موتور توربوشارژ چیست؟

در 27 آبان 96 شرکت ایران خودرو اعلام کرد پیش فروش خودرو دنا پلاس توربو را از 29 آبان آغاز خواهد کرد تا این خودرو جایگزین پروژه نیمه‌شکست خورده سمند سورن توربو گردد.برای شناخت بهتر این خودرو و آسیب‌های آن در آغاز به معرفی توربوشارژر و انواع آن می‌پردازیم.

تاریخچه سیستم توربوشارژر

همانطور که می‌دانید هر چه از سطح زمین ارتفاع بگیریم میزان فشار و غلظت هوا کاهش پیدا می‌کند. در سال 1905 یک مهندس مکانیک سوییسی برای جبران کاهش فشار و غلظت اکسیژن مورد نیاز برای احتراق در موتور هواپیما سیستمی به نام توربو شارژ را طراحی کرد.

سیستم توربو شارژ برای اولین بار در جنگنده‌های اسپیت فایر و هوریکن انگلیسی بکار رفت. پس از جنگ جهانی دوم و منقرض شدن موتورهای مدل پیستونی در هواپیما، استفاده توربو شارژ منحصر به صنعت خودرو شد.

دلیل افزایش قدرت موتور با سیستم توربوشارژر

در این شب‌های زمستانی اکثر ما با بوی کباب یا جگر موجود در هوای خیابان‌ها تحریک شده‌ایم، اما هدف ما در این بحث کباب نیست، بلکه دغال قرمز زیر کباب است. برای افزایش دمای شعله  ذغال و جلوگیری از خاموش شدن، آن را باد می‌زنیم؛ توربو شارژ نیز همین کار را با موتور خودرو شما انجام می‌دهد.

در واقع در تمامی واکنش‌های منجر به سوختن یا انفجار سوخت در موتور ماشین شما، اکسیژن نقش مستقیمی را بدون هیچ‌گونه هزینه مستقیم برای جیبتان ایفا می‌کند.

در حالت عادی موتور خودرو با حرکت پیستون ایجاد مکش کرده و هوای محیط را به داخل موتور هدایت می‌کند؛ در نتیجه هیچگاه میزان غلظت اکسیژن در موتور خودرو بیشتر از غلظت اکسیژن عادی هوا نخواهد بود.

سیستم توربوشارژ در واقع یک مکنده پر قدرت هوا به سمت موتور است، این سیستم فشار هوا به سمت موتور را افزایش داده و با بالا بردن غلظت اکسیژن، قدرت انفجار و دمای موتور خودرو شما را نیز افزایش داده و باعث مصرف سوخت بهینه آن می‌شود.

شاید باور نکنید اما در شرایط محیطی یکسان سیستم توربوشارژر بین 25 تا 40 درصد قدرت موتور خودرو شما را افزایش خواهد داد.

قطعات تشکیل دهنده و نحوه عمل سیستم توربوشارژر

توربو شارژر از دو قسمت اصلی با نام‌های توربین و کمپرسور تشکیل شده است. این سیستم به اگزوز خودرو شما متصل است و از این طریق انرژی حرکتی خود را تامین می‌کند، در واقع به نوعی سیستمی برای کاهش پرتی قدرت گازهای خروجی خودرو هم محسوب می‌شود.

گاز خروجی باعث چرخش توربین و انتقال نیروی توربین توسط یک شفت به کمپرسور باعث مکش بیشتر هوا به داخل موتور می‌شود؛ با افزایش سرعت خودرو و در نتیجه افزایش سرعت گازهای خروجی مکش کمپرسور افزایش یافته و در سرعت‌های بالاتر اکسیژن بیشتری را برای موتور تامین می‌کند.

یکی از مشکلات این سیستم در سرعت‌های بالا افزایش دمای هوای ورودیست که احتمال احتراق سوخت پیش از ورود به سیلندر توسط جریان هوای داغ را ایجاد می‌کند که اصطلاحا باعث لگد زدن خودرو می‌شود.

برای جلوگیری از این اتفاق معمولا از یک رادیاتور آلمینیومی برای کاهش حداکثری دمای هوای ورودی استفاده می‌کنند. هوا پس از متراکم شدن از سیستم خنک کننده عبور داده می‌شود تا به دمای نسبتن مناسب برسد، سپس وارد سیلندر شده تا احتراق بهتر برای خودرو ایجاد کند.

