توربو شارژر چیست و چگونه عمل می کند؟
توربو شارژ با هدف طراحی موتورهای سبک تر و در عین حال قدرتمند تر و با راندمان بالاتر اختراع شد. توربین تعبیه شده بین خروجی دود و ورودی هوا، قدرت خود را از دود خارج شده از منیفولد دود گرفته و به نوعی باعث بهینه تر شدن مصرف سوخت می شود.
فرآیند مکش، تراکم، احتراق و تخلیه در موتورهای احتراقی موجب چرخش میل لنگ و ایجاد گشتاور و نهایتا موجب حرکت خودرو می شود.
در موتورهای احتراقی، سوخت توسط پمپ بنزین به سمت انژکتور با فشار بالا حرکت می کند و در آنجا با پاشش در درون محفظه احتراق، با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شود.
در واقع وجود هوا و اکسیژن موجود در آن برای احتراق الزامی است ولی لازم به ذکر است که نسبت هوا و سوخت نباید تغییر کند، چنانچه هوا در سیلندر به نسبت سوخت کمتر باشد، نه تنها قدرت و کارائی موتور کم می شود بلکه آلایندگی و مصرف سوخت نیز افزایش می یابد.
این وضعیت در دورهای بالای موتور اتفاق می افتد و به عبارتی دیگر نسبت سوخت و هوا در دورهای پائین موتور قابل کنترل است ولی وقتی دور موتور افزایش می یابد، می توان میزان سوخت ورودی به سیلندر را افزایش داد ولی جبران کمبود هوا خیلی مشکل است.
وجود چنین مشکلی رویکرد طراحان و مهندسین را بر آن داشت تا برای جبران کمبود هوا در دورهای بالا راهی بیابند.
یکی از راهکارهائی که شرکت های خودروسازی برای جبران کمبود هوا در سیلندر در دورهای بالا به منظور افزایش توان و قدرت بالا به کار می گرفتند این بود که حجم موتور را افزایش دهند ولی افزایش حجم موتور پیامدهائی به دنبال داشت که از مهم ترین آنها می توان به افزایش مصرف سوخت و افزایش آلایندگی اشاره کرد، از طرفی یکی دیگر از معایب موتورها با حجم بالا راندمان پائین آنها بود، علاوه بر این افزایش قیمت سوخت و همچنین ایجاد قوانین سخت گیرانه برای جلوگیری از آلایندگی موجب شد تا خودروسازان به فکر ابداع راه حل دیگری بیفتند.
در سال 1885 میلادی یک مهندس آلمانی به نام گوتلیب دایملر ایده ای را برای تقویت موتورهای احتراقی مطرح کرد؛ وی در نظر داشت که به وسیله یک ساختار مکانیکی، هوا را فشرده کرده و آن را به داخل سیلندر خودرو تزریق نماید.
پس از گذشت چندین سال از طرح این ایده، آلفرد بوچی مهندس مکانیک سوئیسی در سال 1900 میلادی سیستمی به نام توربو شارژر را اختراع کرد. وسیله ساخته شده توسط وی از یک منیفولد حلزونی تشکیل می شد که درون آن یک توربین قرار گرفته بود که با اتصال به خروجی اگزوز و با استفاده از گازهای آن توربین چرخانده می شد و با عملی شبیه به یک کمپرسور، تراکم هوای ورودی به داخل سیلندر را افزایش می داد.
توربو شارژر (Turbocharger) چگونه کار می کند؟
معادل نام توربو شارژ در فارسی پرخوران است که با هدف طراحی موتورهای سبک تر با حجم کمتر و در عین حال قدرتمند تر و با راندمان بالاتر اختراع شد.
در نظر بگیرید که یک خودرو در دنده چهار در حال حرکت در یک جاده مسطح با سرعتی حدود 70 کیلومتر در ساعت است؛ دور موتور در این وضعیت حدود 2000 دور در دقیقه بوده و در این وضعیت میل لنگ در هر ثانیه حدود 34 دور می چرخد.
از آنجا که در حال بحث در خصوص موتورهای چهار زمانه هستیم و دور میل سوپاپ نصف دور میل لنگ است و یا به عبارتی دیگر سرعت چرخش میل سوپاپ نصف سرعت چرخش میل لنگ است لذا سوپاپ دود در هر ثانیه حدود 17 بار باز و بسته می شود.
با توجه به اینکه هوا در اثر خلا نسبی که در اثر پائین رفتن پیستون در سیلندر، وارد سیلندر می شود لذا راندمان موتور مناسب است زیرا هوا به مقدار مناسب وارد سیلندر می شود.
برای متراکم کردن هوای ورودی به داخل سیلندر نیاز به صرف انرژی بالائی است زیرا مطابق قوانین فیزیک متراکم نمودن یک گاز کار بسیار سختی است و نیاز به انرژی بالائی دارد و برای انجام این کار باید مقداری از انرژی و گشتاور تولید شده توسط موتور را صرف عملیات تراکم هوا و هدایت آن به داخل سیلندر کرد.
طراح سیستم توربوشارژر برای انجام این کار از انرژی نهفته در گازهای خروجی اگزوز استفاده کرده است، به عبارت دیگر در سیستم توربوشارژر از انرژی گرمائی خروجی موتور استفاده شده است که از اگزوز خودرو خارج شده و تلف می گردد.
بدین منظور یک پره در مسیر گازهای خروجی اگزوز قرار گرفته و جریان خروجی اگزوز که دارای انرژی بسیار بالائی است، این پره را می چرخاند، نام این پره توربین است، شفت متصل به این پره(توربین) با پره دیگری متصل است که در مسیر هوای ورودی به داخل موتور قرار گرفته است، این پره کمپرسور نام دارد.
در دورهای پائین، انرژی موجود در گازهای خروجی و سرعت خروج گازهای سوخته شده در اثر احتراق زیاد نیست ولی با این حال پره های توربین را می چرخاند و این چرخش توسط شفت متصل به آن به کمپرسور منتقل می شود اما سرعت چرخش آن در حدی نیست که تغییر محسوسی در روند ورود هوا به داخل سیلندر ایجاد کند.
