بازدیدها: 10
موتورهای توربوشارژ الکتریکی خودرو
موتورهایی که توربو شارژ ندارد به عنوان موتورهای بدون توربوشارژ یا موتورهای معمولی یاد می شوند زیرا در این موتورها به علت حرکت پیستون در داخل سیلندر عمل مکش هوا به داخل سیلندرها انجام می شود به این ترتیب هوای داخل سیلندر با فشار جو تامین می گردد.
حتی در شرایط ایده ال فشار هوای ورودی در داخل سیلندرها به فشار جو نمی رسد و در عمل به مقدار قابل توجهی کمتر از ان می باشد توربوشارژ جریان هوای ورودی به محفظه احتراق را تقویت نموده و باعث افزایش فشار ان به نسب دو برابر فشار جو می گردد این امر سبب افزایش قدرت خروجی و گشتاور موتور از 25 تا 40 درصد بسته به طراحی توربوشارژ و موتور می شود .
توربوشارژر (Turbocharger) در حقیقت یک توربین است که هوا را فشرده می‌کند و به داخل محفظه‌ی احتراق می‌فرستد. سوپرشارژر و توربوشارژر هر دو همین کار را انجام می‌دهند و تفاوت آنها تنها در نحوه‌ی تأمین نیروی مورد نیازشان است.
موتورهای سوپرشارژ الکتریکی خودرو
سوپرشارژرها نیروی مورد نیاز خود را مستقیما از میل لنگ خودرو دریافت می‌کنند که می‌تواند با استفاده از تسمه باشد، اما توربوشارژر نیروی مورد نیاز خود را از گازهای خروجی اگزوز تأمین می‌کند.
مزیت سوپرشارژرها در این است که چون مستقیما به میل‌لنگ متصل هستند، دیگر تأخیری در عملکرد آنها وجود ندارد و از ابتدای گاز دادن راننده، وارد عمل می‌شوند. اما توربوشارژر برای چرخش نیاز به انتقال انرژی گازهای اگزوز به توربین دارد تا آن را به چرخش دربیاورند.
بنابراین لازم است پیشرانه کمی دور بگیرد تا توربوشارژرها بتوانند کار خود را انجام دهند. این قضیه سبب تأخیر زمانی در عملکرد توربو میشود که اصطلاحا به آن لگ (Lag) گفته میشود.
نحوه عملکرد سیستم توربوشارژر
توربوشارژرها از دو بخش تشکیل شده‌اند که یکی توربین و دیگر کمپرسور است. گازهای خروجی از اگزوز که دارای سرعت زیادی هستند با توربین برخورد می‌کنند و آن را به چرخش درمی‌آورند از آنجایی که توربین و کمپرسور هم‌محور هستند، با چرخش توربین کمپرسور نیز به چرخش درمی‌آید و شروع به پمپ کردن هوا به داخل سیلندرها می‌کند.
توربین توربوشارژر با دور بسیار بالایی گردش می‌کند که می‌تواند به ۲۰۰ هزار دور بر دقیقه نیز برسد. یکی از مهمترین عوامل مهم در عملکرد یک توربوشارژر اندازه‌ی توربین است. اگر سایز توربین بزرگ باشد، می تواند فشار هوای بیشتری تولید کند؛ اما ایراد آن این است که در دورهای پایین کارایی مناسبی ندارد؛ اگر توربین کوچک‌تر باشد می تواند دور بیشتری بگیرد و در دورهای پایین نیز فورا وارد عمل شود و تأخیر کمتری دارد، اما در دورهای بالا کارایی آن افت می‌کند.
پس بسیار مهم است که خودروساز بر اساس نیاز و نوع پیشرانه سایز توربین مناسب را برای خودرو انتخاب کند. نوع پره‌های مورد استفاده در کمپرسور نیز از نوع گریز از مرکز است تا بتواند فشار بیشتری تولید کند.
