آشنایی با توربو شارژر

سال‌ها پیش یک خودروی سریع و قدرتمند، خودرویی بود که زیر کاپوت آن موتوری حجیم با سیلندرهای متعدد گنجانده شده بود. پیشرانه‌هایی که برخلاف آن قد و قواره بزرگشان،‌ کارایی پایینی داشتند. علاوه بر این، مصرف آن‌ها نیز بالا بود. تنها نکته جذاب این موتورها، سر و صدای پرابهت و اسم و رسم دهان پرکن بود؛ اما امروزه به لطف فناوری‌های جدید موتورهایی با حجم تنها یک سیلندر از همان پیشرانه‌ها، قدرتی دو برابر تولید می‌کنند. یکی از این فناوری‌های پیشرو، توربو شارژر است. همراه ما باشید، در این مقاله می‌خواهیم شما را با توربو شارژر بیشتر آشنا کنیم.

توربو شارژر چطور کار می‌کند؟

مکانیزم توربو در حقیقت فشرده کردن هوا برای احتراق قوی‌تر پیشرانه است. با افزایش حجم هوا یا همان اکسیژن در داخل سیلندر، بعد از جرقه‌زنی شمع انفجار قوی‌تری رخ می‌دهد که باعث بالا رفتن توان پیشرانه می‌شود.

توربو شارژر در واقع یک نوع مکنده‌ی پرقدرت هواست که جریان هوای ورودی به سیلندر را فشرده می‌کند و باعث می‌شود تا هوای بیشتری به سیلندرها وارد شود. توربوشارژر نسبت قدرت به وزن پیشرانه را افزایش می‌دهد. توربین متصل به توربو شارژر با سرعت دورانی حدودا ۳۰ برابر بیشتر از حالت عادی دوران پیشرانه به چرخش درمی‌آید. گاهی توربوشارژرها می‌توانند چرخشی معادل ۲۵۰ هزار دور در دقیقه را تحمل کنند.

حال سؤال این است که پروسه‌ی فنی و مهندسی توربو شارژر به چه صورت است. توربوشارژرها از دو قسمت اصلی توربین که هوای ورودی از گازهای خروجی را با فناوری سانتریفیوژ با سرعت بالا به چرخش درمی‌آوردند. بخش دیگر، کمپرسور یا فشرده‌کننده‌ی هواست که یک سر آن به توربین‌ها و سر دیگر آن به منیفولد ورودی به سیلندر متصل است. هر دو بخش توربین و کمپرسور متحرک هستند. بر اساس مشاهدات فیزیکی هرچه توربین بزرگ‌تر باشد،‌ میزان هوای فشرده و در واقع میزان تقویت بیشتر خواهد بود.

بزرگ بودن توربین‌ها کارایی آنها را در دور موتورهایی پایین به مشکل می‌اندازد. مدل‌های کوچک‌تر در دور موتورهای پایین عملکرد بهتری دارند ولی هرگز به قدرت نمونه‌ی بزرگ‌تر نیستند. بنابراین پیدا کردن یک سایز مناسب بر حسب توانایی‌های موتور استاندارد یک هنر مهندسی است.

اینترکولرها و نقش آنها

این اواخر یک قطعه‌ی دیگر بین این دو نیز نصب می‌شود که وظیفه‌ی آن خنک کردن گازهای انتقالی به اسم اینترکولر است. پیشرفت مهندسی کاری کرده است که توربوشارژرها از مدل‌های سنتی با توانایی پایین تبدیل به غول‌های چند صد اسب‌بخاری شوند. همین امر ظاهری ترسناک به آنها می‌بخشد. دمای حاصل از چرخش سریع توربین و گازهای خروجی که خود به تنهایی داغ هستند گاه به بیش از ۱۳۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. بدون وجود یک مکانیزم خنک‌کننده، توربو عملا هر آنچه هست و نیست را مذاب می‌کند.

حقیقت این است که یک سازه‌ی توربو اندازه‌ی چندان بزرگی ندارد و می‌دانیم که دما در جسم کوچک، سریع‌تر منتقل می‌شود. اینترکولرها نقشی بسیار مهم‌تر از خنک کردن هوا دارند. حرارت بیش از حد شاید به بلوک موتور آسیب نزند ولی قطعا کارایی آن را پایین می‌آورد. افزایش حرارت، ترکیب از پیش تعیین‌شده‌ی هوا و سوخت را با اختلال روبه‌رو می‌کند. گرم بودن هوا به چند دلیل برای سلامت پیشرانه‌ی خودرو مناسب نیست.

