مفاهیم توربو

از پایه ترین مفاهیم توربو شروع کنیم، برای تولید قدرت در داخل موتور بنزینی به چهار چیز نیاز داریم

هوا(اکسیژن) ، بنزین و تراکم و جرقه

رساندن بنزین و جرقه به داخل موتور از قسمت های راحت برای تولید قدرته

تراکم هم بخشی از طراحی موتوره

اما رساندن هوا به داخل موتور همیشه یک چالش بوده، اما چرا؟

برای اینکه موتور یه بازه قدرت داره و هر بار که تلاش میکنیم در یک محدود خاصی میزان ورودی هوا رو بالا ببریم، در محدوده های دیگر ورودی هوا کاهش پیدا میکنه برای مثال کارخونه ها همیشه بیشترین راندمان رو در دورهای میانی به دست میارن و همین مسئله باعث کاهش قدرت در دورهای بالای موتور میشه

اما در حدود 60 سال پیش در دهه 60 میلادی مهندسان گفتن به جای استفاده از مکش خود موتور از یک دمنده استفاده کنیم تا هوا رو وارد موتور کنیم به این صورت میتونیم در یک محدود وسیع تری راندمان خوبی داشته باشیم، اما به علت محدودیت های تکنولوژی در اون زمان استفاده از توربو تا دهه 90 بسیار محدود بود، اما از اوایل دهه 90 با بیشتر شدن خودروهای انژکتوری، ژاپن شروع به استفاده از توربو در بسیاری از ماشین های خودش کرد و به مرور زمان این مسئله به اروپا و امریکا هم رسید.

اما توربو چیه؟ توربو یک کمپرسور هواس، از اونجایی که در داخل سیلندر موتور حجم محدودی هوا میتونه وجود داشته باشه، میشه با فشرده کردن هوای ورودی ، وزن هوا رو داخل سیلندر افزایش داد،برای مثال داخل یک سیلندر 500 سی سی متعلق به موتور 2 لیتری 4 سیلندر، حداکثر حدود نیم گرم هوا وارد کرد

کار توربو اینه که با فشردن هوا ،وزن هوا رو در همین 500 سی سی به بیش تر از 0.5 گرم برسونه

واحد سنجش فشار هوا در توربو یا همون بوست به صورت جهانی پی اس آی هستش که احتمالا اسمش رو شنیدید در واقع در 14.7 پی اس آی ،فشار هوا دو برابر میشه و این یعنی در حجم یکسان دوبرابر وزنی هوا داریم که به معنای دو برابر قدرت هستش.

این مفاهیم پایه و نحوه تولید قدرت توسط توربو بود.

توربو به صورت کلی از چهار بخش تشکیل شده که در اینجا قراره هر بخش رو توضیح بدیم

هوزینگ (حلزونی) دود،هوزینگ (حلزونی) هوا، پره دود،پره هوا

پره دود : دودهای خروجی از موتور انرژی بالایی دارند، این دود ها توسط منیفولد دود یا هدرز وارد هوزینگ دود میشوند و پره دود رو به چرخش درمیارند.

پره هوا : پره هوا از طریق یک شفت مستقیما به پره دود وصل شده، با چرخش پره دود، پره هوا هم میچرخه و به این طریق هوا رو به سمت خودش میکشه و فشار اون رو افزایش میده.

این هوای فشار شده از طریق هوزینگ هوا به سمت مجموعه موتور هدایت میشه. معمولا پره ای که شعاع بالاتری داشته باشه، میتونه هوای بیشتر با بوست بیشتری تولید کنه اما در عوض انرژی بیشتری هم برای چرخوندنش لازمه

هوزینگ دود : اساس کار توربو بر اساس چرخشه و این چرخش نیاز به انرژی داره،توربو انرژی مورد نیازش رو از دود خروجی موتور به دست میاره، دود خروجی از موتور انرژی جنبشی بالایی داره، این دود از طریق منیفولد دود یا همون هدرز وارد هوزینگ دود میشه تا بتونه پره دود رو به چرخش دربیاره.

مهم ترین مشخصه هوزینگ دود نسبت ای به ار در اون هستش که در شکل سوم میبینید. با تقسیم ای به ار عددی به دست میاد که معمولا بین 0.6 تا 1.2 هستش

هر چقدر این عدد کوچیکتر باشه چرخش و تولید بوست در توربو زود تر اتفاق میفته و به اصطلاح توربو شهری تره، و هر چقدر که این عدد بزرگتر باشه تولید بوست دیرتر اتفاق میفته اما در عوض توربو قادر به تولید بوست بیشتری خواهد بود که این توربو ها رو مناسب مسابقات میکنه.

