خودروها با وجود داشتن موتورهای کوچکتر به دلیل توربوشارژرها قدرتمندتر شده اند. اما چگونه این کار را انجام می دهد؟
مدت زیادی است که توربوشارژرها وجود داشته اند. باور کنید یا نه، جنرال موتورز اولین کسی بود که در سال 1962 با اولدزموبیل توربو جت فایر، توربو را برای وسایل نقلیه خود معرفی کرد. توربوها بدون نیاز به موتور بزرگتر نیرو می‌افزایند و همان گازهای خروجی از اگزوز را که خودروی شما قبلاً تولید می‌کند، از بین می‌برد.
توربوها دستاوردهای درخشان مهندسی هستند که به سرعت در صنعت خودروسازی گسترش یافته اند. این به عنوان یک ارتقاء عملکرد نادر محدود به خودروهای لوکس و اسپرت سطح بالا شروع شد، اما اکنون یک افزونه فراگیر است که کارایی را افزایش می دهد.
برای اطلاعات بیشتر در مورد نحوه عملکرد توربوها به ادامه مطلب مراجعه کنید.
چرا خودروهای مدرن از توربوشارژر استفاده می کنند؟
تاریخ ساخت توربوشارژرها به سال 1905 برمی گردد، زمانی که آلفرد بوچی حق اختراع یک توربوشارژر اولیه را دریافت کرد. این شگفت‌انگیز است که چگونه این فناوری به بیش از یک قرن پیش می‌رسد، به‌ویژه با در نظر گرفتن میزان رونق توربوشارژرها در حال حاضر.
جالب اینجاست که توربوهای اولیه با در نظر گرفتن عملکرد هواپیما ساخته شده بودند. موتورهای احتراق داخلی از هوا و سوخت مشتعل شده در محفظه احتراق موتور در پایین پیستون استفاده می‌کنند و به موتور اجازه تولید نیرو می‌دهند.
قبل از توربوها، تنها راه افزایش قدرت موتور، افزایش جابجایی بود. با بزرگتر کردن محفظه احتراق از نظر فیزیکی و گسترش کل موتور یا با افزودن سیلندرهای بیشتر، سازندگان موتور می توانند سوخت و هوای بیشتری بسوزانند و در نتیجه توان خروجی موتور را افزایش دهند. به همین دلیل است که ضرب المثل معروف «جایگزینی برای جابجایی وجود ندارد» به یکی از لوازم اصلی دنیای خودرو تبدیل شد.
اما، یک راه کارآمدتر برای افزایش قدرت بدون نیاز به افزایش جابجایی وجود دارد: توربوشارژرها. این دستگاه‌ها به موتور اجازه می‌دهند تا قدرت بیشتری را بدون افزایش فیزیکی جابه‌جایی تولید کند، که ثابت می‌کند کاملاً جایگزینی برای جابجایی وجود دارد.
بهترین خودروهای برقی با عملکرد بالا نیز این گفته را نادرست است. یکی از نمونه‌ها، Lucid Air فوق‌العاده سریع است که سریع‌تر از اتومبیل‌های عضلانی V8 کلاسیک در حین کار بر روی الکترون است.
توربو چیست؟
به زبان ساده، توربوشارژر یک کمپرسور هوا است که از گازهای خروجی موتور نیرو می گیرد. این کمپرسور به موتور اجازه می‌دهد تا هوای بیشتری را ببلعد و در نتیجه به موتور اجازه می‌دهد تا سوخت بیشتری را بدون اضافه کردن جابجایی بیشتر در محفظه احتراق قرار دهد. در مورد هواپیماها، توربوشارژرها کاربرد بسیار مناسبی هستند.
همانطور که هواپیما به صعود ادامه می دهد، هوا کمتر متراکم می شود. بنابراین، همان موتور در ارتفاعات بالاتر نسبت به نزدیک تر از سطح دریا قدرت کمتری تولید می کند. این یک مشکل بزرگ است، اما توربوشارژرها یک راه حل عالی ارائه می دهند.
توربوشارژرهایی که به موتورهای هواپیما اضافه می‌شوند اجازه می‌دهند هوای بیشتری نسبت به حالت عادی در ارتفاعات بالا به موتور فشار داده شود و مشکل از دست دادن توان هنگام پرواز را حل می‌کند. مانند موتورهای هواپیماهای تنفس طبیعی (NA)، خودروهای NA نیز در مقایسه با موتورهای توربوشارژ از کاهش عملکرد در ارتفاعات بالا رنج می برند.
