دانستنی
سوپر شارژر ماشین چیست؟ انواع آن
بهمن
سوپرشارژر یکی از فناوریهای پیشرفته در حوزه مهندسی خودرو است که با هدف افزایش توان و کارایی موتور طراحی شده است. این دستگاه از طریق فشردهسازی هوای ورودی به موتور، میزان اکسیژن موجود در محفظه احتراق را افزایش میدهد و در نتیجه، فرآیند احتراق را بهینهتر میکند.
عملکرد آن مبتنی بر انتقال قدرت مکانیکی از موتور به سوپرشارژر است که امکان تقویت فوری توان و شتاب را فراهم میآورد.
به همین دلیل، سوپرشارژرها در خودروهای عملکرد بالا، ماشینهای مسابقه و حتی برخی کاربردهای صنعتی بهکار گرفته میشوند.
با وجود مزایای قابل توجه، چالشهایی مانند افزایش فشار حرارتی و نیاز به سیستمهای خنککننده قویتر، استفاده از آن را به دقت و تخصص بیشتری نیازمند کرده است.
در این مقاله از شاپلاس، به بررسی سوپرشارژر چیست؟ سوپرشارژر چگونه کار میکند؟ انواع سوپر شارژر خودرو و مزایا و معایب آن می پردازیم.
سوپرشارژر چیست؟
سوپرشارژر یک قطعه مکانیکی است که در موتورهای پیستونی استفاده میشود و وظیفه آن فشرده کردن هوا و تزریق آن به منیفولد ورودی از طریق یک کمپرسور یا دمنده هوا است. فشار بالای هوا میزان اکسیژن ورودی به سیلندر را در حین مرحله مکش افزایش میدهد.
سوپرشارژر به موتور اجازه میدهد سوخت بیشتری بسوزاند و توان بیشتری تولید کند، زیرا در هر چرخه مکش موتور، اکسیژن بیشتری به داخل سیلندر وارد میشود. این قطعه توسط یک چرخدنده، تسمه، شفت یا زنجیر که به میللنگ موتور متصل است، به صورت مکانیکی کار میکند.
با این حال قطعه دیگری وجود دارد که مزایای بیشتری نسبت به سوپرشارژر دارد و به آن توربوشارژر گفته میشود.
اگرچه توربوشارژر گاهی به عنوان نوعی سوپرشارژر شناخته میشود، اما با نام توربو سوپر شارژر یا توربو نیز شناخته میشود. این قطعه با استفاده از یک توربین که از گازهای خروجی فرآیند احتراق کار میکند، قدرت تولید میکند.
انواع سوپر شارژر خودرو
سوپرشارژرها بر اساس طراحی و اصول عملکردشان به دستههای مختلفی تقسیم میشوند. برخی از سوپر شارژر ها عبارتند از:
1- سوپرشارژر های سانتریفیوژی
این نوع سوپرشارژرها بهدلیل طراحی ساده، برای نصبهای اصلاحی (Aftermarket Retrofit) بسیار مناسب هستند.
سوپرشارژر سانتریفیوژی از یک سیستم نسبت متغیر استفاده میکند که شامل یک پولی متغیر دائمی است که به یک کمپرسور معمولی متصل میشود.
در موتورهای ویشکل (V-type)، سوپر شارژرهای کارخانهای معمولاً در فضای بین دو ردیف سیلندر قرار میگیرند. این طراحی بهطور خاص برای بستهبندیهایی با طول بیشتر، ارتفاع کمتر و عرض باریکتر مناسب است.
2- سوپر شارژر های روتز
سوپر شارژر های روتز یکی از محبوبترین انواع سوپرشارژرها هستند. در این سیستم، دو شفت در جهت مخالف یکدیگر میچرخند و دارای پرههایی هستند که هوا را از بالای واحد به سمت پایین و در طول شفتها هدایت میکنند.