هنگامی که توربوشارژ هوا را فشرده می نماید، در اثر افزایش فشار، دمای آن نیز افزایش می یابد. افزایش دمای هوا نیز باعث انبساط آن و کاهش مقدار اکسیژن موجود در یک حجم مشخص می گردد. بنابراین لازم است که از گرم شدن هوا جلوگیری به عمل آید. برای این منظور از یک واحد خنک کننده به نام اینتر کولر استفاده می شود که در جلوی رادیاتور نصب می گردد.
بیشتر بخوانید:
ریمپ ECU چیست و چه تاثیری می‌تواند بر عملکرد موتور خودرو داشته باشد.
لاستیک چاک دار های میل موج گیر (Sway Bar Bushing)
اینتر کولر (INTERCOOLER)
اینتر کولر یک مبدل حرارتی (Heat Exchanger) می باشد که هوای خارج شده از توربوشارژ قبل از ورود به سیلندر، از داخل آن عبور نموده و خنک کاری می شود.
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 خنک شونده با مایع نیاز به یک رادیاتور دوم دارند تا آب را نیز خنک کنند. در شکل زیر یک مدار توربوشارژر مجهز به اینترکولر خنک شونده با آب نشان داده شده است. خنک کاری هوای فشرده قبل از ورود به سیلندر تا حد زیادی می تواند باعث افزایش راندمان موتور، کاهش مصرف سوخت و کم شدن میزان آلایندگی گازهای خروجی اگزوز شود.
همانطور که در تصویر بالا مشاهده می کنید دود خروجی از منیفولد (manifold) خروجی دود موتور توسط همان لوله های قرمز رنگ موجود در شکل وارد توربو شارژر شده و دود موجود پره های توربین را به حرکت در آورده و بعد از به حرکت در آوردن پره توربین دود از اگزوز به بیرون می رود. بعد از حرکت پره توربین چون این پره با یک شفت به پره کمپرسور وصل است هوا را با فشار زیاد از هواکش گرفته و وارد سیستم اینترکولر می کند(سرعت توربو از دور موتور و میل لنگ هم زیاد می باشد) و بعد از خنک شدن هوا و افزایش تراکم وارد موتور خودرو میشود که تقریبا یک نوع چرخه می باشد.
وست گیت (Wastegate)
وست گیت یک دریچه در سمت توربین توربوشارژر است که فشار تولیدی توسط توربو را تنظیم می کند.این کار از طریق کنترل میزان دود ورودی به سیستم انجام می شود.
در صورتی که میزان گازهای اگزوز فراتر از نیاز سیستم توربو باشد سوپاپ وست گیت فعال میشود و میزان اضافی گازها را از طریق یک مجرای جداگانه به سیستم اگزوز می‌فرستد.
در واقع سیستم توربوشارژر از تمامی گازهای خروجی از پیشرانه استفاده نمی‌کند، بلکه تنها از مقداری که لازم دارد، استفاده می‌کند و مابقی گازها بدون اینکه برخوردی با توربین داشته باشند، از طریق خروجی‌های اگزوز دفع می‌شوند. در شکل زیر سوپاپ وست گیت را مشاهده می‌کنید که در بدنه‌ی توربوشارژر کار گذاشته شده است.
نحوه عملکرد سوپرشارژر الکتریکی
پیشرانه‌ها با سوزاندن مخلوط هوا و سوخت قدرت تولید می‌کنند. هر چقدر که این مخلوط سریع‌تر بسوزد قدرت بیشتری تولید میشود. توربوشارژرها و سوپرشارژرها هوای بیشتری را به داخل پیشرانه می‌فرستند و به آن اجازه می‌دهند تا سوخت بیشتری را سوزانده و قدرت بیشتری تولید کند. سوپرشارژرها توسط یک پولی از سوی پیشرانه کار می‌کنند درحالی‌که توربوها از گازهای پرفشار اگزوز برای چرخش توربین سود می‌برند.
