توربوشارژ چیست و چگونه عمل می‌کند؟

توربوشارژ یا توربوشارژر با استفاده از گازهای خروجی اگزوز هوای بیشتری را وارد موتور می‌کند و باعث می‌شود تا قدرت و راندمان آن به شکل چشمگیری افزایش پیدا کند. این موضوع باعث می‌شود تا خودرو بتواند سرعت و شتاب بالاتری را تجربه کند. البته رسیدن به سرعت یا شتاب بالاتر هدف نهایی این قطعه در خودروهای سواری است.

توربوشارژ در کامیون‌ ها و خودروهای سنگین نقش حیاتی‌تری دارد. این قطعه به کامیون‌ها امکان می‌دهد تا قدرت لازم برای پیمودن مسیرهای شیب‌دار در شرایط بار کامل را پیدا کنند. همچنین جالب است بدانید که این سیستم در واقع از خودروهای تجاری و کامیون‌ها به محصولات سواری رسیده است. توربوشارژر امروزه در بسیاری از خودروهای سواری، ماشین‌های سنگین و حتی موتورهای دریایی کاربرد دارد. استفاده از توربو به افزایش راندمان موتور بدون افزایش حجم آن کمک می‌کند. در این مقاله به سراغ بررسی این قطعه مهم و کاربردی رفته‌ایم.

عملکرد توربوشارژ به چه شکل است؟

عملکرد توربوشارژر بر پایه چرخش یک توربین داخلی است که توسط گازهای داغ خروجی از موتور به حرکت درمی‌آید. این توربین باعث چرخش یک کمپرسور متصل به آن می‌شود که هوای تازه را فشرده و وارد منیفولد ورودی می‌کند. هوای فشرده شده با چگالی بالاتر وارد سیلندرها می‌شود و شرایط احتراق قوی‌تری را فراهم می‌کند. این فرایند بدون نیاز به انرژی مکانیکی، مستقیم از داخل موتور انجام می‌شود و همین عامل باعث افزایش قدرت بدون افزایش مصرف سوخت می‌شود. بسیاری از موتورهای امروزی مانند مدل‌های EURO6 از توربوشارژ بهره می‌برند.

اجزای مختلف توربوشارژ شامل چه قطعاتی می‌شود؟

این سیستم دارای مجموعه‌ای از قطعات مختلف است که عملکرد مناسب و دقیق آن را تضمین می‌کنند. این قطعات به شرح زیر هستند:‌

• توربین
• کمپرسور
• شفت مرکزی
• هوزینگ (پوسته)

در ادامه هرکدام از این قطعات را بیشتر و دقیق‌تر بررسی می‌کنیم.

توربین توربوشارژ (Turbine)

توربین درواقع بخش خروجی توربوشارژر است که در معرض گازهای داغ حاصل از احتراق موتور قرار می‌گیرد. گازهای خروجی با فشار بالا وارد پره‌های توربین می‌شوند و آن را به چرخش درمی‌آورند. این چرخش به شفت متصل شده و باعث حرکت کمپرسور در سمت دیگر توربوشارژر می‌شود. توربین باید مقاوم به حرارت بالا و سایش باشد، به‌همین‌دلیل معمولا از آلیاژهای خاص مانند اینکونل ساخته می‌شود. عملکرد صحیح توربین نقش اصلی را در فشرده‌سازی هوا و افزایش توان موتور ایفا می‌کند.

کمپرسور توربوشارژ (Compressor)

کمپرسو هوای ورودی را فشرده می‌کند و با قدرت حاصل از گازهای خروجی که پره‌های توربین را به چرخش درآوده‌اند ترکیب کرده و به سمت موتور هدایت می‌کند. این قطعه در سمت مخالف توربین قرار دارد و توسط شفت مرکزی به چرخش درمی‌آید. طراحی پره‌های کمپرسور تاثیر مستقیمی بر کارایی، فشار تولیدی و پاسخ‌دهی توربو دارد. در موتورهای کامیون FH16، کمپرسور با طراحی خاصی برای بهره‌وری بالا در دور پایین تنظیم شده است.

