توربو شارژ چگونه کار می کند؟

وقتی مردم درباره ی اتومبیل های مسابقه یا اتومبیل های ورزشی با سرعت بالا صحبت می کنند،موضوع توربوشارژرها ظاهر می شود ،توربوشارژرها در موتورهای دیزل بزرگ هم وجود دارند،یک توربوشارژر به طور عمده قدرت موتور را بدون افزایش وزن آن زیاد می کند که مزیت بزرگی است و توربوشارژرها را مهم می کند

 

در این مقاله یاد می گیریم که چطور توربوشارژر قدرت خروجی موتور را افزایش می دهد،همچنین یاد می گیریم پره های سرامیکی و یاطاقان های ساچمه ای چطور به توربوشارژر کمک می کنند تا وظیفه اش را بهتر انجام دهد

توربوشارژرها یک نوع سیستم مکش هوا هستند که جریان هوای ورودی به موتور را فشرده می کنند،مزیت این سیستم این است که به موتور اجازه می دهد هوای بیشتری به سیلندر وارد کند و هوای بیشتر به معنی سوخت بیشتر است،بنابر این انرژی بیشتری از هر انفجار به دست می آید،یک موتور با توربو شارژر در کل قذرت بیشتری از یک موتور مشابه بدون تورربوشارژر دارد،یعنی توربوشارژر نسبت قدرت به وزن موتور را افزایش می دهد

برای رسیدن به این تقویت فشار،توربوشارژر از جریان خروجی  اگزوز برای چرخاندن یک توربین استفاده می کند که خود یک پمپ هوا را می چرخاند،توربین در توربوشارژر با سرعتی بالغ بر ١۵٠٫٠٠٠ دور در دقیقه می چرخد که ٣٠ برابر سریع تر از دور موتور است،چون تئربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی بالاست

اصول

راه قطعی برای بدست آوردن قدرت بیشتر از موتور افزایش مقدار هوا و سوختی است که می سوزد،یک راه برای انجام این کار اضافه کردن یا بزرگتر کردن سیلندرهاست،بعضی مواقع این تغییرات شدنی نیست،یک توربوشارژر ساده تر است

 

مکان توربوشارژر در خودرو

توربوشارژرها با فشرده کردن هوا به موتور اجازه می دهند سوخت و هوای بیشتری بسوزاند،فشار نسبی ایجاد شده توسط توربوشارژر بین ۶تا ٨ پوند بر اینچ مربع است،از آن جایی که فشار جو در سطح دریا  ٧/١۴ پوند بر اینچ مربع است می توانید بفهمید که حدود ۵٠٪ هوای بیشتری وارد موتور می شود،بنابراین می توان انتظار داشت ۵٠٪ قدرت بیشتری بدست آید،اما توربوشارژر کاملا ایده آل نیست و بین ٣٠ تا ۴٠ درصد بهبود در قدرت موتور مشاهده می شود

یکی از دلایل عدم کارایی این است که انرژی چرخاندن توربین از اگزوز گرفته می شود و وجود یک توربین در اگزوز مقاومت در برابر خروج دود را افزایش می دهد،و این یعنی در مرحله ی خروج دود،موتور باید دود را با فشار بیشتری خارج کند در نتیجه کمی از قدرت سیلندری که در مرحله ی انفجار قرار دارد کاسته می شود

در ارتفاعات

توربوشارژرها در ارتفاعات که چگالی هوا کم است به موتور کمک می کنند،موتورهای معمولی در ارتفاعات با کاهش قدرت مواجه می شوند چون موتور جرم کمتری از هوا را دریافت می کند،یک موتور با توربوشارژر ممکن است با کاهش قدرت روبرو شود اما این کاهش قدرت خیلی کمتر است چون هوای رقیق تر راحت تر پمپ می شود

