توربوشارژر چیست؟

توربوشارژر به زبان ساده یک نوع پمپ هوا است که هوا را با فشار محیط (فشار جو) می گیرد و آن را به فشار بالاتر فشرده می کند و هوای فشرده را ازطریق شیرهای ورودی به داخل موتور عبورمی دهد.

در حال حاضر، توربوها اساساً روی موتورهای دیزلی استفاده می شوند، اما حرکت جدیدی بسمت تولید توربوشارژر موتورهای نفتی صورت گرفته است.

نظربه اینکه همه ی موتورها تابع هوا و سوخت هستند، می دانیم که هوا و سوخت در کران های مجموعه زیادمی شود که سوخت را از موتور افزایش خواهند داد، اما اگر ما سوخت را زیادکنیم، باید قابل احتراق باشد.

بمنظور ایفای نیازهای توان، به هوا نیاز دارد؛ ورود هوای بیشتر مشکلات بمراتب بیشتری را نسبت به ورود سوخت بیشتر دربردارد. هوا همیشه پیرامون ما است و تحت فشار است (این فشار در سطح دریا تقریباً ۱۵ psi است)، این فشار است که به هوای درون سیلندرها نیرووارد می کند.

یک پمپ هوا (توربوشارژر) برای افزایش جریان هوا جای داده می شود و هوای فشرده درون موتور دمیده می شود.

این هوا با سوخت تزریق شده مخلوط می شود و امکان احتراق موثرتر فراهم می شود و لذا خروجی توان موتور زیادمی شود.

یک سمت دیگر توربوشارژر، که موردنظر است، موتوری است که مرتباً در دامنه های بالا کارمی کند، درجاییکه هوا از تراکم کمتری برخوردار است و توربوشارژر بیشترین توان ازدست رفته بسبب افت فشار هوا را بحالت اول بازخواهدگرداند. توان موتور در ۸۰۰۰ پا فقط ۷۵% توان اش در سطح دریا است.

توربوشارژر چگونه کارمی کند؟

گازهای خروجی مازاد موتور بعنوان محرک چرخ توربین استفاده می شوند که توسط یک محور به چرخ کمپرسور وصل می شود. چرخ هوا یا کمپرسور؛ هوا را ازطریق فیلترهای هوا می کشد و آن را از موتور عبورمی دهد.

همانطورکه گازهای مازاد از موتور خارج می شوند، به توربین یا چرخ داغ توربو هدایت می شوند و لذا چرخه را تکمیل می کند

(شکل ۱)

گازهای گرم بجای رهایی ازطریق لوله ی تخلیه، درطی جریان احتراق به توربوشارژر تولیدمی شوند. سیلندرهای داخل موتور احتراق داخلی به ترتیب (نه یکباره) آتش می گیرند، لذا خروجی (اگزوز) محفظه ی احتراق را در تکانه های نامنظم خارج می کند.

توربوشارژرهای تک اسکرول متداول آن تکانه های نامنظم اگزوز (خروجی) را درون توربین مسیریابی می کنند به شیوه ای که سبب برخورد و تداخل با یکدیگر شوند و قدرت جریان کم شود. درمقابل، توربورشارژ ۲ اسکرول، بخار خروجی را از جفت سیلندرها بصورت متناوب گردآوری می کند.

۲چرخش (تنیدگی)

بخار خروجی با تیغه های توربین برخوردمی کند، آنها را تا ۱۵۰۰۰۰ rpm می چرخاند. تکانه های متناوب بخار خروجی به حذف پس افت توربو کمک می کنند.

۳تهویه

گازهای خروجی بسته به هدف موردنظر از خروجی به دودگیر جاری می شوند، که درآنجا قبل از خروج از دودکش، از مونوکسیدکربن، اکسیدهای نیتروز و سایر آلاینده ها تمیزمی شوند.

۴فشردگی

توربین به کمپرسور هوا نیرومی بخشد که هوای خنک و تمیز را از هواکش گردآوری کند و آن را تا ۳۰% بالاتر از فشار جو یا تقریباً ۱۹ پوند براینچ مربع فشرده کند. هوای چگال، غنی از اکسیژن به محفظه ی سوخت جریان می یابد.