شفت مرکزی توربوشارژر (Center Shaft)

شفت یا محور مرکزی، توربین و کمپرسور را به هم متصل کرده و انرژی چرخشی را از توربین به کمپرسور منتقل می‌کند. این شفت باید با دقت بسیار بالا ساخته شود تا تعادل، سرعت چرخش بالا و دوام مناسبی را در اختیار موتور بگذارد. در حین عملکرد، شفت ممکن است تا ۱۵۰ هزار دور در دقیقه بچرخد، بنابراین روانکاری مناسب آن حیاتی است. وجود لقی، ساییدگی یا اختلال در شفت باعث خرابی کامل توربوشارژ می‌شود. در توربوهای پیشرفته، یاتاقان‌های شناور یا سرامیکی برای کاهش اصطکاک به کار می‌روند.

هوزینگ یا پوسته توربوشارژ (Housing)

هوزینگ به بدنه فلزی اطلاق می‌شود که اطراف توربین و کمپرسور را دربر می‌گیرد و گازها و هوا را به‌صورت هدایت‌شده عبور می‌دهد. این پوسته از دو بخش اصلی: هوزینگ داغ (توربین) و هوزینگ سرد (کمپرسور) تشکیل شده است. طراحی و شکل هندسی این پوسته تاثیر زیادی در جهت‌دهی گازها، حجم عبوری و کارایی کلی توربوشارژ دارد. در برخی مدل‌ها، از هوزینگ با هندسه متغیر استفاده می‌شود تا عملکرد توربو در دورهای مختلف موتور بهینه شود. کیفیت ساخت هوزینگ نقش کلیدی در جلوگیری از نشتی و افزایش دوام توربوشارژ دارد.

اینترکولر (Intercooler)

اگرچه اینترکولر بخشی از خود توربوشارژر نیست، اما در بسیاری از سیستم‌های توربوشارژ به‌عنوان مکمل حیاتی عمل می‌کند. این قطعه وظیفه خنک‌کردن هوای فشرده شده را دارد که پس از عبور از کمپرسور، دمای آن به‌شدت افزایش یافته است. با عبور هوا از اینترکولر، دمای آن کاهش یافته و چگالیش بیشتر می‌شود، این عمل باعث احتراق موثرتر و کاهش احتمال ناک زدن در موتور می‌شود. در کامیون‌هایی مانند اسکانیا R540، اینترکولرهای بزرگ با بازده حرارتی بالا به‌کار گرفته شده‌اند. انتخاب و نصب صحیح اینترکولر، نقش مهمی در افزایش عملکرد و کاهش استهلاک موتور دارد.

آشنایی با انواع توربوشارژ

توربوشارژرها بر اساس طراحی و عملکرد به چند نوع تقسیم می‌شوند که مهم‌ترین آن‌ها شامل توربوی تک مرحله‌ای (Single Turbo)، توربوی دو مرحله‌ای (Twin Turbo) و توربوی پره متغیر (VGT) هستند. نوع تک مرحله‌ای ساده‌ترین و رایج‌ترین مدل است که بیشتر در خودروهای سواری دیده می‌شود. در مقابل، توربوهای VGT با قابلیت تغییر زاویه پره‌ها عملکرد بهینه‌تری در دورهای مختلف موتور ارائه می‌دهند. در کامیون‌های مدرن مانند MAN TGX از توربوی متغیر برای افزایش گشتاور در دورهای پایین استفاده می‌شود. انتخاب نوع توربو باید متناسب با قدرت مورد نیاز و نوع کاربری خودرو باشد. در ادامه عملکرد هر مدل را بیشتر و دقیق‌تر بررسی می‌کنیم.

