سوپرشارژر چگونه کار می کنند
قدرت، همواره مورد توجه رانندگان و تولیدکنندگان خودرو بوده است. از زمان ظهور موتورهای احتراق داخلی مدرن، مهندسان همواره به دنبال روش هایی برای افزایش قدرت موتور بوده اند.
سوپرشارژر، اصطلاحی رایج در دنیای خودرو است که احتمالاً با آن مواجه شده اید. این دستگاه دقیقاً برای همین هدف طراحی شده است. اما سوپرشارژر چیست و چگونه کار می کند؟
توربوشارژر نیز دستگاه دیگری است که برای همین منظور ساخته شده است. در ادامه، با این قطعه مهم در خودرو آشنا شوید: نحوه کار سوپرشارژر و مقایسه آن با توربوشارژر.
برای پاسخ به این سؤال که «سوپرشارژر چگونه کار می کند؟» و چگونه باعث افزایش قدرت موتور خودرو می شود، ابتدا باید بفهمید موتور احتراق داخلی چگونه عمل می کند.
موتور احتراق داخلی انرژی مورد نیاز برای حرکت خودرو را تولید می کند، و ورودی آن ترکیبی از هوا و سوخت است.
مخلوطی با نسبت مشخص از هوا و سوخت وارد محفظه احتراق موتور می شود و پس از فشرده شدن، با اشتعال ترکیب، احتراق یا انفجاری رخ می دهد.
این احتراق انرژی تولید می کند و موتور این انرژی را به تمام بخش های ضروری برای به حرکت درآوردن خودرو منتقل می کند. به همین دلیل، موتورهای امروزی به عنوان موتورهای «احتراق داخلی» شناخته می شوند.
موتور احتراقی از هوا و سوخت انرژی تولید می کند.
می توان دریافت که هوا نقش بسیار مهمی در فرآیند تولید انرژی دارد. میزان جریان هوایی که وارد محفظه موتور می شود، تعیین کننده مقدار انرژی تولیدشده است؛ به عبارتی، بر قدرت موتور تأثیر می گذارد.
فشار دادن هوای بیشتر به داخل موتور احتراق داخلی، کارایی آن را افزایش می دهد و سوپرشارژر دقیقاً برای همین هدف طراحی شده است.
این روش برای افزایش قدرت موتور ایده آل تر از بزرگ تر کردن اندازه موتور است، چراکه بزرگ تر کردن موتور، وزن خودرو را بیشتر کرده و آن را حجیم تر می کند.
برای کمک به تولید قدرت بیشتر در موتور، دو چیز لازم است: هوای بیشتر و سوخت بیشتر که وارد محفظه احتراق موتور شود.
باید توجه داشت که موتور برای عملکرد درست نیاز به یک نسبت خاص دارد: 14 قسمت هوا در برابر 1 قسمت سوخت.
هوایی که وارد محفظه احتراق می شود، هوای معمولی با فشار اتمسفری است. فرآیند فشرده سازی در مراحل بعدی و با حرکت پیستون رخ می دهد. پیستون با حرکت به سمت بالا، ترکیب هوا و سوخت را فشرده کرده و در نتیجه نوعی «خلأ» ایجاد می کند.
یک سوپرشارژر که روی موتور نصب شده است
سوپرشارژر با فشرده سازی هوا در فشاری بالاتر از فشار اتمسفری، قبل از ورود به محفظه احتراق، میزان ورود هوا را افزایش می دهد.
با ورود هوای بیشتر، امکان تزریق سوخت بیشتری به محفظه احتراق فراهم می شود که به موتور اجازه می دهد انرژی بیشتری تولید کند.
سوپرشارژر به طور متوسط می تواند قدرت موتور را تا 46 درصد افزایش دهد (واحد اندازه گیری قدرت موتور: اسب بخار) و 31 درصد به گشتاور موتور اضافه کند. گشتاور، قدرت چرخشی یا پیچشی خودرو است که برخلاف نیروهای خطی مانند کشیدن یا هل دادن عمل می کند.
پس از فشرده شدن هوا توسط سوپرشارژر، دمای آن افزایش می یابد و در نتیجه چگالی آن کاهش می یابد. این به این معناست که هوا نمی تواند به اندازه کافی در حین احتراق داخل محفظه موتور، پس از جرقه شمع، منبسط شود.
بنابراین، برای اینکه سوپرشارژر بتواند هوای بهینه ای تولید کند تا موتور بیشترین قدرت را تولید کند، هوای فشرده شده پس از خروج از سوپرشارژر باید قبل از ورود به موتور از طریق منیفولد ورودی خنک شود.
سوپرشارژر توسط تسمه ای کمکی به میل لنگ موتور متصل است. میل لنگ یک محور چرخان است که به پیستون های موتور متصل می باشد. این تسمه به دور پولی پیچیده شده و نیروی لازم برای چرخش پولی را از میل لنگ دریافت می کند.
این فرآیند باعث می شود که چرخ دنده محرک، که به پولی متصل است، بچرخد. چرخ دنده محرک نیز چرخ دنده کمپرسور را به چرخش در می آورد.
چرخ دنده کمپرسور هوا را فشرده می کند و سپس این هوا از طریق اینترکولر (خنک کننده) خنک می شود تا چگالی آن افزایش یابد. در نهایت، هوای فشرده و متراکم شده به منیفولد ورودی موتور وارد می شود.
دو نوع اینترکولر وجود دارد: هوا به هوا و هوا به آب. در این سیستم ها، هوا یا آب خنک از طریق مجموعه ای از لوله ها جریان پیدا می کند. هوای فشرده و گرم شده با برخورد به این لوله های خنک، دمای خود را از دست داده و خنک می شود.
