گجت نیوز آخرین اخبار تکنولوژی، علم و خودرو 
امروزه موتورهای مجهز به سیستم توربوشارژر از محبوبیت بسیار بالایی برخوردارند، اما سیستم Turbocharger چیست و چه مزایا و معایبی برای خودرو دارد؟
گوتلیب دایملر به عنوان یک مهندس آلمانی در سال 1885 میلادی ایده‌ای را برای تقویت موتورهای احتراقی مطرح کرد. دایملر در توضیح ایده خود شرح داد که هوا را می‌توان به وسیله یک ساختار مکانیکی فشرده و آن را به داخل سیلندر خودرو تزریق کرد. پس از 15 سال آلفرد بوچی مهندس مکانیک سوئیسی موفق شد در سال 1900 میلادی سیستمی را به نام توربوشارژر اختراع کند. این وسیله از یک منیفولد حلزونی تشکیل می‌شد و در داخل آن یک توربین نیز قرار داشت. این توربین به خروجی اگزوز متصل بود و به کمک گازهای آن به چرخش در می‌آمد و با عملی همانند یک کمپرسور، باعث افزایش تراکم هوای ورودی به داخل سیلندر می‌شد.
آشنایی با عملکرد سیستم توربوشارژر
مهندسان توربوشارژ (به فارسی پرخوران) را با هدف ساخت موتورهای سبک‌تر با حجم کمتر و قدرتمندتر اختراع کردند. برای درک کارایی سیستم توربوشارژر تصور کنید یک ماشین در دنده 4 در یک جاده مسطح با سرعتی حدود 70 کیلومتر بر ساعت در حال حرکت است؛ در این وضعیت دور موتور حدود 2 هزار دور در دقیقه بوده و در این حالت میل لنگ با سرعت 34 دور در هر ثانیه در حال چرخش است. با توجه به این که در مورد موتورهای 4 زمانه بحث می‌کنیم و سرعت چرخش میل سوپاپ نصف سرعت چرخش میل لنگ است، از این رو سوپاپ دود در هر ثانیه حدود 17 بار باز و بسته خواهد شد. از آنجایی که هوا در اثر خلا نسبی که در اثر پایین رفتن پیستون در سیلندر به سیلندر وارد می‌شود، راندمان پیشرانه مناسب خواهد بود؛ چراکه هوا به میزان مناسب به سیلندر وارد می‌شود.
اما در چنین شرایطی اگر راننده تصمیم بگیرد که سرعت خودرو را افزایش دهد، باید روی پدال گاز فشار وارد نماید، حال اگر دور موتور به 4500 دور در دقیقه افزایش پیدا کند، میل لنگ در ثانیه 75 دور چرخش خواهد داشت، در چنین وضعیتی سوپاپ هوا حدود 38 بار در هر ثانیه باز و بسته خواهد شد. در این شرایط سرعت باز و بسته شدن سوپاپ‌های هوا آنچنان زیاد است که هوا قادر نیست به میزان کافی وارد سیلندر شود و باعث کاهش شدید راندمان موتور خواهد شد. به بیانی دیگر ایرادی که در این دور باعث کاهش کارایی موتور می‌شود، کاهش حجم هوای ورودی به داخل سیلندر است؛ در حقیقت با افزایش فشار سوخت و افزایش زمان پاشش سوخت می‌توان سوخت بیشتری به سیلندر وارد کرد، اما افزایش میزان هوای ورودی به داخل سیلندر کار بسیار سختی است.
اکنون سیستم توربوشارژر می‌تواند این مشکل را برطرف کند و هوا ضمن این که در اثر خلا نسبی به داخل سیلندر وارد می‌شود، به واسطه سیستم توربوشارژر هم به داخل سیلندر تزریق خواهد شد و این سیستم این کار را فقط در دورهای بالا انجام خواهد داد که سیلندر به هوا نیاز دارد؛ به بیانی دیگر سیستم توربوشارژر در دورهای پایین فعال نمی‌شود و در دورهای بالا کارایی دارد و از آن استفاده خواهد شد.
برای این که هوای ورودی به داخل سیلندر متراکم شود به انرژی زیادی نیاز است؛ چرا که بر اساس قوانین فیزیک متراکم کردن یک گاز بسیار دشوار بوده و به انرژی زیادی نیاز خواهد داشت. از این رو برای انجام این فرایند می‌بایست مقداری از انرژی و گشتاور تولیدی توسط موتور برای فرایند تراکم هوا و تزریق آن به داخل سیلندر صرف شود.
از این رو مخترع سیستم توربوشارژر برای انجام این فرایند از آن مقدار انرژی که در گازهای خروجی اگزوز نهفته استفاده کرده است؛ به بیانی دیگر در سیستم توربوشارژر از انرژی گرمایی خروجی موتور که از اگزوز خودرو خارج شده و به هدر می‌رود استفاده می‌شود. برای این کار یک پره در مسیر گازهای خروجی اگزوز قرار داده شده تا جریان خروجی اگزوز با انرژی بسیار بالای خود این پره را به چرخش درآورد. این پره که با نام توربین شناخته می‌شود، شفت متصل به آن با پره دیگری به نام کمپرسور اتصال داشته که در مسیر هوای ورودی به داخل موتور قرار دارد. در دورهای پایین انرژی گازهای خروجی و سرعت خروج گازهای سوخته شده زیاد نبوده اما با این وجود باعث چرخش پره‌های توربین می‌شود، این چرخش توسط شفت متصل به آن به کمپرسور منتقل خواهد شد، اما سرعت چرخش آنچنان نیست که در روند ورود هوا به داخل سیلندر تغییرات زیادی را به وجود آورد.
