توربو شارژ ها را بهتر بشناسیم (بخش آخر)

کارپرس / عادل ذاکری: در قسمت قبل با الفبای کارکرد توربوشارژر ها آشنا شدیم و دانستیم که این پره های کوچک می توانند چه تاثیرات مثبتی بر روی موتور داشته باشند.

در حقیقت آنها هم از اشتهای موتور برای بلعیدن سوخت می کاهند وهم توانایی موتور را برای تولید توان و گشتاور افزایش می دهند، همچنین دانستیم مواردی نیز وجود دارند که می توانند شادی حاصل از این افزایش توان را برکامتان تلخ کنند ، یکی ازین موارد وجود لگ در سیستم توربو بود که با مفهوم آن به طور کامل آشنا شدیم و به این پرسش رسیدیم که: چگونه می توان توربویی را به کار برد که هم در دورهای انتهایی وظیفه خود را به درستی انجام دهد و هم در دورهای ابتدایی راننده را منتظر نگذارد؟

در حقیقت روشهای بسیاری برای کاهش لگ و به طور کلی بهبود عملکرد توربوشارژر ها وجود دارد برای مثال می توان به سیستم های آنتی لگ که برای اولین بار در اواخر دهه 80 میلادی بر روی خوروهای فرمول وان به کار رفت اشاره کرد. بعد ها استفاده ازاین سیستم ها در مسابقات WRC به یک امر رایج بدل شد اما این سیستم ها به دلیل ایجاد فشار مضاعف بر روی پیشرانه و افزایش شوق پیشرانه برای بلعیدن بنزین هیچگاه آنچنان مورد توجه کمپانی ها برای استفاده در خودروهای خیابانی قرار نگرفتند، در عوض راه های دیگری برای کاهش لگ توربو ها و افزایش کارایی آنها ارائه شد که هم کم خطر تر بودند هم مزایای محیط زیستی استفاده از توربو شارژرها را حفظ می کردند.

در ادامه به سه مورد از روش های رایج اشاره خواهیم کرد:

1- استفاده از دو توربو (twin turbo): سیستم های twin turbo  از لحاظ عملکرد به دو دسته تقسیم می شوند:

- parallel twin turbo یا تویین(دو) توربو موازی

- sequential twin turbo یا تویین(دو) توربوی پیوسته

در سیستم اول یعنی موازی از دو توربوی هم سایز و یک شکل استفاده می شود (دو توربوی کوچک) که هرکدام به طور جداگانه از منیفولد خروجی دود تغذیه می کنند و در نهایت جریان خروجی از دو توربو به هم پیوسته و وارد موتور می شود این روش معمول ترین و ابتدایی ترین روش استفاده از دو توربو در کنار هم است و نسبت به روش دیگر تاثیر کمتری در بهبود عملکرد توربو دارد، اما به دلیل سادگی، در اکثر خودروها از این روش استفاده می شود.

در سیستم دوم یا پیوسته از دو توربوی غیر هم سایز استفاده می شود بطوری که در دورهای اولیه موتور که دبی گازهای خروجی کمتر است تمام گازهای خروجی از تمام سیلندرها به توربوی کوچکتر منتقل می شود و این توربو وظیفه تامین فشار را بر عهده دارد، رفته رفته با افزایش دور و دبی گازهای خروجی هنگامی که جریان گاز به حدی رسید که توانایی گرداندن هر دو توربو را داشت توربوی دوم نیز که معمولا بزرگ تر است وارد مدار خواهد شد و وظیفه تامین فشار برعهده هر دو توربو قرار می گیرد.  در این روش هم لگ توربو کاهش پیدا می کند و هم در دورهای بالایی تامین فشار بهتر انجام می پذیرد، اما این روش پیچیدگی بیشتری دارد و به دلیل اتصالات بیشتر نه تنها جای بیشتری اشغال می کند بلکه افت فشار نیز به دلیل طولانی تر بودن اتصالات بیشتر می شود و این مساله خود باعث ایجاد لگ و تاخیر درعملکرد توربو خواهد شد. امروزه خودرو سازان با کوتاه تر کردن اتصالات سعی در بهبود عملکرد این نوع توربو ها دارند برای مثال مرسدس در مدل AMG GT توربو ها را ما بین محفطه V شکل موتور قرار داده تا بدین صورت طول اتصالات و در نتیجه افت فشار و لگ توربو کاهش پیدا کند.

