توربوشارژر ( سوپر) Turbocharger

 

هدف طراحان موتور های دیزل در موتورهای نوین بالا بردن قدرت و کم کردن هزینه نهایی و تلفات انرژی می باشد. طراح ممکن است سعی کند اندازه پیستون و حجم و اندازه موتور را بزرگ کند یا ممکن است برای زیاد کردن قدرت خروجی موتور با همان پیستونهایی که در اختیار دارد به دنبال راهی باشد. راه ساده تر برای طراح ، طرح یک موتور بزرگتر است اما لازمه این کار بالا بردن هزینه ، وزن، فضا (محل نصب) و ... می باشد.   

در بعضی موارد این اشکال بوجود می آید ،که موتوری طراحی شده بعلت ابعاد و اندازه های بزرگ و محدودیت فضا در ماشین های امروزی قابل قبول نبوده و در مجموع از نظر هزینه ها هم صرفه اقتصادی ندارد. بنابراین  افزایش اندازه ها چندان راه قابل قبولی نمی باشد ( بجزء در مواردی که ناگزیر به استفاده از این روش همزمان با روش های دیگر می باشیم ) برای بالا بردن راندمان بدون تغییر در ابعاد پیستون و قطعات اصلی موتور سه راه وجود دارد که در ادامه شرح داده می شود.  

۱-  بالا بردن راندمان دمایی

۲-  بالا بردن سرعت کاری موتور

۳-  بالا بردن میزان تغذیه هوا ی ورودی به سیلندرها   

１-    

بالا بردن راندمان دمایی :  

امروزه موتورهای دیزل راندمانی واقعی حدود ۳۰ تا ۳۵ درصد دارند که درحالت تئوری ۳ تا ۵ % بیشتر از این مقدار در نظر گرفته می شود. اکنون بهسازی ترمودینامیکی و تغییرات راندمان گرمایی درجهت کاهش آلودگی گازهای خروجی موتور متمرکز شده است و نه برای ایجاد قدرت بیشتر. 

２-   بالا بردن سرعت کاری موتور:

بالا بردن سرعت موتور یعنی افزایش تعداد احتراق انجام شده در واحد زمان و درنیجه افزایش قدرت خروجی موتور. 

این کار ، سرعت رفت و برگشت پیستون ، میل لنگ و سایر قطعات متحرک را بالا می برد که به همین دلیل کاهش عمر موتور و قطعات متحرک اتفاق خواهد افتاد. برای جلوگیری از این اشکال ، استفاده از مواد مناسب برای تولید قطعات مورد نیاز می باشد که تحقیقات متالورژی در تمام زمینه ها را می طلبد. علاوه بر این سرعت معمول برای موتورهای دیزل امروزی حدود ۳۰۰۰ دور در دقیقه می باشد که با افزایش این سرعت بدلیل وزن زیاد قطعات متحرک موتور و اینرسی حاصله ، لرزش های موتور به شدت افزایش خواهد یافت. 

３-  بالا بردن میزان تغذیه هوای ورودی به سیلندرها: 

چگونه میتوان هوای بیشتری به سیلندرها رساند ؟ 

توربو شارژر ماشینی است با یک توربین و دمنده که توسط شفت به هم مرتبط می گردند روش کار توربو شارژر بدین صورت است که جریان خروجی گاز حاصله از احتراق به پره های توربین برخورد کرده و توربین را به گردش در می آورد و در نتیجه دمنده که با توربین هم سرعت است حجم زیادی از هوا را به سرعت مکیده و به سمت محفظه احتراق گسیل می کند.   

 

 نتیجه ای که دقیقاً حاصل می گردد این است که حجم هوای بیشتری وارد موتور می گردد (یعنی تعدادمولکول اکسیژن بیشتری برای احتراق و کامل سوختن گازوییل پاشیده شده در درون سیلندر وجود خواهد داشت). 

 اگر بادقت به طرز کار موتور نگاه کنیم به این نکته خواهیم رسید که قسمتهای مختلف سیستم هوا رسانی موتورهای فاقد توربوشارژر همواره در حال مکش می باشد در حالی که در موتورهایی که توربو شارژر دارند این قسمتها همواره بر حسب توان مصرفی موتور فشار متفاوت دارند که در موتورهای بزرگ این فشار حدود ۲ بار می باشد (یعنی هوای کافی همیشه در دسترس سیلندرها وجود دارد.)  

اما نکته مهم این که افزایش فشار،عامل منفی افزایش دما را به همراه دارد وجود این عامل ما را از رسیدن به هدف بالا بردن راندمان باز می دارد چون در واقع با افزایش دما فاصله مولکولهای اکسیژن زیاد شده و تعداد مولکولهای اکسیژن درحجم ثابت کم می شود که جهت رفع این نقیصه می بایست تجهیزات دیگری به سیستم اضافه کرد.  استفاده از افتر کولر هوا راه حل این مشکل می باشد. افتر کولر هوا، هوای فشرده شده بعد از توربو شارژر را که گرم شده توسط آب خنک کننده موتور یا هوای مکیده شده توسط پروانه خنک می کند. این خنک کردن باعث کاهش فاصله مولکولهای اکسیژن شده و نتیجه تعداد مولکول اکسیژن در واحد حجم افزایش یافته و نتیجه بهبود راندمان موتورخواهد شد. 

یک موتور دارای توربو شارژر توان تئوری ۵۰ %تا 7۰ % بیشتر، در مقایسه با موتورهای مشابه دارد.اما درعمل این مقدار حدود ۳۰ % تا ۵۰ % است. در موتورهای جدید علاوه بر این مورد یعنی افزایش راندمان و افزایش توان خروجی موتور، توربوشارژر های خاص جهت کاهش آلودگی زیست محیطی  گازهای  حاصل از احتراق و در واقع احتراق کامل بکار گرفته می شود.