سه نوع سوپرشارژر وجود دارد که تفاوت آن ها در نحوه انتقال هوا به منیفولد ورودی موتور است.
بسته به اینکه چقدر می خواهید قدرت موتور خودرویتان را افزایش دهید، می توانید از میان اندازه ها و انواع مختلف سوپرشارژرها انتخاب کنید.
سوپرشارژر روتز قدیمی ترین طراحی در این زمینه است که قدمت آن به سال 1860 بازمی گردد و به نام مخترعانش، فی لندر و فرانسیس روتز، نام گذاری شده است.
سوپرشارژرهای روتز در واقع به صورت فنی دمنده های هوا هستند. در این نوع، هوا وارد سوپرشارژر می شود و در یک سیستم متشکل از پره های درهم تنیده به دام می افتد.
پره های درهم تنیده می چرخند و هوا را در برابر منیفولد ورودی موتور فشرده می کنند و سپس هوا به داخل منیفولد ورودی منتقل می شود.
به دلیل طراحی پره های درهم تنیده، سوپرشارژرهای روتز بزرگ و سنگین هستند و معمولاً از کاپوت خودرو بیرون می زنند.
این طراحی همچنین کم بازده ترین نوع سوپرشارژر است، زیرا فرآیند آن نمی تواند جریان مداوم و متراکمی از هوای فشرده را وارد موتور کند.
در این نوع، هوا به صورت متناوب و در قالب پالس های جداگانه به موتور وارد می شود، زیرا پره ها با چرخش خود تنها فشار اضافی را به شکل توده های هوایی ایجاد می کنند.
سوپرشارژر روتز قدیمی ترین سوپرشارژر است
سوپرشارژر تویین اسکرو هوا را از طریق یک جفت پره درهم تنیده که شبیه به چرخ دنده های کرمی هستند، به داخل می کشد. این مجموعه با دقت بالا طراحی و تولید شده و پیچیدگی بیشتری نسبت به پره های درهم تنیده سوپرشارژر روتز دارد.
در سوپرشارژر تویین اسکرو، هوا در داخل دستگاه فشرده می شود، که همین امر آن را به طور قابل توجهی کارآمدتر از سوپرشارژر روتز می کند. این نوع می تواند جریان مداوم هوای فشرده را وارد موتور کند.
با این حال، به دلیل طراحی پیچیده تر، هزینه ساخت آن بسیار بالاتر است.
سوپرشارژر سانتریفیوژال از یک پروانه (impeller) با سرعت بسیار بالا، حدود 50,000 تا 60,000 دور در دقیقه، برای مکش هوا به داخل یک محفظه کوچک فشرده سازی استفاده می کند.
این نوع سوپرشارژر با قطعات اضافی طراحی شده است تا اطمینان حاصل شود که هوا به طور مؤثر و قابل اعتماد فشرده می شود.
سوپرشارژرهای سانتریفیوژال بسیار کارآمد و جمع وجور هستند.
این نوع سوپرشارژرها به مراتب کارآمدترین هستند. علاوه بر این، اندازه کوچک و وزن سبک دارند و در جلوی موتور قرار می گیرند، بنابراین از کاپوت خودرو بیرون نمی زنند. این مزایا باعث شده که سوپرشارژرهای سانتریفیوژال پرکاربردترین نوع باشند.
توربوشارژر نیز همان کاری را انجام می دهد که سوپرشارژر انجام می دهد. در واقع، عبارت "توربوشارژر" یا "توربو" کوتاه شده عبارت "توربو-سوپرشارژر" است. اما تفاوت این دو چیست؟
تفاوت اصلی در این است که هر یک توان موردنیاز خود را از کجا تأمین می کنند.
سوپرشارژر از میل لنگ موتور خودرو (crankshaft) برای تأمین توان کمپرسور استفاده می کند، در حالی که توربوشارژر توان خود را از گازهای خروجی ناشی از احتراق در محفظه موتور می گیرد.
به عبارت دیگر، توربوشارژر مستقیماً به موتور متصل نیست.
این تفاوت باعث اختلاف سرعت چرخش این دو دستگاه می شود:
• سوپرشارژرها تا سرعت 50,000 دور در دقیقه (RPM) می چرخند.
• توربوشارژرها می توانند سرعت بسیار بالاتری داشته باشند، زیرا سرعت چرخش آن ها به حرکت میل لنگ موتور وابسته نیست. آن ها می توانند تا 150,000 دور در دقیقه، یعنی سه برابر سریع تر از سوپرشارژرها، بچرخند.
توربو پیچیده تر از سوپرشارژر است.
توربوشارژر از نظر زیست محیطی نسبت به سوپرشارژر مزیت دارد، زیرا دارای تجهیزاتی است که انتشار کربن را کاهش می دهد.
در کل، توربوشارژرها صدای کمتری تولید می کنند. اما سوپرشارژرها ساختار ساده تری دارند که باعث می شود پایدارتر باشند و نگهداری از آن ها آسان تر باشد.
یک توربو جلوی موتور می نشیند نه بالای آن.
اکنون که با اصول عملکرد موتور خودرو و نحوه عملکرد سوپرشارژر آشنا شدید، آیا می خواهید بیشتر درباره موتور خودرو و نگهداری آن بدانید؟
ممکن است به راهنمای ما درباره "روغن موتور برای خودروهای با کارکرد بالا: آیا ارزش هزینه بیشتر را دارد؟" و همچنین نکات مفید تعمیر و نگهداری از کتابخانه جامع ما علاقه مند شوید.
گردآوری: بخش خودرو بیتوته