سوپرشارژرها مستقیماً توسط خود پیشرانه کار می‌کنند اما توربوشارژر نیروی مورد نیاز خود را از گازهای خروجی اگزوز تأمین می‌کند.
مزیت سوپرشارژرها در این است که چون مستقیما به میل‌لنگ متصل هستند، دیگر تأخیری در عملکرد آنها وجود ندارد و از ابتدای گاز دادن راننده، وارد عمل می‌شوند اما توربوشارژر برای چرخش نیاز به انتقال انرژی گازهای اگزوز به توربین دارد تا آن را به چرخش دربیاورند.
بنابراین لازم است پیشرانه کمی دور بگیرد تا توربوشارژرها بتوانند کار خود را انجام دهند. این قضیه سبب تأخیر زمانی در عملکرد توربو میشود که اصطلاحا به آن لگ (Lag) گفته میشود.
توربوهای الکتریکی به منظور ترکیب کارایی سیستم‌های توربو با پاسخ سریع سوپرشارژرها و حذف لگ توربوها طراحی شده‌اند. در توربوهای الکتریکی، توربوی معمولی را با کمپرسور هوای الکتریکی کوچکی ترکیب کرده‌اند.
این کمپرسور با استفاده از پیشرانه‌ی قدرتمندی کار می‌کند. زمانی که پدال گاز فشار داده میشود، پیشرانه‌ی یاد شده کمپرسور هوا را مجبور به ورود آنی هوای سرد به داخل پیشرانه می‌کند.
این موضوع تحویل نرم قدرت را حتی پیش از آنکه توربوی پیشرانه سرعت گیرد تضمین می‌کند. زمانی که توربوشارژر مرسوم به حدی کافی دور گرفت، سیستم الکتریکی به منظور صرفه‌جویی در مصرف انرژی خاموش میشود.
نقاط ضعف سوپرشارژرهای الکتریکی
هدف این سیستم‌ها بیش از آنکه کاهش مصرف سوخت یا آلاینده‌ها باشد، افزایش عملکرد خودرو است. البته می‌توان این سیستم را در زمانی که مورد نیاز نیست خاموش کرد و همین امر به خودرو اجازه می‌دهد تا حداکثر راندمان را داشته باشد.
همانند هر تکنولوژی جدیدی، توربوشارژرهای الکتریکی نیز تا زمانی که متداول‌تر شوند، کاملاً گران‌بها خواهند ماند. همچنین میزان اعتماد و اطمینان این سیستم‌ها نیز قطعی نیست.
ایراد دیگری که به این تکنولوژی وارد می شود این است که استفاده از توربوهای الکتریکی شیوه ای به منظور افزایش عمر پیشرانه‌های احتراق داخلی است درحالی که بی‌شک صنعت خودرو نیازمند حرکت به‌سوی خودروهای کاملاً الکتریکی می‌باشد.
شاید تبلیغاتی را دیده باشید که در آن ادعا میشود توربوهای الکتریکی قادر هستند عملکرد و مصرف سوخت را بهبود بخشند. متأسفانه اکثر این قطعات افترمارکتی نمی‌توانند این کارها را انجام دهند.
این قطعات از فن‌های کوچکی تشکیل شده‌اند که خیلی شبیه به فن‌های خنک‌کننده‌ی رایانه بوده و هوا را به داخل پیشرانه منتقل می‌کنند. هرچند برای تولید قدرت توسط پیشرانه، هوا باید با فشار بالا به داخل سیلندرها تزریق شود.
هر چقدر فشار هوا بالاتر باشد خروجی پیشرانه نیز بالاتر خواهد بود. این تکنولوژی در حال حاضر نسبتاً جدید بوده و تنها چند خودروساز محدود از این سیستم‌ها در محصولات خود استفاده می کنند. به احتمال زیاد خودروهای اسپورت و پرفورمنس و گران‌بها در میان اولین خودروهایی خواهند بود که از این تکنولوژی استفاده می‌کنند.