خودروهای قدیمی با کاربراتور به صورت خودکار مقدار سوخت را افزایش می دهند تا مناسب افزایش هوای ورودی شود،خودروهای مدرن با انژکتور نیز این کار را انجام می دهند،سیستم انژکتور بر مبنای سنسورهای اکسیژن در اگزوز کار می کنند تا نعیین کنند که نسبت سوخت و هوا درست است یا نه بنابراین در این سیستم نیز اگر توربوشارژر اضافه شود مقدار سوخت ورودی خود به خود افزایش می یابد

اگر یک توربوشارژر با فشار بالا به یک خودروی انژکتوری اضافه شود ممکن است کنترل کننده ی انژکتور اجازه ی ورود سوخت زیاد را ندهد ویا پمپ بنزین و تزریق کننده ها توانلیی رساندن این مقدار سوخت را نداشته باشند،در این حالت باید تغییرات دیگری اجرا شود تا بتوان از توربوشارژر استفاده کرد

چگونه کار می کند؟

توربوشارژر به خروجی اگزوز موتور متصل شده است،گازهای  خروجی از سیلندر توربین را می چرخانند که شبیه یک توربین گازی است،توربین توسط یک محور به کمپرسور که بین فیلتر هوا و لوله های ورودی هوا واقع شده متصل می شود،کمپرسور هوای ورودی به پیستون را فشرده می کند

 

گازهای خروجی از بین پره های توربین عبور می کنند و آن را می چرخانند،هر چه گازهای بیشتری خارج شود توربین سریع تر می چرخد

 

درون یک توربوشارژر

در طرف دیگر محوری که به توربین متصل است کمپرسور هوا را به سیلندر ها پمپ می کند،کمپرسور یک پمپ از نوع گریز از مرکز است که هوا را از مرکز پره ها می کشد و به بیرون پمپ می کند

پره های کمپرسور

  برای رسیدن به سرعت ١۵٠٫٠٠٠ دور در دقیقه محور توربین باید به دقت پشتیبانی شود،اکثر یاطاقان در این سرعت خراب می شوند بنابراین بیشتر توربوشارژرها از یاطاقان های مایع استفاده می کنند،این نوع یاطاقان محور را روی لایه ی نازکی از روغن که به طور پیوسته به دور محور پمپ می شود نگه می دارد،این نوع یاطاقان دو مزیت دارد،یک اینکه محور و سایر قسمت های توربوشارژر را خنک نگه می دارد،دوم اینکه محور بدون اصطکاک چندانی می چرخد

تقویت فشار بیش از اندازه

با هوای فشرده ای که توسط توربوشارژر به سیلندر پمپ می شود و فشرده شدن بیشتر توشط حرکت پیستون خطر ضربه زدن موتور وجود دارد چون وقتی شما هوا را فشرده می کنید دمای آن افزایش می یابد این دما ممکن است آنقدر افزایش یابد که سوخت قبل از جرقه زدن شمع ها و در زمان نا مناسب بسوزد که این باعث کوبش موتور می شود،خودرو های دارای توربوشارژر اغلب باید از سوختی با درجه اکتان بالاتر استفاده کنند تا موتور ضربه نزند،اگر فشار واقعا بالا باشد باید نسبت تراکم موتور کاهش یابد تا کوبش نداشته باشد

توربو شارژ چیست ؟

اصول کار توربو بر اساس تغذیه بیشتر هوا به موتور است. برای مثال یک موتور فورد CVH1.6که در دو مدل معمولی و توربوشارژ تولید می شود. موتور معمولی 105 اسب نیرو دارد ولی موتور توربو فقط به واسطه نصب توربو 135 اسب نیرو دارد.
در این مورد با اضافه شدن توربو 30 اسب افزایش نیرو داریم. علت اینکه افزایش نیروی بیشتری نداریم این است که سطح فشرده سازی مورد استفاده کم است.
در یک موتور که به طور معمولی با فشار جو تغذیه می گردد فشار جو هوا را به میزان 14.7 پوند بر اینچ مکعب (1bar ) به درون موتور می راند.
به طور خلاصه اگر یک موتور در فشار 1اتمسفر 100 اسب نیرو داشته باشد با دو برار شدن فشار(1بار فشرده سازی در توربو) نیروی آن دو برار می شود. زیرا با این کار دو برابر هوا در سیلندر خواهیم داشت و می توانیم دو برابر سوخت بسوزانیم.
البته کارها به این سادگی هم نیست. با افزایش فشرده سازی بیشتر افزایش قدرت مورد توقع اتفاق نمی افتد زیرا در فشار بالاتر نیاز به سوخت غنی تر است و باید میزان تراکم موتور را کاهش داد و موارد دیگر...

