معرفی سیستم های توربوشارژ ، سوپرشارژ و اینتروکولر + کاربرد

آیا تابحال برایتان اتفاق افتاده در حالی که از یک کامیون سبقت میگیرید صدای سوت مانندی را همراه با صدای کامیون بشنوید؟ در واقع شما صدا نفس نفس زدن موتور دیزل را شنیده اید. این همانند زمانی است که شما میدوید و یا می خواهید جسم سنگینی را با سرعت بیشتری حرکت دهید در این حالت شما نفس نفس میزنید این یعنی بدن شما برای انجام این فعالیت به اکسیژن بیشتری نیاز دارد.

در واقع کامیون هم به همین شکل چون در حال جابجا کردن یک جسم سنگین ، برای مثال ۲۵ تن ، با یک سرعت قابل ملاحظه است پس موتور آن همانند بدن شما به اکسیژن بیشتری نیاز دارد.

این موضوع به نسبت سوخت به هوا برمیگردد فرض کنید یک کامیون از این سیستم برخوردار نباشد ، راننده در این نوع کامیون برای سرعت بیشتر پای خود را روی پدال گاز فشار میدهد و سپس با این عمل سوخت منتقل شده به سر پیستون ها زیاد شده اما دبی ورودی هوا تغییری نمیکند به نظر شما چه اتفاقی میافتد؟

با افزایش مقدار سوخت تزریق شده به داخل سیلندر و با ثابت ماندن دبی ورودی هوا ، نسبت سوخت به هوا افزایش یافته و این مقدار از هوا برای احتراق این مقدار سوخت تزریق شده کافی نمیباشد پس این عمل باعث احتراق ناقص میشود.

احتراق ناقص باعث تولید دود بیش از حد شده و باعث افزایش آلایندگی و تخریب محیط زیست میشود. اما وجود این سیستم باعث افزایش هوای ورودی و کاهش آلایندگی میشود.

ترتیب بررسی انواع سیستم ها:
۱-turbocharger
۲-supercharger
۳-intercooler

۱- turbocharger  – توربوشارژ و ۲- supercharger – سوپرشارژ :

دلیل اینکه توربو شارژر و سوپرشارژر را با هم بررسی میکنیم ، یکسان بودن اصل کار این دو سیستم میباشد و تنها تفاوتی که با یکدیگر دارند در گرفتن نیروی محرکه شان است که در قسمت های بعد بررسی خواهیم کرد.

هدف اصلی کار این دو سیستم افزایش دبی ورودی هوا در مواقع مورد نیاز میباشد. برای افزایش دبی ورودی هوا در هر جایی از صنعت با چرخش توربین ها صورت میگیرد. در این قسمت هم به همین شکل برای افزایش دبی ورودی هوا از توربینی استفاده میشود که در مسیر مجرا های ورودی هوا به موتور قرار گرفته و با چرخش آنها گرادیان فشار هوا در این مجرا ها افزایش یافته و درنهایت با افزایش فشار ، دبی ورودی هوا نیز افزایش میابد.
اما همانطور که در قسمت قبل گفته شد برای افزایش دبی ورودی هوا نیازمند چرخش یک توربین میباشد اما سوال به وجود آمده این است که نیروی محرکه ی این سیستم از کدام قسمت از موتور گرفته شود تا بتواند در موقع مورد نیاز هوا را کمپرس کند؟

برای پاسخ به این سوال ابتدا باید بررسی شود که با فشردن پدال گاز چه پارامتر های از ماشین افزایش میابد؟ خوب با فشردن پدال گاز پارامتر های زیادی مانند حرکت سیال سوخت در لوله های سوخت رسانی و یا تعداد دور میل لنگ در دقیقه و یا دبی خروجی دود در اگزوز و……… افزایش میابد.
اما پارامتر های که برای حرکت این توربین استفاده می شود باید به گونه ای انتخاب شود که توان خروجی موتور را خیلی کم نکند چرا که استفاده از هر پارامتر موتور در نهایت از توان و بازده موتور میکاهد. پس با این حساب پارامتر های مفید میتواند افزایش تعداد دور میل لنگ و افزایش دبی خروجی دود در اگزوز میباشد.

در سیستم های امروزی, سیستم هایی که نیروی محرکه ی خود را از میل لنگ میگیرند سوپر شارژر و سیستم هایی که نیروی محرکه ی خود را از دبی دود خروجی اگزوز میگیرند توربو شارژر میگویند.