اکسیژن اضافی، احتراق گازوئیل را کامل تر می کند و راندمان یک موتور کوچک بیشترمی شود. درنتیجه، توان موتور توئین پاور نسبت به نوع غیرتوربوشارژری با همین اندازه ۳۰% بیشتر است.

ضمن وجود مشکلات متعدد و فراوانی که سبب سوء کارکرد توربوشارژر می شوند، می توانند به ۵ گروه بشرح ذیل تقسیم شوند:

۱- نبود روغن روان کننده یا تعلل در روغن کاری

بهمان اندازه که توربو با سرعت بسیار زیاد، تا ۱۰۰۰۰۰ rpm می چرخد، نیاز به روغن از بیشترین اهمیت برخورداراست. روغن با نرخ جریان مناسب و فشار برای کارکردن بشرح ذیل لازم است:

۱) روان سازی یاتاقان های اصلی و کف گرد

۲) پایدارکردن محور چرخشی و یاتاقان اصلی

۳) بعنوان خنک کننده قبل از رسیدن به سرعت های بالای توربوشارژر

نیاز به روغن بعنوان روان ساز و بعنوان خنک کننده با افزایش بار موتور و سرعت توربوشارژر افزایش می یابد. خرابی یاتاقان توربوشارژر درصورت تاخیر کوتاه مدت رسیدن روغن رخ خواهدداد.

تعلل در روغن بسیار ساده ازطریق آبی کاری یاتاقان ها یا محور شناسایی می شود. آبی کاری، رنگ کردن محور است، وقتی درمعرض گرمای بیش ازحد باشد.

۲- ماده ی خارجی یا کثیفی در سیستم روان سازی

بسیاری از اپراتورها فرض می کنند، کاملاً به اشتباه، که اگر موتورها را با روغن کثیف و آلوده بکاراندازند، فیلتر روغن هرگونه ماده ی خارجی را قبل از رسیدن روغن به موتور، و در مورد ما، یاتاقان های توربوشارژر برطرف می کند: که یک اشتباه بسیار گزاف است.

همه ی این مواد می توانند به یاتاقان ها آسیب بزنند، وقتی بقدری باشد که سبب سایش یاتاقان و سایش سوراخ جایگاه یاتاقان شود یا اگر ذرات کثیف آنقدر بزرگ باشند که مسیرهای داخلی روغن توربو را مسدود کنند که سبب می شود واحد دچار کمبود روغن شود.

یاتاقان های توربو احتمال زیاد قبل از یاتاقان های موتور اصلی خراب می شوند، چون توربوشارژر با سرعت های بسیار بالاتر از موتور می چرخد. سرعت نوک تیغه روی چرخ کمپرسور یک واحد با ۸۰۰۰۰ rpm، ۷۰۰ مایل در هر ساعت خواهدداشت. سرعت های تیغه ی طراحی های جدید توربوشارژرها بیش از ۱۰۰۰ مایل در هر ساعت است.

۳خرابی روغن

روان سازی دیزل بخش بسیارمهمی از موتور است و اگرچه فناوری مدرن روغن مسیر طولانی را در ارائه ی روغن های خوب پیموده است، هنوز با ۲ مشکل عمده مواجه هستیم:

(۱) خرابی روغن: دماهای بالایی که در موتورهای دیزلی مدرن وجود دارند، سبب شکافتگی یا خرابی روغن می شود. این عمل، مواد کربن دار (قیردار) ایجادمی کند که به حلقه های موتور می چسبند و مشکلات دیگری را سبب می شوند. اکسیداسیون بعلت هیدروکربن ها در مخلوط روغن با اکسیژن است؛ که اسیدهای آلی تولیدمی کند که در ۲ نوع عمده یافت می شوند: آنهایی با نقاط جوش پایین و یا با خورندگی بالا.

این فرآورده ها مسئول انواع مشکلات موتورهای دیزلی و توربوشارژرها هستند. اگر امکان غلیظ شدن اسیدها میسرشود، به یاتاقان ها و غیره حمله می کنند و سبب خرابی متعاقب و سوراخ شدن می شوند. همچنین با روغن باقیمانده واکنش می دهند و لجن تشکیل می شود و سپس در کل موتور، بالاخص در فیلترها ته نشین می شود که تامین روغن توربوشارژر را بدترمی کنند. اکسیداسیون سنگین تر سبب سخت ترشدن جلا می شود.