توربوشارژ و نیتروس
توربو با اجبار موتور به تنفس بیشتر و سوراندن سوخت بیشتر نیروی بیشتر تولید می کند. توربو با نیرو گازهای خروجی کار می کند. توربو وسیله ای کاربردی هست اما یکی دو مشکل عمده دارد.

اگر توربین به اندازه کافی کوچک باشد که در دور پایین موتور به چرخش در آید در دور بالا به یک مانع تبدیل می شود که حداکثر قدرت را محدود می کند. زیرا اگر موتر موفق به خروج گاز های حاصل از سوخت نشود.....!

اگر توربین به اندازه کافی بزرگ باشد که در برابر حداکثر قدرت منطقی مانع نباشد آنگاه با مشکلی به نام واماندگی(lag) در دورهای پایین روبرو می شویم. به این علت که موتور در دور پایین گاز زیادی تولید نمی کند که توربین بزرگ را با سرعت مناسب به چرخش در آورد که فشار تولید شود. اما اگر بتوانید توربو را در دور پایین موتر به گردش با دور مناسب وادار کنید خود توربو فشار لازم برای تحریک بیشتر تولید خواهد کرد!

حال اگر ما مقدار بسیار کمی نیتروس را در دریچه سوخت(wot)تزریق کنیم موتور فوراً تولید نیرو خواهد کرد! و حتی در دور های پایین توربو شارژ سرعت می گیرد به علت گاز خروجی تولید شده! اکنون یک سنسور کوچک در ورودی سوخت افزایش فشار را متوجه شده و تزریق نیتروس را خاموش می کند. اکنون محرک خودبه خود پیش میرود. در عمل مقدار بسیار کمی نیتروس مصرف می گردد. نتیجه یک سیستم توربو بدون وامانگی هست حتی اگر از توربیهای عظیم استفاده شود.
انواع گوناگونی سیستم های تزریق نیتروس وتوربوشارژرهای عظیم برای کار باهمدیگر تولید می شود

یکی از مطمئن ترین راهها برای افزایش توان موتور ها، افزایش مقدار هوا و سوختی است که در سیلندرآنها می سوزد.برای این منظور افزودن تعداد سیلندرها یا بزرگ کردن هر یک از سیلندرها یکی از روش هاست اما در بعضی مواقع امکان این کار وجود ندارد. یک راه برای افزایش قدرت موتور که ساده تر و با صرفه تر نیز هست استفاده از توربو شارژردر موتوراست که بدون نیاز به تغییر در حجم و وزن موتورتوان آن را افزایش می دهد.درخودروهای پر سرعت مسابقه ای و سوپر اسپرت حتی خودروهای خانوادگی و سدان های پر قدرت نیز برای افزایش توان موتور از توربوشارژر استفاده می شود.

ساختار توربو شارژر:



یک توربو شارژر از 2 قسمت اصلی تشکیل شده است: توربین و کمپرسور(که توسط یک شفت به هم متصل اند).برای آشنایی با توربو شارژر، ابتدا باید واژه سوپر شارژر را تعریف کرد.سوپر شارژر یعنی تغذیه موتور با هوای از پیش کمپرس شده.یعنی هوای محیط مکیده و کمپرس شده و سپس به موتور فرستاده می شود.کمپرسور به طرق مختلفی به حرکت در می آیداز جمله از طریق چرخ دنده که در این حالت سوپرشارژر مکانیکی نامیده می شود. روش دیگر به حرکت در آوردن کمپرسور استفاده از انرژی ذخیره شده در گازهای اگزوز حاصل از احتراق در موتور است که در این حالت به آن توربو شارژر می گویند.

