مقایسه توربوشارژر و سوپر شارژر

مقایسه ی موتور های توربوشارژ و سوپرشارژ:

الف)توربوشارژر:

زمانی که مردم درباره خودروهای مسابقه ای یا موتورهایی با بازدهی و عملکرد بالا صحبت می کنند معمولاً بحث توربوشارژرها مطرح می شود. توربوشارژرها همچنین در موتورهای دیزلی بزرگ نیز استفاده می شوند.یکی از مطمئن ترین راهها برای افزایش توان موتور ها، افزایش مقدار هوا و سوختی است که در سیلندرآنها می سوزد.برای این منظور افزودن تعداد سیلندرها یا بزرگ کردن هر یک از سیلندرها یکی از روش هاست اما در بعضی مواقع امکان این کار وجود ندارد. یک راه برای افزایش قدرت موتور که ساده تر و با صرفه تر نیز هست استفاده از توربو شارژردر موتوراست که بدون نیاز به تغییر در حجم و وزن موتورتوان آن را افزایش می دهد.درخودروهای پر سرعت مسابقه ای و سوپر اسپرت حتی خودروهای خانوادگی و سدان های پر قدرت نیز برای افزایش توان موتور از توربوشارژر استفاده می شود.

توربوشارژر چیست؟

توربوشارژر نوعی سیستم دمنده است که هوا را با فشار زیاد به درون سیلندر می دمد. همان طور که می دانید، هنگامی که پیستون در حالت عکسش قرار دارد، مخلوط هوا و سوخت (در موتور دیزلی، هوا) را به درون سیلندر می مکد. هر چه فشار هوا بیشتر باشد مقدار مولکولهای هوا بیشتر خواهد بود، و باتبع مخلوط هوا و سوخت بیشتری در سیلندر جای خواهد گرفت. هر چه سوخت بیشتر باشد، قدرت ناشی از احتراق هم بیشتر خواهد بود.

اجزا و نحوه عملکرد توربوشارژر:

توربو شارژر از دو قسمت اصلی با نام‌های توربین و کمپرسور تشکیل شده است. همان‌طور که گفته شد توربو شارژر به خروجی اگزوز متصل است و گازهای خروجی از اگزوز باعث چرخش توربین می‌شوند. ازآنجا که توربین توسط یک شفت به کمپرسور متصل است، کمپرسور می‌چرخد و با مکش هوای بیرون، هوای فشرده شده را وارد سیلندر می‌کند. هرچه حجم گازهای ورودی به داخل توربین بیشتر باشد، سرعت دورانی آن نیز بیشتر می‌شود. در نتیجه هوای فشرده بیشتری نیز وارد سیلندر می‌شود. پس از این که مخلوط سوخت و هوای فشرده در داخل سیلندر متراکم شد، احتراق انجام می‌شود و انرژی زیادی تولید می کند که در نهایت به چرخ‌ها و زمین منتقل می‌شود.

اما متراکم کردن هوای ورودی به سیلندر به تنهایی باعث افزایش توان پیشرانه نمی‌شود. با افزایش فشار و سرعت دوران، دما افزایش می‌یابد. در نتیجه هوایی که توسط توربوشارژ فشرده و وارد سیلندر می‌شود، داغ است و افزایش دما نیز باعث عدم تراکم مولکول‌های هوا می‌شود. این هوای داغ پس از ورود به سیلندر و فشرده شدن توسط پیستون باز هم گرم‌تر می‌شود. مشکل اصلی در این مرحله این است که اگر سوخت به داخل سیلندر پاشیده شود، پیش از وقوع احتراق توسط جرقه شمع، این عمل توسط هوای داغ ورودی انجام می‌شود که به آن احتراق زودرس یا خودسوزی می‌گویند و باعث ناک زدن (لگد زدن) پیشرانه می‌شود. برای جلوگیری از وقوع ناک زدن باید از سیستم خنک کننده استفاده کرد و تا حد ممکن هوای ورودی از کمپرسور را خنک کرد. به همین دلیل از یک نوع رادیاتور که معمولا جنسی از آلومینیوم دارد، استفاده می‌شود (هیت‌ سینک CPU که آن هم جنسش از آلومینیوم است در تبادل گرمایی عمل مشابهی انجام می‌دهد). هوای داغ بعد از متراکم شدن در کمپرسور از این سیستم خنک کننده عبور داده می‌شود و دمای آن تا حد مطلوبی کاهش پیدا می‌کند. سپس هوای متراکم و خنک وارد سیلندر می‌شود و پدیده احتراق به صورت بهینه و قدرتمندتری صورت می‌پذیرد.

