و افزایش توان خروجی موتور می‌شود.
به‌طور معمول، هوای درون محفظه احتراق از طریق مکش ایجادشده توسط حرکت پیستون به سمت پایین و فشار جو فراهم می‌شود. گاهی فشار هوای ورودی به سیلندر کمتر از فشار جو باشد، در نتیجه احتراق به خوبی صورت نمی‌گیرد. توربوشارژر علاوه بر رفع این مشکل، نیاز به فشار جو را از بین می‌برد. این سیستم انرژی لازم برای افزایش فشار هوا را از گاز‌های خروجی اگزوز تأمین می‌کند، به همین دلیل فشار مضاعفی به موتور وارد نمی‌شود. در واقع سامانه توربوشارژر از انرژی گرمایی خروجی موتور که نوعی نیروی هدررفته است، برای انجام فعالیت خود بهره می‌گیرد.
توربوشارژر از طریق متراکم‌کردن هوای ورودی به سیلندر و افزایش حجم آن، کیفیت احتراق موتور‌های درون‌سوز را ارتقا می‌دهد. این سیستم فشار هوای ورودی به سیلندر را تا دو برابر فشار جو افزایش داده و راندمان موتور را بین ۲۵ تا ۴۰ درصد بهبود می‌بخشد. این مقدار با توجه به نوع توربوشارژر به‌کارگرفته شده و نوع موتور متغیر است.
اجزای توربوشارژر و نحوه کارکرد آن
توربوشارژر با وجود کارایی مفید، ساختاری چندان پیچیده‌ای ندارد و تنها از سه قسمت اصلی تشکیل شده است
۱. توربین شامل پوسته، محفظه، پره‌های ثابت و پره‌های متحرک
۲. کمپرسور یا بخش فراهم‌کننده هوای متراکم برای سیلندرها
۳. محور دوار یا روتر شامل یک پوسته که توربین و کمپرسور روی آن سوار شده‌اند. بین پوسته و محور مجرایی برای روغن‌کاری و خنک‌کاری وجود دارد.
نکته مهم در مورد بهره‌گیری از این سیستم، محل نصب هر یک از این قطعات است. توربین توربوشارژر در نزدیکی اگزوز نصب می‌شود و انرژی حرکتی خود را از گاز‌های خروجی اگزوز تأمین می‌کند. توربین و کمپرسور هر دو روی یک محور مشترک سوار شده‌اند و با حرکت توربین، محور و کمپرسور نیز به حرکت درمی‌آیند. سپس کمپرسور در نزدیکی سیلندرها آغاز به کار کرده و هوای متراکم‌تر را برای موتور فراهم می‌کند. گاز‌های خروجی از اگزوز ابتدا به پره‌های پوسته توربین برخورد کرده و با فشار بیش‌تری به پره‌های متحرک آن می‌رسند.
توربوشارژر برای آغاز به کار مؤثر، نیاز به فشار بالا‌تر گاز‌های خروجی اگزوز دارد. به همین دلیل در دورهای پایین موتور که این فشار چندان بالا نیست، پره‌ها به حرکت در می‌آیند، اما تأثیری در افزایش تراکم هوای ورودی به درون سیلندرها ندارند. اما با بالا رفتن دور موتور، توربوشارژر می‌تواند بهتر عمل کرده و بر کارکرد موتور تأثیر مثبت بگذارد. به همین علت معمولا توربوشارژر با بالا رفتن دور موتور و افزایش شدت ماشین در مدار قرار می‌گیرد.
انواع سیستم توربوشارژر
توربوشارژر همانند بسیاری از سیستم‌های دیگر در خودرو‌ها، انواع مختلفی دارد. قطعا کارایی آن‌ها مشابه است، اما نحوه کار آن‌ها تفاوت دارد. انواع توربوشارژر به شرح زیر است
۱. توربوشارژر حلزونی
در این مدل، توربین در انت‌های یک مسیر حلزونی قرار دارد و گاز‌های خروجی از موتور پس از عبور از این مسیر به توربین رسیده و سپس از اگزوز خارج می‌شوند. این مسیر حلزونی درون پوسته توربین قرار دارد و مقطع آن ثابت نیست. سطح مقطع مسیر حلزونی به سمت توربین افت می‌یابد که همین امر باعث افزایش فشار هوا و حرکت سریع‌تر پره‌های توربین می‌شود. همین ویژگی جهت ثابت نگه داشتن شدت گاز‌های خروجی است.
۲. توربوشارژر حلزونی فزاینده شدت
این نوع از توربوشارژر‌ها برخلاف مدل حلزونی ساده، دارای دو معبر عبور هوا می‌باشند. در این سیستم‌ها یک مسیر حلزونی و یک فزاینده شدت در دو مجرای گوناگون قرار دارند. گاز‌های حاصل از احتراق ابتدا به منیفولد دود و سپس مسیر حلزونی داخل می‌شوند، اما قبل از ورود به توربین، از روی پرده‌های ثابت فزاینده شدت که روی پوسته توربین قرار دارند عبور می‌کنند، تا با انرژی و زاویه مناسبی به توربین برخورد کنند.