درجاییکه امکان انباشت لجن در سیستم های روغنی فراهم باشد، ضمن عبور از توربو، بواسطه ی نیروی سانتریفوژ از محور چرخشی درمقابل دیواره ها و سطوح داخلی جایگاه یاتاقان پرتاب می شود که درآنجا می چسبد و مانع جریان آزاد روغن می شود. اگر در زهکشی روغن مشکل پیش آید، روغن از انتهای توربین به واحد نشت می کند.

اگر امکان انباشت این ماده در سمت توربین فراهم شود، گرما تولید می شود و به عدم تعادل در سیستم توربوشارژر می انجامد.

۲) آلودگی بیرونی: تا اینجا باختصار خرابی روغن بسبب تغییرات در روغن را بررسی کردیم، که معمولاً بسبب درمعرض قرارگیری با گرما و هوا بوده است. این درحالی است که باید سایر عوامل هم بررسی شوند.

فرآورده های احتراق سوخت همچون خاکستر، دوده، چکیده های سنگین نسوخته ی سوخت و آب ازجمله موارد خرابی روغن هستند. همه ی این عوامل سبب آلودگی روغن می شوند.

خود موتور در خرابی روغن نقش دارد ازاین حیث که ذرات فلزی بسیار ریز ایجادشده بواسطه ی سایش و فرسایش از مسیرهای روغن درون توربو عبورخواهندکرد یا اکسیدمی شوند و خرابی را تسریع می کنند.

نهایتاً ماده ی خارجی از بیرون موتور، همچون گردوغبار و کثیفی وارد سیلندرهای داخلی سیستم کشش هوا می شوند.

۴ماده ی خارجی در اگزوز یا سیستم های پالایش هوا

هر ماده ای که وارد این سیستم های می شود، بدون شک به توربوشارژر و موتور آسیب می زند.

باتوجه به اینکه توربوشارژر یک ابزار دقیق است که آسیب پذیری اش با ورود هرگونه ذره به بدنه فوراً پدیدار خواهدشد؛ آسیب به چرخ ها سبب ورود تکه های آلومینیوم به موتور می شود و به خرابی پیستون موتور، دریچه، محور اصلی و احتمالاً میل لنگ می انجامد.

این ماده از گردوغبار در سیستم هوا تا قطعات دریچه ی موتور در سیستم تخلیه تغییرزیادی خواهدکرد. لازم بذکراست که اگر هرگونه شی خارجی در این سیستم ها بماند، توربو با احتمال روشن نشدن، دود سیاه، مصرف بیش ازحد روغن و نشست و چرخ های آسیب دیده واکنش خواهدداد.

۵ماده و طرزکار

فقط مواد مطمئن از کیفیت استفاده می شوند و چک کیفی دائمی روی ماده و طرزکار برای ایفای مشخصات OE اکید انجام می شوند.

توربوشارژر احتمالاً درک نشده ترین جزء روی موتور است، و سازنده ی آن از دانش کافی در مورد ساخت سرویس توربوشارژر برخوردارنیست و لذا کارکردن در این حوزه را بسیار سخت کرده است.

همانطورکه مشاهده کرده ایم، توان معین موتور با توربو تا تقریباً ۳۰% افزایش خواهدیافت؛ مشخصات عامل موتور تغییری نخواهدکرد و صرفاً آنطورکه موتور می گوید، کارمی کند.

منبع توان توربوشارژر، گازهای تخلیه (اگزوز) تولیدشده توسط موتور است و این توان ازطریق جریان، فشار و دما کنترل می شود. اگر موتور بدرستی کارنکند یا وضعیت غیرطبیعی در موتور باشد، توربوشارژر برآن غلبه نخواهدکرد و احتمالاً برمشکل خواهدافزود.

چنین برمی آید که جایگزین کردن یک واحد معیوب با نوع جدید همیشه مشکل را رفع نمی کند. اگر هرگونه تردیدی داریم، باید دستورالعمل موتور تجهیزات اصلی را بنگریم.