عصر خودرو- نام توروبوشارژر امروزه در کاتالوگ بخش قابل‌توجهی از خودروهای تولیدی و مونتاژی بازار ایران دیده می‌شود. بد نیست بدانیم که توربوشارژر درواقع یک وسیله برای ایجاد فشار القایی هوا به درون موتور است که عموم مردم با مفهوم و عملکرد آن آشنایی نسبی دارند.
به گزارش پایگاه خبری «عصر خودرو»، اختلاف عملکردی بین توربوشارژر و سوپرشارژر که عمدتاً اشتباه گرفته می‌شود این است که سوپرشارژر از زور موتور برای فشردن و تزریق هوا استفاده می‌کند اما توربوشارژر از دود خروجی اگزوز نیروی موردنیاز خود را تأمین می‌کند. ریشه ساخت سیستم‌های فشار القایی به 1887 میلادی بازمی‌گردد و بعدها پایه مفهومی که اکنون بانام توربوشارژر شناخته می‌شود در صنایع هوایی و برای هواپیماهای جنگنده توسعه پیدا کرد. بعد از تجاری‌سازی توربو برای خودروها، تکنولوژی‌های متنوعی برای توسعه این محصول به کار گرفته شد تا عیوب ذاتی این وسیله که ناتوانی در تأمین فشار متناسب از دورهای پایین تا دورهای بالا است را جبران کند. در کاتالوگ محصول پیکاپ مکسوس استار H شرکت شتابران خودرو، نامی از مدل توربو ذکرشده که شاید برای بازار ایران کمتر شناخته‌شده باشد. در این مطلب نگاهی به عملکرد سیستم VGT یا توروبوشارژر با هندسه متغیر خواهیم انداخت که یکی از مدرن‌ترین و دقیق‌ترین انواع توربو با حداقل تأخیر به‌حساب می‌آید.
توربو چطور کار می‌کند؟
به زبان خیلی ساده، سیستم‌های پرخوران (توربو و سوپرشارژر) سیستم‌هایی هستند که با تزریق هوا خنک با فشار بالا به داخل محفظه احتراق کمک به بالاتر رفتن ضریب تراکم، سوخت بهتر ماده سوختنی و درنتیجه بهبود و افزایش عملکرد موتور می‌کنند. اگر از پیچیدگی‌های فنی و اسم اجزا این قطعات گذر کنیم به‌طورکلی توربو به زبان ساده این‌گونه توصیف می‌شود. هوایی که از طریق منیفویلد هوا به داخل موتور هدایت می‌شود در محفظه احتراق با سوخت ترکیب می‌شود و به‌عنوان دود از طریق اگزوز بیرون می‌رود. این رند عادی از عملکرد هوا در موتور است. اما توربوشارژر با استفاده از دو توربین که در خلاف جهت یکدیگر کار می‌کنند، هوا خروجی اگزوز را برای چرخاندن توربین اولیه دریافت می‌کند و این قدرت را به توربین دوم که دقیقاً در جهت مخالف آن می‌چرخد انتقال می‌دهد. در حقیقت نیروی باد دمنده از این طریق به مکنده هوا تبدیل می‌شود. بخش مکنده توربو در مسیر ورودی هوای موتور قرار می‌گیرد و هرچقدر که دور موتور بالاتر می‌رود و سرعت باد خروجی دود بیشتر می‌شود، بخش مکنده هم هوای ورودی را با سرعت بیشتری به داخل موتور هدایت می‌کند. اما این بازی نباید تا ابد ادامه پیدا کند چراکه به‌زودی افزایش یافتن فشار هوای ورودی باعث انفجار محفظه احتراق می‌شود. مفهومی که اینجا به آن پرداختیم در حقیقت پایه‌ترین حالت تعریف عملکرد توربو است. اما توربو ها همین‌قدر هم ساده نیستند. باد خروجی از موتور داغ است و توربین‌ها را داغ می‌کند و به‌تدریج روی دمای هوای ورودی موتور تأثیر می‌گذارد برای همین اینترکولر بر سر راه قرار داده می‌شود تا هوا ورودی را قبل از رسیدن به موتور خنک کند. فشار توربو نباید از یک حدی بالاتر برود چراکه باعث انفجار محفظه احتراق می‌شود پس دریچه وست گیت را تعبیه می‌کنند که فشار مازاد را در دورهای بالا تخلیه کند و آن صدای سوت زیبا که توربو سواران به آن علاقه دارند را ایجاد می‌کند. تمام این تکنولوژی‌ها برای این به عملکرد ساده توربو اضافه‌شده تا موتورها بتوانند با بالاترین بازده و با کمترین میزان مصرف سوخت در دورهای مختلف کار کنند.
عیب ذاتی توربو
توربو ها در طول سال‌های گذشته تحولات بسیاری را تجربه کرده‌اند اما یک مشکل عمده دارند که حلش دنش به این سادگی‌ها نیست. توربو ها عمدتاً در درو موتورهای بالا خوب کار می‌کنند و در دورهای پایین موتور اغلب ناتوان‌اند و یا خیلی دیر وارد مدار می‌شوند. این عیب ذاتی باعث شد تا شرکت‌های خودروساز به سراغ راه‌های جایگزینی مثل Biturbo و Twin Turbo ها بروند. دو مدلی که هر دو از دو مدار جزا بهره می‌برند ولی یکی هر دو توربو را در یک قاب دارد و یکی دیگر دو توربو را به‌صورت مجهز بر روی خودرو نصب می‌کند. این روش‌ها تا حدودی توانست بوست توربو را در دورهای پایین و بالا از هم تفکیک کند. در این روش هر یک از توربو ها برای یک بازه دور موتور طراحی می‌شوند و در دورهای پایین توربو کوچک‌تر با بوست پایین‌تر و در دورهای بالا توربو با سایز بزرگ‌تر و بوست بالاتر وارد مدار می‌شود. اما شیوه‌ای هوشمندانه‌تر وجود دارد که آن VGT نوشته‌شده در کاتالوگ مکسوس استار H به همین موضوع اشاره دارد.
هندسه متغیر توربو
وقتی عبارت Variable به معنی قابل‌تغییر را می‌شنوید در ابتدا گیربکس CVT در ذهنتان می‌آید که عملکرد آن به‌صورت یک سیستم ضریب متغیر و بدون وقفه عمل می‌کند و درواقع بالا و پایین رفتن دور موتور به‌صورت مداوم ضرایب دنده بی نهایی را تولید می‌کند. سیستم VGT یا Variable Geometry Turbocharger سیستمی با همین مکتب را پیاده‌سازی کرده است. در این مدل توربو ها به‌جای استفاده از دو توربو مجزا برای دورهای مختلف، یک توربو با توربین تغییرپذیر به‌کاررفته است. پره‌های توربین این مدل توربو ها توانایی این رادارند که زاویه ورود و خروج هوا را در دورهای مختلف و به کمک عملگرهای مکانیکی تغییر دهند. در این صورت توربو خودرو دیگر لگ نخواهد داشت شیفت کردن از بوست پایین به بوست بالا بدون تقه و به‌صورت کاملاً یکنواخت انجام خواهد شد. مکسوس استار H نخستین خودرویی است که در ایران این تکنولوژی را به همراه دارد و قاعدتاً تجربه عملکرد آن قرار است حس کاملاً متفاوتی را به راننده القا کند.
نوشته: روزبه نوروزیان