پس توربو شارژر در حقیقت توربینی است که بوسیله گازهای اگزوز به حرکت در آمده و یک کمپرسور گریز از مرکز را که توسط یک شفت به آن وصل شده است را می چرخاند.کمپرسور نیز هوا را از مرکز تیغه هایش به داخل کشیده و توسط پره های خود، در حین چرخش به بیرون پرتاب می کند.کمپرسور معمولا بین صافی و منیفولد هوای ورودی به موتور قراردارد.در حالی که توربین بین منیفولد هوای خروجی وانباره اگزوز قرار می گیرد.تمامی گازهای خروجی موتور (گازهای اگزوز) از محفظه توربین می گذرد و انبساط این گازهای تحت فشار بر پره های توربین عمل می کند و موجب حرکت دورانی آنها می شود. این گازها پس از گذشتن از توربین وارد اتمسفر می شوند.توربین صدای حاصل از گازهای اگزوز را نیز خفه می کند و به این ترتیب در اکثر موارد نیازی به استفاده از انباره اگزوز نیست.



به طور معمول توربو شارژها فشار هوا را به اندازه 6 تا 8psi فشرده تر می کنند.از آنجا که فشار معمولی اتمسفر 14.7 psi در سطح دریاست با این روش حدودا 50 درصد بیشتر هوا وارد موتور خواهد شد و افزایش بازدهی واقعی نیز بین 30تا 40 درصد است.

یکی از مزایای توربو شارژرها کمکی است که در ارتفاعات و مناطق مرتفع به موتور می کنند.موتورهای معمولی در ارتفاعات دچار کاهش شدید قدرت می شوند. زیرا برای هر مکش پیستون جرم کمتری از هوا را به داخل سیلندر می کشد و حتی در صورت افزایش مقدار سوخت پاشیدهشده به داخل سیلندر نیز به علت فقدان اکسیژن کافی ، احتراق کامل صورت نمی گیرد.بنابراین مساله رقیق بودن هوا موجب کم شدن قدرت موتور در این نقاط می شود که توربو شارژرها با کمپرس کردن و افزایش جرم هوای ورودی به موتور، این نقیصه را جبران می کنند

ترمز ABS

موارد ایمنی در کشورهای توسعه‌یافته جهان از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است به طوری که کوچک‌ترین خبری در خصوص ضعف ایمنی خودرویی بر فروش آن تاثیر فراوانی دارد.
اما به نظر می‌رسد با وجود اینکه آمار تصادفات، ایران را در رتبه دوم جدول جهانی قرار می‌دهد خودروسازان و خریداران خودرو به این موارد آشنایی یا توجه کمتری دارند.
سیستم‌های نوین ترمز مانند Abs، Esp و Ebd با افزایش پایداری و فرمان‌پذیری و... در زمان حادثه تا 40درصد از بروز تصادفات جلوگیری می‌کند.
ولی متاسفانه بسیاری از خودروهایی که در کشورهای دیگر تجهیزات ایمنی مثل Abs و ایربگ تولید می‌شوند از جمله ریو، در ایران برای کاهش هزینه‌های تولید حذف و فقط در صورت سفارش مشتری بر روی خودرو قرار می‌گیرند.
ویژگی مهم خودروهای مجهز به سیستم ترمز ضد قفل یا ضد لغزش معروف به Abs این است که از قفل شدن چرخ‌ها حتی هنگامی که راننده پدال ترمز را تا انتها فشار می‌دهد، جلوگیری می‌کند و مانع از انحراف خودرو می‌شود.
به این ترتیب می‌توان هنگام ترمزگیری خودرو را کنترل کرده و از موانع با اطمینان عبور کرد.
پیشرفت این تکنولوژی به حدی رسیده است که در هر لحظه با استفاده از تناسب سرعت لاستیک‌ها و کنترل آن، تعادل خودرو حفظ می‌شود.

