پایگاه خبری اسب بخار
مرجع تخصصی اخبار و ویدیو خودرو

توربوشارژرهای هندسه متغیر چه‌گونه کار می کنند؟

توربوشارژ متغیر می تواند هندسه خود را متناسب با وضعیت موتور و میزان دور موتور تطبیق دهد و از این راه بتواند در دورهای مختلف عملکرد مناسب خود را داشته باشد.

یکی از قطعاتی که امروز در بسیاری از خودروها قرار می گیرد و موجب افزایش توان و گشتاور موتور می شود توربوشارژر (Turbocharger) است. توربوشارژرها با استفاده از انرژی بالای گازهای حاصل از احتراق می توانند هوای ورودی به موتور را فشرده کنند و آن را با فشار بیش تری نسبت به فشار اتمسفر وارد محفظه احتراق (Combustion Chamber) کنند. سپس با ورود هوای پرفشار، سوخت بیش تری نیز به محفظه احتراق تزریق می شود و در نهایت، انرژی بیش تری آزاد می شود. با افزایش انرژی آزاد شده، توان و گشتاور موتور افزایش می یابد.

حتماً بخوانید: موتورهای دیزل پرخوران  (Turbo Diesel)

مشکل اصلی توربوشارژرهای با هندسه ثابت چیست؟

مشکل اصلی توربوشارژرهایی که امروز بر روی خودروها نصب می شوند این است که در دورهای مختلف نمی توانند بازده حداکثری خود را داشته باشند، زیرا در دورهای مختلف میزان گازهای خروجی با هم فرق دارند و به همین دلیل نمی توانند توربین توربوشارژر را مانند حالت ایده آل به دوران درآورند.

برای مثال، در دورهای پایین که گازهای خروجی کم انرژی اند، توربوشارژر به خوبی هوا را فشرده نمی کند و افزایش توان محسوسی رخ نمی دهد. به عملکرد ضعیف توربو در دورهای پایین، تأخیر توربو و یا توربو لگ (Turbo Lag) می گویند.

از سویی دیگر، برای رفع مشکل توربو لگ، مقطع ورودی گازهای احتراقی را کوچک می کنند. در این صورت، در دورهای بالا به علت انرژی بالای گازها، بخش ورودی توربو را به اصطلاح خفه می کند (Choke) که اصلاً مطلوب نیست.

توربوشارژر متغیر چیست؟

توربوشارژرهای متغیر طوری طراحی شده اند که می توانند تغییراتی در هندسه و ساختار خود به وجود آورند و در اثر این تغییر، در دورهای مختلف موتور بتوانند نزدیک به بازده ایده آل خود عمل کنند.

اساس طراحی این توربوها تغییر در نسبت A/R هنگام عملکرد موتور است. نسبت A/R یکی از پارامترهای مهم در طراحی توربوشارژرهاست که مقدار آن برابر است با مساحت قسمت ورودی گازهای احتراقی تقسیم بر فاصله محور توربین تا وسط سطح مقطع ورودی گازها (در شکل کامل مشخص شده است).

طرز کار توربوشارژر متغیر چه‌گونه است؟

همان طور که پیش تر گفته شد یکی از پارامترهای مهم در طراحی توربوشارژر نسبت A/R است. این نسبت در توربوشارژرهای معمولی ثابت است و نتیجه این ثابت بودن این است که توربو در یک دور خاص از موتور می تواند بهترین عملکرد را داشته باشد و در آن دور حداکثر گشتاور موتور تحویل چرخ ها می شود.

نسبت A/R

اما در توربوهای متغیر می بینیم که در دورهای مختلف موتور، نسبت A/R تغییر می کند و به بیانی دیگر، توربو خود را با دورموتور تطبیق می دهد. متناسب بودن نسبت A/R با دورموتور موجب می شود توربو در هر دوری بتواند نزدیک به حالت ایده آل عمل کند و حداکثر گشتاور تولیدی در بازه بیش تری از دور موتور قابل دسترس باشد.

تغییر نسبت A/R در توربو چه‌گونه حین عملکرد امکان پذیر است؟

برای تغییر این نسبت حین عملکرد موتور و توربو، از بخش هایی استفاده می شود که جابه‌جا می شوند و در اثر این جابه‌جایی، نسبت مورد نظر تغییر می کند. به طور کلی، ۴ مکانیزم برای تغییر در نسبت A/R طراحی شد که نتیجه عملکرد همه آن ها یکی است.

1. پره های قابل چرخش (Pivoting Vanes)
2. دیواره متحرک (Moving Wall)
3. حلقه لغزنده (Sliding Ring)
4. مقطع متغیر (Variable Area)

در بین مکانیزم های بالا، مکانیزم پره های قابل چرخش، بیش تر در توربوشارژرهای خودروهای سواری استفاده می شود. البته مکانیزم های دیگر هم کاربرد دارند، اما گستردگی به‌کارگیری مکانیزم پره های قابل چرخش بیش تر است.

عملکرد توربوشارژرهای متغیر در دورهای مختلف چه‌گونه است؟

توربوشارژرهای متغیر برای این طراحی شده اند که بتوانند در دورهای مختلف نزدیک به حالت ایده آل عمل کنند و در حین عملکرد آن ها گشتاور بالایی از موتور دریافت شود.

دورهای پایین (Low Rev)

در دورهای پایین، که سرعت و قدرت گازهای احتراقی کم است، در توربوشارژر متغیر تغییراتی ایجاد می شود تا نسبت A/R کم شود و به دنبال آن، بخش ورودی توربو مانند نازل عمل کند و باعث افزایش سرعت گازهای احتراقی شود. افزایش سرعت گازها باعث می شود توربین و کمپرسور توربوشارژر با سرعت بیش تری دَوران کنند و هوای پرفشار وارد محفظه احتراق شود.

دورهای متوسط (Mean Rev)

در دورهای متوسط تغییرات طوری اعمال می شوند تا سرعت گازهای خروجی بتواند توربین و کمپرسور را به حدی که نیاز است بچرخاند و هوای پرفشار مورد نیاز وارد محفظه احتراق شود.

دورهای بالا (High Rev)

در دورهای بالا به این علت که سرعت و فشار گازهای خروجی از موتور زیاد است تغییرات طوری اعمال می شود که نسبت A/R زیاد شود تا فشار و سرعت بالای گازها باعث خفه شدن (Choke) توربو و به‌وجود آمدن فشار برگشتی (Back Pressure) نشود. در صورت افزایش نسبت A/R ورودی توربو بازتر می شود و مسیر برای عبور جریان پرسرعت و پرفشار گازها باز می شود، از سویی دیگر، بازتر شدن فضا موجب نمی شود افت توان در توربو به‌وجود آید.

تصمیم گیری تغییر وضعیت توربوشارژرهای متغیر چه‌گونه است؟

ECU با تشخیص وضعیت موتور با استفاده از سنسورهای به‌کاررفته در بخش های مختلف تعیین می کند که عملگر توربو، توربو را در چه وضعیتی قرار دهد تا نزدیک به حالت ایده آل باقی بماند.

مزایای به‌کارگیری توربوشارژر متغیر چیست؟

1. از بین رفتن توربو لگ (Turbo Lag)
2. افزایش نسبت سوخت به هوا در دورهای پایین
3. کاهش افت های گازهای احتراقی به دلیل حذف شدن ویست گیت (Wastegate) از مدار توربو
4. افزایش بازدهی سیستم EGR
5. افزایش بازدهی سوخت به علت عملکرد مناسب توربو در دورهای پایین

محمد جبارزاده شیاده

پایگاه خبری اسب بخار