در حالتی که دور موتور پایین است، همچنان توربین و کمپرسور در حال چرخش خواهند بود، اما در افزایش راندمان حجم ورودی هوا به داخل سیلندر تاثیری ندارند، هنگامی که دور موتور افزایش پیدا کند، آن مقدار انرژی که از خروج گازهای حاصل از احتراق به دست می‌آید به میزان زیادی افزایش خواهد یافت. این انرژی به پره‌هایی که در مسیر اگزوز وجود دارد برخورد کرده و باعث افزایش سرعت چرخش کمپرسور می‌شود. از این رو سرعت زیاد کمپرسور که در مسیر هوای ورودی به موتور قرار دارد باعث تراکم هوا شده و این هوای فشرده به داخل سیلندر وارد خواهد شد.
سرعت باز و بسته شدن سوپاپ‌های هوا در دورهای بالا موتور آنچنان زیاد است که در موتورهایی که بدون سیستم توربوشارژ هستند، فرصت اندکی برای ورود هوا به درون سیلندر در اثر ایجاد خلا نسبی وجود خواهد داشت. اما در موتورهایی که به سیستم توربوشارژر مجهز هستند، هوای فشرده در پشت سوپاپ هوا جای می‌‌گیرد و بلافاصله با باز شدن سوپاپ، هوا با فشار بالا به داخل سیلندر وارد می‌شود. این موتورها دارای سیستم پاشش DGI یا پاشش مستقیم بوده و بنزین با فشار بالا به داخل سیلندر وارد خواهد شد. میزان فشار بنزین در ریل سوخت در پیشرانه‌های بدون سیستم توربوشارژر حدود 3.5 بار بوده، اما این میزان در موتورهای مجهز به سیستم توربوشارژر حدود 80 بار و حتی بیشتر است.
مزایای سیستم توربوشارژر
- قدرت بیشتر برای حجم موتور یکسان
- کاهش آلودگی ناشی از سوخت بهتر
- تولید انرژی بیشتر بدون تغییر وزن موتور
- تا 10 درصد در مصرف سوخت صرفه‌جویی می‌شود
- استفاده همه‌جانبه از توربو شارژ در موتورهای بنزینی و دیزلی
- استفاده در هر نوع وسیله‌ی نقلیه (ماشین، کامیون، کشتی یا اتوبوس)
معایب توربوشارژر
- تاخیر اولیه در شروع کار توربو
- مهندسی سخت و پیچیده موتور
- بالا بودن هزینه تعمیر نگهداری موتور
- کاهش عمر قطعات به دلیل بالا رفتن دما
- حساس شدن نسبت به تعویض‌های دورهای
نکات مهم برای رانندگان خودروهای توربوشارژر دار
مالکان خودروهای مجهز به سیستم توربوشارژر هنگام رانندگی باید نکاتی را رعایت کنند تا با این سیستم دچار مشکل نشوند. مهم‌‌ترین نکته این است که رانندگان هنگام روشن کردن خودرو نباید به صورت ناگهانی روی پدال گاز فشار اعمال کنند، بلکه باید مدت کوتاهی صبر کرده تا روغن موتور گرم شده و به دمای کاری برسد. با گرم شدن روغن موتور، عملیات روغن‌کاری بخش‌های مختلف موتور و شفت سیستم توربوشارژر به خوبی انجام خواهد شد. اگر راننده بلافاصله پس از روش کردن موتور، با دور بالا شروع به حرکت کند، عملیات روغن‌کاری شفت توربوشارژ با کیفیت خوبی انجام نخواهد شد و دچار آسیب می‌شود که برای مالکان هزینه‌های زیادی را به همراه خواهد داشت.
نکته دیگر هنگام خاموش کردن موتور این خودروها است. اگر راننده مسیر طولانی را با دور موتور بالا طی کرده باشد، هنگام رسیدن به مقصد نباید به صورت ناگهانی موتور را خاموش کند؛ چراکه در این شرایط قطعا گرانروی یا ویسکوزیته موتور کاهش پیدا کرده و کیفیت روغن کاری نیز کاهش می‌یابد. در چنین حالتی راننده باید چند دقیقه صبر کند تا دمای موتور و دمای روغن کاهش پیدا کند و عملیات روانکاری و خنک‌کاری شفت سیستم توربوشارژر به خوبی صورت پذیرد و پس از آن راننده موتور را خاموش کند.
برخی از رانندگان از روی عادت در زمان خاموش کردن موتور روی پدال گاز چند بار فشار اعمال کرده و پس از آن موتور را خاموش می‌کنند؛ چنین کاری در خودروهای دارای توربوشارژر اشتباه بوده و به شفت این سیستم آسیب زیادی وارد خواهد کرد. راننده زمانی که به صورت ناگهانی پدال گاز را فشار می‌دهد، سیستم توربوشارژ فعال می‌شود و خاموش کردن موتور در این شرایط باعث خواهد شد که در لحظات پایانی خاموش شدن موتور، شفت توربوشارژر به خوبی روغن کاری نشده و آسیب ببیند.