انواع سیستم طراحی توربو شارژ

همه توربوشارها برای کار یکسانی ساخته شده‌اند اما، برای چرخاندن توربین از سه روش مختلف استفاده می‌کنند که نام انواع توربوشارژ برگرفته از آن است.

۱. سیستم تویین توربوی موازی

این چیدمان ساده‌ترین و پرکاربردترین نوع تویین توربو است و اکثر خودروهای تویین توربوی موجود در بازار از این روش استفاده می‌کنند. در این چیدمان روی هر بلوک از پیشرانه‌ی وی شکل یا باکسر، یک عدد توربوشارژر قرار می‌گیرد و از مانیفولد دود همان بلوک تغذیه می‌شود. مثال چنین پیشرانه‌هایی، پیشرانه‌ی مورد استفاده در مرسدس بنز S500 است.

اما شرکت بی‌ام‌و در سیستم تویین توربوی خود از چیدمان خاصی استفاده کرده است؛ پیشرانه‌ی N54 و N55 این شرکت که در خودروهایی چون 335i و X635i استفاده شده است، نمونه‌ی شش سیلندر خطی است که سیلندرهای آن در امتداد یکدیگر قرار دارند. در این پیشرانه  به ازای هر سه سیلندر یک عدد توربوشارژر قرار داده شده است.

در گذشته از توربوشارژرهای دوتایی با دومرحله نیز استفاده می‌شد و در آن سیستم توربوشارژر دوم در دورهای بالا و در زمان نیاز وارد مدار شده و در دورهای پایین تنها یکی از توربوشارژرها عمل می کرد.

اما با پیشرفت علم و بهبود بخش الکترونیکی پیشرانه‌ها، امکان کنترل بهتر روی توربوشارژرها فراهم شده و دیگر سیستم دو مرحله ای کنار گذاشته شد. خودروهایی مانند نسل آخر تویوتا سوپرا و مزدا RX-7 از توربوشارژرهای دومرحله‌ای استفاده می‌کردند.

۲. توربوشارژرهای Twin-scroll

مشهورترین خودروی بازار ایران که از این نوع توربوشارژر استفاده می کند بی‌ام‌و های 328i و 528i هستند. خودروسازانی چون میتسوبیشی، رنو، پژو سیتروئن، جنرال موتورز و بی‌ام‌و همگی نسبت به استفاده از این نوع توربوشارژرها تمایل زیادی نشان داده و در مدل‌های مختلفی از محصولات خود از این سیستم استفاده کرده‌اند، اما دلیل آن چیست؟

پاسخ را باید در سرعت عمل و تاخیر بسیار کم و راندمان بالای این نوع توربوشارژرها چیست.

در یک توربوشارژر ساده گازهای خروجی از تمامی سیلندرها از طریق یک مجرای مشترک وارد توربوشارژر می‌شوند. از آنجایی که زمان خروج دود از هر سیلندر متفاوت با دیگر سیلندرها است، تداخل این گازها با یکدیگر می‌تواند سبب کاهش انرژی آن‌ها شده و در نتیجه کارایی توربوشارژر را نیز کاهش دهد.

در سیستم تویین اسکرول (گاها تویین پاور نیز نامیده می‌شود) دو مجرای جداگانه برای ورود دود به توربوشارژر تعبیه شده است. بطوری که برای مثال در پیشرانه‌ی بی‌ام‌و در سیستم تویین اسکرول دو مجرای جداگانه برای ورود دود به توربوشارژر تعبیه شده است.

بطوری که برای مثال در پیشرانه‌ی بی‌ام‌و 328i سیلندرهای ۱ و ۴ دارای یک مجرا و سیلندرهای ۲ و ۳ نیز دارای مجرای دیگری هستند.

با چنین تدبیری نه تنها کارایی توربوشارژر افزایش پیدا می‌کند بلکه تاخیر آن نیز کاهش چشمگیری پیدا می‌کند.

همچنین این دو مجرای مختلف در داخل توربین نیز عملکردی متفاوت دارند بطوری که دود موجود در مجرا با لبه‌ی بیرونی پره‌های توربین تماس پیدا کرده و دور توربوشارژر را افزایش می‌دهد و دود موجود در مجرای کوچک‌تر نیز با لبه‌ی داخلی پره‌های توربین برخورد کرده و باعث چرخش سریع‌تر توربوشارژر در ابتدای حرکت می شود تا تاخیر را از بین ببرد.

نگاهی به مشخصات پیشرانه‌ی N20 بی‌ام‌و نشان خواهد داد که این پیشرانه از عملکرد بالایی برخوردار است.

