توربو شارژر چیست و چگونه کار می کند؟

قطعا نام توربو شارژر یا موتورهای توربو را زیاد شنیده‌اید. ما هم در مقالات مختلفی از وبسایت آسیا خودرو، به این موتورها اشاره کرده‌ایم. توربو شارژر نقش زیادی در افزایش توان موتور خودرو دارد و کمک می‌کند یک موتور کم حجم بتواند قدرت بالایی تولید کند. در این مطلب به بررسی توربو شارژر و چگونگی کارکرد آن و دلایل خرابی توربو شارژر می‌پردازیم.

توربو شارژر چیست؟

به‌طور خلاصه توربو شارژر قطعه‌ای است که وظیفه دارد هوای اضافی را وارد موتور خودرو کند تا در کنار آن، با تزریق سوخت بیشتر بتوان قدرت بیشتری از موتور گرفت. نیروی لازم برای حرکت توربو شارژر از طریق نیروی جنبشی گازهای خروجی اگزوز موتور تامین می‌شود. توربوشارژر در عمل دو پروانه متصل به هم است که یکی از آن‌ها با گازهای خروجی اگزوز می‌چرخد و دیگری هوا را با فشار به داخل موتور خودرو پمپ می‌کند.

قطعا نام توربو شارژر را در خودروهای مختلف زیاد شنیده‌اید. ما هم در معرفی محصولات مختلف فونیکس و مدیران خودرو از این عبارت استفاده می‌کنیم. به‌عنوان مثال در معرفی فونیکس FX یا معرفی تیگو ۸ پرو از موتور توربوشارژر این خودروها گفتیم و نشان دادیم این موتور چه قدرت بالایی به ازای حجم خود دارد.

 نسبت استوکیومتری چیست و توربوشارژر چه نقشی در آن دارد؟

همان‌طور که می‌دانیم، موتور خودرو با انفجار ترکیب سوخت و هوا قدرت تولید می‌کند. برای این کار، در مرحله مکش، هوا و سوخت وارد موتور و به‌طور دقیق‌تر وارد سیلندر می‌شوند. پس از آن، در مرحله تراکم، این ترکیب فشرده شده و در مرحله انفجار، یا جرقه شمع مخلوط منفجر می‌شود. درنهایت نیز در مرحله تخلیه، مخلوط حاصل از سوخت به سمت بیرون موتور روانه می‌شود.

با این شرایط شاید به نظر برسد می‌توان با افزایش میزان بنزین، قدرت موتور را افزایش داد. این اتفاق البته تا حدی در عمل هم می‌افتد ولی این موضوع محدودیت‌هایی دارد که ناشی از نسبت استوکیومتری است. بدون آنکه وارد جزییات بشویم، نسبت استوکیومتری، نسبت مجاز بین هوا و سوخت در موتور خودرو است که باعث می‌شود ترکیب به شکل ایده‌آل مشتعل شد. در موتورهای بنزین سوز، این نسبت ۱۴.۷ به یک است، به این معنی که به ازای هر یک واحد سوخت، باید ۱۴.۷ واحد هوا در موتور وجود داشته باشد. با این شرایط احتمالا اکنون می‌توانیم بهتر به عملکرد توربو شارژر بپردازیم.

توربوشارژر چه نقشی در افزایش قدرت موتور خودرو دارد؟

احتمالا می‌دانید وظیفه توربو شارژر در خودرو افزایش قدرت موتور است اما توربوشارژر چگونه این کار را انجام می‌دهد؟ شاید در نگاه اول به نظر برسد با تزریق سوخت بیشتر، می‌توان قدرت موتور بیشتری به دست آورد ولی در واقعیت نیست. با توجه به نسبت استوکیومتری که در بالا گفتیم، تزریق سوخت بیشتر نیاز به ورود هوای بیشتر به موتور دارد ولی این کار در حالت عادی ممکن نیست.

با تزریق سوخت بیشتر، نیاز به هوای بیشتر است تا نسبت میان سوخت و هوا بر هم نخورد. در شرایط عادی برای این کار باید حجم موتور را بالاتر ببرید تا بتوانید هوای بیشتری را به همراه سوخت وارد موتور خودرو کنید. دقیقا به همین دلیل است که در گذشته، برای افزایش توان موتورها را پرحجم‌تر می‌ساختند. اما در کنار این، توربوشارژر یک راه‌حل دیگر برای رفع این مشکل است.