۳. توربوشارژر ضربانی
این سیستم نیاز به منیفولد دود ضربانی دارد، یعنی انرژی موردنیاز توربین آن توسط ضربات گاز‌های خروجی از منیفولد تأمین می‌شود. منیفولد ضربانی دارای خروجی جداگانۀ از هر سیلندر است. این خروجی‌ها در انت‌ها به دو کانال اصلی جدا از هم می‌رسند که به معابر توربوشارژر متصل می‌باشند. منیفولد ضربانی سطح مقطع نسبتا کوچکی دارد تا بهره‌وری بیش‌تری از ضربات ببرد. هرچه منیفولد دود بزرگ‌تر باشد، اتلاف انرژی بیش‌تر است. شکل منیفولد ضربانی به‌گونه‌ای طراحی شده که از جریان گاز‌های آزاد (فاقد ضربه) نیز به خوبی گاز‌های توده‌ای (دارای ضربه) بهره‌گیری کند. این ویژگی در میان شتاب‌گیری باعث افزایش شدت و تداوم رسیدن انرژی گاز‌های خروجی به توربین، افزایش مقدار اکسیژن و در نتیجه افزایش قدرت موتور ماشین می‌شود.
مزایا و معایب بهره‌گیری از توربوشارژر
بهره‌گیری از هر سیستمی در خودرو‌ها، از جمله توربوشارژر، مزایا و معایبی را به همراه دارد.
مزایای بهره‌گیری از توربوشارژر
۱. کاهش سطح آلایندگی ماشین
۲. افزایش قدرت خروجی موتور با وجود کاهش حجم آن
۳. افزایش شدت ماشین با مصرف انرژی کمتر
۴. صرفه‌جویی در مصرف سوخت
۵. افزایش راندمان موتور
۶. قابلیت بهره‌گیری در انواع موتور‌های دیزلی و بنزینی
معایب بهره‌گیری از توربوشارژر
۱. تأخیر اولیه در آغاز به کار که در نسخه‌های پیشرفته کاهش یافته است.
۲. حساسیت در نگهداری و نیاز به سرویس‌های دورهای منظم
۳. بالا بودن هزینه تعمیر و نگهداری
به دلیل پیچیده بودن سیستم برخی از موتور‌های توربوشارژر، تعمیر آن‌ها سخت و پردرسر است. امکان دارد این سیستم استهلاک بالایی داشته باشد یا استهلاک برخی قطعات موتور را افزایش دهد. اما در کل مزایای بهره‌گیری از این سیستم بر معایب آن برتری دارد.
نکاتی در مورد نگهداری از توربوشارژر
در زمان رانندگی با خودروی مجهز به توربوشارژر، باید دقت بیش‌تری نسبت به بهره‌گیری از دنده مناسب داشت.
در صورت ورود توربوشارژر به مدار، باید نسبت به خاموش کردن صحیح ماشین دقت کرد.
در صورت حرکت طولانی‌مدت با خودروی مجهز به توربوشارژر، توقف چند ثانیه‌ای و تدریجی کارکردن ماشین پیشنهاد می‌شود.
ماشین باید به خوبی و طی روندی مناسب گرم شود و برای ورود سریع‌تر توربوشارژر به مدار، از گاز دادن بی‌نتیجه به موتور پرهیز شود.
سیستم توربوشارژر به کیفیت سوخت و کیفیت و زمان تعویض روغن موتور حساس است و باید نسبت به این موضوع دقت داشته باشید.
دقت به زمان تعویض فیل‌تر سوخت و فیل‌تر هوا نیز در خودرو‌های مجهز به این سیستم پیشنهاد می‌شود.
سخن آخر؛ توربوشارژر چیست و آیا ماشین توربوشارژر بخریم؟
در این گزارش با توربوشارژر، انواع آن و کاربرد این سیستم سودمند آشنا شدیم. اگر خودروی شما به توربوشارژر مجهز است، از رانندگی با اضطراب خودداری کنید تا از سلامت کارکرد موتور توربوشارژر خود اطمینان حاصل کنید و دچار دردسر‌های معمول این سیستم‌ها نشوید.
سوالات متداول
کدام خودرو‌های ایرانی به توربوشارژر مجهز می‌باشند؟ دنا پلاس، سورن ELX توربو و سایپا شاهین، خودرو‌های ایرانی مجهز به توربوشارژر در حال حاضر می‌باشند.
آیا نباید ماشین مجهز به توربوشارژر را بعد از فعالیت طولانی خاموش کنیم؟ اگر ماشین شما به توربوشارژر مجهز است، بعد از فعالیت طولانی نباید آن را بلافاصله خاموش کنید. اجازه دهید تا توربوشارژر و توربین خنک شوند و سپس ماشین را خاموش کنید.
ورود آب و روغن به توربوشارژر خطرناک است؟ بله، ورود هر‌گونه آب یا روغن موتور به توربوشارژر، باعث آسیب دیدن این قطعه می‌شود.
