توربوشارژر چیست؟
توربوشارژر به زبان ساده یک نوع پمپ هوا است که هوا را با فشار محیط (فشار جو) می‌گیرد و آن را به فشار بالاتر فشرده می‌کند و هوای فشرده را از طریق شیرهای ورودی به داخل موتور عبورمی دهد. در حال حاضر، توربوها اساساً روی موتورهای دیزلی استفاده می‌شوند، اما حرکت جدیدی به سمت تولید توربوشارژر موتورهای نفتی صورت گرفته است. نظریه اینکه همه‌ی موتورها تابع هوا و سوخت هستند، می‌دانیم که هوا و سوخت در کران‌های مجموعه زیاد می‌شود که سوخت را از موتور افزایش خواهند داد، اما اگر ما سوخت را زیاد کنیم، باید قابل‌احتراق باشد. به‌منظور ایفای نیازهای توان، به هوا نیاز دارد؛ ورود هوای بیشتر مشکلات به‌مراتب بیشتری را نسبت به ورود سوخت بیشتر دربردارد. هوا همیشه پیرامون ما است و تحت‌فشار است (این فشار در سطح دریا تقریباً ۱۵ psi است)، این فشار است که به هوای درون سیلندرها نیرو وارد می‌کند.
یک پمپ هوا (توربوشارژر) برای افزایش جریان هوا جای‌داده می‌شود و هوای فشرده درون موتور دمیده می‌شود. این هوا با سوخت تزریق‌شده مخلوط می‌شود و امکان احتراق مؤثرتر فراهم می‌شود و لذا خروجی توان موتور زیاد می‌شود. یک سمت دیگر توربوشارژر، که موردنظر است، موتوری است که مرتباً در دامنه‌های بالا کار می‌کند، درجایی که هوا از تراکم کمتری برخوردار است و توربوشارژر بیشترین توان ازدست‌رفته به سبب افت فشار هوا را به حالت اول بازخواهد گرداند. توان موتور در ۸۰۰۰ پا فقط ۷۵% توانش در سطح دریا است.
توربوشارژر چگونه کار می‌کند؟
گازهای خروجی مازاد موتور به‌عنوان محرک چرخ توربین استفاده می‌شوند که توسط یک محور به چرخ کمپرسور وصل می‌شود. چرخ هوا یا کمپرسور؛ هوا را از طریق پالایه‌های هوا می‌کشد و آن را از موتور عبورمی دهد. همان‌طور که گازهای مازاد از موتور خارج می‌شوند، به توربین یا چرخ داغ توربو هدایت می‌شوند و لذا چرخه را تکمیل می‌کند.
گازهای گرم بجای رهایی از طریق لوله‌ی تخلیه، در طی جریان احتراق به توربوشارژر تولیدمی شوند. سیلندرهای داخل موتور احتراق داخلی به ترتیب (نه یک‌باره) آتش می‌گیرند، لذا خروجی (اگزوز) محفظه‌ی احتراق را در تکانه‌های نامنظم خارج می‌کند.
توربوشارژرهای تک اسکرول متداول آن تکانه‌های نامنظم اگزوز (خروجی) را درون توربین مسیریابی می‌کنند به شیوه‌ای که سبب برخورد و تداخل با یکدیگر شوند و قدرت جریان کم شود. در مقابل، توربورشارژ ۲ اسکرول، بخار خروجی را از جفت سیلندرها به‌صورت متناوب گردآوری می‌کند.
۲– چرخش (تنیدگی)
بخار خروجی با تیغه‌های توربین برخوردمی کند، آن‌ها را تا ۱۵۰۰۰۰ rpm می‌چرخاند. تکانه‌های متناوب بخار خروجی به حذف پس‌افت توربو کمک می‌کنند.
۳– تهویه
گازهای خروجی بسته به هدف موردنظر از خروجی به دود گیر جاری می‌شوند، که در آنجا قبل از خروج از دودکش، از مونوکسید کربن، اکسیدهای نیتروز و سایر آلاینده‌ها تمیز می‌شوند.
۴– فشردگی
توربین به کمپرسور هوا نیرومی بخشد که هوای خنک و تمیز را از هواکش گردآوری کند و آن را تا ۳۰% بالاتر از فشار جو یا تقریباً ۱۹ پوند بر اینچ مربع فشرده کند. هوای چگال، غنی از اکسیژن به محفظه‌ی سوخت جریان می‌یابد. اکسیژن اضافی، احتراق گازوئیل را کامل‌تر می‌کند و راندمان یک موتور کوچک بیشترمی شود. درنتیجه، توان موتور توئین پاور نسبت به نوع غیرتوربوشارژری با همین اندازه ۳۰% بیشتر است.