 

هوزینگ هوا :جمع کردن هوا بعد از فشرده شدن هوا توسط پره هوا کار هوزینگ هواس،علاوه بر جمع کردن ،کار کاهش سرعت و افزایش فشار هوا رو هم انجام میده.

اینترکولر، خرید اینتر کولر، خرید افترکولر آب خنک، انواع افتر کولر، اینترکولر بزرگ

در بخش قبلی درباره نحوه کار توربو صحبت کردیم،هوای خروجی از توربو به دو علت بسیار داغ هستش، اول خود توربو مستقیما با دود اگزوز کار میکنه و همین مسئله باعث گرم شدن مجموعه توربو میشه که حرارتش به هوای خروجی هم منتقل میشه و دوم اینکه پره هوا با سرعت بالایی در حال چرخشه همین مسئله باعث بالا بردن انرژی جنبشی هوا و در نتیجه افزایش حرارت هوا میشه

در صورت استفاده از این هوای گرم بدون خنک کردن ان، شاهد ناک شدید در موتور خواهیم بود. برای حل این مسئله دو راه حل وجود داره.

واترمتانول و اینترکولر

در روش واترمتانول قبل از ورود هوا به داخل سیلندر مخلوطی از اب و متانول به ان پاشیده میشه، با این کار دمای هوای ورودی پایین امده به علاوه خود متانول هم به علت اکتان بالا به جلوگیری از ناک کمک میکنه. مشکل اصلی این روش نیاز به شارژ مجدد ذخیره اب و متانول میباشد.

 

اینترکولر:در واقع اینترکولر یک نوع رادیات هستش ، دو نوع اینترکولر داریم: هوا به هوا و هوا به اب

هوا به هوا رایج ترین نوع اینترکولر هست که در اکثر ماشین های شهری و مسابقه ای استفاده میشه،در این مدل هوا وارد رادیات یا همون اینترکولر میشه و با برخورد هوای جلوی ماشین به اینترکولر ،هوای داخل اون هم خنک میشه، این مدل دو تا مشکل اساسی داره، برای خنک کاری هوا ،نیازه که ماشین سرعت مناسبی داشته باشه و در حالت ایستا عملکرد ضعیفی داره و دوم اینکه در صورتی که به هر دلیلی هوای ورودی ما خیلی داغ باشه،این اینترکولر ها نمیتونن هوا رو به خوبی خنک کاری بکنند.

 

هوا به اب : در این مدل هوا به وسیله جریان اب خنک کاری میشه و سپس اب داغ شده از طریق هوا خنک کاری میشه، این روش مشکلات روش قبل رو نداره اما پیچیدگی و هزینه بالاتری نسبت به مدل قبلی داره.از این مدل بیشتر در موتورهای مسابقه ای استفاده میشه.

 

 

4.

 

در نصب هر توربویی به دو قطعه احتیاجه

بلواف و ویست گیت

اما کاربرد این دو چیه؟

 

ویست گیت*: وقتی توربو میچرخه هوا رو به داخل سیلندر میفرسته، این هوای اضافی دود زیادی هم تولید میکنه، این دود سرعت چرخش توربو رو بیشتر میکنه در نتیجه هوای ورودی به موتور بیشتر میشه و در نتیجه دود بیشتری هم خارج میشه و این چرخه ادامه پیدا میکنه تا جایی که سرعت توربو از حد مجاز خارج میشه و توربو اسیب میبینه، برای جلوگیری از این موضوع دود اضافی رو از طریق ویست گیت خارج میکنن، در واقع ویست گیت یک سوپاپ هستش که در مسیر ورودی دود به هوزینگ دود قرار داره، ویست گیت از طریق یک شلنگ به بوست خروجی از توربو متصله، زمانی که بوست توربو به یک حدی میرسه،فشار هوا فنر داخل ویست گیت رو فشار میده و دود اضافی از یک مسیر دیگه خارج میشه و به پره دود نمیرسه، به این طریق سرعت چرخش توربو از حدی بیشتر نمیشه.

اکثر توربو ها مخصوصا توربو های کوچک ویست گیت رو روی خودشون دارن اما در مورد توربو های بزرگ باید ویست گیت رو به صورت خارجی رو توربو نصب کرد.