توربوشارژر به‌طور خلاصه وظیفه دارد با فشرده کردن هوا، کمک کند در هر سیکل کاری موتور، هوای فشرده و در نتیجه هوای بیشتری وارد موتور خودرو شود. به این ترتیب و با داشتن هوای بیشتر، می‌توان سوخت بیشتری نیز به موتور تزریق کرد و مجموع این دو عامل یعنی قدرت بیشتر. در این شرایط نیازی نیست حجم موتور را افزایش دهید بلکه در مقابل می‌توانید حجم موتور را پایین آورده و با نصب توربوشارژر، قدرت را افزایش بدهید.

توربو شارژر چگونه کار می‌کند؟

همان‌طور که گفتیم، توربو شارژر وظیفه دارد هوا را فشرده کرده و به موتور برساند. طبیعی است برای این کار نیاز یک منبع قدرت است تا بتواند توربوشارژر را به کار بیاندازد و در اینجا منبع قدرت، گازهای خروجی اگزوز موتور خودرو است.

در پروسه کارکرد موتور خودرو و در مرحله انفجار، حجم زیادی از گازهای داغ تولید می‌شوند که با انبساط خود، پیستون را به پایین هدایت کرده و باعث حرکت موتور خودرو می‌شوند اما در ادامه این گازها، در مرحله تخلیه با فشار زیاد از موتور خارج و وارد منیفولد دود شده و در ادامه پس از مستهلک شدن، از مسیر اگزوز خودرو خارج می‌شوند. ایده اصلی توربوشارژر، استفاده از همین گازهای داغ و سریع است تا پیش از آنکه انرژی جنبشی آن‌ها در مسیر اگزوز خودرو مستهلک شوند بتوان از آن استفاده کرد.

مجموعه توربو شارژر در حقیقت دو پره متصل به یکدیگر است. یکی از این پره‌ها در مسیر دود حاصل از احتراق موتور قرار دارد و پره دیگر در مسیر هوای ورودی به موتور. وقتی با آغاز کارکرد موتور، دود وارد توربوشارژر می‌شود، پره شروع به حرکت می‌کند. پس از آن به‌آرامی با افزایش دور موتور و در نتیجه افزایش حجم و سرعت دود، سرعت چرخش این پره نیز بالاتر می‌رود. با چرخش این پره، توربین متصل به آن نیز به چرخش در می‌آید و به این ترتیب هوا به داخل موتور پمپ می‌شود.

دلایل و علائم خرابی توربو شارژر

هرچند در حالت تئوری عملکرد توربوشارژر ساده اما در عمل مشکلاتی دارد که آن را به سیستمی پیچیده و نیازمند دانش فنی بالا تبدیل می‌کند. همچنین در همین بخش، دلایل و علائم خرابی توربو شارژر را مرور می‌کنیم.

توربو شارژر به‌طور کلی از چند ناحیه دچار خرابی می‌شود به همین دلیل می‌توان دلایل و علائم خرابی توربوشارژر را در چند دسته اصلی کلی طبقه‌بندی کرد. بخشی از این موضوع به دمای بالای کارکرد توربوشارژر برمی‌گردد که خرابی حاصل از آن معمولا با نام سوختن توربو شارژر معروف است. مشکل دیگر بریدن شفت توربوشارژر است که به دلیل مشکلات در روغن‌کاری توربوشارژر رخ می‌دهد.

البته باید در نظر داشته باشید هرچند فشار زیادی بر روی توربوشارژر در جریان کارکرد موتور خودرو وجود دارد ولی این قطعه می‌توان سال‌ها بدون مشکل کار کند. در اصل با مراقبت از توربوشارژر، می‌توانید به‌راحتی عمر این قطعه را افزایش دهید.

نمای داخلی توربوشارژر

 دمای بالای کارکرد توربو و سوختن توربو شارژر

یکی از بزرگ‌ترین مشکلات سیستم توربوشارژر مسئله دمای بالای کارکرد آن است. توربو شارژر به‌طور مستقیم و بی‌واسطه به گازهای خروجی اگزوز متصل است. این مسئله باعث می‌شود دمای بدنه توربوشارژر بسیار بالا باشد که ممکن است باعث آسیب به آن شود. البته در حالت عادی، توربو می‌تواند این دما را تحمل کند ولی این مسئله به جنس و آلیاژ توربو نیز بستگی دارد.