ضمن وجود مشکلات متعدد و فراوانی که سبب سوء کارکرد توربوشارژر می‌شوند، می‌توانند به ۵ گروه به شرح ذیل تقسیم شوند:
۱ -نبود روغن روان کننده یا تعلل در روغن‌کاری
به همان اندازه که توربو با سرعت بسیار زیاد، تا ۱۰۰۰۰۰ rpm می‌چرخد، نیاز به روغن از بیشترین اهمیت برخورداراست. روغن با نرخ جریان مناسب و فشار برای کار کردن به شرح ذیل لازم است:
۱ .روان‌سازی یاتاقان‌های اصلی و کف گرد
۲ .پایدار کردن محور چرخشی و یاتاقان اصلی
۳ .به‌عنوان خنک‌کننده قبل از رسیدن به‌سرعت های بالای توربوشارژر
نیاز به روغن به‌عنوان روان‌ساز و به‌عنوان خنک‌کننده با افزایش بار موتور و سرعت توربوشارژر افزایش می‌یابد. خرابی یاتاقان توربوشارژر در صورت تأخیر کوتاه‌مدت رسیدن روغن رخ خواهد داد. تعلل در روغن بسیار ساده از طریق آبی‌کاری یاتاقان ها یا محور شناسایی می‌شود. آبی‌کاری، رنگ کردن محور است، وقتی در معرض گرمای بیش‌ازحد باشد.
۲ -ماده‌ی خارجی یا کثیفی در سیستم روان‌سازی
بسیاری از اپراتورها فرض می‌کنند، کاملاً به‌اشتباه، که اگر موتورها را با روغن کثیف و آلوده بکار اندازند، فیلتر روغن هرگونه ماده‌ی خارجی را قبل از رسیدن روغن به موتور، و در مورد ما، یاتاقان‌های توربوشارژر برطرف می‌کند که یک اشتباه بسیار گزاف است.
همه‌ی این مواد می‌توانند به یاتاقان ها آسیب بزنند، وقتی به‌قدری باشد که سبب سایش یاتاقان و سایش سوراخ جایگاه یاتاقان شود یا اگر ذرات کثیف آن‌قدر بزرگ باشند که مسیرهای داخلی روغن توربو را مسدود کنند که سبب می‌شود واحد دچار کمبود روغن شود. یاتاقان‌های توربو احتمال زیاد قبل از یاتاقان‌های موتور اصلی خراب می‌شوند، چون توربوشارژر با سرعت‌های بسیار بالاتر از موتور می‌چرخد. سرعت نوک تیغه روی چرخ کمپرسور یک واحد با ۸۰۰۰۰ rpm، ۷۰۰ مایل در هر ساعت خواهد داشت. سرعت‌های تیغه‌ی طراحی‌های جدید توربوشارژرها بیش از ۱۰۰۰ مایل در هر ساعت است.
۳ –خرابی روغن
روان‌سازی دیزل بخش بسیار مهمی از موتور است و اگرچه فناوری مدرن روغن مسیر طولانی را در ارائه‌ی روغن‌های خوب پیموده است، هنوز با ۲ مشکل عمده مواجه هستیم:
1. خرابی روغن:
دماهای بالایی که در موتورهای دیزلی مدرن وجود دارند، سبب شکافتگی یا خرابی روغن می‌شود. این عمل، مواد کربن دار (قیر دار) ایجادمی کند که به حلقه‌های موتور می‌چسبند و مشکلات دیگری را سبب می‌شوند. اکسیداسیون به علت هیدروکربن‌ها در مخلوط روغن با اکسیژن است؛ که اسیدهای آلی تولیدمی کند که در ۲ نوع عمده یافت می‌شوند: آن‌هایی با نقاط جوش پایین و یا با خورندگی بالا.
این فرآورده‌ها مسئول انواع مشکلات موتورهای دیزلی و توربوشارژرها هستند. اگر امکان غلیظ شدن اسیدها میسر شود، به یاتاقان ها و غیره حمله می‌کنند و سبب خرابی متعاقب و سوراخ شدن می‌شوند. همچنین با روغن باقیمانده واکنش می‌دهند و لجن تشکیل می‌شود و سپس در کل موتور، بالأخص در فیلترها ته‌نشین می‌شود که تأمین روغن توربوشارژر را بدترمی کنند. اکسیداسیون سنگین‌تر سبب سخت‌تر شدن جلا می‌شود.