 

بلواف ولو* : وقتی که پا از روی گاز برداشته میشه،توربو هنوز در حال چرخشه، و این یعنی هنوز در حال فرستادن هوای پرفشار به سمت موتوره اما دریچه گاز بستس ،به همین علت هوا به سمت توربو برمیگرده و باعث همون صدای بوقلمونی معروف توربو میشه(اسلاید سوم)، برای جلوگیری از این موضوع یک سوپاپ درمسیر بین توربو تا دریچه گاز تعبیه میشه تا زمانی که دریچه گاز بسته شد و فشار پشت دریچه گاز زیاد شد، فشار اضافی از طریق این سوپاپ تخلیه بشه، به این سوپاپ تخلیه فشار،بلواف ولو گفته میشه.در صورتی که سایز بلواف ولو با بوست توربو متناسب نباشه باز هم هوا به داخل توربو برمیگرده و صدای بوقلمون رو میشنویم. این صدا که در واقع پدیده سرج* هستش، بسیار برای توربو مضره و عمرش رو به شدت کوتاه میکنه.

صدای نرمال یک توربو رو تو اسلاید چهارم میتونید مشاهده کنید.

 

ویست گیت : wastegate

بلواف ولو : blowoff valve

سرج : surge

 

5.

مطمئنا دوستانی که ماشین کاربرات دارند حداقل یکبار به فکر تقویت ماشینشون از طریق توربو افتادن ولی ایا امکان این کار وجود داره؟

توربو کردن موتور کاربراتی از دو راه ممکنه

 

روش دمشی* : اگه مطلب قبلی ما رو درباره کاربراتور خونده باشین میدونید که کاربراتور از طریق مکش ایجاد شده توسط موتور کار میکنه، اما کاربرات هایی وجود دارند که از طریق دمش هوای خارجی هم کار میکنند، اساس کار این کاربرات ها کمی متفاوت با کاربرات های عادیه،مشکل اصلی در اینجاس که این کاربرات ها در ایران وجود ندارند و هزینه وارد کردن یدونه از این کاربرات ها از انژکتور کردن موتور بیشتره، پس صرفه اقتصادی نداره. نکته مثبت در این روش اینه که نصب توربو دقیقا مثل موتور انژکتور انجام میشه و کاربراتور نقش دریچه گاز رو داره.

 

روش مکشی* : در این روش توربو طبق معمول روی منیفولد دود نصب میشه اما ورودی هوا به جای مکش مستقیم از فیلتر هوا، به کاربرات متصل میشه و کاربرات با مکش توربو کار میکنه،سپس لوله خروجی هوا مستقیما به منیفولد هوا وصل میشه،از اونجایی که هوای خروجی از توربو مخلوط سوخت و هواس نمیشه از اینترکولر برای خنک کردن مخلوط استفاده کرد، اولین ماشین توربوی کارخونه ای دنیا که در سال 1962 توسط اولدزموبیل ساخته شد، از همین روش استفاده کرده بود. در این ماشین برای خنک کردن هوا از تزریق واترمتانول استفاده میشد که البته بعد از مدتی صاحبان خودرو به جای واترمتانول از اب خالی استفاده میکردند که باعث ایجاد مشکلاتی از جمله ناک در موتور میشد.

دوستان در حال حاظر برای توربو کردن کاربرات فقط از روش دوم میشه استفاده کرد که برای استفاده از اون بهتره که کیت واترمتانول اینجکشن داشته باشید.

 

 

6.

 

وقتی که صحبت از توربو میشه مهم تر از نصب توربو، تنظیم و ستاپ اونه

ماشین توربو نیاز به ستاپ خیلی دقیق تری نسبت به ماشین اتمسفر داره، پس حتما ستاپ اون رو به یه متخصص بسپرید.

اول بیایم یکم با کار سه تا سنسور مهم تو ماشین اشنا بشیم.

 

سنسور اکسیژن : کار این سنسور اندازه گیری نسبت سوخت به هواس، اما این سنسور دقیق نیست و فقط میتونه کم بودن(لین) یا زیاد بودن(ریچ) سوخت رو نشون بده , با توجه به این اطلاعات ایسیو نسبت سوخت به هوا رو کمی تغییر میده.

 

ناک سنسور : به دلایل مختلفی ممکنه ناک اتفاق بیفته و به موتور اسیب برسه.به همین منظور موتورهای امروزی ناک سنسور دارند. در صورت تشخیص ناک توسط سنسور که یک سنسور حساس به ارتعاشه ،ایسیو میزان سوخت رو بالاتر میبره و جرقه رو ریتارد میکنه تا ناک قطع بشه.

