در دنیای مدرن خودرو، تکنولوژی‌های پیشرفته به‌طور مداوم در حال تحول و بهبود هستند تا به کارایی، قدرت و بهره‌وری سوخت بهتری دست یابند. یکی از این تکنولوژی‌های مؤثر، توربوشارژر (یا پرخوران) است که به‌عنوان ابزاری کلیدی در موتورهای احتراق داخلی شناخته می‌شود. این سیستم به‌ویژه در خودروهای سبک و اسپرت برای افزایش قدرت موتور و بهبود راندمان سوخت استفاده می‌شود. ما در درایوتک به بررسی تاریخچه، نحوه عملکرد، انواع، مزایا و معایب توربوشارژر و نکات مهم در نگهداری آن خواهیم پرداخت در ادامه با ما همراه باشید.
تاریخچه توربوشارژر
نام گوتلیب دایملر برای تمامی خودروبازان آشناست. در واقع هرجا این نام به گوش می‌رسد، ماجرا برای خودروبازان جذاب می‌شود. چرا که دایملر و کارل بنز را مخترعان موتورهای احتراقی و خالقین خودروهای مدرن به شکلی که امروز شاهدشان هستیم، می‌شناسند. توربوشارژر نیز از آن دست تکنولوژی‌های خودرویی است که ایده اولیه آن توسط دایملر مطرح شد. سال ۱۸۸۵ میلادی این مهندس آلمانی سعی کرد تا به‌وسیله یک ساختار مکانیکی، هوا را فشرده و آن را به داخل سیلندر خودرو تزریق کند. ایده او در سال ۱۹۰۰ توسط آلفرد بوچی، مهندس سوئیسی پیاده شد و اینگونه بود که توربوشارژر در صنعت خودروسازی متولد گشت. وسیله ساخته‌شده توسط بوچی شامل یک منیفولد حلزونی بود که درون آن یک توربین قرار داشت. این وسیله با اتصال به خروجی اگزوز و با استفاده از گازهای آن، توربین را می‌چرخاند و با عملکردی شبیه به یک کمپرسور، تراکم هوای ورودی به داخل سیلندر را افزایش می‌داد.
توربوشارژر چیست و چه کاری انجام می‌دهد؟
توربوشارژر اصولاً با هدف طراحی و تولید خودروهای سبک‌تر و کم‌حجم‌تر و در عین حال قوی‌تر و پربازده‌تر به‌کار گرفته می‌شود. معادل فارسی توربوشارژر را پرخوران می‌دانند. اساس کار این سیستم که نوعی موتور مکانیکی محسوب می‌شود، تزریق هوای بیشتر به محفظه احتراق و درنتیجه بالا بردن راندمان موتور است. توربوشارژر همچنین فشار هوای ورودی به سیلندر را نیز افزایش می‌دهد. این فرایند منجر به صورت گرفتن احتراق باکیفیت‌تر و در نتیجه توان خروجی بیشتر موتور می‌شود.
به‌طور معمول، هوای درون محفظه احتراق از طریق مکش ایجاد شده از حرکت پیستون به‌سمت پایین و فشار جو تأمین می‌شود. گاهی ممکن است فشار هوای ورودی به سیلندر کمتر از فشار جو باشد. درنتیجه احتراق به‌خوبی صورت نمی‌گیرد. توربوشارژر ضمن رفع این معضل، نیاز به فشار جو را از بین می‌برد. این سیستم انرژی لازم برای افزایش فشار هوا را از گازهای خروجی اگزوز به‌دست می‌آورد. به این ترتیب به موتور فشار مضاعفی وارد نمی‌شود. درواقع سامانه توربوشارژر از انرژی گرمایی خروجی موتور که نوعی نیروی هدررفته است، برای انجام فعالیت خود کمک می‌گیرد. بنابراین، توربوشارژر را می‌توان ارتقادهنده کیفیت احتراق موتورهای درون‌سوز از طریق متراکم‌کردن هوای ورودی به سیلندر و افزایش حجم آن دانست. فعالیت سیستم توربوشارژر فشار هوای ورودی به سیلندر را تا دو برابر فشار جو افزایش داده و راندمان موتور را بین ۲۵ تا ۴۰ درصد بهبود می‌بخشد.
اجزای توربوشارژر
توربوشارژر در کنار کارایی مهم و مفیدی که دارد، ساختار چندان پیچیده‌ای ندارد و کار خود را با دو بخش اصلی پیش می‌برد. این دو بخش عبارتند از: توربین و کمپرسور. توربین از پوسته، محفظه، پره‌های ثابت و پره‌های متحرک تشکیل شده است. کمپرسور نیز بخشی است که هوای متراکم را برای سیلندرها تأمین می‌کند. محور دوار یا روتر نیز دارای یک پوسته است و توربین و کمپرسور روی آن سوار می‌شوند.
