پیشرانه با تنفس مضاعف

پیشرانه- امروزه از مهم‌ترین اهداف شرکت‌های خودروسازی و طراحان پیشرانه‌های درون‌سوز، افزایش قدرت تولیدی موتورها باوجود کاهش آلایندگی و مصرف سوخت کمتر است. برای این کار هزینه‌های سنگینی هرساله از سوی خودروسازان صرف می‌شود تا به بالاترین راندمان و بهره‌وری از این نظر برسند.

به گزارش وب‌سایت خبری «پیشرانه» در راه رسیدن به این هدف از روش‌های متنوعی استفاده می‌شود که یکی از بهترین، قدیمی‌ترین و رایج‌ترین آن‌ها، استفاده از پرخوران‌های سوپرشارژر و توربوشارژر است. این دو وسیله باوجود یکی بودن هدف آن‌ها اما تفاوت‌های بنیادین باهم دارند که در این مطلب به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت.

هدف استفاده از سوپرشارژر و توربوشارژر

هرچه هوای ورودی به سیلندرها متراکم‌تر باشد، حاوی اکسیژن بیشتری است و درنتیجه، سوخت‌وساز و احتراق به‌صورت کامل‌تری انجام می‌شود. ضمن اینکه هرچه به ارتفاعات می‌رویم، هوا رقیق‌تر شده و درنتیجه فاصله مولکول‌های هوا و اتم‌های اکسیژن از هم بیشتر خواهد شد چراکه در یک حجم مشخص از هوا که وارد موتور می‌شود، مقدار اکسیژن وجود قرار خواهد داشت. این رویه در شهرهای کوهستانی و مناطق با ارتفاع بالا، کاملاً در سوخت‌وساز اثر منفی خواهد داشت.

ازاین‌رو از پرخوران‌ها استفاده می‌شود تا بتوان سوخت‌وساز بهتری داشت و از یک حجم موتور اندک بتوان قدرت و گشتاور بیشتری گرفت. این قضیه مستقیماً باعث کاهش مصرف سوخت و پایین آمدن آلایندگی نیز خواهد شد. چراکه می‌توان در دورهای موتور پایین‌تر و با سوخت‌وساز بهتر، گشتاور بیشتری تولید کرد.

توربو شارژر:

توربوشارژر از اختراعات یک مهندس اهل سویس است اما برای اولین بار در سال ۱۸۸۵ توسط گوتلیب دایملر در صنعت خودروسازی استفاده شد. توربوشارژر به‌منظور بهبود قدرت هواپیما در ارتفاعات بالا مورداستفاده قرار گرفت و در جنگ اول جهانی نیز در موتور جنگنده‌های فرانسوی که ساخت رنو بودند، نصب شد.

بعد از صنعت هوایی، نوبت به استفاده از این تکنولوژی در قطارها و کشتی رسید. توربوشارژر بر روی خروجی دود پیشرانه نصب می‌شود و نیروی لازم برای کارکرد خود را از گازهای داغی که در حال خروج از موتور هستند، به دست می‌آورد. دود خروجی از اگزوز وارد توربوشارژر شده و با برخورد به پره‌های بخش اول آن، باعث چرخش سریع این پره‌ها می‌شود.

این پره با یک شافت به توربین داخل کمپرسور توربو متصل است و باعث گردش سریع این قسمت خواهد شد. با چرخش پره‌های این کمپرسور، هوا به داخل توربین مکیده شده و از سمت دیگر به‌طرف سیلندرها فرستاده می‌شود. پس هرچه دور موتور بالاتر باشد، توربین دریافت دود به‌سرعت بیشتری کار خواهد کرد و درنتیجه توربین بخش کمپرسور نیز قدرت بالاتری برای فشرده‌سازی هوا خواهد داشت.

استفاده از توربوشارژر در خودروهای بنزینی و دیزلی بسیار رایج است و چون هزینه کمتر و طراحی راحت‌تری دارد، از سوپرشارژر بسیار مقبول‌تر و پرطرفدارتر است.

استفاده از این قطعه در خودروهای شهری تا حدود ۵۰ درصد به قدرت موتور اضافه خواهد کرد اما در خودروهای اسپرت و سوپر اسپرت می‌تواند بسیار بیشتر باشد.

همان‌طور که گفته شد، توربو نیروی کاری خود را از گازهای خروجی از اگزوز دریافت می‌کند. این قضیه باعث می‌شود تا مقداری مکث در کارکرد آن وجود داشته باشد.

چراکه گازهای خروجی از موتور باید به‌سرعت کافی برسند تا اثر مثبتی در فشرده‌سازی هوا داشته باشند. از این مکث به سکته توربو یا turbo lag یاد می‌شود که در حدود یک ثانیه بوده و از موارد منفی توربو است؛ اما امروزه با روش‌هایی مثل ترکیب توربوهای کوچک و بزرگ و یا استفاده از توربوهای دوپیچه ای، این سکته تا حد بسیار زیادی از بین رفته است.