اما سیستم سوپر شارژر ها به این گونه است که توربین با استفاده از یک شفت به یک پولی متصل شده و این پولی میتواند با استفاده از تسمه یا چرخ دنده به میل لنگ متصل شود و با فشردن پدال گاز تعداد دور میل لنگ افزایش میابد و با افزایش تعداد دور میل لنگ تعداد دور توربین افزایش یافته و در نهایت باعث افزایش دبی ورودی هوا میشود.

اما سیستم توربوشارژر ها به این گونه است که توربین کمپرسور هوا با استفاده از یک شفت به یک توربین دیگر متصل میشود که میتوان آن را توربین دود نامید. این توربین دود در مسیر مجرا های خروجی دود قرار گرفته و همانطور که دود از این مجرا ها عبور میکند باعث چرخش توربین دود شده که این توربین با استفاده از شفت مابین آنها کمپرسور هوا را می چرخاند و باعث کمپرس هوا به داخل موتور میشود.

راننده با فشار دادن پدال گاز ، احتراق سوخت در داخل سیلندر افزایش می دهد و این یعنی افزایش سرعت حرکت دود خروجی از اگزوز که نتیجه ی آن افزایش تعداد دور توربین دود و در نهایت افزایش تعداد دور کمپرسور هوا و افزایش دبی ورودی هوا به داخل موتور.

شکل بالا سیستم یک سوپر شارژر را نشان میدهد.

شکل های بالا یک سیستم توربو شارژر را نشان میدهند. همانطور که میتوانید ببینید توربین هوا (فلاش آبی رنگ) و توربین دود (فلاش قرمز رنگ) و شفتی که این دو توربین را به هم متصل میکند کاملا قابل مشاهده میباشد.

مزایا سیستم های توربو شارژر و سوپر شارژر:

یکی از فواید دو سیستم این است که دبی هوای ورودی را افزایش داده و باعث افزایش راندمان و کاهش آلایندگی موتور میشوند.

اما بین دو سیستم معرفی شده سوپرشارژر مزیت بیشتری دارد چرا که این سیستم به میل لنگ متصل است به محض افزایش دور موتور و نیاز به اکسیژن وارد عمل شده و هوا را به سرعت کمپرس میکند.

اما در توربوشارژر ها دیر تر عمل میکنند چرا با افزایش دور موتور و تولید دود بیشتر برای چرخاندن سریعتر توربین دود چند ثانیه ای طول میکشد و این باعث می شود که توربوشارژر ها دیر تر عمل کنند.

مضرات سیستم های توربو شارژر و سوپر شارژر:

این سیستم ها باعث افزایش فشار هوای ورودی موتور شده و میدانیم که این افزایش فشار با افزایش دما همراه است و این یک مسئله اساسی است. در واقع این افزایش دمای هوای ورودی باعث می شود که احتراق در داخل سیلندر در دمای بالا تری انجام شود و سرانجام باعث افزایش ناگهانی دمای موتور می شود.

به خصوص در سیستم های توربو شارژر چرا که هوای ورودی با دودی که تازه از موتور خارج شده و دمای قابل توجهی دارد در ارتباط است.

برای حل مشکل کارشناسان سیستمی را طراحی کردند به نام سیستم اینترکولر.

۳-intercooler system – اینتروکولر :

مکانیزم اصلی این سیستم با دو سیستم قبل یکسان بوده و تفاوتی نمیکند. اما این سوال به وجود می آید که چگونه میتوان دمای این هوای ورودی را پایین آورد؟

تنها عضوی از کامیون که وظیفه سرد کردن را بر عهده دارد رادیاتور ماشین میباشد. پس در سیستم های اینترکولر هوا به جای اینکه مستقیما وارد موتور شود ابتدا از یک محیط شبکه ای مانند ، همانند رادیاتور عبور میکند. این محیط شبکه مانند در معرض مستقیم فن (پروانه) قرار دارد تا هوای ورودی و دارای دما بالا با استفاده از جریان هوای به وجود آمده توسط فن سرد شود و سپس وارد موتور شود. شما تیک مکانیزم را می توان واضح در زیر مشاهده کرد :

باید توجه داشت که هوای ورودی و فشرده شده توسط سیستم توربو شارژر دارای دمای بالاتری بوده چرا که علاوه بر افزایش دما بر اثر فشرده شدن هوا با دود خروجی از موتور که دارای دمای بالایی است در ارتباط است. پس سیستم اینترکولر اغلب روی توربو شارژرها نصب میشود.

مقاله خواندنی “انواع سیستم های Retarder در کامیون ها” از همین نویسنده