گازهای اگزوز در زمان خرج از موتور دمایی بین ۵۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد دارند و در توربوشارژرهای دیزلی این دما می‌تواند به بالای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد. و به همین دلیل توربوشارژر در زمان کار ممکن است به دمای بسیار بالا برسد و حتی بدنه آن سرخ شود. بسیاری از فلزات در چنین دمایی شکل خود را تا حدودی از دست می‌دهند که به هیچ عنوان قابل قبول نیست و به همین دلیل متالوژی در ساخت توربو شارژر‌ها نقش کلیدی دارد.

در صورتیکه آلیاژ توربوشارژر مناسب نباشد، دمای بالا می‌تواند به آن آسیب رساند. در این حالت حتی ممکن ست پره‌های توربو شکل خود را از دست بدهند و توربو بسوزد. برای این مسئله کار ویژه‌ای از سمت راننده قابل انجام نیست و به جنس توربو شارژر بستگی دارد. در زمینه توربوشارژر قبلا در مطلب موتور تیگو ۷ پرو توضیحاتی داشته‌ایم که خواندن آن می‌تواند مفید باشد.

توربوشارژر و منیفولد هوا یک خودرو اسپرت که در اثر گرمای اگزوز داغ شده اند

انتخاب روغن برای توربو شارژر 

یکی دیگر از مسائل مربوط به توربوشارژرها مسئله روغن‌کاری آن‌ها است. توربین توربوشارژر بسیار سریع می‌چرخد به‌گونه‌ای که گاهی سرعت دوران آن تا ۱۵۰هزار دور در دقیقه نیز می‌رسد. با چنین سرعتی عملا نمی‌توان از بلبرینگ استفاده کرد بلکه محور اتصال میان توربین و کمپرسور، با استفاده از لایه‌ای از روغن از بدنه توربو شارژر جدا می‌شود. همچنین همین فیلم روغن است که وظیفه بالانس کردن این محور را بر عهده دارد.

به همین دلیل روغن‌کاری و تامین فشار روغن لازم برای ادامه کار توربو بسیار حیاتی است. حال در نظر بگیرید این روغن باید در دمای بسیار بالای محفظه توربو شارژر به گردش در آید بدون آنکه آسیبی ببیند. به همین دلیل توربوشارژر جزو قطعات با تکنولوژی بالا است و تا مدتی قبل تنها چند شرکت بزرگ انحصار تولید آن را در اختیار داشتند.

برای این منظور باید از روغن‌های مورد تائید خودروساز با درجه گرانروی و درجه کیفی مورد تائید استفاده کنید. برای این منظور می‌توانید از خدمات مدیران خودرو در شرق تهران در نظر بگیرید که روغن را باید در فواصل زمانی مناسب و حتی کمی زودتر از زمان توصیه شده تعویض کنید تا عمر این قطعه افزایش پیدا کند. قبلا در این زمینه و در مطلب موتور X22 Pro نیز توضیحاتی در زمینه نگهداری از توربو شارژر ارائه کرده‌ایم.

 تاخیر توربوشارژر چیست؟

یکی دیگر از مشکلات توربو شارژر‌ها پدیده‌ای به نام تاخیر توربو است. توربو برای چرخش به گازهای خروجی اگزوز وابسته است و به همین دلیل نمی‌تواند بلافاصله پس از فشردن پدال گاز توسط راننده، واکنش کافی را نشان دهد چراکه زمان اندکی لازم است تا سرعت گازهای خروجی از اگزوز به حد کافی برسد تا توربو بتواند فشار هوای لازم را فراهم کند. به این فاصله زمانی تاخیر توربوشارژر می‌گویند.

البته خودروسازان در سال‌های اخیر روش‌هایی را برای کاهش این تاخیر توسعه داده‌اند. به‌عنوان نمونه استفاده از دو توربوشارژر یکی برای دورهای پایین و یکی برای دورهای بالا ازجمله راه‌حل‌های کاهش تاخیر توربوشارژر است. به‌علاوه استفاده ترکیبی از توربو شارژر و سوپر شارژر و یا استفاده از توربوشارژر الکتریکی ازجمله دیگر راه‌حل‌ها است.

مشاوره خرید محصولات مدیران خودرو (نقدی | اقساطی)
برای اطلاع از جدیدترین شرایط فروش محصولات مدیران خودرو (ام وی ام | فونیکس) به صورت نقدی و اقساطی، شماره خود را درج کنید.