این پیشرانه‌ی دو لیتری چهار سیلندر دارای توان تولید ۲۴۵ اسب بخار در ۵ هزار دور بر دقیقه و ۳۵۰ نیوتون‌متر گشتاور را در بازه‌ی ۱۲۵۰ تا ۴۸۰۰ دور بر دقیقه داراست. پیشرانه‌ی شش سیلندر ۳ لیتری N53 که N20 جایگزین آن شد تنها دارای ۲۷۰ اسب بخار قدرت در ۶۷۰۰ دور بر دقیقه و گشتاور ۳۲۰ نیوتون‌متر در دور موتور ۲۷۵۰ تا ۳ هزار دور است.

همانطور که آمار نشان می‌دهند، پیشرانه‌ی شش سیلندر توربوشارژر نه تنها گشتاور بیشتری دارد بلکه گشتاور آن در بازه‌ی بیشتری از دور موتور و آن هم از دور پایین تری در دسترس است.

موتور توربوشارژر ملی در گذر زمان:

پروژه تولید مدل توربوشارژر از موتور ملی یه سال‌ها قبل باز می‌گردد، اولین نمونه‌های این موتور با همکاری یک شرکت آلمانی در سال 87 رونمایی شد، اما پس از عرضه اولین نمونه‌های سمند موتور ملی در سال 89 و تشدید تحریم‌ها در سال‌های بعد، تولید انبوه موتور توربوشارژر به تعویق افتاد.

در اواخر سال 94 بالاخره شاهد عرضه سمند با موتور مجهز به توربوشارژر بودیم که با مدل 95 به متقاضیان واگذار شد، اما این پروژه پس از تولید به خاطر اشکالات فراوان در سیستم توربوشارژر مانند از بین رفتن تیغه‌های کمپرسور یا ذوب سر سیلندر به علت دمای بالا عملا شکست خورده محسوب می‌شود و تولید آن در حال حاضر توسط ایران خودرو محدود شده‌است.

در 27 آبان 96 شرکت ایران خودرو اعلام کرد پیش فروش خودرو دنا پلاس توربوشارژر را از 29 آبان آغاز خواهد کرد و تحویل اولین سری دعوتنامه آن در 24 دی 96 با مدل 97 دقیقا به مانند سمند سورن توربوشارژر آغاز شد.

تفاوت موتور دنا و دنا توربوشارژر:

با توجه به این‌که هنوز دناپلاس توربو شارژر در جاده‌های شهری توسط افراد استخدام نشده توسط ایران‌خودرو آزمایش نشده است نمی‌توان عیب‌ یا مزیتی برای آن برشمرد، تنها راه‌کار عملی بررسی آن بر روی کاغذ و دعا کردن برای برطرف شدن نقص‌های موتور سمند سورن توربوشارژر در این خودرو است.

البته از این موضوع نباید به ساده‌گی عبور کرد که در سمند سورن توربوشارژر، تغییراتی از جمله تعویض پیستون ها با نمونه های مستحکم تر و تراکم پایین، طراحی مجدد محفظه احتراق و سرسیلندر، طراحی منیفولد اگزوز مناسب برای توربو و قطعات مربوطه و استفاده از سوپاپ های دود سدیمی برای بهبود کارکرد انجام شد که در نوع خود تلاشی خوب برای افزایش کیفیت بود.

با توجه به این سابقه می‌توان انتظار داشت در دنا پلاس توربوشارژر نیز تلاش برای کاهش عیب‌های موتور انجام شده باشد.

تفاوت موتور دنا و دنا پلاس با دناپلاس توربوشارژر از نظر ایران‌خودرو:

گیربکس و شتاب:

اما تلاش در بهبود در بحث گیربکس و شتاب دارای شرایط متفاوتیست، بر طبق فایل های رسمی ضرایب دنده های 3 تا 5 و ضریب دیفرانسیل نسبت به نمونه بدون توربوشارژر سبک تر شده اند.

ضریب دنده یک سنگین‌تر شده و ضریب دنده 2 نیز ثابت مانده است، بنابراین شتاب گیری خوب و قدرتمند دنا پلاس توربوشارژر(شتاب صفر تا صد خودرو 3.5 ثانیه کاهش یافته) در دنده یک در کنار افزایش 35 اسب بخاری قدرت پیشرانه، به سنگین شدن ضریب دنده 1 نیز ارتباط دارد.