سوپرشارژر چیست و چگونه عمل می کند؟ سوپرشارژر چگونه در خودرو عمل می کند؟ مکانیسم آن برای افزایش توان موتور و بالابردن گشتاور چیست؟ در این مطلب همه چیز درباره سوپرشارژرها را بخوانید.
تزریق سوخت بیشتر به داخل سیلندر، شدت انفجار و در نتیجه قدرت خروجی را افزایش می دهد. اما سوخت بیشتری که به داخل سیلندر تزریق می شود، نیاز به هوای بیشتری دارد تا انفجار بتواند شکل بگیرد (به ازای هر قسمت سوخت، ۱۴ قسمت هوا ). این جا است که سوپرشارژر و توربوشارژرها وارد عمل می شوند. آن ها وظیفه دارند هوای بیشتری را به موتور برسانند. انژری مورد نیاز برای سوپرشارژر توسط تسمه ای که مستقیماً به موتور متصل است تامین می شود. سوپرشارژر هوایی که فشار اتمسفر دارد را فشرده می کند. در ادامه این هوا را با فشار به داخل موتور می فرستد. همین امر باعث می شود تا احتراق بیشتر شود و در نتیجه قدرت موتور در دستگاه های مولد برق مانند دیزل ژنراتور افزایش یابد.
سوپرشارژر تا چه اندازه مفید است؟
- سوپرشارژرها، به‌طور میانگین ۴۶ درصد از توان موتور و ۳۱ درصد از گشتاور خروجی آن را افزایش می‌دهند.
- در مکان های مرتفع به دلیل این که میزان هوا و فشار هوا کمتر است، عملکرد موتور کاهش پیدا می کند.
- در این حالت سوپرشارژر با انتقال فشار بالاتر، باعث تقویت عملکرد موتور می‌شود.
- در سوپرشارژرها از چرخ‌دنده و تسمه برای انتقال نیرو استفاده می‌شود.
- این کار باعث چرخش روتور ( قسمت متحرک ) کمپرسور می‌شود.
- کار روتور کشیدن هوا به داخل، فشردن و متراکم کردن هوا و انتقال آن به محفظه کوچکتر است.
- در آخر هم این هوای فشرده به منیفولد یا محفظه مکش ارسال می شود.
- سوپرشارژرها برای تنظیم فشار و رسیدن به فشار مناسب، به سرعت چرخش زیادی نیاز دارند.
- سوپرشارژرها می‌توانند سرعت‌هایی بیش از ۵۰ هزار تا ۶۵ هزار دور در دقیقه داشته باشند.
- وقتی یک سوپرشارژر در سرعت ۵۰ هزار دور بر دقیقه می چرخد، می تواند ۶ تا ۹ پی اِس آی بوست تولید کند که به معنی ۵۰ درصد انتقال هوای بیشتر به موتور است.
- سوپرشارژرها در انواع مختلفی وجود دارند که مهم ترین آن ها روتز، دوپیچی و سانترفیوژی هستند.
- در سوپرشارژرهای روتز و دوپیچی، از لب های گیراندازنده برای هدایت جریان هوا به داخل موتور استفاده شده است.
- درحالی که وظیفه هدایت جریان هوا به داخل موتور در سوپرشارژرهای سانتریفیوژی برعهده یک پروانه است.
- اگرچه همه این سوپرشارژرها هوای فشرده تأمین می کنند، اما عملکرد و راندمان آن ها با هم فرق می کند.
- سوپرشارژرها بسته به این که چه کاربردی از آن ها انتظار می رود، در اندازه های مختلفی موجود هستند.
برای نمونه اندازه سوپرشارژری که برای افزایش راندمان و بهبود عملکرد موتور دیزل به کار می رود، با آن چه برای خودروهای مسابقه ای مورد استفاده قرار می گیرد، متفاوت است.
سوپرشارژر روتز (Roots)
در این نوع سوپرشارژر، به محض این که لبه های گیراندازنده می چرخند، هوای محبوس در بین لب ها از سمت ورودی به سمت خروجی هدایت می شوند. در این مرحله، به قدری هوا وارد منیفولد می شود که در آن جا در اثر ایجاد تراکم، فشار مثبت شکل بگیرد. به چنین سوپرشارژرهایی، دمنده نیز گفته می شود. سوپرشارژرهای روتز اندازه بزرگی دارند به طوری که از کاپوت ماشین بیرون می مانند و سنگین هستند. عیب بزرگ آنها این است که هوا به صورت ناپیوسته وارد موتور می شود.
سوپرشارژر دوپیچی (Twin-Screw)
در این نوع سوپرشارژر، از یک روتور مخروطی یا حلزونی شکل برای هدایت هوا از سمت ورودی به سمت خروجی استفاده شده است. بدین صورت که هوا در فضای حاصل از لب های گیراندازنده حلزونی شکل در داخل درپوش موتور محبوس و فشرده می شود. وقتی از سمت ورودی به سمت خروجی حرکت می رویم، فضای قسمت گردان (روتور) برای هوا کوچک تر می شود. در نتیجه هوا متراکم تر شده که این باعث افزایش راندمان سوپرشارژر را می شود. این گروه از سوپرشارزرها با توجه به فرآیند ساخت پیچیده تر، گران تر هم هستند.
سوپرشارژر سانتریفیوژی (Centrifugal)
در این نوع سوپرشارژر، یک پروانه ویژه وجود دارد که جریان هوا را به درون موتور می فرستد. این قطعه در دور موتورهای بسیار بالا یعنی ۵۰ هزار تا ۶۰ هزار دور بر دقیقه، هوا را به داخل کمپرسور می مکد. این هوا در اثر نیروی گریز از مرکز به صورت شعاعی، به بیرون پخش می شود.