درجایی که امکان انباشت لجن در سیستم‌های روغنی فراهم باشد، ضمن عبور از توربو، به‌واسطه‌ی نیروی سانتریفوژ از محور چرخشی در مقابل دیواره‌ها و سطوح داخلی جایگاه یاتاقان پرتاب می‌شود که در آنجا می‌چسبد و مانع جریان آزاد روغن می‌شود. اگر در زهکشی روغن مشکل پیش آید، روغن از انتهای توربین به واحد نشت می‌کند.
اگر امکان انباشت این ماده در سمت توربین فراهم شود، گرما تولید می‌شود و به عدم تعادل در سیستم توربوشارژر می‌انجامد.
۲. آلودگی بیرونی:
تا اینجا به‌اختصار خرابی روغن به سبب تغییرات در روغن را بررسی کردیم، که معمولاً به سبب در معرض قرارگیری با گرما و هوا بوده است. این در حالی است که باید سایر عوامل هم بررسی شوند. فرآورده‌های احتراق سوخت همچون خاکستر، دوده، چکیده‌های سنگین نسوخته‌ی سوخت و آب ازجمله موارد خرابی روغن هستند. همه‌ی این عوامل سبب آلودگی روغن می‌شوند.
خود موتور در خرابی روغن نقش دارد از این حیث که ذرات فلزی بسیار ریز ایجادشده به‌واسطه‌ی سایش و فرسایش از مسیرهای روغن درون توربو یا اکسیدمی شوند و خرابی را تسریع می‌کنند. نهایتاً ماده‌ی خارجی از بیرون موتور، همچون گردوغبار و کثیفی وارد سیلندرهای داخلی سیستم کشش هوا می‌شوند.
۴– ماده‌ی خارجی در اگزوز یا سیستم‌های پالایش هوا
هر ماده‌ای که وارد این سیستم‌های می‌شود، بدون شک به توربوشارژر و موتور آسیب می‌زند. با توجه به اینکه توربوشارژر یک ابزار دقیق است که آسیب‌پذیری‌اش با ورود هرگونه ذره به بدنه فوراً پدیدار خواهد شد؛ آسیب به چرخ ها سبب ورود تکه‌های آلومینیوم به موتور می‌شود و به خرابی پیستون موتور، دریچه، محور اصلی و احتمالاً میل‌لنگ می‌انجامد.
این ماده از گردوغبار در سیستم هوا تا قطعات دریچه‌ی موتور در سیستم تخلیه تغییر زیادی خواهد کرد. لازم به ذکراست که اگر هرگونه شی‌ء خارجی در این سیستم‌ها بماند، توربو با احتمال روشن نشدن، دود سیاه، مصرف بیش‌ازحد روغن و نشست و چرخ های آسیب‌دیده واکنش خواهد داد.
۵– ماده و طرز کار
فقط مواد مطمئن از کیفیت استفاده می‌شوند و چک کیفی دائمی روی ماده و طرز کار برای ایفای مشخصات OE اکید انجام می‌شوند. توربوشارژر احتمالاً درک نشده ترین جزء روی موتور است، و سازنده‌ی آن از دانش کافی در مورد ساخت سرویس توربوشارژر برخوردار نیست و لذا کار کردن در این حوزه را بسیار سخت کرده است.
همان طور که مشاهده کرده‌ایم، توان معین موتور با توربو تا تقریباً ۳۰% افزایش خواهد یافت؛ مشخصات عامل موتور تغییری نخواهد کرد و صرفاً آن طور که موتور می‌گوید، کار می‌کند. منبع توان توربوشارژر، گازهای تخلیه (اگزوز) تولیدشده توسط موتور است و این توان از طریق جریان، فشار و دما کنترل می‌شود. اگر موتور به‌درستی نکند یا وضعیت غیرطبیعی در موتور باشد، توربوشارژر بر آن غلبه نخواهد کرد و احتمالاً بر مشکل خواهد افزود.
چنین برمی‌آید که جایگزین کردن یک واحد معیوب با نوع جدید همیشه مشکل را رفع نمی‌کند. اگر هرگونه تردیدی داریم، باید دستورالعمل موتور تجهیزات اصلی را بنگریم.