سیستم ترمزهای هیدرولیک و Abs‌
ترمزهای هیدرولیک از سیستم‌های مطمئن‌ ترمز محسوب می‌شود. اما این سیستم در ابتدا دارای عیب‌های بزرگی بود. اگر هر گاه به دلیلی، شکستگی جزئی در یکی از لوله‌های ترمزها به وجود می‌آمد در اثر نشت مایع ترمز یا وارد شدن هوا در سیستم، تمام سیستم ترمز از حالت فعالیت خود بیرون آمده و خطرآفرین می‌شد.
برای از میان برداشتن این عیب، خودروسازان و شرکت‌های تولید‌کننده سیستم‌های ترمز مجبور به تقسیم کردن نیروی ترمز از طریق فشار هیدرولیک به دو بخش شدند. یکی از این بخش‌ها به چرخ‌های جلو و دیگری به بخش‌های عقب فشار وارد می‌آورد طراحی و تولید این سیستم جدید بسیار مثبت بود، ولی به نظر می‌رسید آنچنان از خطرات احتمالی آن نمی‌کاست، چرا که در این صورت ایجاد شکستگی در لوله‌های ترمز جلو و قفل یا بلوکه‌کردن چرخ‌های عقب، خودرو به شدت به دور خود چرخیده و از کنترل خارج می‌شد.
اما سوئدی‌ها راه‌حل این مشکل را پیدا کردند. کمپانی (ساب) Saab ترمزهای هیدرولیک دو کاناله به صورت ضربدری را طراحی و تولید کرد به این صورت که چرخ سمت راست جلو به همراه چرخ‌سمت چپ عقب از یک کانال و چرخ سمت چپ جلو به همراه چرخ سمت راست عقب از کانال دیگر تغذیه می‌شدند.
ولی کمپانی‌‌های خودروسازی ولوو و بی‌ام‌و بر روی طرح نسبتا بهتری کار کردند به این ترتیب که با هر دو چرخ جلو هر کدام از یک کانال تغذیه می‌شدند چرخ‌های عقب نیز از کانال مستقلی بهره می‌بردند. در این صورت در اثر بروز اشکال یا شکستگی در یکی از لوله‌های هیدرولیک چرخ‌ها تنها همان چرخ بود که قابلیت ترمزگیری را از دست می‌داد و در کنترل خودرو اشکال عمده‌‌ای پیش نمی‌آمد اما سیستم ترمز در خودروها نیز در دنیا به سرعت دیگر بخش‌ها رشد داشت و خوشبختانه در حال حاضر ترمزهای سه و چهارکاناله ضد بلوکه Abs در بیشتر خودروها به صورت استاندارد وجود دارد.

طرز کار ترمز Abs
ترمزهای Abs در بیان ساده دستگاهی الکترونیکی هستند که در هنگام ترمزگیری باکنترل فشار (قطع و وصل کردن فشار) هیدرولیک در کسری از ثانیه ارتباط لنت را با دیسک یا کاسه برقرار و قطع می‌کنند و تکرار سریع و مداوم این عمل باعث از میان رفتن حالت بلوکه کردن یا قفل کردن ترمزها می‌شود.
اهمیت این گونه ترمزها نیز بیشتر در سطوح خیس و لغزنده یا ترمزگیری در سرعت‌های بالا بیشتر نمایان می‌شود. در این گونه موارد راننده از کنترل کامل بر روی وسائل نقلیه خود برخوردار است و اما شاید بتوان گفت تنها نکته منفی در مورد ترمزهای Abs صدای نسبتا شدید آنها در هنگام ترمزگیری بر روی سطوح بسیار لغزنده است.
این صدای لرزان که به درون کابین نفوذ می‌کند و زیر پدال ترمز حس و شنیده می‌شود راننده‌ای را که تجربه ترمزگیری در این شرایط ندارد به اشتباه می‌اندازد که احتمالا قسمتی از سیستم ترمز خودرواش در حال خرد شدن است و به همین دلیل راننده ممکن است به اشتباه از فشار پای خود بر روی پدال ترمز بکاهد.
به تازگی استفاده از سیستم‌های کمکی و تقویت کننده الکترونیکی و مکانیکی نیز برای هر چه بهتر کردن فعالیت ترمزها بر روی انواع خودروهای جدید به کار گرفته می‌شود این سیستم‌ها با وارد آوردن اندک فشاری به پدال ترمز فعال شده و بهترین نتیجه را در اختیار راننده قرار می‌دهد.