3- سوپر شارژرهای توئین-اسکرو
اصل کارکرد سوپرشارژر توئین-اسکرو بر فشردهسازی هوا از طریق دو روتور مشبک که کنار یکدیگر میچرخند، استوار است.
پرههای روتور در این نوع سوپرشارژر، همانند سوپرشارژر روتز، جیبهای هوایی ایجاد میکنند که هوا را به دام میاندازند.
اما تفاوت کلیدی این است که در سوپرشارژر توئین-اسکرو، هوا درون محفظه روتورها فشرده میشود، در حالی که در سوپرشارژر روتز، هوا صرفاً جابهجا میشود. این ویژگی باعث میشود سوپرشارژر توئین-اسکرو بازدهی بالاتر و عملکرد بهتری در فشردهسازی هوا داشته باشد.
بهطور کلی هوا از بخش بالایی دستگاه وارد شده و از قسمت پایینی خارج میشود. طراحی ساده و عملکرد مستقیم این نوع سوپرشارژر، آن را برای کاربردهای متنوعی در موتورهای خودرو بسیار پرکاربرد کرده است.
سوپرشارژر چگونه کار میکند؟
سوپرشارژر یک دستگاه است که توان و گشتاور موتور را افزایش میدهد. این فرآیند با نام تزریق اجباری (Forced Induction) نیز شناخته میشود، زیرا سوپرشارژر هوایی که موتور دریافت میکند را فشرده میکند.
در یک موتور احتراق داخلی، هوا به داخل سیلندر کشیده میشود، سپس فشرده شده و مخلوطی از سوخت و هوا مشتعل میشود. سوپرشارژر با فشردهسازی هوا قبل از ورود به سیلندر، مقدار اکسیژن موجود در هر چرخه احتراق را افزایش میدهد. این امر به موتور اجازه میدهد سوخت بیشتری بسوزاند و قدرت بیشتری تولید کند.
هنگامی که مخلوط سوخت و هوا در سیلندر مشتعل میشود، ضربهای به پیستون وارد میکند که این انرژی به چرخها منتقل میشود.
عملکرد یک خودرو مستقیماً با حجم موتور آن مرتبط است؛ موتور بزرگتر توان بیشتری تولید میکند. با این حال، سیستمهای تزریق اجباری مانند سوپرشارژر نیز میتوانند بدون نیاز به افزایش حجم موتور، قدرت لازم را فراهم کنند.
سوپرشارژر معمولاً توسط میللنگ موتور و با استفاده از تسمه به حرکت درمیآید. برخلاف توربوشارژر که از گرمای اضافی گازهای خروجی استفاده میکند، سوپرشارژر نیازی به این منبع انرژی ندارد.
در یک خودروی مجهز به سوپرشارژر، موتور هنگام کار هوا را از طریق ورودیها، هودهای مخصوص و سایر بازشوها جذب میکند و این هوا پس از فشرده شدن وارد سیلندر میشود تا احتراق قویتری ایجاد کند.
سوپرشارژر با فشردهسازی هوا، فشار و چگالی آن را افزایش میدهد. این فرآیند باعث میشود که موتور مقدار بیشتری هوا از طریق همان ورودی دریافت کند، که در نتیجه توانایی سوزاندن سوخت بیشتر و بهبود عملکرد موتور افزایش مییابد.
با این حال این مزایا بدون هزینه نیست. مهمترین هزینه عملکردی سوپرشارژر، کاهش حدود 20 درصدی از توان موتور به دلیل انرژی موردنیاز برای به حرکت درآوردن تسمه است.
اما برخلاف کاهش قدرت اولیه، سوپرشارژر با افزایش راندمان احتراق باعث افزایش خالص توان موتور به میزان تقریباً 30 تا 50 درصد میشود.
مقایسه سوپرشارژر و توربوشارژر
سوپرشارژرها و توربوشارژرها در افزایش توان موتور نقش مشترکی دارند. هر دو از یک کمپرسور استفاده میکنند که هوا را به منیفولد ورودی موتور وارد کرده و باعث بهبود احتراق و افزایش قدرت موتور میشوند. بنابراین، هدف اصلی هر دو سیستم در موتورهای خودرو یکسان است.