 

مپ سنسور : کار مپ سنسور اندازه گیری فشار مطلق هواس، بنابراین یه مپ سنسور کنار دریا فشار هوا رو 14.7 پی اس ای اندازه میگیره که مساوی با 1 اتمسفر هستش. در خلا فشار هوا کمتر از این و اگه هوای فشرده داشته باشیم فشار بیشتر از این مقداره.

هنگامی که موتور روشنه و دریچه گاز کامل باز نیست،مکش هوای موتور باعث ایجاد خلا داخل منیفولد هوا میشه و مپ سنسور ما عددی مثل 4 پی اس ای نشون میده (این عدد خیلی کمه که نشون دهنده بسته بودن دریچه گازه) حالا اگه پامون رو روی گاز بزاریم و دریچه گاز رو باز کنیم این عدد رو به افزایش میره تا جایی که در حالت تخته گاز به نزدیکی 14.7 میرسه

اما در مورد ماشین توربو از اونجایی که از یک دور به بعد توربو، بوست میسازه فشار هوا از 14.7 بالاتره.

اکثر مپ سنسورها و ایسیوهای فابریک قادر به تشخیص فشار بالاتر تر 14.7 نیستن، در نتیجه نمیشه از اونها برای ستاپ توربو استفاده کرد.

 

ستاپ توربو نیاز به یک ایسیو ادجاست مثل فورس،ایپ یا اچ اند ان داره(ایسیو ادجاست اسم برند نیس و به ایسیوهای افترمارکت گفته میشه).

اکثر ایسیوهای ادجاست مپ سنسورشون روی خود ایسیو قرار داره که توسط یک شلنگ به منیفولد متصل میشه تا بتونه فشار داخل منیفولد رو اندازه بگیره.

در قسمت بعدی راجع به تنظیم تایم جرقه، ناک سنسور و واید بند در ستاپ توربو صحبت میکنیم.

 

7.

 

در قسمت قبلی راجع به سنسورهای مهم در ستاپ ایسیو و مخصوصا مپ سنسور ایسیوهای ادجاست صحبت کردیم. در این بخش راجع به تنظیم تایم جرقه، ناک سنسور و واید بند در ستاپ توربو صحبت میکنیم.

تنظیم توربو نیاز به تنظیم دقیق نسبت سوخت به هوا و تنظیم دقیق جرقه داره.

ایسیوهای ادجاست میتونن مستقیما به وایدبند وصل بشن و نسبت دقیق سوخت به هوا رو اندازه بگیرن در حالی سنسور اکسیژن ایسیوهای فابریک دقت لازم رو نداره.

به علت سازگار نبودن نرم افزار های ریمپ با ایسیو های فابریک هیچ وقت امکان تنظیم دقیق جرقه هم وجود نداره،به همین علته که حتی تو ماشینای اتمسفر ایسیو ادجاست میتونه چند اسب بخار قدرت بده.

یکی از مزایای ایسیو های ادجاست اینه که هر کدوم نرم افزار مخصوص خودشون رو دارن که کاملا با ایسیو سازگاره و امکان تنظیم دقیق نسبت سوخت با هوا و تایم جرقه رو برای ما فراهم میکنه.

نکته بعدی ناک هستش، احتمال ناک در ماشین های توربو مخصوصا با بوست بالا بسیار زیاده که میتونه باعث اسیب به موتور بشه، ایسیوهای ادجاست ناک سنسورهای بسیار بهتری نسبت به ایسیوهای فابریک دارن به علاوه امکان کنترل تغییرات در صورت وقوع ناک وجود داره.(هنگامی که ناک اتفاق میفته باید نسبت سوخت به هوا افزایش پیدا کنه و جرقه هم ریتارد بشه)

 

8.

 

شاید مهم ترین علتی که جلوی پیشرفت توربو رو در ماشین های امروزی گرفته،لگ توربو باشه

اما لگ توربو به چی میگن؟ وقتی که دور موتور پایین باشه توربو نمیتونه بوست کافی درست کنه و عملا بی استفاده هستش، وقتی که پاتون رو روی گاز میزارید و دور موتور بالا میره با خروج دود بیشتر توربو شروع به چرخیدن میکنه، اما مدتی طول میکشه تا به سرعت کافی برسه تا بوست تولید کنه، به این مدت زمان لگ توربو گفته میشه، اگه این لگ از حدی بیشتر باشه رانندگی در شهر خیلی سخت میشه،چرا که ممکنه چند ثانیه بعد از فشردن پدال گاز ماشین شتاب بگیره.