توربوشارژرها چگونه کار می کنند؟
توربوشارژرها کمپرسورهای هوا هستند، بنابراین همانطور که از نام آن پیداست، یک توربو یک کار را انجام می دهد: هوا را فشرده کرده و آن را در موتور قرار می دهد. روشی که این کار را انجام می دهد نسبتاً ساده است. یک موتور به دلیل احتراقی که به وسیله نقلیه نیرو می دهد گازهای خروجی تولید می کند و توربوها از این احتراق برای نیرو دادن به یک توربین استفاده می کنند که در نهایت منجر به فشرده شدن هوای وارد شده به موتور می شود.
نکته جالب در مورد توربو این است که گازهای خروجی را بازیافت می کند تا مکانیزم کمپرسور را تامین کند. توربوها به دو نیمه تقسیم می شوند: ناحیه گرم در تماس با گازهای خروجی و ناحیه سرد.
این به این معنی است که یکی از نیمه ها (نیم داغ) به منیفولد اگزوز متصل است. همانطور که هوای گرم از موتور جابجا می شود، توربین موجود در نیمه داغ توربوشارژر را می چرخاند که به نوبه خود فن کمپرسور را که در ناحیه سرد توربو قرار دارد می چرخاند.
این دو عنصر در حال چرخش از طریق یک شفت به هم متصل می شوند که به توربین جانبی گرم اجازه می دهد تا کمپرسور جانبی سرد را با ورود گازهای خروجی به داخل بچرخاند. با وقوع این فرآیند، سمت داغ توربوشارژر شروع به گرم شدن قرمز می کند، به همین دلیل است که توربوشارژرها اغلب با یک طرف کاملا زنگ زده و طرف دیگر بکر دیده می شوند.
این به دلیل دمای شدیدی است که ناحیه داغ توربو از گازهای خروجی اگزوز تجربه می کند. گازهای خروجی به کمپرسور جانبی سرد اجازه می‌دهند که بچرخد و هوا را بمکد، آن را فشرده کرده و دوباره به داخل موتور می‌برد. این در تئوری قدرت بیشتری تولید می کند.
با این حال، فشرده سازی هوا نیز گرما تولید می کند که مزایای کمپرسور را خنثی می کند. راه حل این است که یک اینترکولر بین توربوشارژر و منیفولد ورودی اضافه کنید. این اجازه می دهد تا هوای ورودی به محفظه احتراق خنک شود و عملکرد را افزایش دهد. به همین دلیل خودروهای توربوشارژ با اسکوپ کاپوت را مشاهده می کنید که از هوای عبوری برای خنک کردن هوای فشرده استفاده می کنند.
توربوشارژرها ممکن است با بالا آمدن توربو تاخیر داشته باشند. این به این دلیل است که قبل از اینکه بتواند واقعاً موتور را تقویت کند به گازهای خروجی نیاز دارد تا سرعت آن را بالا ببرد. برخی از شرکت‌های تولیدکننده قطعات خودرو نیز برای حل مشکل تاخیر، سیستم‌های ضد تاخیر تولید می‌کنند. با این حال، آنها گران هستند و معمولا فقط توسط تیم های مسابقه حرفه ای استفاده می شوند.
ضایعات همچنین اجزای ضروری هستند که اجازه می دهند فشار هوا قبل از چرخش توربین آزاد شود و از خرابی فاجعه بار موتور جلوگیری کند. اگر دریچه‌های زباله در سیستم‌های توربوشارژر وجود نداشت، موتور به طور بالقوه می‌توانست توربین را بیش از حد بچرخاند و فشار زیادی را به محفظه موتور وارد کند. این یک سناریوی کاملاً ناخواسته است که می تواند منجر به خرابی فاجعه بار موتور شود.
سازندگان از توربوشارژ سراسری در خط تولید خودروهای خود استفاده کرده اند، در درجه اول برای کارایی. با این وجود، علاقه مندان هنوز به توربوها به عنوان منبعی برای افزایش قدرت در وسیله نقلیه شما فکر می کنند.
توربوها به خودروهای کارآمدتر اجازه می دهند
به لطف توربوشارژرها، موتورهای چهار سیلندر مدرن از نظر قدرت عملکردی مشابه موتورهای V8 قدیمی دارند و در عین حال تعداد مسافت پیموده شده بنزین بهتری را ارائه می دهند. بسیاری از تولیدکنندگان اخیراً به توربوشارژ کردن وسایل نقلیه خود روی آورده‌اند – حتی فورد موتورهای توربوشارژ کوچک را به وانت‌های F-150 خود اضافه کرد تا آنها را کارآمدتر کند.
در مورد اینکه آیا این موتورها بهتر یا بادوام تر از موتورهای با جابجایی بزرگتر هستند، هنوز حکم صادر نشده است. اما، یک چیز مطمئن است: با هجوم خودروهای هیبریدی و خودروهای برقی، حتی توربوها نیز ممکن است نتوانند موتور احتراق داخلی را نجات دهند.