توربوشارژ ساده یا تک مرحله‌ای (Single Turbo)

توربوشارژ تک مرحله‌ای متداول‌ترین نوع توربو است که در بسیاری از خودروهای سواری و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم شامل یک توربین و یک کمپرسور است که به‌طور مستقیم به موتور متصل می‌شود. عملکرد آن ساده، مقرون‌به‌صرفه و برای موتورهای با حجم متوسط مناسب است. با این حال، در دورهای پایین ممکن است دچار تاخیر در پاسخ‌دهی (توربو لگ) شود. در کامیونت‌های سبک، پیکاپ‌ ها یا وانت‌های مجهز به موتور توربو، معمولا از این نوع استفاده می‌شود.

توربوشارژ دوقلو یا توئین توربو (Twin Turbo)

توربوی دوقلو شامل دو توربوشارژ مجزا است که یکی برای دورهای پایین و دیگری برای دورهای بالا طراحی شده است. این سیستم با هدف کاهش توربو لگ و افزایش توان در تمامی دورهای موتور به کار گرفته می‌شود. در برخی موارد هر دو توربو به‌طور همزمان و در برخی به‌صورت ترتیبی (Sequential) کار می‌کنند. در خودروهای قدرتمند و برخی کامیون‌های دیزلی لوکس مانند مدل‌های خاص بنز Actros، توئین توربو به کار می‌رود. این سیستم پیچیده‌تر و گران‌تر از نوع ساده است اما کارایی بالاتری دارد.

توربوشارژ با پره‌های متغیر (VGT)

توربوی VGT یا توربوی با هندسه متغیر، از پره‌هایی برخوردار است که زاویه آن‌ها بر اساس دور موتور تغییر می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود تا توربین در تمامی سرعت‌ها عملکرد بهینه داشته باشد، در مدل‌های VGT توربو لگ تقریبا از بین می‌رود. از این توربوشارژ بیشتر در خودروهای دیزلی مدرن و کامیون‌های سنگین استفاده می‌شود، زیرا در آن‌ها نیاز به گشتاور بالا در دور پایین وجود دارد. نمونه‌هایی از این توربوها در کامیون‌های ولوو، مان و فوسو دیده می‌شود. پیچیدگی در طراحی و نیاز به کنترل الکترونیکی از نکات قابل توجه در این مدل است.

بای‌توربو یا بی‌توربو (Bi-Turbo)

بای توربو به نوعی از این سیستم گفته می‌شود که در آن از دو توربوشارژ مشابه و هم‌اندازه استفاده می‌شود. برخلاف توئین توربو که عملکرد ترتیبی دارد، در بای‌توربو هر دو توربو به‌طور همزمان و برای تقسیم فشار بین دو نیمه موتور فعال هستند. این سیستم بیشتر در موتورهای خورجینی (V شکل) یا دوگانه دیده می‌شود. هدف استفاده از بای‌توربو افزایش یکنواخت و بهینه فشار در تمام دورهای موتور است. در برخی خودروهای لوکس و کامیون‌های پرقدرت، این نوع توربو به‌کار گرفته می‌شود.

نقش توربوشارژ در ماشین سنگین

توربوشارژر در خودروهای سنگین از کامیونت گرفته تا کشنده‌‌های مختلف، نقش بسیار مهمی در افزایش توان موتور و کاهش مصرف سوخت ایفا می‌کند. این سیستم به‌ویژه در موتورهای دیزلی با حجم بالا استفاده می‌شود تا بتوان با حجم ثابت موتور، قدرت بیشتری به دست آورد. در کامیون‌هایی مانند ولوو FH16 یا بنز آکتروس، توربوشارژرها معمولا با اینترکولرهای پیشرفته و سیستم‌های کنترل هوشمند همراه هستند. این ترکیب باعث افزایش بهره‌وری سوخت، کاهش آلایندگی و عملکرد بهتر در زمان حمل بارهای سنگین می‌شود. وجود توربوشارژ در ماشین‌های سنگین یکی از عوامل کلیدی برای حفظ استانداردهای زیست‌محیطی و افزایش توان و قدرت موتور است.