یکی اینکه با افزایش دما چگالی آن کاهش پیدا می‌کند که به معنای افت عملکرد پیشرانه است و دوم اینکه دمای بالا می‌تواند سبب افزایش دمای مخلوط هوا و سوخت نیز بشود که خود سبب پدیده‌های مخربی مثل انفجار زودهنگام می‌شود. در انفجار زودهنگام، دمای مخلوط هوا و سوخت آن‌قدر افزایش پیدا کند که پیش از جرقه‌زنی شمع‌ها، گاز سوختنی مشتعل می‌شود. این انفجار خارج از کنترل و زودهنگام، نه‌تنها افت توان پیشرانه را به همراه دارد بلکه می‌تواند آثار مخربی نیز روی آن کارکردش بگذارد.

از سویی دیگر، افزایش بیش از حد دمای پیشرانه می‌تواند تأثیرات منفی روی سلامت قطعات بگذارد و عمر کاری آنها را کاهش دهد. بهتر است بگوییم اینترکولر همانند رادیاتور است که هوای گرم از داخل آن می‌گذرد تا دمای آن کاهش پیدا کند. اینترکولر معمولا می‌تواند دمای هوای ورودی به سیلندر را تا ۴۰ الی ۶۰ درجه‌ی سانتی‌گراد کاهش دهد. کاهش دما نیز به دو صورت می‌تواند باشد؛ با استفاده از هوا یا آب. اینترکولرهایی که با هوا خنک می‌شوند، دارای ساختار ساده‌تری هستند؛ اما انواع خنک‌شونده با مایع نیاز به یک رادیاتور دوم دارند تا آب را نیز خنک کنند.

رانندگی با توریو شارژر

پشت فرمان قرار گرفتن خودرویی که موتورش توربو شارژر دارد شاید در ظاهر هیجان‌انگیز باشد. ولی در عین حال محدودیت‌های خاص خود را نیز در پی دارد. موتورهایی که توسط توربو شارژر تقویت شده‌اند، ساختار متفاوتی را نسبت به موتورهای تنفس طبیعی طلب می‌کنند.

یکی از مهم‌ترین علل بروز مشکل در موتورهای توربوشارژ، به سیستم روغن‌کاری مرتبط است. اتصالات توربوشارژر برای داشتن عملکردی مناسب به روغنی با خلوص، فشار و شدت جریان مناسب احتیاج دارند. روغن پس از استارت زدن و روشن شدن خودرو برای رسیدن به موتور و رسیدن به دمای مناسب نیاز به زمان دارد. بنابراین باید در نظر داشت که بعد از استارت زدن خودرو، چیزی حدود ۳ تا ۵ دقیقه برای گرم شدن صبر کنیم.

با خاموش کردن خودرو، پمپ روغن در موتور هم خاموش می‌شود و این باعث می‌شود مقداری از روغن در سیستم باقی بماند و چون دمای موتور هنوز بالاست، روغن در برخورد با این بخش‌های داغ می‌سوزد و کیفیت و ویسکوزیته‌ی مطلوب را از دست می‌دهد. برای جلوگیری از این آسیب، باید قبل از خاموش کردن خودرو برای مدتی کوتاه صبر کنید تا دمای موتور پایین بیاید و بعد آن را خاموش کنید.

زمانی که دور موتور پایین‌تر از ۲۰۰۰ rpm قرار دارد و با دنده‌های سبک در حال حرکت هستید، وقتی برای شتاب‌گیری پدال گاز را فشار می‌دهید، میزان سوخت بیشتری وارد می‌شود ولی به علت دور پایین موتور اکسیژن کمتری وارد می‌شود و این مخلوط غنی سوخت و هوا می‌تواند به موتور آسیب بزند. برای جلوگیری از این اتفاق بهتر است که هنگام شتاب‌گیری دنده خودرو کاهش داده شود.

در موتورهای توربوشارژ کیفیت سوخت بسیار اهمیت دارد. استفاده از سوخت با عدد اکتان پایین باعث افزایش احتمال کوبش در موتور و آسیب به موتور می‌شود. از بهترین سوخت موجود برای خودرو توربوشارژ خود استفاده کنید. ولی ترجیحا از مکمل‌های رایج در بازار پرهیز کنید. یکی از مشکلات خودروهای توربوشارژ وجود توربولگ است. بدین معنا که بین زمانی که پای رو پدال گاز گذاشته می‌شود و اعمال شتاب لحظه‌ای، تأخیری به وجود می‌آید. این حالت در پیچ جاده می‌تواند باعث از بین رفتن تعادل خودرو شود. به همین دلیل به هنگام رانندگی در خودروی توربوشارژ، در پیچ‌ها از فشار دادن ناگهانی پدال گاز خودداری کنید.