توربو شارژرها در حرارت بالایی کار می‌کنند که نیاز به روان کاری بسیار دقیق را در آن‌ها مهم می‌کند. ازاین‌رو استفاده از روغن‌موتور باکیفیت در عمر این قطعه بسیار مهم است چراکه بریدن محور داخلی توربو در اثر روانکاری ناقص، از مهم‌ترین موارد خرابی این قطعه است.

سوپر شارژر:

این قطعه در سال ۱۸۶۰ متولد شد اما اولین شرکتی که به‌طور رسمی از این قطعه برای خودروهای تولیدی خود استفاده کرد، مرسدس بنز و در سال ۱۹۲۱ بود. سوپرشارژر نیز عملکردی شبیه به توربو دارد با این تفاوت که نیروی لازم برای به راه افتادن را از سر میل‌لنگ موتور و با یک تسمه دریافت می‌کند.

این قطعه برخلاف توربو که به یک‌شکل است، چندین طراحی متفاوت دارد که هرکدام ویژگی‌های خاصی دارند. سوپرشارژر معمولاً قیمت بالاتری دارد و چون باید نیروی خود را از موتور بگیرد، جانمایی آن سخت‌تر خواهد بود؛ اما در عوض مشکلاتی مثل داغ کردن هوای ارسالی به موتور در آن بسیار کمتر است به‌نحوی‌که بسیاری از پیشرانه‌های سوپرشارژ شده فاقد خنک کن هستند و همچنین سکته نیز ندارد.

امروزه دمنده‌های برقی در حال وارد شدن به دنیای خودروسازی بوده که درواقع یک فن با دور بسیار بالا هستند. به این پرخوراها، سوپرشارژرهای برقی می‌گویند که هنوز نتوانسته‌اند به روشی رایج در دنیای خودروسازی تبدیل شوند.

چند نکته مهم:

استفاده از سوپرشارژر و توربوشارژر باعث افزایش تراکم هوای ورودی به سیلندرها می‌شود. این قضیه به معنی افزایش برخورد مولکول‌های هوا و درنتیجه بالا رفتن دمای آن خواهد شد که این وضعیت در توربوشارژر بسیار حادتر است.

این اتفاق به معنی افزایش احتمال پدیده خودسوزی سوخت یا همان احتراق پیش از موعد شود که به ضربه یا ناک شناخته می‌شود و آسیب بالایی به موتور خواهد رساند.

برای حل این مشکل از وسیله‌ای به نام خنک کن استفاده می‌شود که وظیفه آن، خنک کردن هوای ورودی به سیلندرهاست. این قطعه در دو نوع افترکولر و اینترکولر بوده و تفاوت آن‌ها فقط در نحوه قرارگیری این وسیله در کنار دیگر قطعات موتور است.

ازآنجایی‌که استفاده از سوپرشارژر و توربوشارژر به معنی افزایش تنش‌های داخلی موتور به خاطر انفجار قوی‌تر و بالاتر سوخت است، معمولاً در این پیشرانه‌ها از قطعات باکیفیت‌تر و تقویت‌شده استفاده می‌شود. بااینکه هم سوپرشارژر و هم توربوشارژر مقداری از توان پیشرانه را برای به کار افتادن دریافت می‌کنند اما چون مقدار افزایش قدرت درنتیجه استفاده از آن‌ها بسیار بیشتر است، این قضیه اصلاً به چشم نخواهد آمد.

می‌توان از هر دو این وسایل نیز در یک خودرو استفاده کرد اما این رویه اصلاً رایج نیست. در پایان باید گفت که استفاده از پرخوران باعث افزایش استهلاک موتور و قطعات داخل آن خواهد شد اما محاسن آن باعث می‌شود تا استفاده از این ‌روش برای افزایش قدرت و کاهش مصرف سوخت، هر روز بیشتر شود. موتورهای پرخوران شده، حساسیت بالایی به کیفیت سوخت دارند.

ازاین‌رو در این پیشرانه‌ها باید از سوخت باکیفیت با اکتان بالا در کنار روغن‌موتورهای باکیفیت استفاده کرد.

با استفاده از پرخوران ها چون سوخت و ساز به صورت کامل تری انجام می شود، قدرت بیشتری در دور موتور پایین به دست می آید که باعث کاهش مصرف سوخت در عین افزایش قدرت و گشتاور تولیدی می شود.

یکی از امتیازات توربوشارژرها امکان نصب بیش از یک توربو روی پیشرانه است.

 استفاده از سوخت و روغن‌موتور باکیفیت در پیشرانه‌های پرخوران شده بسیار اهمیت دارد.

 

هوای فشرده‌شده در پرخوران یا هوایی که قرار است وارد سوپرشارژر یا توربو شود، باید مقداری از دمای خود را از دست بدهد که این کار در اینترکولر و افترکولر انجام می‌شود.

نحوه کارکرد یک توربوشارژر

 یک سوپرشارژر تویین اسکرو که رایج‌ترین نوع سوپرشارژر است. حجم هواگیری این قطعه معمولاً از حجم بسیاری از موتورهای ۴ سیلندر بیشتر است.

 کارکرد سوپرشارژر نیز شبیه به توربو است. با این تفاوت که این قطعه چندین نوع دارد و نیروی خود را به‌صورت مستقیم از موتور دریافت می‌کند.

نوشته: علیرضا داوودی