انواع توربو شارژر ها:

توربو شارژر حلزونی ساده

این نوع توربو شارژر دارای تنها یک گذرگاه است که گازهای خروجی اگزوز را به پره‌های توربین منتقل می‌کند. گازهای خروجی اگزوز به صورت مداوم از حلزون عبور کرده و وارد توربین می‌شوند و از میان پره‌های توربین، سبب چرخش آن شده و سپس توربین را ترک و وارد اگزوز می‌شوند. همچنین در این نوع توربو، شارژر پره‌های کمپرسور یک انحنا دارند که تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز هوا را فشرده می‌کنند..

توربو شارژر حلزونی با افزاینده سرعت

این نوع توربو شارژر یک حلزون و یک افزاینده سرعت دارد. گازهای خروجی وارد منیفولد دود شده سپس وارد حلزون می‌شوند اما به‌جای ورود مستقیم به توربین از پره‌های ثابت روی پوسته توربین عبور کرده و با زاویه زیاد و انرژی بیشتری به پره‌های توربین برخورد می‌کنند.

توربو شارژر ضربانی

برای استفاده از توربو شارژر ضربانی وجود یک منیفولد دود از نوع ضربانی لازم است زیرا این نوع توربو شارژر از ضربات گازهای خروجی که از سیلندر خارج می‌شود، استفاده می‌کند و باعث افزایش سرعت توربو شارژر می‌شود. منیفولد ضربانی از هر سیلندر یک گذرگاه دارد که در انتها به دو کانال اصلی جداگانه تبدیل می‌شوند. منیفولد برای اینکه از ضربات استفاده بیشتری کند، مقطع نسبتا کوچکی دارد زیرا در منیفولدهای بزرگ‌تر، اتلاف انرژی زیادی را شاهد هستیم.

سوپر شارژر چیست؟

به هر وسیله ای که فشار هوای مکشی موتور را به بیش از فشار جو برساند سوپرشارژر گفته می شود . بزرگ ترین فایده ی سوپر شارژر افزایش توان موتور است. نصب کردن یک سوپر شارژر روی یک ماشین یا کامیون باعث می شود رفتار ان مانند یک خودرو با موتوری بزرگ تر شود. اول بار سوپر شارژر ها در اواخر جنگ جهانی دوم در هواپیما ها به کار برده شده است.

انواع سوپرشارژر :

1.روتز (Roots)

2.دوپیچی(twin screw)

3.مرکزگریز

سوپرشارژر روتز:

قدیمی ترین نوع سوپرشارژر روتز است. روتز و دو پیچی از انواع لب های گیراندازه استفاده می کنند. با چرخش لب های گیراندازنده هوایی که میان لبها گیر کرده است از سمت ورودی به سمت خروجی می روند. مقادیر بزرگی از هوا به منیفولد (سوپاپ) ورودی رفته انباشته می شوند تا فشار مثبت ایجاد کنند. در واقع این سوپرشارژرها دمنده هوا هستند. سوپرشارژرهای روتز معمولا بزرگ هستند و در بالای موتور قرار میگیرند.سوپرشارژرهای روتز درماشین های قدرتی مسابقه ای و شکاری استفاده می شود.

ضعف های سوپرشارژر روتز: این نوع سوپرشارژرها خارج ازکاپوت قرار گرفته و به وزن ماشین اضافه می کنند و به جای اینکه هوا را به صورت یک جریان نرم و پیوسته بفرستند در انفجارهای گسسته می فرستند. روتز ناکارآمدترین نوع سوپرشارژرها هستند.

سوپرشارژردوپیچی:

این نوع سوپرشارژرها هوا را به وسیله یک جفت لب گیراندازنده که شبیه مجموعه ای از چرخدنده های حلزونی می باشند می کشند. هوای درون یک سوپرشارژر دوپیچی مانند یک سوپرشارژر روتز در فضای ایجاد شده و بوسیله لب های گردنده محبوس می شود. اما در یک سوپرشارژر دوپیچی هوا درون پوشش موتور فشرده می شود و این بخاطر آنست که روتورها باریک شدگی مخروطی دارند.

نقاط ضعف سوپرشارژردوپیچی:

1.به دلیل طراحی مشکلترکه نیازمند دقت بیشتری در فرآیند تولید روتورهای پیچ مانند هستند گران تر هستند.

 2.بعضی از آنها نیز همانند روتز بالای موتور نصب شده و صدای زیادی را تولید می کنند.این صدا که شبیه صدای سوت است باید بوسیله روشهای فرونشاندن صدا آرام شود.