2- Twin-scroll turbocharger:
گفتیم که استفاده از دو توربو یا سیستم تویین توربو به کاهش لگ و بهبود عملکرد در دورهای انتهایی کمک شایانی می کند اما در عین حال پیچیدگی و هزینه را بالا خواهد برد، همچنین به دلیل اتصالات بیشتر افت فشار بیشتری نیز در لوله ها خواهیم داشت.

 در سیستم twin scroll در حقیقت مزیت استفاده از دو توربو درون یک توربو گنجانده شده است اما چگونه؟ در حالی که در سیستم های معمولی لوله ی تغذیه توربین از یک بخش تشکیل شده در سیستم twin scroll این ورودی از دو بخش تشکیل شده است و دارای دو ورودی هوای داغ و دو نازل است. ورودی کوچکتر و باریک تر به دلیل باریک تر بودن باعث افزایش سرعت گازهای خروجی از سیلندر می شود،  درست است که این موضوع باعث کاهش فشار گازهای ورودی به توربین نیز خواهد شد اما گازهای داغ می توانند با سرعت بیشتر و زاویه مناسب تر به پره های توربین برخورد کنند که نتیجه این امر کاهش لگ در دورهای ابتدایی خواهد بود.

ورودی بزرگ تر نیز بهبود عملکرد موتور را در دورهای بالا تضمین خواهد کرد در این سیستم باید بتوان حداکثر استفاده را از گازهای خروجی بکار برد، به منظور زمان بندی مناسبی برای کارکرد سوپاپ ها و موتور لازم است تا همواره میزان قابل قبولی از گازهای خروجی به توربین برسد. همچنین لوله تغذیه مجرای باریک تر باید کوتاه تر باشد به همین جهت در یک موتور4 سیلندر دو سیلندر وسطی مسئول تغذیه مجرای باریک تر و دو سیلندر بیرونی مسئول تغذیه مجرای بزرگ تر هستند. هم اکنون کمپانی BMW و کمپانی های وابسته به آن همانند MINI به طور گسترده ای ازاین نوع توربو ها در محصولاتشان استفاده می کنند.

3- VTG Turbocharger:
variable turbine geometry  یا توربین با هندسه متغیر راه حل دیگریست که برای کاهش لگ و افزایش توان در توربو ها به کار گرفته می شود. همانطور که گفته شد توربوهای کوچک نسبت به توربوهای بزرگ راحت تر Spool UP شده و به دور ایده آل خود می رسند، در نتیجه لگ کمتری خواهند داشت اما در عوض در دورهای بالا توانایی تامین فشار مورد نیاز برای افزایش توان را نخواهند داشت از لحاظ تئوری ساده ترین راه حل برای حل این مشکل این است که توربویی بسازیم که در دورهای پایین همانند یک توربوی کوچک رفتار کند و در دورهای بالا مانند یک توربوی بزرگ، اما چگونه؟ در این روش از چند پره متحرک (variable vanes) که به صورت جدا گانه بر روی محفظه ی توربین و در جلوی پره های توربین نصب شده اند برای کنترل جریان گاز خروجی و اثابت آن به پره های توربین استفاده می شود، بدین صورت که در دورهای پایین پره ها تقریبا بسته شده (عکس ها زیر) و بدین ترتیب یک مجرای تنگ را برای عبور گازهای داغ و جریان یافتن آن به سمت پره های توربین فراهم می آورند که این امر باعث افزایش سرعت گازها شده همچنین گازها را دقیقا در زاویه درست به سمت پره ها هدایت کرده وباعث می شود پره توربین به سرعت Spool Up شده و لگ کاهش یابد.