توربوشارژر یا سوپرشارژر کدام یک محبوبیت بیشتری دارد؟
اصلی ترین موردی که سبب شده توربوشارژر ها از محبوبیت بیشتری نسبت به سوپرشارژر ها برخوردار باشند، این است که سوپرشارژر ها بدلیل طراحی و نحوه‌ی کارشان انرژی زیادی از نیروی پیشرانه را مصرف می‌کنند. صدای زیاد و استهلاک قطعات داخلی از دلایلی است که باعث شده تمایل کمتری نسبت به استفاده از این سامانه وجود داشته باشد، به طوری که مرسدس بنز که از بزرگترین استفاده کنندگان از سوپرشارژر در محصولات خود بود، در سال ۲۰۱۰ بطور کامل این سیستم را از خودروهایش حذف کرده و با توربوشارژر جایگزین نمود.
سیستم بای‌توربو و توئین توربو
دو کلمهٔ بای‌توربو (Bi Turbo) و توئین توربو (Twin Turbo) که به معنای مجهز بودن پیشرانهٔ خودرو به دو توربوشارژر هستند. اما چرا خودروسازان از دو کلمهٔ متفاوت برای بیان دو توربو بودن پیشرانه‌های خود استفاده می‌کنند؟ در ادامه به بررسی تفاوت میان سیستم بای‌توربو و توئین توربو می‌پردازیم.
تفاوتی جزئی میان دو سیستم توئین توربو و بای‌توربو وجود دارد. بای‌توربو به معنای استفاده از دو توربوشارژر مختلف در یک موتور است درحالی‌که توئین توربو استفاده از دو توربوشارژر یکسان معنی می‌دهد.
به معنای ساده‌تر، در سیستم بای‌توربو، پیشرانه با دو توربوشارژر با اندازه‌های مختلف مجهز میشود؛ یعنی یک توربوشارژر کوچک و یک توربوشارژر بزرگ. توربوشارژر کوچک در دور موتور پایین و هنگامی‌که گازهای اگزوز هنوز فشار زیادی ندارند مورد استفاده قرار می‌گیرد و چون دارای توربین کوچک‌تری است با فشار گاز پایین هم سریعاً دور گرفته و هوا را به پیشرانه تزریق می‌کند؛ اما پس از بالا رفتن دور موتور، توربوشارژر کوچک غیرفعال شده و توربوشارژر بزرگ‌تر وارد مدار میشود. بدین ترتیب پدیدهٔ تأخیر توربو تا حد زیادی از بین می‌رود چراکه در هر دور موتوری حداقل یکی از توربوشارژرها فعال هستند.
اما در سیستم توئین توربو هر دو توربوشارژر کاملاً یکسان بوده و یک اندازه دارند. در این سیستم هر دو توربوشارژر همزمان فعال هستند. سیستم توئین توربو عمدتاً در پیشرانه‌های V شکل مورد استفاده قرار می‌گیرد و هر یک از توربوشارژرها، هوای مورد نیاز یک ردیف از سیلندرها را تأمین می‌کنند.
مثلاً در یک موتور V8 یک توربوشارژر هوای چهار سیلندر سمت چپ و توربوشارژر دیگر هوای چهار سیلندر سمت راست را تأمین می‌کند؛ بنابراین در این سیستم همچنان کمی تأخیر توربو وجود دارد.
البته این نام‌گذاری همواره در همهٔ خودروسازان به این صورت رعایت نمی‌شود و ممکن است شرکتی به‌صورت برعکس از آنها استفاده کند. به‌عنوان‌مثال شرکت مازراتی برای پیشرانهٔ V6 مدل مراک از نام بای‌توربو استفاده می‌کرد درحالی‌که این موتور مجهز به دو توربوشارژر یکسان و هم‌اندازه بود که هرکدام هوای موردنیاز یک ردیف سه‌تایی از سیلندرها را تأمین می‌کردند.