این مسئله در توربوهای کوچیک زیاد مشخص نیس اما اگه برای قدرت بیشتر توربوی بزرگتری نصب کنید،میزان لگ بیشتر میشه

اما در دو جا ما لگ داریم

شروع حرکت : وقتی دور موتور ارومه توربو یا حرکت نداره و یا حرکتش به قدری ارومه که بوست تولید نمیکنه، با گاز دادن مدت زمانی طول میکشه تا بوست تولید بشه.برای حل این مسئله کارخونه ها از توربو های کوچک استفاده میکنند چون نیاز به انرژی زیادی برای چرخیدن نداره در نتیجه لگ کمتری هم داره. البته که بعضی از کارخونه ها برای قدرت های بیشتر از سیستم تویین توربو استفاده میکنند که تو بخش بعدی توضیح میدم.

 

تعویض دنده :هنگام تعویض دنده و برداشتن پا از روی گاز، کل بوست داخل سیستم از راه بلو اف ولو خارج میشه و مدتی طول میکشه تا بوست دوباره وارد سیستم بشه،البته به علت اینرسی پره های دود و هوا که همچنان در حال چرخیدن هستند، تولید بوست همچنان ادامه داره. اما واضحه که سرعت چرخش کمتر میشه و در نتیجه میزان بوست تولیدی هم کاهش پیدا میکنه.

 

برای حل این مسئله هم دو راه حل وجود داره

بای پس ولو : دقیقا کار بلو اف ولو رو انجام میده با این تفاوت که به جای تخلیه هوای سیستم به خارج، اون رو به سیستم ورودی هوای توربو منتقل میکنه،اکثر سیستم های توربو کارخونه ای این سیتم رو دارند ولی به علت مشکلاتی که این کار در ستاپ توربو ایجاد میکنه برای قدرت های بالا مناسب نیس.

ریتارد جرقه : احتمالا اکثرتون بک فایر رو روی ماشین های توربو دیدید، در ماشین های توربوی مسابقه ای ،که هم از توربوهای بزرگ استفاده میشه و هم نباید لگ داشته باشند، از این سیستم استفاده میشه، با برداشتن پا از روی گاز جرقه ریتارد میشه و میزان سوخت هم افزایش پیدا میکنه، به این صورت یه شعله در سیستم اگزوز ایجاد میشه که انرژی بالایی داره و در نتیجه سرعت چرخش توربو رو هنگام تعویض دنده بالا نگه میداره. مشکل اصلی این کار پایین اومدن عمر توربوشارژر هستش.

 

9.

 

ابتدا باید بگم که کلمه بای توربو چندان مصطلح نیست و بیشتر شرکت مرسدس بنز این کلمه استفاده میکنه. کلمه مصطلح، تویین توربو هستش.

 

مبحث تویین توربو از نظر خیلی ها مبحث جذابی به نظر میاد اما ایا واقعا کارایی لازم رو داره؟

برای جواب به این سوال باید اول انواع مختلف ستاپ تویین توربو رو در نظر بگیریم.

موازی : بیشتر در موتور های خورجینی استفاده میشه، مثلا اگه یه موتور 8 سیلندر خورجینی رو در نظر بگیریم، دود خروجی از سمت چپ موتور به یک توربو و دود خروجی از سمت راست به یک توربوی دیگه متصله. معمولا اندازه یکی از توربو ها کوچیکتر از دیگریه، تا بوست از دور های پایین شروع بشه و میزان لگ توربو پایین بیاد. نمونه ستاپ رو میتونید در شکل دو ببینید.

 

متوالی : بیشتر در موتور های خطی استفاده میشه، به این صورت که دود خروجی ابتدا وارد توربوی اول میشه و توربو رو به حرکت در میاره، سپس دود خروجی از توربوی اول از اگزوز خارج میشه، وقتی که دور موتور بالا رفت و میزان بوست بیشتر شد، سوپاپی در مسیر دود ورودی به توربو باز میشه و دود خروجی به توربوی دوم هم میرسه تا از ماکسیمم قدرت سیستم توربو استفاده بشه.

در این روش هم میشه از دو توربوی هم اندازه و هم از دو توربوی کوچک و بزرگ استفاده کرد.

نمونه ستاپ رو میتونید در شکل سه ببینید.

روشی هم وجود داره که در اون بوست خروجی از توربو اول وارد توربو دوم میشه، تا هوا رو فشرده تر کنه. این روش رو هم میشه در مدل موازی و هم متوالی پیاده سازی کرد. مشکل اصلی این کار در مشکل بودن تیون و ستاپ توربو هستش.

 

 

10.