اگرچه پروانه، هوا را در سرعت های بسیار بالا به بیرون هدایت می کند، اما فشار نقطه ای آن کم است. ازاین رو، به کمک یک پخش کننده (Diffuser) به شکل مجموعه ای از پره های ثابت پیرامون پروانه، هوای با سرعت بالا و فشار کم به هوای با سرعت کم و فشار بالا تبدیل می شود. بدین صورت که پس از برخورد هوا با پره ها و کاهش سرعت مولکول های آن، فشار هوا افزایش می یابد. لازم به ذکر است، این نوع سوپرشارژرها از کارامدترین و پرکاربردترین سیستم ها به شمار می روند.
علاوه بر اینکه سبک و کوچک هستند، به جای روی موتور، در جلوی موتور متصل می شوند. سوپرشارژر چیست و چگونه عمل می کند؟ در شکل زیر اجزای این سوپرشارژر به خوبی نشان داده شده است.
مزایا و معایب سوپرشارژر:
اصلی ترین مزیت سوپرشارژر این است که تاخیر ندارد و این به سبب منبع تامین انرژی اش ( میل لنگ ) است. به عبارتی از زمان شروع به کار موتور، می تواند بوست ایجاد کند و در دورهای پایین هم قدرت مناسبی تولید می کند. معمولا در دمای پایین تری نسبت به توربوشارژر کار می کند. همچنین صدای جیغ بسیار دلنشینی دارد!
عیب بزرگ سوپرشارژر نسبت به توربوشارژر این است که با توجه به این که انرژی مورد نیاز خود را از موتور می گیرد، اما باعث اتلاف توان در موتور می شود.
این امر باعث می شود حداکثر قدرت پایین تری نسبت به توربوشارژر داشته باشد.
سوپرشارژر برخلاف توربو باعث کاهش آلایندگی نمی شود.
مزایا و معایب سوپرشارژرها در مقابل توربوشارژرها چیست؟
مزایای استفاده از توربوشارژر:
- قدرت موتور به طرز قابل توجهی زیاد می شود و می توان از موتورهای با حجم کوچک، قدرت های بالایی گرفت.
- مصرف سوخت کاهش پیدا می کند. (چون قدرت موتور افزایش پیدا کرده پس لازم نیست زیاد تخته گاز رانندگی کرد و رانندگی در دورهای پایین باعث کاهش مصرف سوخت می شود).
- راندمان توربوشارژر از سوپرشارژر بیشتر است، چون انرژی مورد نیاز خود را از گازهای خروجی از موتور می گیرد نه خود موتور و در نتیجه هیچ اتلاف انرژی وجود ندارد.
- استفاده از توربو شارژر باعث کاهش آلایندگی می شود.
برای مثال سمند سورن توربوشارژ استاندارد D مصرف آلایندگی را دارد، در حالی برای سمند سورن معمولی این استاندارد E است.
معایب استفاده از توربوشارژر:
- در توربوشارژرها زمانی طول می کشد تا سرعت چرخش توربینِ توربوشارژر به جایی برسد تا بتواند بوستِ قابل استفاده برای پیشرانه تولید کند. این موضوع سبب ایجاد تاخیر توربو می شود و این مسئله در سوپرشارژرها وجود ندارد.
- یک عیب دیگر این است که این بوست در دور موتورهای محدودی در اختیار راننده قرار می گیرد و از شروع حرکت در دسترس نیست.
- مثلا توربوشارژر خودرو سورن در دور حدود ۲۲۰۰ وارد مدار می شود. البته خودروسازان در توربوهای به روز، این دور را پایین تر هم آورده اند.
- از دیگر معایب توربوشارژر دمای بالای آنهاست. منبع تامین انرژی، گازهای داغ خروجی از موتور است که از اینترکولر برای خنک کردن این هوا استفاده می شود. ولی در هر حال در دمای نسبتا بیشتری نسبت به سوپرشارژرها کار می کنند.
در این مطلب به مزایا و معایب سوپرشارژ در مقابل توربوشارژ اشاره کردیم و توضیح دادیم که چقدر یک توربوشارژ در قدرت موتور تاثیر دارد. موتورهایی که دارای سیستم توربوشارژ هستند به مراتب قدرت بیشتری در مقابل سیستم تنفس مصنوعی دارند. موتورهای دیزلی اکثرا برای استفاده در دیزل ژنراتورها به‌کار می‌رود. ما در مقاله نحوه کار دیزل ژنراتور به‌طور کامل به چگونگی کارکرد احتراق موتور دیزل، آلترناتور و انواع فیلتر ها پرداخته‌ایم.
نظر شما در مورد این مقاله چیست؟ آیا مزایای موتور دارای توربوشارژ و سوپرشارژ را به معایبش ترجیح می‌دهید؟
سلام
نوعی سوپر شارژر طراحی کرده ام که به عقیده خودم بهتر از توربو شارژر است . چون از نظر اقتصادی بمراتب ارازانتر و عدم نیاز به تجهیزات اضافی مثل اینتر کولر دارد و بدون تاخیر است . و معایب سوپر شارژرها را رفع میکند . به جرئت می توانم بگویم که بهترین پرخوران برای ماشین های مسابقه است ، چون با حداقل توان مصرفی می تواند فشار ورودی هوا را با دبی بالا در اختیار هر موتوری حتی موتورهای توربو شارژری قرار دهد . ولی بدلیل مشکل مالی و کارگاهی نتوانسته ام نمونه آن را بسازم . اما خوشبختانه یک نمونه توربین از مدل خودم ساخته و آزمایش کردم و نتیجه قابل قبول بدست آوردم .
شماره و تاریخ ثبت اختراع
۸۵۰۴۴ – ۱۳۹۳/۱۱/۲۶
درود بر شما حسن جان