برعکس در دورهای بالایی پره ها کاملا باز شده (عکس زیر) و اجازه عبور کل جریان را که اکنون به خاطر دور بالای موتور دارای سرعت و انرژی زیادیست به درون پره ها می دهند، درنتیجه گویی یک توربین بزرگ بر سر راه گازها قرار دارد و توربو همانند یک توربوی بزرگ عمل کرده و توانایی تامین فشار در دورهای بالا را خواهد داشت.

این روش از سال 1990 در اکثر خودروهای دیزل به عنوان بهترین روش برای کاهش لگ استفاده می شد اما به دلیل حرارت بالای گازهای خروجی در موتورهای بنزینی هیچگاه استفاده نمی شد تا اینکه پورشه به عنوان اولین خودروساز که از تکنولوژی VTG در موتورهای بنزینی استفاده کرده است این تکنولوژی را در مدل های 997 turbo و turbo S به کار برد. به خصوص که این دو مدل دارای تکنولوژی twin turbo نیز هستند یعنی در این دو مدل از دو توربوی VTG استفاده شده است که نتیجه ی ترکیب این دو روش حیرت آور بود و در این دو مدل تقریبا هیچ لگ توربویی احساس نمی شد. البته همانطور که گفته شد حرارت بالای گازهای خروجی از اگزوز در موتورهای بنزینی همواره مانعی بر سر راه استفاده ازین تکنولوژی بودند تا اینکه پورشه برای حل این مشکل از قطعاتی به شدت مقاوم در برابر گرما استفاده کرد. این قطعات در حقیقت از همان جنسی هستند که پره های توربین موتور جت از آنها ساخته می شود. امروزه نیز کمپانی پورشه بر روی مدل های جدید 911 توربو و توربو اس و همچنین 718 باکستر/کیمن اس از تکنولوژی VTG استفاده می کند که دو مدل 911 هم تویین توربو و هم VTG هستند اما 718 تنها از یک توربوی VTG بهره می برد که باعث شده این خودرو(718) بتواند از یک موتور 2.5 لیتری 350 اسب بخار قدرت و 420 نیوتن متر گشتاور استخراج کند آن هم با تاخیری اندک در سامانه توربو!!

- جمع بندی:

باتوجه به مطالب این قسمت و قسمت قبل اندکی دقیق تر با کارکرد توربوشارژر ها آشنا شدید.

اکنون می دانید که یک توربو از چه بخش هایی تشکیل شده و وظیفه هرکدام از آنها چیست، البته مباحث مربوط به توربوشارژرها و کارکرد آنها بسیار گسترده است اما سعی شد به طور خلاصه و به زبان ساده اما فراتر از دانسته های معمول، شما را با کارکرد و موانع پیش روی این تکنولوژی آشنا کنیم.

به یاد  داشته باشید که همانند هر تکنولوژی دیگری، یک موتور مجهز به توربوشارژر نسبت به یک موتور تنفس طبیعی نیاز به توجه و رسیدگی بیشتری دارد. اگر خودروی شما مجهز به توربوشارژر است به یاد داشته باشید که حتما از بنزین با عدد اوکتان بالا استفاده کنید و از گاز دادن غیر معمول در حالت خلاص به موتور جدا خود داری کنید، چرا که این کارباعث گرم شدن بیش از حد توربوها و مایع خنک کننده موتور خواهد شد.

همچنین بهتر است بعد از یک سواری طولانی و پرفشار، موتور را به یکباره خاموش نکنید و اندکی زمان برای گردش مایع خنک کننده در موتور و خنک شدن توربوها اختصاص دهید زیرا با خاموش کردن ناگهانی خودرو از جریان یافتن روغن خنک کننده جلوگیری می کنید و روغن به جای مانده بر روی محفظه توربین به خاطر دمای بالا خاصیت خود را از دست می دهد،  پس با رعایت نکاتی ساده می توانید از مشکلات احتمالی جلوگیری کرده و بدون نگرانی از قدرت نهفته در پره ها بهره ببرید.

لطفا، هنگام کپی! بیاد ما هم باشید: CarPress.ir