توربین در نزدیکی اگزوز نصب می‌شود و از طریق گازهای خروجی اگزوز انرژی حرکتی خود را تأمین می‌کند. گازهای خروجی از اگزوز ابتدا به پره‌های پوسته توربین برخورد کرده و با فشار بیشتری به پره‌های متحرک آن می‌رسند.
انواع سیستم طراحی توربوشارژر
توربوشارژر انواع مختلفی دارد که هرکدام بسته به کاربرد و نیاز، ویژگی‌های خاص خود را دارند. انواع مختلف شامل:
- توربوشارژر حلزونی: در این مدل، توربین در انتهای یک مسیر حلزونی قرار دارد و گازهای خروجی از موتور پس از عبور از این مسیر به توربین رسیده و سپس از اگزوز خارج می‌شوند. این مسیر باعث افزایش فشار هوا و حرکت سریع‌تر پره‌های توربین می‌شود.
- توربوشارژر حلزونی فزاینده سرعت: این نوع دارای دو معبر عبور هوا است. در این مدل، گازهای حاصل از احتراق ابتدا به منیفولد دود و سپس حلزون وارد می‌شوند اما قبل از وارد شدن به توربین، از روی پرده‌های ثابت فزاینده سرعت عبور می‌کنند.
- توربوشارژر ضربانی: این سیستم نیاز به منیفولد دود ضربانی دارد که خروجی مستقل از هر سیلندر را دارد. خروجی‌ها در انتها به دو کانال اصلی می‌رسند و این طراحی باعث افزایش سرعت و تداوم رسیدن انرژی گازهای خروجی به توربین می‌شود.
مزایای استفاده از توربوشارژر
استفاده از توربوشارژر مزایای بسیاری دارد، از جمله:
- کاهش سطح آلایندگی خودرو
- بالا رفتن قدرت خروجی موتور با وجود کاهش حجم آن
- افزایش سرعت خودرو با صرف انرژی کمتر
- صرفه‌جویی در مصرف سوخت
- افزایش راندمان موتور
- قابل استفاده در انواع موتورهای دیزلی و بنزینی
معایب استفاده از توربوشارژر
هرچند مزایای استفاده از توربوشارژر قابل توجه است، اما معایبی نیز دارد:
- تأخیر اولیه در وارد شدن به مدار موتور
- حساسیت در نگهداری و نیاز به سرویس‌های دوره‌ای منظم
- بالا بودن هزینه تعمیر و نگهداری
نکات درباره نگهداری توربوشارژر
نگهداری صحیح از توربوشارژر می‌تواند عمر آن را افزایش دهد. برخی نکات مهم شامل:
- استفاده از دنده مناسب هنگام رانندگی
- خاموش کردن صحیح خودرو بعد از ورود توربوشارژر به مدار
- توقف چند ثانیه‌ای و درجا کارکردن خودرو در طولانی‌مدت
- توجه به کیفیت سوخت و زمان تعویض روغن موتور
- توجه به زمان تعویض فیلتر سوخت و فیلتر هوا
جمع بندی
توربوشارژرها به‌عنوان یکی از تکنولوژی های کلیدی در صنعت خودروسازی، به طرز چشم‌گیری توانسته‌اند کیفیت و کارایی موتورهای احتراق داخلی را بهبود بخشند. این سیستم با استفاده از انرژی گازهای خروجی موتور، هوای بیشتری را به داخل سیلندرها تزریق می‌کند و بدین ترتیب موجب افزایش قدرت و راندمان موتور می‌شود.
مزایای بارز توربوشارژر شامل کاهش آلایندگی، صرفه‌جویی در مصرف سوخت و بهبود عملکرد موتور است که به‌ویژه در خودروهای مدرن و با حجم کم بسیار اهمیت دارد. با این حال، معایب آن مانند تأخیر در پاسخ‌دهی و نیاز به نگهداری دقیق نیز نباید نادیده گرفته شود.
برای حفظ عملکرد بهینه توربوشارژر، رعایت نکات نگهداری و سرویس‌های دوره‌ای از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. با توجه به این موارد، می‌توان نتیجه گرفت که با وجود چالش‌ها و نیازهای خاص، توربوشارژرها همچنان یکی از بهترین گزینه‌ها برای بهبود عملکرد موتورهای خودرو به شمار می‌روند و به‌زودی با پیشرفت‌های بیشتر در این فناوری، شاهد بهبودهای بیشتری خواهیم بود.
در نهایت، در عصر حاضر که به دنبال کاهش مصرف سوخت و آلایندگی هستیم، تکنولوژی توربوشارژر به‌عنوان یک راهکار مؤثر در دستیابی به این اهداف، بسیار حائز اهمیت است.
برای دیدن مقالات آموزشی بیشتر اینجا کلیک کنید.