کدام یک بهتر است: توربو یا سوپرشارژر؟
هر دوی این تجهیزات میتوانند برای صرفهجویی در سوخت و افزایش قدرت موتور استفاده شوند و هر کدام مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارند. توربوشارژرها از انرژی آزاد شدهای استفاده میکنند که در غیر این صورت کاملاً به جو منتقل میشد، اما در عوض از این گاز برای راهاندازی قطعه استفاده میشود.
توربین محرک توربو فشار برگشتی اگزوز را افزایش میدهد، که این خود باری را بر موتور وارد میکند. البته این بار در مقایسه با سوپرشارژر کمتر است. سوپرشارژرها بار مکانیکی بسیار بیشتری بر خودرو وارد میکنند زیرا دارای دمندههای بزرگ و سنگینی هستند.
این دمندهها در موتوری با قدرت کل ۷۵۰۰ اسب بخار، حدود ۹۰۰ اسب بخار از قدرت میللنگ را مصرف میکنند. اما مزیت سوپرشارژر این است که قدرت موتور تقریباً بهصورت فوری افزایش مییابد، برخلاف توربوشارژرها که دچار تاخیر در پاسخدهی هستند.
در توربوشارژر، موتور باید منتظر بماند تا گاز اگزوز کافی تولید شود تا توربو شروع به کار کند. به همین دلیل، سوپرشارژرها هنوز هم استفاده میشوند. بیشتر شرکتهای تولیدکننده نمیتوانند توان گرانبهای موتور را صرف دمندهها کنند، به همین دلیل بیشتر از توربوشارژرها استفاده میکنند.
شارژ دوگانه
شارژ دوگانه به سیستمی در خودرو گفته میشود که هم سوپرشارژر (که با تسمه به موتور متصل است) و هم توربوشارژر (که با گازهای خروجی اگزوز کار میکند) را بهطور همزمان به کار میگیرد. در این طراحی، مجموعهای پیچیده از شیرهای بایپس در سیستمهای ورودی و خروجی و همچنین یک کلاچ الکترومغناطیسی وجود دارد.
در دورهای پایین موتور، افزایش قدرت (بوست) از سوپرشارژر تأمین میشود.
در دورهای متوسط، بوست از هر دو سیستم به دست میآید.
و در دورهای بالا، سیستم از سوپرشارژر جدا شده و مسیرهای مرتبط نیز ایزوله میشوند.
افزودن هر دو سیستم به طور همزمان، معایب آنها را از بین میبرد. در نهایت بیایید بهصورت سریع به مزایا و معایب سوپرشارژرها نگاهی بیندازیم.
مزایای سوپر شارژر خودرو
در ادامه به برخی از مزایای استفاده از سوپرشارژر در موتورهای پیستونی اشاره شده است:
- اتمیزه شدن بهتر سوخت
- ترکیب بهتر هوا و سوخت
- افزایش قدرت خروجی موتور
- تخلیه بهتر محصولات احتراق
- عملکرد گشتاور مناسب در کل محدوده دور موتور
- احتراق یکنواخت و کامل
- امکان استفاده از سوخت با کیفیت احتراق پایین
- کاهش دود خروجی اگزوز
- بهبود بازده مکانیکی
- بهبود عملکرد موتور در استارت سرد
- شتابگیری سریعتر خودرو
- افزایش فوری و قابل توجه قدرت.
معایب سوپر شارژر خودرو
با وجود مزایای قابل توجه سوپرشارژر، برخی محدودیتها نیز وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره شده است:
- افزایش بار گازی بر موتور
- افزایش اتلاف حرارت به دلیل ایجاد تلاطم بیشتر
- نیاز بالای موتور به سیستم خنککننده
- افزایش فشار حرارتی بر موتور
- افزایش احتمال ضربه (دتوناسیون) در موتورهای جرقهزنی (SI).