ترمزگیری صحیح با Abs
در شرایط بحرانی (مواجه شدن با موانع) فورا پدال کلاچ را گرفته و با تمام نیرو به طور مداوم روی پدال ترمز فشار دهید.
در این زمان Abs شروع به کار کرده و شما قادر خواهید بود خودروی خود را در مسیر دلخواه هدایت کرده و از برخورد با موانع جلوگیری کنید.

دو قانون مهم هنگام ترمزگیری با سیستم Abs
1 -فورا کلاچ را بگیرید و با تمام نیرو روی پدال ترمز به طور مداوم فشار دهید.
2 -با وجود ترمزگیری کامل، خودرو را در مسیر دلخواه هدایت کنید.

لامپ هشدار دهنده Abs
از ویژگی‌های اصلی سیستم Abs این است که دایما خود را به صورت الکترونیکی کنترل می‌کند.
روی صفحه نمایش دهنده‌ها مقابل راننده یک لامپ هشدار دهنده وجود دارد که روی آن کلمه Anti-lock نوشته شده است.
هر گاه اشکالی در عملکرد سیستم Abs ایجاد شود این لامپ روشن خواهد شد.
هنگام روشن شدن خودرو این لامپ حدود چهار ثانیه روشن خواهد شد که در این زمان سیستم مشغول کنترل کردن خود است.
در صورت خاموش شدن لامپ سیستم عملکرد صحیح خود را داشته و در غیر این صورت روشن ماندن لامپ هشدار دهنده چه قبل از حرکت و چه هنگام حرکت خودرو راننده را از بروز اشکال آگاه خواهد کرد.

مزایای سیستم Abs
سیستم ترمز مجهز به Abs قادر است وضعیت ایمن‌تری را برای خودرو ایجاد کند.
کاهش خط قرمز افزایش پایداری خودرو در جاده‌های لغزنده افزایش کنترل فرمان کاهش اثر شرایط متفاوت جاده بر روی لاستیک‌ها، کاهش‌ مقدار لرزش لاستیک و سیستم تعلیق در ترمز و پایداری خودرو در جاده‌های ناهمگن به هنگام ترمز شدید از فواید این سیستم است.

نکات ایمنی
با این که سیستم Abs دارای ایمنی بالایی است، ولی وجود آن در خودرو نباید باعث سرپیچی راننده از رعایت مقررات رانندگی به خصوص سرعت‌های غیرمجاز، رعایت نکردن فاصله ایمنی و سرعت مناسب در پیچ‌ها شود.
به عبارت دیگر بهره‌مندی از سیستم‌های ایمنی به معنای نادیده گرفتن ایمنی نیست.
انجام تغییرات شخصی در خودرو (مثلا ترمز، بدنه‌ها و یا چرخ‌ها) می‌تواند بر عملکرد سیستم Abs تاثیر منفی بگذارد.
با وجود این در حال حاضر سیستم ترمز Abs مطمئن‌‌ترین ترمزی است که تکنولوژی آن در صنعت خودروی ما وارد شده است و شاید روزی شاهد باشیم که با بالا رفتن تقاضای عمومی برای خودروهای مجهز به ترمز Abs اعمال فشار از سوی راهنمایی و رانندگی دیگر خودرویی بدون ترمز Abs تولید و عرضه نشود.