سوپرشارژرمرکز گریز:

یک سوپرشارژر به یک پروانه در سرعت های بسیار بالا توان می دهد تا هوا را به درون پوشش کوچک کمپرسور بکشاند. همانطور که هوا به مرکز پروانه کشیده میشود نیروی گریز از مرکز آن را وادار می کند که به صورت شعاعی به بیرون پخش شود. هوا در سرعت بالایی پروانه را ترک می کند اما فشار هوا در آن نقطه کم است. مشکل کم بودن فشار را می توان توسط یک پخشگر(دیفیوزر) حل نمود.

نقاط ضعف و قوت سوپرشارژرمرکز گریز:

1.رایج ترین و کارآمدترین نوع سوپرشارژر هستند.

2.سبک و کوچک هستند و جلوی موتور نصب می شوند نه بالای آن.

3.در پایان باید این نکته را نیز اضافه نمود که این نوع سوپرشارژر نیز بی صدا نیست.

تفاوت بین توربوشارژر و سوپرشارژر:

تفاوت اصلی این دو سیستم منبع نیرویی است که کمپرسور آنها را به کار می اندازد و توربین را می چرخاند. سوپرشارژر از طریق یک تسمه مستقیما به موتور وصل می شود و مانند دینام و واتر پمپ توسط موتور چرخانده می شود. ولی توربوشارژر نیروی چرخش خود را از گازهای خروجی موتور تامین می کند به این صورت که در مسیر گازهای خروجی یک توربین قرار داده شده که متصل به کمپرسور توربوشارژر است و در اثر فشار گازهای خروجی این توربین به چرخش در می آید و گردش آن از این طریق به کمپرسور منتقل می شود و آن را نیز می چرخاند.

در هر دو سیستم مزایا و معایبی وجود دارد. از نظر تئوری توربوشارژر بازدهی بهتری دارد زیرا از انرژی هدر رفته در گازهای خروجی برای چرخش خود استفاده می کند اما از طرف دیگر توربوشارژر تا حدی مسیر خروج دود را مسدود کرده و مقداری فشار منفی یا Back-Pressure ایجاد می کند و تا موقعی که دور موتور بالا نرود بوست زیادی تولید نمی کند و باعث به وجود آمدن لگ یا تاخیر در دورهای پایینتر می شود.

نصب سوپرشارژر آسانتر و کم هزینه تر است زیرا نیازی به تغییر در سیستم خروجی موتور نیست. از آنجایی که سوپرشارژر نیروی خود را مستقیما از پولی میل لنگ دریافت می کند مشکل تاخیر یا لگ بسیار کمتر از توربوشارجر است زیرا نیازی به بالا رفتن دور موتور و افزایش فشار گازهای خروجی ندارد و به همین دلیل موتورهای مجهز به سوپرشارژر منحنی گشتاور صافتری دارد و برای رانندگی شهری مناسبتر است. البته در سیستمهای مدرن توربوشارژر با استفاده از توربین با پره های متغیر تا حد زیادی مشکل لگ برطرف شده است. هم در موتورهای بنزینی و هم دیزلی از توربوشارژر استفاده می شود ولی سوپرشارژر بیشتر در موتورهای بنزینی کاربرد دارد و به ندرت در موتور دیزل از آن استفاده می شود. بر خلاف سوپرشارژر، توربوشارژر به دلیل فشار و حرارت بالاتر ضرر و زیان بیشتری به موتور می زند و این حرارت زیاد به قطعات موتور سرایت می کند و علاوه بر اینکه از عمر و دوام قطعات می کاهد باعث افت قدرت نیز می شود و به همین دلیل نیاز به خنک کنندگی بیشتری دارد که از طریق اینترکولر انجام می شود. همچنین احتمال خطر آتش سوزی به دلیل حرارت بالاتر در توربوشارژر بیشتر است. به کار افتادن و افزایش بوست ناگهانی توربوشارژر در دور موتورهای بالاتر فشار زیادی به سیستم انتقال قدرت وارد می کند.

برای رسیدن به اسب بخار یکسان، توربوشارژر نیاز به بوست بیشتری نسبت به سوپرشارژر دارد زیرا گرمای بیش از حد منیفولد دود به هوای فشرده شده سرایت کرده و دمای آن را بسیار بالا می برد. گردش سوپرشارژر توسط میل لنگ حدود 20 درصد از توان موتور را می گیرد ولی این 20 درصد افت قدرت ارزش 46 درصد افزایش قدرت که در اثر نصب سوپرشارژر به دست می آید را دارد.