سخن پایانی
سوپرشارژر یک فناوری قدرتمند در موتورهای پیستونی است که با استفاده از نیروی مکانیکی، هوای بیشتری را به داخل سیلندر تزریق میکند و باعث افزایش توان و عملکرد موتور میشود.
این سیستم به دلیل ارائه قدرت فوری و شتاب سریع، بهویژه در کاربردهایی که نیاز به واکنش سریع موتور دارند، بسیار مفید است.
با این حال معایب آن شامل افزایش بار گازی، نیاز بیشتر به خنکسازی و احتمال بالای ضربه در موتورهای جرقهزنی است که باید در طراحی و استفاده از آن مدنظر قرار گیرد. بهطور کلی، سوپرشارژر در خودروهایی که به عملکرد بالا اولویت داده میشود، انتخابی مؤثر و کاربردی است.
به نظر شما استفاده از سوپرشارژر چقدر در بهبود عملکرد خودرو موثر است؟ آیا شما استفاده از سوپرشارژر را برای خودروهای روزمره مناسب میدانید یا فقط در خودروهای عملکرد بالا؟ منتظر نظرات شما در بخش کامنت ها هستیم.
سوالات متداول
آیا سوپرشارژر میتواند در خودروهای دیزلی نیز استفاده شود؟
بله سوپرشارژرها میتوانند در خودروهای دیزلی برای افزایش توان و بهبود راندمان استفاده شوند، اگرچه توربوشارژرها به دلیل سازگاری بهتر با گازهای خروجی موتور دیزلی، بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند.
سوپرشارژرها چه تأثیری بر عمر مفید موتور دارند؟
استفاده از سوپرشارژر فشار و دمای بیشتری بر موتور وارد میکند که در صورت عدم استفاده از مواد و طراحیهای مقاوم، میتواند عمر موتور را کاهش دهد.
آیا استفاده از سوپرشارژر بر مصرف سوخت تأثیر میگذارد؟
بله سوپرشارژرها معمولاً مصرف سوخت را افزایش میدهند، زیرا برای فشردهسازی هوا به انرژی بیشتری نیاز دارند که از موتور گرفته میشود.
آیا میتوان سوپرشارژر را به خودروهای استاندارد اضافه کرد؟
بله اما این کار نیاز به تغییرات گستردهای در سیستمهای موتور، سوخترسانی و خنککننده دارد و باید توسط متخصص انجام شود.
آیا سوپرشارژرها در ارتفاعات بالا بهتر از توربوشارژرها عمل میکنند؟
خیر در ارتفاعات بالا توربوشارژر به دلیل استفاده از گازهای خروجی و فشار بیشتر، عملکرد بهتری نسبت به سوپرشارژر دارد.
چرا سوپرشارژرها برای خودروهای سنگین کمتر استفاده میشوند؟
به دلیل وزن و مصرف انرژی بالای سوپرشارژر، توربوشارژرها معمولاً گزینه مناسبتری برای خودروهای سنگین و کامیونها هستند.
آیا سوپرشارژرها نیاز به تعمیر و نگهداری خاصی دارند؟
بله سوپرشارژرها بهدلیل داشتن قطعات مکانیکی متحرک، نیاز به روانکاری منظم و بررسی دورهای دارند تا عملکرد بهینه داشته باشند.
آیا سوپرشارژر میتواند بر سیستم اگزوز خودرو تأثیر بگذارد؟
خیر سوپرشارژر بهطور مستقیم با سیستم اگزوز درگیر نیست، اما به دلیل افزایش دمای احتراق، ممکن است بر دمای گازهای خروجی تأثیر بگذارد.
چرا برخی خودروهای سوپر اسپرت از سوپرشارژر بهجای توربوشارژر استفاده میکنند؟
به دلیل واکنش سریعتر و افزایش فوری قدرت، سوپرشارژرها در خودروهایی که شتاب اولیه و پاسخدهی بالا اهمیت دارد، بیشتر استفاده میشوند.