توربوشارژ چقدر قدرت موتور را افزایش می‌دهد؟

توربوشارژر می‌تواند بسته به طراحی و نوع موتور، بین ۲۰ تا ۴۰ درصد افزایش قدرت را فراهم کند. این مقدار در برخی خودروهای تقویت‌شده یا کامیون‌های خاص به بیش از ۵۰ درصد هم می‌رسد. افزایش قدرت بدون افزایش حجم موتور به‌معنای بهبود نسبت توان به وزن و راندمان بالاتر است. این موضوع در مسیرهای شیب‌دار یا هنگام حمل بارهای سنگین، مزیت بزرگی به حساب می‌آید. استفاده از توربو به تولید گشتاور بالا در دورهای پایین موتور کمک می‌کند، این موضوع به خصوص در زمان تردد در مسیرهای شهری و در هنگام آغاز حرکت نقش مهمی دارد.

فرق توربوشارژ و سوپرشارژ در چیست؟

توربوشارژ و سوپرشارژ هر دو سیستم افزایش فشار هوا در موتور هستند، اما تفاوت‌هایی بنیادی در منبع انرژی و عملکرد دارند. توربوشارژر از انرژی گازهای خروجی موتور استفاده می‌کند و تاخیر اولیه (توربو لگ) دارد، در حالی که سوپرشارژر به‌صورت مستقیم از نیروی مکانیکی موتور بهره می‌گیرد و واکنش سریع‌تری دارد. سوپرشارژرها معمولا در خودروهای اسپرت و محصولاتی سرعت و شتاب بالا در آن‌ها مهم است وجود دارند، در حالی که توربوشارژرها برای بهره‌وری سوخت و کاهش آلایندگی مناسب‌ترند. در کامیون‌ها به‌دلیل اهمیت مصرف سوخت، بیشتر از توربوشارژ استفاده می‌شود نه سوپرشارژر.

چک‌لیست فنی: ۵ علامت خرابی توربوشارژ

توربوشارژ نیز مانند هرقطعه‌ای در خودرو می‌تواند خراب شود و عملکرد موتور را مختلف کند. در ادامه برخی از رایج‌ترین علامت‌های خرابی توربوشارژرها را بررسی می‌کنیم.

1. کاهش محسوس قدرت موتور: اگر هنگام شتاب‌گیری یا آغاز حرکت، خودرو کشش لازم را ندارد، ممکن است توربو کار نکند.
2. صدای زوزه یا سوت زیاد از موتور: صدایی شبیه به ویراژ یا سوت ممتد نشانه خرابی یاتاقان‌ها یا پره‌های توربین است.
3. دود آبی یا سیاه از اگزوز: نشت روغن به درون محفظه توربو یا احتراق ناقص می‌تواند باعث این نوع دود شود.
4. افزایش مصرف سوخت: عملکرد ناقص توربوشارژ باعث اختلال در نسبت هوا به سوخت و مصرف بالاتر می‌شود.
5. نشتی روغن از اطراف توربو: وجود روغن در اطراف پوسته توربو یا شلنگ‌های متصل، می‌تواند نشانه خرابی در آب‌بندی داخلی باشد.

جمع‌بندی نهایی: نقش توربوشارژ در قدرت، کارایی و عمکلرد موتور

توربوشارژر یکی از مهم‌ترین فناوری‌های تقویت موتور است که بدون نیاز به افزایش حجم، قدرت بیشتری از موتور استخراج می‌کند. این سیستم با استفاده هوشمندانه از گازهای خروجی، باعث بهبود راندمان، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلایندگی می‌شود. شناخت اجزا، انواع مختلف و نحوه عملکرد توربوشارژ، به رانندگان و تعمیرکاران کمک می‌کند تا بهتر از خودرو مراقبت کنند و در زمان مناسب مشکلات را شناسایی کنند. در خودروهای سنگین، حضور توربو به عملکرد بهتر در مسیرهای کوهستانی و شرایط بار بالا کمک زیادی می‌کند. اگر به دنبال قدرت بیشتر با مصرف کمتر هستید، توربوشارژ یک گزینه پیشرو و قابل اعتماد است.